一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可以根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載需要控制風(fēng)能機輸出功率且具有穩(wěn)定的交流頻率的垂直軸型風(fēng)能機，屬風(fēng)能發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于：風(fēng)能機葉片安裝在與環(huán)形浮體剛性連接構(gòu)建的立體構(gòu)架上；風(fēng)能機葉片為雙面升力型；升力型葉片為飛機機翼形，其前緣正常為迎風(fēng)向，后緣為順風(fēng)向；風(fēng)能機葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力情況，由計算機根據(jù)需要通過特殊裝置控制葉片的風(fēng)力攻角與葉片升力方向，實現(xiàn)風(fēng)能機以某相對穩(wěn)定的角速度旋轉(zhuǎn)，同時在最大可輸出功率以內(nèi)，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載需要，控制風(fēng)能機輸出功率；風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正做功或負(fù)做功；風(fēng)能機剎車可以由計算機控制改變?nèi)~片風(fēng)力攻角與升力方向?qū)崿F(xiàn)。
【專利說明】一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機
[0001]本發(fā)明涉及一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，屬風(fēng)能發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]我國風(fēng)能資源豐富，根據(jù)中國氣象科學(xué)研究院的初步測算，我國陸地1m高度處可開發(fā)儲量為2.53億kw，如果使用本發(fā)明技術(shù)，開發(fā)我國地面邊界層低空激流帶的風(fēng)力用于風(fēng)力發(fā)電，我國可以開發(fā)出裝機功率穩(wěn)定供應(yīng)的電能達(dá)到數(shù)百億千瓦，足可替代我國目前使用的煤炭能源。
[0003]現(xiàn)代風(fēng)能利用的主要方式是風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性:⑴建造風(fēng)力發(fā)電場的費用低廉，比水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠或核電站的建造費用低得多；⑵風(fēng)力是一種潔凈的自然能源，沒有煤電、油電與核電所伴生的環(huán)境污染問題；⑶除常規(guī)保養(yǎng)外，沒有煤電、油電與核電所需的任何其他燃料消耗，運行成本低；⑷風(fēng)是一種可再生、無污染而且儲量巨大的能源；(5)最重要的是，在地球的某些地方存在著地面邊界層低空激流帶，一年四季的分分秒秒皆存在著可以發(fā)電的優(yōu)質(zhì)風(fēng)力，只要利用得當(dāng)，那么，這些地方的風(fēng)力發(fā)出的電能完全可以成為直接替代我們目前主流使用的化石能源的替代品。
[0004]隨著全球氣候變暖和能源危機，全世界各國都在加緊對風(fēng)力的開發(fā)和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護(hù)我們賴以生存的地球，但是目前世界上主流使用的風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)出的電能，因為其自身的電能質(zhì)量問題而不適合成為各國的主電網(wǎng)的供電主力，所以本發(fā)明更顯得尤為重要。
[0005]風(fēng)力發(fā)電的核心是風(fēng)輪機，風(fēng)輪機為風(fēng)力聚能裝置，分為水平軸和垂直軸兩大類，目前使用的規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是水平軸式風(fēng)力聚能裝置。但是水平軸式風(fēng)能機必須迎風(fēng)聚能，風(fēng)能利用空間基本只能在地表以上100米以下的數(shù)十米空間，且不能提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出，單機裝機功率與風(fēng)力發(fā)電的總裝機功率皆非常有限。如，丹麥現(xiàn)安裝的風(fēng)力發(fā)電機3000多座年發(fā)電僅100億度，單臺風(fēng)力發(fā)電機的平均有效發(fā)電功率僅380kw。盡管如此，據(jù)粗略估計，僅在這個層面上，近期可利用的風(fēng)能總功率約為10?100億kw，這個數(shù)值已經(jīng)比全世界可以利用的水力資源大10倍。如果可以利用數(shù)百米甚至千米以上高空范圍的風(fēng)力，尤其是利用地球的某些地方存在著地面邊界層低空激流帶的優(yōu)質(zhì)風(fēng)力資源，那么風(fēng)能甚至可以直接提供給我們?nèi)澜缡褂玫碾娏Α?br> [0006]目前非主流使用的垂直軸型風(fēng)能機，與當(dāng)前主流使用的水平軸型風(fēng)能機一樣存在聚能功率小、效率低且電力輸出不穩(wěn)定等問題。本發(fā)明的垂直軸型可控功率風(fēng)能機不存在迎風(fēng)面問題，可同時聚集不同水平面上的不同風(fēng)向的能量，最重要的是，安裝于風(fēng)能機上的葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力，可根據(jù)電網(wǎng)需要，由計算機通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向，風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正或負(fù)做功，極大地提高了風(fēng)能機的發(fā)電效率。
