[发明专利]一种可折叠型风轮的水平轴风力发电机组及使用方法

说明书

本发明提供的一种可折叠型风轮的水平轴风力发电机组及使用方法，所述可折叠型风轮的水平轴风力发电机组包括内外侧双风轮、环形机舱，其中，内外侧双风轮包括外侧风轮和内侧风轮，所述外侧风轮安装在环形机舱的外侧，且呈可折叠式结构布置；所述内侧风轮安装在环形机舱的内侧；所述环形机舱包括机械传动系统、直驱型发电机，所述直驱型发电机设置转子轴线沿竖直方向布置；所述内外侧双风轮与直驱型发电机呈运动学机械连接，将风能转化为电能。所述可折叠型风轮的水平轴风力发电机组在遇到极端灾害性天气情况时，折叠外侧风轮，减小风轮扫掠面积，保护风力发电机组安全。该装置的研发，充分利用水平轴风力发电机组结构特点，系统性优化部件及连接形式，在控制制造安装成本的同时，有效提高水平轴风力发电机组应对灾害性天气情况的能力。

技术领域

本发明涉及风力发电机组风轮，特别涉及一种可折叠型风轮的水平轴风力发电机组及使用方法。

背景技术

风能作为可再生能源的重要组成部分，如何高效利用是新世纪人类生存环境绿色健康发展的重要科研方向。随着风力发电的普及，高效的风力发电设备、便捷的电力存储输送方式都是行业内的研究热点。根据我国地域资源特点，大力发展海上风电，从而影响沿海发达城市能源结构组成及占比，是近段时期可再生能源行业发展的重要目标。但是，中国海域情况与欧洲不同，台风等灾害性天气情况的存在对于风电项目的开发和运行都会造成困扰，而台风作为极端自然现象，人类对其破坏能力的研究还远远不足，设计具有抗台风功能的风力发电机组值得深入思考。

现在具有抗台风功能的风力发电机组存在两种技术演进思路：1、提高机组安全裕度，在现有机组设计基础上，增加安全裕度以抵抗更强烈的载荷作用。在台风到来之际，根据预报，使风轮正面台风行进方向，顺桨并锁死风轮、变桨角，用静止姿态抵抗台风破坏。2、增加自我保护功能，在现有机组设计基础上，增加机组姿态自由度，通过避让来流以减小重要部件承受载荷。在台风到来之际，机组变形到自我保护姿态，用安全姿态避免台风破坏。

行业内绝大部分风力发电机组配套的抗台风策略都选择了技术思路1，优点是对现有风力发电机组设计改动小、易实现。缺点是在不了解台风强度风速、风向、风频特点情况下，从发生概率外推极有限历史数据，对于未来灾害性天气情况预测结果的可靠性低，面对灾害准备不足，必须具有承受巨大损失的准备；在不了解台风破坏机理情况下，全面增加安全裕度储备是盲目的，没有依据证明增加量的合理性和必要性，既存在安全裕度不足引发失效风险的可能，又与机组精细化优化设计、降低平准化度电成本理念相违背。面对未知领域存在的博弈心态是正常的，也正是由此促进科学技术的专项发展。风力发电机组本就是利用风能发电的装置，即通过风轮捕获承受风载，将风能转化为机械能，进而转化为电能，如果在灾害性天气情况下风轮正常伫立，必定会承受超出设计范畴的极端载荷工况。因而，思路2就是通过改变风力发电机组姿态构型，避让可能产生超出设计范畴之外的极端载荷工况，从而达到保护风力发电机组的目的。现有公开的资源主要停留在概念设计阶段，例如，塔筒本身就是分段设计的，在连接段增加作动系统，控制连接法兰开合角度自由度，可以将机组整体放倒；将叶片分段设计，在连接段增加作动系统，控制连接法兰开合角度自由度，可以将风轮叶片收拢到一起，保持与来流方向平行。这些方案都是通过增加风力发电机组姿态自由度，在灾害性天气来临时，通过有效减小机组/风轮对风面积，起到保护机组安全的作用。其优点很明确，即便在灾害性天气情况下，依然能控制机组载荷在合理范围内，极大地保护了机组安全。但大型风力发电机组自重达几百吨甚至上千吨，单一部件也会有十几吨甚至几十吨，可以控制其姿态改变的作动系统本身就是一个设计难题，而且机组姿态改变后，机组整体重心发生偏移，对其基础设计提出更新要求，施工成本显著增加。考虑到灾害性天气情况的发生几率，新型设计的市场竞争力微乎其微。经过以上分析，足见具有抗台风功能的风力发电机组设计是一项系统工程，无法通过单一系统/部件的增加或者连接形式的改变，而在工程应用中具有竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可折叠型风轮的水平轴风力发电机组及使用方法，解决了现有技术中存在的上述不足。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：