本發(fā)明涉及風力發(fā)電領域，具體而言，涉及蜂窩風力發(fā)電站。

背景技術：

風力發(fā)電機是將風能轉換為機械能，機械能轉換為電能的電力設備。目前大中型風電主要采用水平軸風力機，屬升力型風力機，具有轉速高、風的利用率較高的優(yōu)點。目前投入商業(yè)運營的風力發(fā)電機主流風力發(fā)電機基本上是水平軸風力發(fā)電機。

風力發(fā)電機的支撐采用的是豎向直立塔筒，隨著風力發(fā)電機單機容量的不斷增大，目前主流風力發(fā)電機的容量已達2兆瓦—3.5兆瓦，相應的發(fā)電機整體重量已達70-100噸，塔筒直徑也已達4米以上，隨著設備的道路超限運輸已快達極限，設備道路運輸而變的更加困難，設備的制作、運輸、安裝成本顯著增加，因此水平軸風力發(fā)電機的發(fā)展已達到瓶頸期。

旋轉軸是垂直的風力發(fā)電機叫垂直軸風力發(fā)電機。垂直軸風力發(fā)電機具有低噪聲、維護簡單等優(yōu)點。但現(xiàn)有的垂直軸風力發(fā)電機由于葉片固定，葉片運動阻力較大，雖然有的葉片背部成流線型，但運動阻力仍然較大，因此傳統(tǒng)垂直軸風力發(fā)電機的風能利用率較低。采用垂直軸風力發(fā)電機建設大規(guī)模的風力發(fā)電站幾乎沒有。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種占地面積小、能有效利用高空風能的、高風能利用率的蜂窩風力發(fā)電站。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

蜂窩風力發(fā)電站，包括框架和風力發(fā)電機，所述框架呈規(guī)則網格狀的形成有若干格子，所述格子中設有所述風力發(fā)電機。

在示例性實施例中，所述風力發(fā)電機為垂直軸風力發(fā)電機。

在示例性實施例中，所述風力發(fā)電機包括發(fā)電機、風輪固定架、風輪轉軸和實時變槳風輪，所述發(fā)電機的定子固定在所述風輪固定架上，所述風輪轉軸與所述發(fā)電機的轉子連接；

所述實時變槳風輪包括風輪支架、風槳和風槳轉軸，至少三個所述風槳在豎直方向圓周均勻設于所述風輪支架上，每一所述風槳通過所述風槳轉軸轉動地與所述風輪支架連接；

所述風輪支架連接在所述風輪轉軸上，所述風槳轉軸在豎直方向上。

在示例性實施例中，所述實時變槳風輪還包括驅動裝置，每一所述風槳轉軸上連接有一所述驅動裝置；

所述驅動裝置驅動位于迎風半周的所述風槳始終垂直于風向的水平分向；

所述驅動裝置驅動位于逆風半周的所述風槳始終平行于風向的水平分向。

在示例性實施例中，所述驅動裝置包括相互電性連接的控制器和驅動馬達；所述驅動馬達的輸出軸與所述風槳轉軸連接，所述控制器控制所述驅動馬達轉動。

在示例性實施例中，所述框架的頂端鋪設有太陽能光伏發(fā)電板。

在示例性實施例中，所述框架呈平面的網格狀。

在示例性實施例中，所述框架呈圓筒的網格狀。

在示例性實施例中，每層所述框架中形成有安裝檢修通道，所述安裝檢修通道上設有運輸軌道。

在示例性實施例中，還包括垂直電梯，所述垂直電梯在每層所述安裝檢修通道中?？?。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點是：

本發(fā)明的蜂窩風力發(fā)電站通過框架將風力發(fā)電機集中設置，具有較大的發(fā)電規(guī)模優(yōu)勢和建造成本優(yōu)勢，是一種占地面積小、能有效利用高空風能的、高風能利用率的蜂窩風力發(fā)電站。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯和易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，做詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實施例所提供的平面狀的蜂窩風力發(fā)電站的主視圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的平面狀的框架的主視圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的平面狀的蜂窩風力發(fā)電站的側視圖；

圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的平面狀的蜂窩風力發(fā)電站的俯視圖；

圖5示出了本發(fā)明實施例所提供的圓筒狀的蜂窩風力發(fā)電站的俯視圖；

圖6示出了本發(fā)明實施例所提供的風力發(fā)電機的結構示意圖；

圖7示出了本發(fā)明實施例所提供的實時變槳風輪的正常工作狀態(tài)示意圖；

圖8示出了本發(fā)明實施例所提供的實時變槳風輪的超風速狀態(tài)示意圖；

圖9示出了本發(fā)明實施例所提供的實時變槳風輪的超風速時的極限工作狀態(tài)示意圖。

主要元件符號說明：

1-蜂窩風力發(fā)電站；11-風力發(fā)電機；111-實時變槳風輪；1111-風輪支架；1112-風槳；1113-風槳轉軸；112-發(fā)電機；1121-風輪轉軸；113-風輪固定架；12-框架；121-格子；122-安裝檢修通道；1221-運輸軌道；123-垂直電梯。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對蜂窩風力發(fā)電站進行更全面的描述。附圖中給出了蜂窩風力發(fā)電站的優(yōu)選實施例。但是，蜂窩風力發(fā)電站可以通過許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對蜂窩風力發(fā)電站的公開內容更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。相反，當元件被稱作“直接在”另一元件“上”時，不存在中間元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在蜂窩風力發(fā)電站的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

大尺寸的風力發(fā)電機相對于向右的兆瓦級水平軸發(fā)電機的發(fā)電容量較小，如選定的結構風力發(fā)電機的風輪的結構尺寸為25米*25米，則迎風面積可量化為625平方米，發(fā)電量估算為300-450kw，這個功率的風力發(fā)電機在上網的集電、變配電、地面占地等方面顯然是不具有優(yōu)勢的，因而提供蜂窩風力發(fā)電站。

下面結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

實施例

請一并參閱圖1到圖4，本實施例提供蜂窩風力發(fā)電站1，包括框架12和風力發(fā)電機11?？蚣?2呈規(guī)則網格狀的形成有若干格子121，格子121中設有風力發(fā)電機11。

上述，框架12是蜂窩風力發(fā)電站1的主體，其內部形成有若干個格子121，且格子121呈蜂窩狀分布?？蚣?2可采用鋼架、鋼筋混凝土或兩者的結合。通過格子121在平面方向和豎直方向的組合，實現(xiàn)風力發(fā)電機11的網格式分布，也可稱為蜂窩狀分布。

蜂窩風力發(fā)電站1的框架12可以呈平面的網格分布，形成一字型蜂窩風力發(fā)電站1。蜂窩風力發(fā)電站1的框架12可以呈圓筒狀的網格分布，形成環(huán)形蜂窩風力發(fā)電站1。

當蜂窩風力發(fā)電站1的高度較小、規(guī)模較小時，框架12的高度不太高，風機的檢修安裝可以靠底面吊車完成，其優(yōu)點為框架12的梁柱構件少，單位造價低，缺點為每次大型檢修需要有外部吊車配合，檢修成本較高。

本實施的框架12為長方體框架12，即格子121呈平面蜂窩狀分布。每層框架12中形成有安裝檢修通道122，安裝檢修通道122上設有運輸軌道1221，運輸軌道1221在安裝檢修通道122的中心安裝，并向格子121中延伸。

此時的框架12即為雙層框架12，即在同一水平層上的一行的格子121用于放置風力發(fā)電機11，另一行用做檢修和安裝風力發(fā)電機11使用，每一層的安裝檢修通道122上設有運輸軌道。運輸軌道用于搬運風力發(fā)電機11的大型構件。

在另一實施例中，如圖5所示，框架12為圓筒狀的框架12，即格子121呈圓環(huán)的蜂窩狀分布。每層框架12中形成有安裝檢修通道122，安裝檢修通道122上設有運輸軌道1221，運輸軌道1221在安裝檢修通道122的中心安裝，呈圓形，輻射狀的向格子121中延伸?？蚣?2的格子121組成了首尾連接的360°全方位的風力發(fā)電站，其圓環(huán)形結構具有較好的力學性能，適合建造大規(guī)模的超高框架12的蜂窩風力發(fā)電站1，能利用更高高空的風力資源。

可以理解，框架12的形狀不限于所舉例的兩種，還可以是其他的形狀。

將框架12多層布置的優(yōu)點是框架12結構強度高，適合建造高度較高的蜂窩風力發(fā)電站1，另一優(yōu)點是風力發(fā)電機11的安裝、檢修可依靠自身完成，安裝、檢修方便，成本低廉。

蜂窩風力發(fā)電站1還包括垂直電梯123，垂直電梯123在每層安裝檢修通道122中?？俊Ｍㄟ^垂直電梯123將風力發(fā)電機11的實時變槳風輪111(下文提到)提拉到安裝層，而后通過運輸軌道運輸到指定的格子121中，無需動用外部吊車。加設垂直電梯123也用于檢修工人乘坐。

