不定向风风电场和风电场技术的系列化和模块化

不定向风风电场和风电场技术的系列化和模块化

风能是绿可再生能源，其巨大能量可以用于发电。我国风能资源十分丰富。 据科学界估算，我国风能总量约为水力能量的两倍。但直至目前，我国风力发电 量只占我国发电总量的1.5％左右，有极大空间亟待开发。又据国家的规划和电业 界的预测，我国风力发电量有望在2050年前后，先后超过水电和核电，跃居电力 生产排行榜的第二位。风力发电飞跃式的发展前景是千载难逢的机遇，令业界心 潮澎湃。但是风力发电是新课题、新产业。我国幅员辽阔，地理与气象条件千姿 百态，风力资源也就表现为多样性。迄今，国内风力发电基本上是沿用了国外的 现成技术，这种一成不变的技术与我国具体国情和迫切需要相距甚远。我国所需 要的是结构简单、成本低廉、大型化的单元机组，和适应于各种地理气象条件、 形式多样的风电场设计，则始终未有完善的解决方案。为此，本专利申请人已经 先后提交了两宗风力发电方面的发明专利申请。如下：

①申200610067799.1(CN )《水蓄能型风力发电系统及其配套新型 设备》适用于有风力，同时又有一定水源的场合，譬如我国东南沿海以及近海河 网地区。采用水为能量中间载体，将多层式高捕捉率风轮所产生的机械旋转能首 先转换为水的位能，然后以高位水能驱动水轮发电机组集中产生较为稳定的电能。 通过这一能量的转换过程，大大简化了风电场的设备结构，特别是在风电场具有 为数众多风轮的场合，其效果极为明显。这种风电场可以实现单元机组的大型化 和设备的国产化，因而大幅度降低风电场的建设成本和运行维护的复杂性。水在 系统内作不间断的循环，并不存在大量耗用水资源的问题。

②申200710101480.0(CN101063438A)《定向风多层式风轮及其风电场的布 局》适用于我国某些地区，例如我国西部和浩瀚的大北方，常年风向有基本稳定 少变的特征。这些地区的风电场可以采用简化的风轮及其附属部件的结构，可以 降低风电场的建设和运行成本。这种风电场除去发电功能之外，还有挡风阻砂的 作用，为阻止风砂东渐作出贡献。在这宗发明专利申请中提出了两种风轮及其发 电机组的组合方式，和各种风电场的布局，以适应各种具体地理条件和特殊的挡 风阻砂要求。

本专利申请《不定向风风电场和风电场技术的系列化和模块化》是本申请人 风电技术方面的第三宗发明专利申请，适用于上述两宗专利所适应的地区以外的 地区。介绍如下：

图1为不定向风风电场的系统图。在风轮件1与发电机件3之间，布置了调 速器件2，因为根据理论推断，风轮直径愈大则转速愈低。本专利申请面向大型化， 调速器需要与发电机相适应。

图2为不定向风风电场的设备布置示意图。图中风轮(件1)采用多层式高捕 捉率风轮(详见图3)。发电机(件4)为高位布置方式。风轮(件1)与发电机(件 4)的重量皆由支架(件5、件6)所承担。支架(件6)下部有滚轮(件8)在圆 形轨(件9)道上游动，用远距离遥控方式使风轮始终正面面对来风。

图3为多层式高捕捉率风轮的结构示意图。图中件1为风轮毂，件2为风轮 圈，件3为翼片，件4为风轮箍，件5为风轮轴。风轮圈各以相同的圈距作同心 布置，圈与圈之间则各布置数量不等而尺寸基本相似的翼片。整个翼片区正面视 之如同鱼类的鳞片作有规则的排列，十分美观。

图4示翼片倾斜布置在圈与圈之间。当风力冲向面对的翼片时，风向发生了 变化，产生一个切向分力，这是风轮产生旋转机械能的根源。翼片的倾角α和翼 片的型线是决定风轮转化风能为旋转机械能的重要因素。它们不能用简单的理论 计算来确定。这类问题在世界科技界都是作为个案采用流体力学的测定方法术得 解决。本专利申请人建议本专利的实施方进行这种测定，对各种型线和倾角α进 行比较，得出最佳选择为电场装备的工作图设计提供可靠的依据。

从以上说明可以发现本专利申请《不定向风风电场》和本专利申请人以前两 宗专利申请：即水蓄能型风电场申200610067799.1，和定向风风电场申 200710101480.0(CN101063438A)，在某些主要部件方面有相似之处。前后共计 三宗专利申请所罗列的风电场设计各有强烈的典型性，会合在一起就复盖了风电 场设计中所能遇到的各种地理气象环境的整个范围。因此，以本专利申请《不定 向风风电场》的提出为契机，成就了两项“系列”的形成。介绍如下：

①《风电场技术系列》，系列成员有：

1、水蓄能型风电场。

2、定向风风电场。

3、不定向风风电场。

这三项典型，各有各的适用范围，三者合在一起就能复盖各种地理与气象环 境。因此在实际工作中遇到各种不同条件时，都可以从中到合理方案。

②《风电场主要部件的模块系列》系列主要成员有：

1、多层式高捕捉率风轮模块。

2、水蓄能设备模块。

3、发电机低位部置模块。

4、发电机高位部置模块。

5、支架与圆形轨道模块。

这些模块已经分别出现在上述三宗专利申请之中，不再作详细介绍。在此， 本专利申请人需要申明，用这些模块非但可以组成上述三宗发明专利申请的典型 风电场设计，还可以推而广之作多种结构的变化，因而极大地丰富了风电场的设 计风格。举个例子来说明如何铨释这个论点：在《定向风风电场》的专利申请(申 200710101480.0 CN101063438A)的叙述中提出了“一字长蛇阵”布局中以风轮组成 “钢铁长城”，可以变化成为钢筋混凝土框架式结构，在框架的梁与柱之间的方格形 空间，各布置一个、或四个、或九个较小直径的风轮模块(壁如说直径为10～15 公尺)。这种布局可能更适合某些具体风电场工程。这种例子不胜枚举。以两项“系 列”为依托，可以派生形形式式的风电场设计。因此，以两项“系列”的形式介绍风 电场技术和积木式模块的应用，可以大大丰富想象力与创造力，达到“又好又快” 的境界。这是本专利申请人先后提出三宗发明专利申请和两项“系列”的目的所在。

特别提示

(一)本专利申请提出了“不定向风风电场”的设计。它的提出为风电场的设 计，作为一项科技课题，画上了完整的句号。上述共计三宗发明专利申请，共同 造就了两项“系列”，即《风电场技术系列》和《风电场主要部件的模块系列》。这 两项“系列”有全面复盖的性质，为风电场的设计提供了规范化的基础。

(二)本专利申请和前后两宗专利申请有一个共同目的，就是力求风电场单 元机组的大型化、全盘国产化、建设和维护简单化，力求突出技术的经济性，这 些都是我国科技界的不容回避的重要责任。

(三)自主创新不同于引进现成技术，要求专利的实施方有明确和坚定的意 志及百折不挠的毅力，在技术、资金、生产，营销等各方的共同努力下，才能有 所有就。因此，本专利申请人需要重申任何实施方必需具备这些实力与条件。