CN106438201B - 邱山风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种邱山风力发电机组，属于可再生能源以及风能开发领域，现行风电开发存在着风电电价高、风电并网难的问题。科研发现；采用低效率3叶片风车直驱发电机产风电模式，是其技术根源。遂探索、科研、获得了创新技术：(一)，邱山风车。在相同条件下测试，输出功率密度最大值，邱山风车实验模型的是现行3叶片风车实验模型的4‑6倍。(二)，启用介质(以空气为例)储能产风电模式。两者组合构成按恒效率运行的邱山风力发电机组。其系统一，自动控制将风能高效率转换为压缩空气能。其系统二，自动控制将压缩空气能稳定转换为合格并网风电，提高设备运行收益。

Description

邱山风力发电机组

技术领域：

可再生能源——风能开发领域。

背景技术

现行风力发电机组，一是几近100％采用3叶片风车，二是风车直驱发电机产风电模式。两者是造成风电电价高，风电并网难，两个负面状况的技术根源。

科研实践发现，风车技术现行理论称：“3叶片的转子效率最高”<1>，“3叶片风轮通常能提供最佳的效率”<2>，“三叶片风力发电机是行业标准”<3>。这种理论是不符合风车技术实际的。感性判断发现、理论分析显示、实验测试验证，得出的结论是：不计1、2叶片风车，仅计3叶片和3叶片以上的风车，3叶片风车的效率，不仅不是最高的，反而是最低的。(见图1)

产生如此异常现象的原因，分析后认为(发现)：现代风车技术研发者，未经厉必要的风车技术启蒙初级实验实践，对风车技术基本特性缺乏认识，在借鉴先予它半个世纪诞生的风扇技术时缺乏标准，从而发生了风扇技术张冠李戴冒充风车技术指导风车研发，诞生了3叶片风车的历史现象。3叶片风车诞生后，社会实践优于传统风车(如：荷兰4叶片风车)，从而被社会接受。后续的引进者、推广者，同样未经厉必要的风车技术启蒙初级实验实践，对风车技术基本特性缺乏认识，也就对风扇技术张冠李戴冒充风车技术缺发鉴别能力。于是乎，3叶片风车效率最高这一欠科学的理论，才得以愚弄人们30多年，形成全世界风电机组几近100％采用3叶片风车的异常现象。为探索创造能提高风场风能利用率的邱山风车，和克服风电开发存在着的风电电价高，风电并网难异常现象，科研实践近十年，理论分析与实验实践相结合，交替进行，相互促进。风车实验模型正编号达161个，加上付编号共达214个。终于科研实践首先孕育形成了风车技术邱山理论。从而效率较高的邱山风车诞生。宣布了风扇技术张冠李戴冒充风车技术历史的终结。邱山风车诞生，为风车技术回归科学樹立起了榜样。

现行风车直驱发电机产风电模式，是欠科学的模式。风能开发，提高效率应是第一技术要求。可是，在现行3叶片风车直驱发电机产风电模式中，却对本就不高的3叶片风车的效率，实行拆东墙补西墙安排，有意加以抑制。合格风电是50Hz并符合电网的入网、退网要平缓的技术要求。要产50Hz风电，要求发电机转速恒定。风车直驱发电机产风电模式。也就要求风车转速恒定。自然风能密度是随机变化的。而风车转速是随风能密度变化而变化的。它采取的解决办法是：用自动控制叶片变距，抑制风车效率，来维持风车转速。外在表现是：风速小于额定风速，功率密度是一段向上斜线；风速大于额定风速后，功率密度是一水平线。现行风车直驱发电机产风电模式，是恒功率运行模式。其效率是变化的，不高的，。如图6的功率密度图线III，效率图线IV。由表1数据计算可知，在V＝0——22m/s域内，GW77/1500的功率密度【7】之和∑4.6717，风能密度【5】之和∑41.448.其平均效率：∑4.6717/∑41.448.＝0.1126

风车直驱发电机产风电模式，对自然风能密度随机变化的有、无、大、小，所引发的风电的有、无、大、小变化，不能满足电网对并网、退网要平缓的技术要求，对其无能为力。风电并网难，自然发生。

发明内容

为消除“风电电价高，风电并网难”两个负面状况，实践“风能开发，提高效率应是第一技术要求”，采用的技术方案是：邱山风车与启用介质储能产风电模式两者，组合构成邱山风力发电机组来完成。

