[发明专利]轴管环流式风洞增压风能发电系统

说明书

[所属技术领域]

本发明涉及一种风能发电系统，尤其是采用轴管环流式环形增压风洞，具有提高风速、控制气流、增强风压，利用采能叶轮获得大规模风能的风力发电装置。

[背景技术]

能源是人类生存发展的重要基础资料。近百年来，随着人类生活需求的不断提高和生产规模的扩大，对能源的需求也越来越殷切。进入二十一世纪，能源危机正在日益制约社会经济活动，传统使用的化石能源日益匮乏，价格不断攀升，成为引起世界经济动荡和影响和平的重要因素。而且，化石能源的大量使用，Co₂、So₂等温室气体大量排放，导致气候变暖，生态变迁，危及人类生存环境。

为了解决日益严重的能源危机，缓解由于大量使用化石能源带来的环境污染，长期以来，世界各国纷纷投入巨资寻找开发可再生能源。目前列入重点研究开发的清洁能源有水能、风能、太阳能、潮汐能、生物质能等。

风能的开发利用已有很长的历史。近年来，风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能源界和环保界的高度重视。地球上风力资源蕴藏量大，清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益。

风能利用在一些欧洲国家已初具规模，欧洲风力发电设备生产也已进入快速增长时期。德国是发展和利用风能较早的国家，自上世纪90年代以来，德国总共建立了6600座风力电站。德国政府计划，今后每年都将以30％的速度增长，每年增长的风力发电量超过100万千瓦。丹麦靠近北海，是多风之国，也是最早发展风力发电站的国家。20多年来，丹麦在利用风能方面一直处于领先地位。20世纪90年代以来，特别是近10年，丹麦风力发电量的增长率均在30％以上。除德国和丹麦外，荷兰、瑞典、法国、挪威、芬兰、意大利和西班牙等国家也出台了5年、10年风力发电普及计划。

我国风能资源丰富。据中国气象科学研究院的初步测算，我国陆地10米高度处实际可开发风能储量为2.53亿千瓦，海上实际可开发风能储量为7.5亿千瓦，总计约10亿千瓦，风能利用潜力巨大。中国风能资源丰富的地区主要在华北、西北和东北的草原、新疆、内蒙和甘肃走廊、青藏高原以及东部、东南部的沿海地带及附近岛屿上。且风能资源丰富区每年风速在3m/s以上的时间近4000小时，一些地区年平均风速可达7m/s以上，具有很大的开发利用价值。风电项目通常要求年利用小时数高过2000小时，目前中国已经建成的风电场平均利用小时约2300小时，主要位于“三北”地区(西北、东北和华北)及东南沿海。我国并网风电建设规模较大的省份为：新疆、内蒙古、河北、广东、辽宁、浙江、江苏、宁夏、甘肃、福建等。

目前风力发电的普遍方式是采用架空式三叶风轮。轮轴通过变速装置驱动发电机。单机发电功率普遍为2MW以下。国际上最大的海上风力发电机为5MW。

本发明采用风洞增压原理，使自然界气流在风洞结构装置中加压，聚集能量，经适当导流后到达采能风轮，获得大规模电能。

本发明采用的轴管环流式增压风洞，通过在风洞内安装橄榄形的导流轴管，将气流引向导流轴外侧，在采能段作用于风轮，通过提高力矩获得大强度的扭力，有利于提高能效。

[发明内容]

本发明内容有风洞装置、采能叶轮、测速和调速装置、动力输出装置和安全减灾装置构成，按以下步骤说明：

1.风洞装置

(1)风洞外形：本装置外形为圆柱形筒状风洞结构或前端口径逐渐收缩、后端口径逐渐放大的哑铃状构件。顺置地面。入风口朝向来风方向。总长度约为直径的2-5倍。

(2)导流轴管：在风洞内的来风方向，安装橄榄形的导流轴。导流轴为可活动的转动轴或不可转动的固定装置。将来风方向的气流引向导流轴管外侧，并逐渐加速，形成环形流场。

导流轴管前端为逐渐放大的锥体，顶角为15～60°。

导流轴管主体部分为圆柱体，直径按需要设计，使风洞收缩比为3∶1～10∶1。

导流轴管后端为与前端对称的锥体。

(3)材质：风洞装置采用钢筋混凝土、钢材或其他材料。可以按照不同分段的风压选取不同材料构建。原则上应采用坚固、耐用、经济的材料。

2.导流装置：为更好地控制气流，减少湍流紊流，风洞装置内需要安装导流装置。该装置由导流板、导流槽或导流管构成，材质为钢材或其他硬质材料。

3.风压调节装置：为更好地获得稳定的风能，避免灾害气候对系统设备的损害，风洞装置需要安装风压调节装置，通过改变气道大小控制气流流量。该设备为多层网栅结构，横向或竖向为具有一定宽度的板形材料，通过调节重叠面控制气流量。