前言
实现单机更大功率设计是风电机组各种效益形成方式中最为有效的手段。多风轮聚能风电机组(以下简称:聚能机组)是一种全新种类的特大型、大型或中型风电机组整机机型发明创新技术,其由若干-众多个中小风轮分别单独形成乘风出力,再通过机械传动的方式实现“聚能”从而达成“巨能”的技术路线别具一格,事实证明其还同时伴生出多重独特性能及应用优势。
景技术催生聚能机组
水平轴叶桨迎风旋转式风电机组是当前应用最广泛、规格最齐全的机型,人们最初采用的风轮直径较小,中小型风轮具有选材、制造、运输、安装、维护、更换简单方便,叶片体态轻盈、造价便宜,风轮形态种类更是多样,有三叶型、多叶型、低风速型、高风速型、框架延边分布超薄多叶片型等。
中小风轮转速很快,偏转对风灵活,偏转对风与旋转扫风占用的空间均较小,但在有限的空间内叶片所能形成的有效乘风面积与乘风所能形成的出力转化能力的比值却是很高,尤其是采用“超薄多叶片型的低风速风轮”,其拥有更多的、密集的外围乘风叶片可形成更为强大的乘风力矩与旋转出力,可使较弱的过流风能获得十分充分的截流、转化、利用;但是中小风轮的多重优势性能在当前的大型风电机型中已经完全消失。
随着风电机组单机更大功率能力需求的推进使单个风轮的设计直径向着更大规格努力发展,但人们逐渐发现风轮放大在超出一定规格后导致的超长厚重叶片难于掌控,并使巨大扫风空间内风能的实际乘风利用程度与比例级速缩减,而通过增长叶片获得的出力增加量值也在急速萎缩,并迫使塔架持续加高,使风轮对风偏转占用空间过大,这些对于在山地运输安装与密集分布建设风电工程均形成了更多更大的问题。
聚能机组如何形成巨能出力能力
因传动轴制造简单,体小价廉,方便拼接串联,还可用钢管替代连接实现超长距离传动,且传动能力强大,传动过程少有能量损耗或形成气流干扰与风力阻挡,从而形成了聚能机组的主要功能与功效优势特点的载体。
聚能机组采用的独特传动结构可使分散设置的各个风轮无论处在任何迎风方向及其变化时,均可将其出力以相同一致的方向及方式输送到动力汇集传动轴上,再通过汇集传动轴将分散动力叠加后集中输出,从而确保了在机组框架不动的情况下“由各个中小风轮单独出力与单独旋转对风”基础功能目标的实现
在动力汇集输送的过程中,首先形成横向的“一次汇集形态”(见示意图1、2),而将2排以上“一次汇集形态”横向上下排列再通过纵向传动轴汇集形成 “二次汇集形态”(见示意图3),通常无需“三次汇集”;上述两个汇集动力输出后可直接或间接与发电机或多发电机调控系统配合形成一级、二级聚能机组;还有一二级混合形态的聚能机组设计方案。
在一级汇集形态中又可将各个风轮全部设在横向汇集传动轴的上部(见示意图1),或形成上下对称的设置形态(见示意图2),后者可使风力推力在上下两个风轮之间形成平衡并节省一半齿轮与框架,因此在二级汇集形态中应最多采用。或可将一级汇集形态形成上下多层独立设置形成立式平面排列,其无需二次汇集结构传动设置而其宏观形态却是与二次汇集机组大致相似。
可见,聚能机组的形态就如同一张展开捕风的“大网”形成均布式捕风形态(实现最大程度乘风捕捉),并可将捕获的风能转化出力汇集集中输出,其形成的广泛、高效、密集的乘风形态最明显优势是将风电机组占用的每一块风力过流空间均得到高效能风轮的长期“固守”,从而实现风能时时刻刻的充分截流利用,并且能够形成高度密集的并列排列,其多数情况下采用的相对密集排列的超薄多叶片型风轮之间通常相互难于形成有效的气流干扰,因此可形成相对密集的并列排列设置;而各个间隔支撑的粗大塔架将演变形成增强风轮存在空间面积内气流过流强度的作用(而非形成阻挡与干扰气流的作用)。
这一优势形成的巨大作用与现实价值是“可在几个足球场甚至几个篮球场的建设面积空间内形成的风轮实际有效乘风面积与出力转换能力,与特大直径风轮机组几到十几平方公里建设分布面积内实现的有效出力能力效果相同”,这就为在山区山顶十分有限的地域面积条件下规模化发展风电提供了最为有力的可装机容量发展空间的理论基础数据与规模化发展容纳能力的技术依据。
10个方面独特优势性能呈现