为探索创造能提高风场风能利用率的邱山风车，和克服风电开发存在着的风电电价高，风电并网难异常现象，科研实践近十年，风车实验模型正编号已达161个，加上付编号，共达214个。实验实践给予了宝贵的启示。终于诞生了邱山风车与启用介质储能产风电模式相结合的邱山风力发电机组。

邱山风力发电机组。启用介质储能产风电模式，它是实行恒效率运行模式的。

甲，邱山风车

邱山风车，是按风车技术邱山理论设计的。风车技术邱山理论如下：

(1)，风车风轮用的叶片有两型：A，阻力型叶片；B，升力型叶片。

A，阻力型叶片。

横截面形状：非翼型，——横截面的两条长边线为相似形。功能机理：在风流中，叶片阻挡风流，风能对叶片的作用力FBC，在风轮旋转平面上的分量FBC×sinθ＝FDC，就是形成风轮旋转，输出机械能P＝MΩ的原动力。(参见图2)。

F_BC＝F_ACSin(Φ-θ)＝1/2ρW²dA Sin(Φ-0)。

F_DC＝F_BC×sinθ＝1/2ρW²dA Sin(Φ-θ)×sinθ。

输出功率：P_N＝A1/2ρW²【Sin²Φ/2-C_k cos²ΦSinΦ/2】U。

风车效率：C_P＝σ(1+λ²)λ。【Sin²Φ/2-C_kcos²ΦSinΦ/2】

B，升力型叶片。

横截面形状：翼型，——横截面的两条长边线为非相似形。功能机理：在风流中，叶片能将风能转换成垂直风速方向的升力dL，和顺风速方向的阻力dD，两者合成气动力：dR＝(dL²+dD²)^1/2。气动力dR在风轮旋转平面上的分量：dRcosβ＝dF_T，就是形成风轮旋转输出机械能P＝MΩ的原动力。(参见图3)。

cosβ＝cos(90+γ-Φ)＝cos{90-(Φ-γ)}＝sin(Φ-γ)。

dL＝C_L1/2ρW²dA，dD＝C_D1/2ρW²dA。dR＝(C_L ²+C_D ²)^1/21/2ρW²dA。

dFT＝(C_L ²+C_D ²)^1/21/2ρW²dAcosβ＝(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Φ-γ)1/2ρW²dA。

输出功率：p＝A.1/2ρW²【(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Φ-γ)-C_kcos²ΦSin(Φ-α_jia，)】U₀

风车效率：C_P＝σ(1+λ²)λ₀【(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Φ-γ)-C_kcos²ΦSin(Φ-α_jia)】

(2)，两型叶片风车共同的技术规律

(2.1)，风车输出功率P，与风车叶片面积之和A成正比；(在实度σ≤0.75域内)；

(2.2)，风车效率Cp，与风车实度σ成正比。(在实度σ≤0.75域内)；

(2.3)，风车输出功率P，风车效率Cp，均与叶片的面积形心所构成的形心圆的直径成正比；

(2，4)，风车风轮的最佳叶尖速比λJIA，是风车风轮结构参数和运行状况的函数。

(2.5)，风车输出功率P，风车效率Cp，最佳叶尖速比λJIA，均与风车风轮的阻尼系数Ck成负相关关系。即：Ck降低，P，Cp，λJIA提高。

(3)，阻力型叶片风车的技术规律

(3.1)，阻力型叶片的安装角θ，等于风向角Φ的一半时，效率较高。即0＝Φ/2，

(3.2)，实度σ相等的两个同规格的风车，叶片数多(叶片窄)的风车的性能，优于叶片数少(叶片宽)的风车的性能。(参见图4)；

(3.3)，阻力型叶片风车风轮可设计成摆振刚硬的整体结构。——风轮叶片尖端和中部，设置外圈和中圈(视情况可装数个圈)。自外圈、中圈，向风轮两边轮毂均布斜拉数对张线。从而使传统悬臂梁式的众多叶片与轮毂间，在圈与张线的组织下，叶片变成类似简支梁，构成整体结构。其强度、刚度、抗振度，都有所改善。