框架12的最底層的格子121中不設風力發(fā)電機11，其余的每一個格子121中各設有一個風力發(fā)電機11?？蚣?2的最底層作為裝配檢修間。由于實時變槳風輪111的直徑較大，不可能在工廠整體裝備裝配完成后運至工地，因此風輪的最終裝配要在現(xiàn)場完成，檢修間應能適應較大的實時變槳風輪111的裝配。變配電設備也設于最底層的格子121中。

本實施例中，框架12的最頂端區(qū)域鋪設有太陽能光伏板，最大限度的利用自然能量。

如圖6所示，本實施例的風力發(fā)電機11為垂直軸風力發(fā)電機，它包括發(fā)電機112和風輪固定架113。發(fā)電機112設于風輪固定架113上。發(fā)電機112包括定子和轉子，發(fā)電機112的定子與風輪固定架113固定，發(fā)電機112的轉子與風輪轉軸1121連接，從而在風輪轉軸轉動時帶動轉子做切割磁力線的運動，從而達到發(fā)電機112發(fā)電的效果。

風力發(fā)電機11還包括實時變槳風輪111，包括風輪支架1111、風槳1112和風槳轉軸1113。至少三個風槳1112圓周均勻設于風輪支架1111上，每一風槳1112通過風槳轉軸1113轉動地與風輪支架1111連接。

實時變槳風輪111通過風輪支架1111連接在風輪轉軸1121上，實時變槳風輪111在轉動時帶動風輪轉軸1121一起轉動，通過風輪轉軸1121向發(fā)電機112輸入動能。風力發(fā)電機11將風能轉換成風輪轉軸1121的動能，通過發(fā)電機112發(fā)電。

本實施例中，八個風槳1112圓周均布于風輪支架1111上。風輪支架由水平支撐桿構成。水平支撐桿圓周均勻的連接在風輪轉軸1121上。水平支撐桿與風輪轉軸1121垂直連接。

每一風槳轉軸1113上連接有一條水平支撐桿，風槳轉軸1113可相對風輪支架1111轉動，即風槳轉軸1113可相對水平支撐桿的連接處轉動，如風槳轉軸1113和水平支撐桿通過鉸接連接。連接在水平支撐桿上的風槳轉軸1113與水平支撐桿垂直。在實時變槳風輪111安裝時，風輪轉軸1121豎直安裝，水平支撐桿在水平方向上，風槳轉軸1113在豎直方向上，即風槳1112在豎直方向上。

在另一實施例中，風槳1112的數量不限于八個，可以為3個、4個，甚至是10個?？梢岳斫?，實時變槳風輪的受力面積，一方面和迎風角度有關，一方面和風槳1112的數量相關，理論上風槳1112的數量越多，受力面積越大。

根據風力發(fā)電機11的結構特點，實時變槳風輪111的風槳1112離風輪轉軸1121最遠，承載和固定風葉的水平支撐桿的強度和剛度要求較高。如要獲得較大的風能風輪支架1111的幾何尺寸會比較大，實時變槳風輪111的直徑越大。風輪支架1111的尺寸也越大，風輪支架1111的尺寸達到一定程度，其制造難度和制造成本會徒然增大。因此性價比較高的帶有實時變槳風輪111的風力發(fā)電機11并不會很大，同時由于發(fā)電功率的需求也不會太小。根據現(xiàn)已運行的垂直軸風力發(fā)電機11推斷，本風力發(fā)電機11的實時變槳風輪111的直徑應該在10-30米，葉片長度應該在10-30米。

帶有實時變槳風輪111的風力發(fā)電機11為垂直軸風力發(fā)電機11。垂直軸風力發(fā)電機11無噪音，維護簡單。成本遠低于目前的水平軸風力發(fā)電機。第一個優(yōu)勢為對風力的反應較為靈敏，可在低風速、弱風力的條件下發(fā)電。第二個優(yōu)勢是恒定的受力特性優(yōu)勢。由于垂直軸風力發(fā)電機11慣性力與重力的方向始終不變，所受的是一恒定載荷，因而葉片疲勞壽命相對長。而水平軸風力發(fā)電機的風輪受到重力和慣性力的雙重作用，重力方向不變，慣性力方向隨時變化，一方面對于風輪的疲勞強度非常不利，另一方面也制約著水平軸風力發(fā)電機風輪尺寸的進一步增大。

實時變槳風輪111架與風輪固定架113之上，風輪轉軸1121連接發(fā)電機112的輸入軸。發(fā)電機112設于風輪固定架113的底部，風輪轉軸1121同軸的設于風輪固定架113中，并延伸置風輪固定架113的頂部與風輪支架1111連接。