[0007]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)存在聚能功率小、效率低、且電力輸出不穩(wěn)定等缺點，提供一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，主要利用在地球的某些地方存在的地面邊界層低空激流帶的一年四季分分秒秒皆存在著可以發(fā)電的優(yōu)質(zhì)風(fēng)力資源的特征，利用安裝于風(fēng)能機上的葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力，由計算機自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向，風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正或負(fù)做功的獨特設(shè)計，聚集半徑數(shù)百米甚至數(shù)千米，高度在地表上達(dá)數(shù)百米甚至千米以上范圍的風(fēng)能，實現(xiàn)單臺風(fēng)能機可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需要，穩(wěn)定提供數(shù)十萬至數(shù)百萬千瓦的與當(dāng)前火力發(fā)電機組一樣提供的具有穩(wěn)定交流頻率且自動控制輸出功率的優(yōu)質(zhì)電能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是:一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，包括風(fēng)能機底座，與環(huán)形浮體剛性連接構(gòu)建的支撐葉片的立體構(gòu)架，葉片安裝于立體構(gòu)架上，其特征在于:風(fēng)能機底座上置一有水的環(huán)形凹槽；剛性連接立體構(gòu)架的環(huán)形浮體為風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體的底部結(jié)構(gòu)，其形狀與所述環(huán)形凹槽內(nèi)腔動配合吻合一致；風(fēng)能機葉片為雙面升力型葉片，形狀為飛機機翼形，其前緣正常為迎風(fēng)向，后緣為順風(fēng)向；所述底座的環(huán)形凹槽內(nèi)置有水，所述旋轉(zhuǎn)體的下部深入水中，所述旋轉(zhuǎn)體的上部置于水面之上浮動；安裝于風(fēng)能機上的葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力，由計算機通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向，風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正或負(fù)做功；將這種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機合理部署在地球中高緯度某些地面邊界層低空激流帶地區(qū)，可實現(xiàn)單臺風(fēng)能機驅(qū)動的發(fā)電機組可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需要，穩(wěn)定提供數(shù)十萬至數(shù)百萬千瓦的與當(dāng)前火力發(fā)電機組一樣提供的具有穩(wěn)定交流頻率且自動控制輸出功率的優(yōu)質(zhì)電能。
[0009]本發(fā)明的積極效果是:環(huán)形旋轉(zhuǎn)體在底座凹槽內(nèi)半浮動結(jié)構(gòu)設(shè)計，旋轉(zhuǎn)體的運動阻力與摩擦阻力皆非常小，減少了無功損耗；風(fēng)能機葉片為升力型葉片，形狀為飛機機翼形，其前緣正常為迎風(fēng)向，后緣為順風(fēng)向；安裝于風(fēng)能機上的葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力，由計算機通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向，風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正或負(fù)做功；將這種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機部署在地球中高緯度地區(qū)的地面附近低空激流帶區(qū)域，聚集地面上半徑數(shù)百米甚至數(shù)千米，高度在地面上達(dá)數(shù)百米甚至千米以上范圍的風(fēng)能，可實現(xiàn)單臺風(fēng)能機驅(qū)動的發(fā)電機組可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需要，穩(wěn)定提供數(shù)十萬至數(shù)百萬千瓦的與當(dāng)前火力發(fā)電機組一樣提供的具有穩(wěn)定交流頻率且自動控制輸出功率的優(yōu)質(zhì)電能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]以下結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0011]圖1為本發(fā)明以a?g位置為例，各例示點的自然風(fēng)力與風(fēng)能機轉(zhuǎn)動形成的切向相對風(fēng)力合成的實際綜合相對風(fēng)力在風(fēng)能機不同位置與由計算機控制的風(fēng)能機葉片相配置示意圖。