(3.4)，阻力型叶片用材和结构

(3.4.1)，金属板材。为扇形双折板。0＝Φ/2。

(3.4.2，)，薄漠材料。叶片支架，蒙薄漠。0＝Φ/2。

(3.4.3)，塑料成形。0＝Φ/2。

(3.5)，启用介质储能产风电模式的风电机组用的风车，勿需对叶片变距。叶片同定安装在轮毂上。叶片安装角固定的风车，在不同风速下，其最佳叶尖速比恒定。(参见图5)

(3.6)，金属板材，扇形双折板的加工：对扇形叶片胚料划中线。划叶根宽线，将叶根宽线两端点与叶尖中点连线。所构成的等腰3角形的两腰线，就是双折板的折线，迎风边、顺风折、背风边、迎风折，折好后叶尖成直线，叶根直线与叶尖直线间的夹角Δθ，应等于叶根安装角θ_g与叶尖安装角θ_j之差，即θ_g-θ_j＝Δθ。

(3.7)，叶片之间的间隙应尽可能的均匀。又考虑(3.2)节的特点(叶片多、窄的好)。可用长短叶片相间组合来解决。长叶片装到轮毂上，短叶片不与轮毂直接相连接。而是由(3.3)节所述的设置外圈，数层中圈来支持，间接与轮毂相连。

(3.8)，为了减轻重量，选板材要薄和比重小；但整体又要有足够的强度、刚度。可在长叶片中选取均布的数根(如3根或x根)，适当加厚，或好的材质。以其充当柱、梁的作用。

(3.9)，外圈，中圈的材质、断面形状，可灵活设计。

设计之一可以是：选用弹性较好的钢丝。中圈的安装：在叶片中线上中圈通过的点处，钻适当大于刚丝直径D的孔，中圈就穿在这些孔中。两个外圈。也是穿在叶片的孔中。叶片上的这两个孔是这样钻的：距叶尖适当的距离(如：5D左右)划中线的垂线。在这垂线上距中线相等的两点，钻适当大于D的孔。(该两孔距叶片边，要留有适当的距离，如：5D左右)。两个外圈就从这两孔穿过。可计算出两个外圈的中心距离。用可行、合适的有效措施，将其固定。此是实现、稳定叶尖安装角θj的措施。

(3.10)，按风车技术邱山理论，设计制做的邱山风车实验模型，与现行3叶片风车实验模型，实验测试结果是：风车外径相同，在相同风场中，用相同的测试设备和方法，两者的功率密度最大值之比：邱山风车实验模型的功率密度最大值/现行3叶片风车实验模型的功率密度最大值＝H＝4——6。(见图1，图4)

(4)，升力型叶片风车的技术规律(略)

乙，启用介质储能产风电模式

(1)，介质

介质，能够储能并方便再利用的物质。如：水、油、气等，可根据具体条件选用。

如：安装风电机组处有水源的，又附近有高处可置放储水容器的，就可选水作介质。有风时，风车将水提升注入储水容器内。然后通过水轮机驱动发电机生产出风电。

本文以选用空气作介质为例，叙述启用介质储能产风电模式的结构、功能、效果。

选用其它介质时，其结构自然需相应调整啦。功能、效果，基本相同。

(2)，启用空气作介质储能产风电的结构

其由三部分构成：

(一)，将风能尽可能高效率转换成压缩空气能——系统一。

(二)，稳定产并网合格风电——系统二。

(三)。支持、联系机组各部完成使命——系统三。

前两部分的构成环节如下：

系统一：风能——风车(含安装座及偏航轴承)——机械动力传输系统——空气压缩机——压缩空气——系统一的自动控制系统。。

系统二：压缩空气——压缩空气存、储、放装置——稳定产风电设备——并网合格风电——系统二的自动控制系统。

考虑到：(1)，风电机组构成设备尽可能不装在塔架顶端，而移装在地面上。这可以减轻多方负担。如：体积，重量，外形，安装，保养，维修------等。(2)，有条件时多套系统一，共用同一套系统二。

则启用空气储能产风电模式基本构成的三个系统就成为：

系统一：风能——定距叶片风车(含安装座及偏航轴承)——机械动力传输系统——锥齿轮箱(水平轴变为垂直轴)——垂直传动轴和万向联轴器——锥齿轮箱(垂直轴变为水平轴)——可自动控制的多轴输出变速箱——多规格空气压缩机——系统一的自动控制系统——压缩空气。

系统二：压缩空气——多个规格不同单向阀——多个规格不同分开关——前分路管件——总开关——压缩空气储罐——总开关——后分路管件——可自动控制的多个规格不同分开关——多个规格不同空气定压阀——多个规格不同空气马达——多台规格不同发电机——系统二的自动控制系统——并网合格风电。