發(fā)電機112設于風輪固定架113的底部。發(fā)電時，實時變槳風輪111連帶著風輪轉軸1121轉動，從而發(fā)電。實時變槳風輪111的轉動直接驅動發(fā)電機112發(fā)電，避免了多級傳動，傳動效率更高?？梢岳斫?，發(fā)電機112還可以連接變速箱。

由于發(fā)電機112位于風輪固定架113的底部，減輕了風輪固定架113的承重，使得垂直軸風力發(fā)電機11更統(tǒng)一實現(xiàn)直接驅動，更便于安裝、控制和維護，降低了安裝、維護的成本。

風輪固定架113可以為筒塔或格子塔。筒塔為一體式建造的風輪固定架113，其一體式結構利于攀爬，便于風力發(fā)電機11發(fā)生故障時進行維修。格子塔為鋼結構組裝搭建而成，其結構靈活，搭建簡單。

風槳轉軸1113連接在風槳1112的縱向中線上，風槳1112和風槳轉軸1113固定連接，且風槳1112。風槳1112呈板狀，其表面或者說背部呈流線型，流線型的風槳1112具有較好的運動性能，減小了風槳1112與風的摩擦力。

由于風槳1112攻角的存在，實時變槳風輪111才能轉動，攻角即為相對于一端圓周運動的外切線的角度，即當風向與風槳1112平行時攻角為零，風槳1112不受力，其余情況下攻角不為零，風槳1112或受推力或受阻力。

本實施例中，實時變槳風輪111還包括驅動裝置(圖中未示出)，每一轉軸上連接有一驅動裝置。驅動裝置驅動位于迎風半周的風槳1112始終垂直于風向的水平分向。驅動裝置驅動位于逆風半周的風槳1112始終平行于風向的水平分向。

上述，因為實時變槳風輪111轉動的驅動力來自于風的水平分力。驅動裝置驅動迎風半周的風槳1112始終垂直于風向的水平分向，從而使得迎風半周的驅動力為最大。驅動裝置驅動逆風半周的風槳1112始終平行于風向的水平分向，從而使得逆風半周的阻力雖不是零，但是盡可能小，提高了風能的利用率。

具體的，驅動裝置包括相互電性連接的控制器和驅動馬達；驅動馬達的輸出軸與風槳轉軸1113連接，控制器控制驅動馬達轉動。實時變槳風輪111在工作時一直在轉動，風槳1112也在實時的連續(xù)的變化，其角度的變化的是連續(xù)的，不是階躍性的變化，因而實時變槳風輪111在工作時噪聲小、震動小，能夠穩(wěn)定的工作。

驅動馬達連接在水平支撐桿上，電機的輸出軸與風槳轉軸1113連接，通過電機的轉動直接帶動風槳1112轉動。在控制器上加設速度傳感器、風向傳感器等，實現(xiàn)風槳1112的實時尋風，從而實現(xiàn)風能的高利用率。

可以理解，驅動裝置除了可以采用驅動馬達驅動以外，還可以采用液壓驅動、連桿驅動或電動液動連桿的組合驅動。驅動馬達除了可以直接連接在風槳轉軸1113驅動風槳轉軸1113轉動以外，還可以通過驅動連桿帶動風槳轉軸1113轉動，該結構較為常見在此不贅述。

如圖7所示，當風速未超過風力發(fā)電機11的額定風速時，迎風半周的風槳1112與風向垂直，逆風半周的風槳1112與風向平行，使得迎風面積最大，逆風面積最大。

如圖8所示，當風速超過風力發(fā)電機11的額定風速時，若實時變槳風輪111的仍保持最大的迎風面積，風力發(fā)電機11會過載，造成損壞。此時風槳1112與原風向并非垂直態(tài)，以適當的減小迎風面，降低對風能的利用率，使得風力發(fā)電機11在額定負載下工作。

如圖9所示，當風速超過風力發(fā)電機11的額定風速的極限狀態(tài)下工作時，所有的風槳1112均平行于風向，實時變槳風輪111所受的阻力為零。當由于風槳1112不能制作的足夠薄，和風槳1112不能制作的足夠光滑，始終會有阻力存在，因而極限工作狀態(tài)是不能達到的。

本發(fā)明的蜂窩風力發(fā)電站通過框架將風力發(fā)電機集中設置，具有較大的發(fā)電規(guī)模優(yōu)勢和建造成本優(yōu)勢，是一種占地面積小、能有效利用高空風能的、高風能利用率的蜂窩風力發(fā)電站。

在這里示出和描述的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制，因此，示例性實施例的其他示例可以具有不同的值。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所附權利要求為準。