[0012]圖1中，I一自然風(fēng)例示意圖部分；2—以a、b兩點處為例，風(fēng)能機例示點處自然風(fēng)；3—以c、d兩點處為例，風(fēng)能機例示點處風(fēng)能機轉(zhuǎn)動形成的切向相對風(fēng)力；4一以e、f兩點處為例，風(fēng)能機例示點處自然風(fēng)力與風(fēng)能機轉(zhuǎn)動形成的切向相對風(fēng)力合成的實際綜合相對風(fēng)力；5—以c、d兩點處為例，風(fēng)能機例示點處風(fēng)能機葉片狀態(tài)示意圖部分，其中位置c處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向右側(cè)，位置d處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向左側(cè)；A、B兩點為自然風(fēng)在風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體的切點位置，AB連線的上風(fēng)半圓處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向左側(cè)，AB連線的下風(fēng)半圓處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向右側(cè)。
[0013]圖2為本發(fā)明以a?g位置為例，各例示點的實際綜合相對風(fēng)力作用于葉片形成升力與其在風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體相應(yīng)位置的切向分力與法向分力示意圖。
[0014]圖2中，I一自然風(fēng)例圖；2—以c、d兩點處為例，風(fēng)能機例示點處自然風(fēng)力與風(fēng)能機轉(zhuǎn)動形成的切向相對風(fēng)力合成的實際綜合相對風(fēng)力；3—以d、e兩點處為例，風(fēng)能機例示點處風(fēng)能機葉片狀態(tài)示意圖，葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向左側(cè)；4一以f、g兩點處為例，風(fēng)能機例示點處自然風(fēng)力與風(fēng)能機轉(zhuǎn)動形成的切向相對風(fēng)力合成的實際綜合相對風(fēng)力作用于風(fēng)能機葉片形成的升力，葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向左側(cè)示意圖；5—以a、b兩點處為例，風(fēng)能機例示點處自然風(fēng)力與風(fēng)能機轉(zhuǎn)動形成的切向相對風(fēng)力合成形成的實際綜合相對風(fēng)力作用于風(fēng)能機葉片形成升力的切向分力示意圖；6—以a、b兩點處為例，風(fēng)能機例示點處自然風(fēng)力與風(fēng)能機轉(zhuǎn)動形成的切向相對風(fēng)力合成形成的實際綜合相對風(fēng)力作用于風(fēng)能機葉片形成升力的法向分力示意圖；A、B兩點為自然風(fēng)在風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體的切點位置，AB連線的上風(fēng)半圓處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向左側(cè)，AB連線的下風(fēng)半圓處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向右側(cè)。
[0015]圖3為本發(fā)明部分實體示意圖。其中I一例示為安裝的風(fēng)能機葉片示意圖；2—例示為安裝葉片的支架結(jié)構(gòu)示意圖；3—例示為浮體截面示意圖。

【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理部分示于圖1、圖2、圖3，由圖示可見，一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，包括風(fēng)能機底座，與環(huán)形浮體剛性連接構(gòu)建的支撐葉片的立體構(gòu)架一層以上，部分實體示意圖如圖3所示，葉片安裝于立體構(gòu)架上圖3風(fēng)葉支架部分所示，其特征在于:風(fēng)能機底座上置一有水的環(huán)形凹槽；剛性連接立體構(gòu)架的環(huán)形浮體，圖3浮體截面部分所示，為風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體的底部浮體結(jié)構(gòu)示意圖，其形狀與所述底座環(huán)形有水凹槽內(nèi)腔動配合吻合一致；風(fēng)能機葉片為雙面升力型葉片，安裝于與環(huán)形浮體剛性連接立體構(gòu)架上，葉片形狀為飛機機翼形，其前緣正常為迎風(fēng)向，后緣為順風(fēng)向，圖1與圖2上A、B兩點皆為自然風(fēng)在風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體的切點位置，AB連線的上風(fēng)半圓處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向左側(cè)，AB連線的下風(fēng)半圓處葉片升力方向為葉片迎風(fēng)方向右側(cè)，葉片動態(tài)根據(jù)需要由計算機通過特殊裝置自動控制，見圖1、圖2所示；所述底座的環(huán)形凹槽內(nèi)置有水，所述旋轉(zhuǎn)體的下部，圖3浮體截面部分所示，深入水中，所述旋轉(zhuǎn)體的上部置于水面之上浮動；安裝于風(fēng)能機上的葉片，圖3風(fēng)葉示意圖部分所示僅為單根葉片示意圖，實際情況是根據(jù)風(fēng)能機半徑大小安裝多層多根葉片，每根葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力，由計算機通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向，風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正或負(fù)做功；將這種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機合理部署在地球中高緯度某些地面邊界層低空激流帶地區(qū)，可實現(xiàn)單臺風(fēng)能機驅(qū)動的發(fā)電機組可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需要，穩(wěn)定提供數(shù)十萬至數(shù)百萬千瓦的與當(dāng)前火力發(fā)電機組一樣提供的具有穩(wěn)定交流頻率且自動控制輸出功率的優(yōu)質(zhì)電能。