系统三：安装风车的塔架，机组部件的支持、安装设施。

鉴于塔台顶端“宽畅”，给再装一个风轮提供了方便。实验室试验展现，下风处的风轮仍可产生可观的技械能。两个风轮同轴线反转，两轴上装相同的锥齿轮，分别从前后驱动同一个从动锥齿轮。后风轮轴上的锥齿轮与轴之间，装一个飞轮，用以协调前、后轴的转速偏差。——后轴转速慢时，后锥齿轮空转。是否可行，实践检验。

(3)，启用介质储能产风电模式的功能与效果

按职设岗，各司其职，发挥长处，避开短板，分工合作，稳产高产，合格风电，造福人类。

启用介质储能产风电模式，的功能：

一可充分发挥风车的功能，高效率将风能转换成机械能，随即(由空气压缩机等)转换为介质储能。

二可在储能环节，风能密度的随机变化，对风电的不良影响，被消解了。

三可独立自主将介质储能转换成合格风电。

四可实现机组恒效率运行，为收获设备运行效益最大化创造了条件。

启用介质储能产风电模式的效果：

它实践的是如图6中所示的功率密度图线II和效率图线V(参见表1)，对V＝0——22m/s的风能，设两个模式都循序均匀转换风电一遍。各得功率密度之和，列表计算得知：

启用介质储能产风电模式，按效率C_p＝0.4计，功率密度之和是∑16.57904(kw/m²)，

风车直驱发电机产风电模式，以GW77/1500机组为代表，功率密度之和是∑4.6717(kw/m²)，

两个模式比较：∑16.57904/∑4.6717＝3.5488(倍)

即，启用介质储能产风电模式机组1台，抵得上风车直驱发电机产风电模式机组3.55台。

启用介质储能产风电模式，按效率C_p＝0.5计，功率密度之和是∑20.724175(kw/m²)，

风车直驱发电机产风电模式，以GW77/1500机组为代表，功率密度之和是∑4.6717(kw/m²)，

两个模式比较：∑20.724175/∑4.6717＝4.4361(倍)

即，启用介质储能产风电模式机组1台，抵得上风车直驱发电机产风电模式机组3.55台。

取其平均值：(3.5488+4.4361)/2＝7.9849/2＝3.99245＝4

即，启用介质储能产风电模式机组1台，抵得上风车直驱发电机产风电模式机组4台

(4)，启用介质储能产风电模式存在着两个缺点

一个是：启用介质储能产风电模式，多了两次能量转换。

启用介质储能产风电模式，有4次能量转换：

第1次，风能机械能，由风车完成；

第2次，机械能压缩空气能，由空气压缩机完成；

第3次，压缩空气能机械能，由空气马达完成；

第4次，机械能电能，由发电机完成。

风车直驱发电机产风电模式，只有第1次和第4次这两次能量转换：

能量转换效率是小于1的。多了两次能量转换。就多了两次能量损失。

另一个是：启用介质储能产风电模式，比风车直驱发电机产风电模式，结构组成复杂。多了从“空气压缩机，----到空气马达”这一串装置，无异增大了建造成本。

不过，当条件具备，能实现“N套系统一，共用同一套系统二。”时，“这一串装置，无异增大了建设成本。”平均分配到每一台风车上，就成为1/N了。

两项缺点换来3项收益

(1)，50Hz风电，勿须压低风车效率而能稳定产出。

(2)，风电并网难被彻底排除。

(3)，不计多出的能量转换时的能量损失和增大了的建造成本，启用介质储能产风电机组，按恒效率运行，比风车直驱发电机产风电机组，按恒功率运行。理论概算，风电产量多k＝3倍。

若功过相抵，看结果如何？就以第(3)项收益，作为功过相抵的标的吧。这增多的3倍收益，被“建设成本高。”和“多了两次能量损失。”假定抵消了1.5倍。(估计，1.5倍“收益”抵消“损失”，可能够了。)则：启用介质储能产风电模式，比风车直驱发电机产风电模式，其净收益为：

