[发明专利]采用充气保压增强型塔筒的超大型水平轴风力发电机

说明书

本发明公开了一种采用充气保压增强型塔筒的超大型水平轴风力发电机，塔筒为圆直筒形和锥台形两种，均采用分段外发兰连接，接缝处密封，顶部设有封头，塔内底部做气密封层，塔内腔构成气密闭腔，注入气体并保压，气密内腔中的压强P如下：，圆直筒形塔筒下部与基础间还设有斜支撑件，由此，改善了受力条件，大幅提高了综合性能：刚度、压力空气阻尼减振、承载塔顶重力、抗失稳折断、倾覆、抗台风飓风及拓展海上风电，性费比大幅提高，塔筒可造的更高更大，显著提升发电量，特别适合制定标准化，系列化，模块化的国内和国际标准，可将塔筒的繁复设计改变为选型设计，十分高效简便。

技术领域

本发明涉及一种大型水平轴风力发电机，特别是涉及一种模块化的塔筒增强型的超大型水平轴风力发电机，应用于风力发电机技术领域。

背景技术

风力发电机作为一种洁净的可再生能源在世界范围得到很大发展，21世纪将会成为大规模开发利用的新能源，全球风能资源十分丰富，在各国政策的支持鼓励下，风力发电得到迅猛发展，目前，中国已成为世界风电装机容量最多的国家。

通常高处的风速比低处风速大，由于风能与风速的平方成正比，更高的塔筒能使风轮单位扫风面积能获得更多的风能，有研究指出，在通常情况下塔筒每升高1米，风力发电机年发电量可增加0.5-1％，若塔筒升高100米，风力发电机年发电量可增加0.5-1倍。由于风轮的扫风面积越大获取的风能越多，而风轮的扫风面积与风轮叶片长度的平方成正比，若叶片长度增加1倍，风轮扫风面积是原来的4倍，获取的风能是原来的4倍。同时升高塔筒和加长叶片，提升发电量的效应是二者单独效应的乘积，若塔筒升高100米，叶片加长1倍，二者的综合效应是6-8倍。即发电量是原来的6到8倍，效益十分可观，对大大降低度电成本，提高风电的竞争力是最主要的有效路径。

基于上述原因，世界风电包括陆上风电和海上风电的发展趋势是风电设备超大型化，塔筒造的更高更大，叶片更长，单机容量更大，近些年来，风力发电机钢制塔筒的高度不断攀升，从120米、140米到目前的最高166米，叶片长度从60米、70米、83米，单机容量从4mw、6mw到8mw，截止2019年10月最新报道，世界最大的风力发电机Haliade_x12mw海上风力发电机已下线进入现场安装，该机具有世界最长的叶片107米，世界最大的单机容量12mw，塔筒高135米，单单机舱的重量达700吨，采用永磁直驱电机。

有关报道称美国有关研究机构正在着手研究500米高的塔筒，200米长的叶片和单机容量50mw的超大巨型机。中国多为引进国外的风电技术，现能生产155米高的塔筒，80米长的叶片和单机容量8mw的风力发电机。

当前，在世界风电设备超大型化发展进程中，至少遇到以下瓶颈问题有待解决：

超大型塔筒制造成本剧烈上升的瓶颈问题，有关研究指出，塔筒高度的增加其制造难度会大大增加，其制造成本会随塔筒高度的增加而呈指数比例上升，很快塔筒高度增加带来的发电量增加的效益与剧烈上升的制造成本就会达到一个平衡点，现有技术的塔筒经过近些年来充分的挖掘和发展，至今尚未突破钢制塔筒塔高度180米，由此可以推测：塔高180米大致是现有技术塔筒建造的盈亏平衡点，也即现有技术虽然完全有能力建造超过180米高的塔筒，但在经济上是不划算的。

含风轮，机舱和机舱内设备的塔顶机头的超大型化会导致机头的重力载荷大幅增加，同样会引起塔筒制造成本剧烈上升的瓶颈问题，随着风力发电机叶片的不断增长，单机容量的不断攀升，塔顶机头的重力载荷从几百吨很快会攀升到上千吨，将来会达到2000吨甚至更高，这一点从目前世界上最长107米叶片和最大单机容量12mw的风力发电机，其机舱的重量达到700吨，如果加上3根叶片的重量，其机头总重量已经达到900余吨可以很好的证明，机头重力载荷的大幅增加会对塔筒的刚度，强度提出更高的要求，塔筒直径要加大，筒壁厚度要加厚，从而导致塔筒的制造成本剧烈上升。