[0017]實施例，一套可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，可以穩(wěn)定聚集半徑數(shù)百米甚至數(shù)千米，高度在地表上達(dá)數(shù)百米甚至千米以上范圍的風(fēng)能，安裝于風(fēng)能機上的葉片為雙面升力型，圖3風(fēng)葉示意圖部分以一根葉片代表為例所示，安裝于風(fēng)能機上的多層多根葉片，任一根葉片皆可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力，由計算機通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向。風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正或負(fù)做功；將這種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機合理部署在地球中高緯度某些地面邊界層低空激流帶地區(qū)，可實現(xiàn)單臺風(fēng)能機驅(qū)動的發(fā)電機組可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需要，穩(wěn)定提供數(shù)十萬至數(shù)百萬千瓦的與當(dāng)前火力發(fā)電機組一樣提供的具有穩(wěn)定交流頻率且自動控制輸出功率的優(yōu)質(zhì)電能。
【權(quán)利要求】
1.一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，包括風(fēng)能機底座，與環(huán)形浮體剛性連接構(gòu)建的立體結(jié)構(gòu)的葉片支架，葉片安裝于立體構(gòu)架上，葉片的風(fēng)力攻角由計算機通過特殊裝置控制，其特征在于:風(fēng)能機底座上置一有水的環(huán)形凹槽；剛性連接支撐葉片立體構(gòu)架的環(huán)形浮體為風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體的底部結(jié)構(gòu)，其形狀與所述環(huán)形凹槽內(nèi)腔動配合吻合一致；安裝于風(fēng)能機上的葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力，由計算機根據(jù)需要通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向；風(fēng)能機葉片為雙面升力型；升力型葉片為飛機機翼形，其前緣正常為迎風(fēng)向，后緣為順風(fēng)向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，其特征在于:風(fēng)能機底座置一有水的環(huán)形凹槽，環(huán)形浮體為風(fēng)能機旋轉(zhuǎn)體的底部結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)體置于凹槽水面上浮動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，其特征在于:風(fēng)能機葉片為雙面升力型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，其特征在于:升力型葉片為飛機機翼形，其前緣正常為迎風(fēng)向，后緣為順風(fēng)向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，其特征在于:風(fēng)能機葉片可根據(jù)葉片所處位置的瞬時風(fēng)力狀況，由計算機根據(jù)實際需要通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，其特征在于:風(fēng)能機所有葉片僅在風(fēng)向與圓環(huán)切線相一致的一或兩點位置始終負(fù)做功，其余的任意位置的葉片皆可根據(jù)需要對風(fēng)能機正或負(fù)做功。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，其特征在于:風(fēng)能機可以由計算機通過特殊裝置自動控制葉片的風(fēng)力攻角與升力方向，實現(xiàn)以某相對穩(wěn)定的角速度旋轉(zhuǎn)，同時在最大可輸出功率以內(nèi)，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載需要控制風(fēng)能機輸出功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可控輸出功率的垂直軸型風(fēng)能機，其特征在于:風(fēng)能機剎車可以由計算機通過特殊裝置控制改變?nèi)~片風(fēng)力攻角與升力方向?qū)崿F(xiàn)。
【文檔編號】F03D7/06GK104373289SQ201410210866
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】秦明慧 申請人:秦明慧