(1)，风电产量为K＝2.5倍；

(2)，稳产50Hz风电；，

(3)，并网不再难。

丙，邱山风力发电机组。

邱山风力发电机组，是由邱山风车和启用介质储能产风电模式，两者组合而成。两者的优缺点也就成为邱山风力发电机组的优缺点。

值得注意的是：邱山风力发电机组，由于是邱山风车取代3叶片风车与启用介质储能产风电模式的结合，比现行3叶片风车直驱发电机产风电模式，若风轮直径相同，风电产量有望超过K＝2.5倍。

即，在此种情况下，一台邱山风力发电机组，有望超过2.5台3叶片风车直驱发电机产风电机组的效益。

附图说明

图1，5个阻力型叶片风车实验模型功率密度性能Cp′——λ图线

图2，阻力型叶片微元受力分析图

图3升力型叶片微元受力分析图

图4，8个阻力型叶片风车实验模型功率密度性能Cp′——λ图线

图5，定距阻力型叶片133#风车实验模型，在风速不同风场中测得的功率密度性能Cp′——λ图线

图6，表1数据的图线化

图7：表1，风能密度，功率密度，效率，等的计算表

具体实施方式

为消除“风电电价高，风电并网难”两个负面状况，实践“风能开发，提高效率应是第一技术要求”，采用的技术方案是：邱山风车与启用介质储能产风电模式两者，组合构成邱山风力发电机组来完成。

为探索创造能提高风场风能利用率的邱山风车，和克服风电开发存在着的风电电价高，风电并网难异常现象，科研实践近十年，风车实验模型正编号已达161个，加上付编号，共达214个。实验实践给予了宝贵的启示。终于诞生了邱山风车与启用介质储能产风电模式相结合的邱山风力发电机组。

邱山风力发电机组。启用介质储能产风电模式，它是实行恒效率运行模式的。

甲，邱山风车

邱山风车，是按风车技术邱山理论设计的。风车技术邱山理论如下：

(1)，风车风轮用的叶片有两型：A，阻力型叶片；B，升力型叶片。

A，阻力型叶片。

横截面形状：非翼型，——横截面的两条长边线为相似形。功能机理：在风流中，叶片阻挡风流，风能对叶片的作用力FBC，在风轮旋转平面上的分量FBC×sinθ＝FDC，就是形成风轮旋转，输出机械能P＝MΩ的原动力。(参见图2)。

F_BC＝F_ACSin(Φ-θ)＝1/2ρW²dA Sin(Φ-0)。

F_DC＝F_BC×sinθ＝1/2ρW²dA Sin(Φ-θ)×sinθ。

输出功率：P_N＝A1/2ρW²【Sin²Φ/2-C_k cos²ΦSinΦ/2】U。

风车效率：C_P＝σ(1+λ²)λ。【Sin²Φ/2-C_kcos²ΦSinΦ/2】

B，升力型叶片。

横截面形状：翼型，——横截面的两条长边线为非相似形。功能机理：在风流中，叶片能将风能转换成垂直风速方向的升力dL，和顺风速方向的阻力dD，两者合成气动力：dR＝(dL²+dD²)^1/2。气动力dR在风轮旋转平面上的分量：dRcosβ＝dF_T，就是形成风轮旋转输出机械能P＝MΩ的原动力。(参见图3)。

cosβ＝cos(90+γ-Φ)＝cos{90-(Φ-γ)}＝sin(Φ-γ)。

dL＝C_L1/2ρW²dA，dD＝C_D1/2ρW²dA。dR＝(C_L ²+C_D ²)^1/21/2ρW²dA。

dFT＝(C_L ²+C_D ²)^1/21/2ρW²dAcosβ＝(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Φ-γ)1/2ρW²dA。

输出功率：p＝A.1/2ρW²【(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Φ-γ)-C_kcos²ΦSin(Φ-α_jia，)】U₀

风车效率：C_P＝σ(1+λ²)λ₀【(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Φ-γ)-C_kcos²ΦSin(Φ-α_jia)】

