[发明专利]风力涡轮机系统

说明书

技术领域

本发明涉及适用于风力发电站的结构的模块式风力涡轮机系统。

背景技术

众所周知，将风能转化为电能是值得的，即，电的产生不需要矿物燃料的燃烧，并且由此不会排放出关联的二氧化碳。

传统的风力发电站，其包括大规模水平轴涡轮机装置，受到许多重要的金融和环境缺陷所困：每一个涡轮机需要其本身的非常高和重的钢塔，外延的电缆从涡轮机轮毂延伸到每一个塔的底部，因此延伸到变电站，用于向前的功率输送。当传统的风力发电站安装时，通常还需要大而重的钢塔底座、能够运送大型升降设备的新进出通道和附加的地面排水设施。除了该附加的基础设施的金融、能源和环境成本，风力涡轮机自身由于其对地形的视觉支配以及产生的视觉“闪烁”和低频噪声而经常被当地社区排斥，由于风力涡轮机在地面上方的高度，所述低频噪声因此甚至在距离安装位置相当远的距离仍可以令人讨厌的东西而被感受到。用于风力涡轮机设备和起重机的环境方面的阻碍和实体的取用构成对部署大型陆地风力涡轮机的位置范围的严格限制。海上风力涡轮机克服了该视觉和噪声障碍，但是遭受甚至更大的安装和电缆布线/连接成本。

作为各个大型风力涡轮机的替代形式，在多个专利和专利申请中，例如US6749399和WO2009130691中，已经提出多个系统，其将较小的涡轮机阵列安装在高塔上或旋转平台上的大型脚手架式框架上。但是，这些设计受上面所述的多种或全部障碍所困，特别是电缆布线成本、噪声和视觉强迫。另外，旋转平台装置在其占据的地面上可能需要相对大的占位底部。

不同的方法是将较小的风力涡轮机单个或以阵列形式安装到建筑物上，例如US4220870和WO2005052362中所描述的。但是，多项研究表明，大部分建筑物附近风速减小，并且扰动增大，以至于该阵列的能量输出可能在大多数情况下是很小的。

位于远离建筑物、高树或其他障碍物附近设置的各个杆上的较小的风力涡轮机比等同的安装在建筑物的风力涡轮机产生好得多的功率输出。多种这样的机器现在可商购获得，包括水平轴式，其需要使其旋转轴与风向对准，以获得最佳效率，并且还包括“垂直轴”机械，其有时描述为全方向，因为其能够以中等效率从由任何方向到来的风在垂直于风力涡轮机的轴线的平面中提取能量。因而对于一些风向，“垂直轴”机器即使其轴线不垂直，仍将提取能量。各个水平或垂直轴机器的传统安装仍需要相当大的附加能量、各个支撑杆或塔的安装和经济成本，所述支撑杆或塔必须是足够结实的结构，以抵抗来自各个方向的强风，并且必须具有附加的电缆或机械连接装置，需要其将每一个单独的涡轮机的功率输出从其轮毂高度送到地面高度，并且因此送到使用点或向前输送。对于低压系统而言，如其通常用在规格为10kW或更小的较小风力涡轮机中，当发电机产生大的功率输出时，必然产生相对高的电流。因此，安装者和使用者面对的选择要么是在大的横截面上进行投资，因此从发电机到使用点或向前传送使用昂贵的连接电缆，要么接受由于使用小直径的连接电缆的电缆电阻热造成的相当大的能量损失。

已经提出地面高度或升高在杆上的线性“风栅”式结构，如US 5642984，US4265086，US2218867和US1876595所述。因为在杆上具有单独的涡轮机，随该设计产生的主要问题仍是怎样将能量从由涡轮机获得能量处送到其使用处。已有的提议包括在涡轮机和中央电站或者发电机之间的机械的或者水力的连接装置，或者涡轮机具有单独的发电机，电被送到其使用点或者通过缆线被输送。电缆、水力的或机械的连接装置的使用都给这些设计增加了相当大的成本和复杂性。关于防强风的结构支撑的第二关键考虑因素在一些设计中通过使用从地面附着到所述结构上的各个点的拉线得以解决。但是，这些将明显地与很多发电站设备上的土地利用相干涉。因为具有等扫略面积的传统风力涡轮机，使用间隔开的单独的足够结实的垂直杆的传统替代方式需要相对大和重的杆，并且因此需要大的起重机或类似的重型提升机构，用于升高杆，并且用于将涡轮机升高和附接到其上。

因而仍需要重量轻并且低成本的风力发电站系统，其要求最少的材料用于其结构，最小化或消除附加的接入和电连接基础设施，并且具有最小的环境影响。

发明内容

本发明通过使用安装在导电导轨、梁或其他结构形式的系统上的重量轻的相互连接的风力涡轮机模块化阵列解决了上述需要，其中，所述导电结构构件结合了承载所述涡轮机重量、由于风载产生的力的功能，和提供完整的电路来将由所述涡轮机产生的电功率传送到需要其的任何位置的功能，因而减少或消除对传统的电缆线的需要。