(2)，两型叶片风车共同的技术规律

(2.1)，风车输出功率P，与风车叶片面积之和A成正比；(在实度σ≤0.75域内)；

(2.2)，风车效率Cp，与风车实度σ成正比。(在实度σ≤0.75域内)；

(2.3)，风车输出功率P，风车效率Cp，均与叶片的面积形心所构成的形心圆的直径成正比；

(2，4)，风车风轮的最佳叶尖速比λJIA，是风车风轮结构参数和运行状况的函数。

(2.5)，风车输出功率P，风车效率Cp，最佳叶尖速比λJIA，均与风车风轮的阻尼系数Ck成负相关关系。即：Ck降低，P，Cp，λJIA提高。

(3)，阻力型叶片风车的技术规律

(3.1)，阻力型叶片的安装角θ，等于风向角Φ的一半时，效率较高。即0＝Φ/2，

(3.2)，实度σ相等的两个同规格的风车，叶片数多(叶片窄)的风车的性能，优于叶片数少(叶片宽)的风车的性能。(参见图4)；

(3.3)，阻力型叶片风车风轮可设计成摆振刚硬的整体结构。——风轮叶片尖端和中部，设置外圈和中圈(视情况可装数个圈)。自外圈、中圈，向风轮两边轮毂均布斜拉数对张线。从而使传统悬臂梁式的众多叶片与轮毂间，在圈与张线的组织下，叶片变成类似简支梁，构成整体结构。其强度、刚度、抗振度，都有所改善。

(3.4)，阻力型叶片用材和结构

(3.4.1)，金属板材。为扇形双折板。0＝Φ/2。

(3.4.2，)，薄漠材料。叶片支架，蒙薄漠。0＝Φ/2。

(3.4.3)，塑料成形。0＝Φ/2。

(3.5)，启用介质储能产风电模式的风电机组用的风车，勿需对叶片变距。叶片同定安装在轮毂上。叶片安装角固定的风车，在不同风速下，其最佳叶尖速比恒定。(参见图5)

(3.6)，金属板材，扇形双折板的加工：对扇形叶片胚料划中线。划叶根宽线，将叶根宽线两端点与叶尖中点连线。所构成的等腰3角形的两腰线，就是双折板的折线，迎风边、顺风折、背风边、迎风折，折好后叶尖成直线，叶根直线与叶尖直线间的夹角Δθ，应等于叶根安装角θ_g与叶尖安装角θ_j之差，即θ_g-θ_j＝Δθ。

(3.7)，叶片之间的间隙应尽可能的均匀。又考虑(3.2)节的特点(叶片多、窄的好)。可用长短叶片相间组合来解决。长叶片装到轮毂上，短叶片不与轮毂直接相连接。而是由(3.3)节所述的设置外圈，数层中圈来支持，间接与轮毂相连。

(3.8)，为了减轻重量，选板材要薄和比重小；但整体又要有足够的强度、刚度。可在长叶片中选取均布的数根(如3根或x根)，适当加厚，或好的材质。以其充当柱、梁的作用。

(3.9)，外圈，中圈的材质、断面形状，可灵活设计。

设计之一可以是：选用弹性较好的钢丝。中圈的安装：在叶片中线上中圈通过的点处，钻适当大于刚丝直径D的孔，中圈就穿在这些孔中。两个外圈。也是穿在叶片的孔中。叶片上的这两个孔是这样钻的：距叶尖适当的距离(如：5D左右)划中线的垂线。在这垂线上距中线相等的两点，钻适当大于D的孔。(该两孔距叶片边，要留有适当的距离，如：5D左右)。两个外圈就从这两孔穿过。可计算出两个外圈的中心距离。用可行、合适的有效措施，将其固定。此是实现、稳定叶尖安装角θj的措施。

(3.10)，按风车技术邱山理论，设计制做的邱山风车实验模型，与现行3叶片风车实验模型，实验测试结果是：风车外径相同，在相同风场中，用相同的测试设备和方法，两者的功率密度最大值之比：邱山风车实验模型的功率密度最大值/现行3叶片风车实验模型的功率密度最大值＝H＝4——6。(见图1，图4)

(4)，升力型叶片风车的技术规律(略)

乙，启用介质储能产风电模式

(1)，介质

介质，能够储能并方便再利用的物质。如：水、油、气等，可根据具体条件选用。

如：安装风电机组处有水源的，又附近有高处可置放储水容器的，就可选水作介质。有风时，风车将水提升注入储水容器内。然后通过水轮机驱动发电机生产出风电。

本文以选用空气作介质为例，叙述启用介质储能产风电模式的结构、功能、效果。

选用其它介质时，其结构自然需相应调整啦。功能、效果，基本相同。

(2)，启用空气作介质储能产风电的结构

其由三部分构成：

(一)，将风能尽可能高效率转换成压缩空气能——系统一。

(二)，稳定产并网合格风电——系统二。

(三)。支持、联系机组各部完成使命——系统三。

前两部分的构成环节如下：

系统一：风能——风车(含安装座及偏航轴承)——机械动力传输系统——空气压缩机——压缩空气——系统一的自动控制系统。。

系统二：压缩空气——压缩空气存、储、放装置——稳定产风电设备——并网合格风电——系统二的自动控制系统。

考虑到：(1)，风电机组构成设备尽可能不装在塔架顶端，而移装在地面上。这可以减轻多方负担。如：体积，重量，外形，安装，保养，维修------等。(2)，有条件时多套系统一，共用同一套系统二。

则启用空气储能产风电模式基本构成的三个系统就成为：

系统一：风能——定距叶片风车(含安装座及偏航轴承)——机械动力传输系统——锥齿轮箱(水平轴变为垂直轴)——垂直传动轴和万向联轴器——锥齿轮箱(垂直轴变为水平轴)——可自动控制的多轴输出变速箱——多规格空气压缩机——系统一的自动控制系统——压缩空气。

系统二：压缩空气——多个规格不同单向阀——多个规格不同分开关——前分路管件——总开关——压缩空气储罐——总开关——后分路管件——可自动控制的多个规格不同分开关——多个规格不同空气定压阀——多个规格不同空气马达——多台规格不同发电机——系统二的自动控制系统——并网合格风电。

系统三：安装风车的塔架，机组部件的支持、安装设施。

鉴于塔台顶端“宽畅”，给再装一个风轮提供了方便。实验室试验展现，下风处的风轮仍可产生可观的技械能。两个风轮同轴线反转，两轴上装相同的锥齿轮，分别从前后驱动同一个从动锥齿轮。后风轮轴上的锥齿轮与轴之间，装一个飞轮，用以协调前、后轴的转速偏差。——后轴转速慢时，后锥齿轮空转。是否可行，实践检验。

(3)，启用介质储能产风电模式的功能与效果

按职设岗，各司其职，发挥长处，避开短板，分工合作，稳产高产，合格风电，造福人类。

启用介质储能产风电模式，的功能：

一可充分发挥风车的功能，高效率将风能转换成机械能，随即(由空气压缩机等)转换为介质储能。

二可在储能环节，风能密度的随机变化，对风电的不良影响，被消解了。

三可独立自主将介质储能转换成合格风电。

四可实现机组恒效率运行，为收获设备运行效益最大化创造了条件。

启用介质储能产风电模式的效果：

它实践的是如图6中所示的功率密度图线II和效率图线V(参见表1)，对V＝0——22m/s的风能，设两个模式都循序均匀转换风电一遍。各得功率密度之和，列表计算得知：

启用介质储能产风电模式，按效率C_p＝0.4计，功率密度之和是∑16.57904(kw/m²)，

风车直驱发电机产风电模式，以GW77/1500机组为代表，功率密度之和是∑4.6717(kw/m²)，

两个模式比较：∑16.57904/∑4.6717＝3.5488(倍)

即，启用介质储能产风电模式机组1台，抵得上风车直驱发电机产风电模式机组3.55台。

启用介质储能产风电模式，按效率C_p＝0.5计，功率密度之和是∑20.724175(kw/m²)，

风车直驱发电机产风电模式，以GW77/1500机组为代表，功率密度之和是∑4.6717(kw/m²)，

两个模式比较：∑20.724175/∑4.6717＝4.4361(倍)

即，启用介质储能产风电模式机组1台，抵得上风车直驱发电机产风电模式机组3.55台。

取其平均值：(3.5488+4.4361)/2＝7.9849/2＝3.99245＝4

即，启用介质储能产风电模式机组1台，抵得上风车直驱发电机产风电模式机组4台

(4)，启用介质储能产风电模式存在着两个缺点

一个是：启用介质储能产风电模式，多了两次能量转换。

启用介质储能产风电模式，有4次能量转换：

第1次，风能机械能，由风车完成；

第2次，机械能压缩空气能，由空气压缩机完成；

第3次，压缩空气能机械能，由空气马达完成；

第4次，机械能电能，由发电机完成。

风车直驱发电机产风电模式，只有第1次和第4次这两次能量转换：

能量转换效率是小于1的。多了两次能量转换。就多了两次能量损失。

另一个是：启用介质储能产风电模式，比风车直驱发电机产风电模式，结构组成复杂。多了从“空气压缩机，----到空气马达”这一串装置，无异增大了建造成本。

不过，当条件具备，能实现“N套系统一，共用同一套系统二。”时，“这一串装置，无异增大了建设成本。”平均分配到每一台风车上，就成为1/N了。

两项缺点换来3项收益

(1)，50Hz风电，勿须压低风车效率而能稳定产出。

(2)，风电并网难被彻底排除。

(3)，不计多出的能量转换时的能量损失和增大了的建造成本，启用介质储能产风电机组，按恒效率运行，比风车直驱发电机产风电机组，按恒功率运行。理论概算，风电产量多k＝3倍。

若功过相抵，看结果如何？就以第(3)项收益，作为功过相抵的标的吧。这增多的3倍收益，被“建设成本高。”和“多了两次能量损失。”假定抵消了1.5倍。(估计，1.5倍“收益”抵消“损失”，可能够了。)则：启用介质储能产风电模式，比风车直驱发电机产风电模式，其净收益为：

(1)，风电产量为K＝2.5倍；

(2)，稳产50Hz风电；，

(3)，并网不再难。

丙，邱山风力发电机组。

邱山风力发电机组，是由邱山风车和启用介质储能产风电模式，两者组合而成。两者的优缺点也就成为邱山风力发电机组的优缺点。

值得注意的是：邱山风力发电机组，由于是邱山风车取代3叶片风车与启用介质储能产风电模式的结合，比现行3叶片风车直驱发电机产风电模式，若风轮直径相同，风电产量有望超过K＝2.5倍。

即，在此种情况下，一台邱山风力发电机组，有望超过2.5台3叶片风车直驱发电机产风电机组的效益。

Claims (3)

1.一种风车，其特征在于，包括：

风轮，所述风轮包含多个叶片，所述风轮用的叶片有两型：阻力型叶片和升力型叶片，所述阻力型叶片的横截面形状为非翼型，横截面的两条长边线为相似形；所述升力型叶片的横截面形状为翼型，横截面的两条长边线为非相似形；所述阻力型叶片包括多个长叶片及短叶片，长短叶片相间组合；

轮毂，所述阻力型叶片固定安装在所述轮毂上，具体安装过程为：长叶片装到所述轮毂上，短叶片不与轮毂直接相连接，通过设置数层中圈来支持短叶片，间接与所述轮毂相连；且每个所述叶片之间的间隙均匀分布；

其中，当所述风轮采用阻力型叶片时，输出功率表达式为：

P_N＝A1/2ρW²【Sin²Ф/2C_kcos²ΦSinΦ/2】U₀；

对应的效率表达式为：

C_P＝σ(1+λ²)λ₀【Sin²Φ/2-C_kcos²ΦSinΦ/2】；

当所述风轮采用升力型叶片时，输出功率表达式为：

p＝A1/2ρW²【(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Φ-γ)-C_kcos²ΦSin(Φ-α_jia，)】U₀

对应的效率表达式为：

C_P＝σ(1+λ²)λ₀【(C_L ²+C_D ²)^1/2sin(Ф-γ)-C_kcos²ΦSin(Φ-α_jia)】在实度σ≤0.75域内，上述两种类型叶片均具有如下效果：所述输出功率与风车叶片面积之和成正比，所述效率与所述风车实度成正比，所述输出功率、风车效率均与叶片的面积形心所构成的形心圆的直径成正比，风车风轮的最佳叶尖速比λ_JIA，是风车风轮结构参数和运行状况的函数，风车输出功率、风车效率、最佳叶尖速比均与风车风轮的阻尼系数成负相关关系；

当所述阻力型叶片的安装角等于风向角的一半时，效率较高，当所述阻力型叶片实度相等的两个同规格的风车风轮，叶片数多的风车的性能，优于叶片数少的风车的性能，所述阻力型叶片风车风轮应设计成摆振刚硬的整体结构，具体安装方法为：风轮叶片尖端和中部，设置外圈和中圈，自外圈、中圈，向风轮两边轮毂均布斜拉数对张线，从而使传统悬臂梁式的众多叶片与轮毂间，在圈与张线的组织下，叶片形成简支梁，构成整体结构。

2.根据权利要求1所述的一种风车，其特征在于，所述阻力型叶片采用塑料成型。

3.一种风力发电机组，其特征在于，包括多个权利要求1-2任一项所述的风车以及与其相适配的介质储能产风电系统。