專利名稱：“集、控流變壓流場”風電理論,改變了貝茨的“自然流場”風電理論的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種風力發電系統的基礎理論和系統工程技術，尤其是 "集、控、整流系統"、"垂直軸渦流風力機系統"、"多極差速系統"的基礎理 論和工程技術，改變了傳統的、低效益、不成熟的德國著名物理科學家貝茨以 自然流場為依據創立的"貝茨理論"。本發明專利利用集、控流系統，將自然界 中單位面積內的氣流改變方向、速度與壓力，使風能密度比提高.當高密度比 風能進入渦流體時，形成髙風壓區，推動渦流風力機做退讓運動，使阻力型風 力機的風能利用比超過0.95,當垂直軸與渦流機同軸、質量中心相重疊時動損 比最小，風能轉換率超過0.80."多極差速系統"在最小及最大風速工況下，能 保持額定功率做功和輸出，改變了單機效率低于IOX的曲線工況效能比.否定了 "貝茨理論"的，在自然界中氣流是不可壓縮的論點。否定了只有升阻翼型風 力機的風能轉換理論數值可達到O. 593,而阻力型風力機的風能轉換比只有O. 15 的論點.
背景技術：
目前,公知的著名"貝茨理論"風力發電基礎理論和技術標準，由德國著名 物理科學家貝茨于二十世紀二十年代創立的，貝茨在理論中闡明，"自然界中空 氣流動可認為是不可壓縮的"風力機從自然界中所獲得的能量是有限的，理論 上最大值為0.593,但能量的轉換將導致功率的下降，實際風力機的功率必定小 于0. 593，風力機對風能利用系數主要取決于風輪葉片的氣動和結構設計，其風 能利用系數一般是0.45,而阻力型風力機的風能利用系數只有0.15左右。所以典型的代表旋槳式風電技術受"貝茨理論"體系的限制達80年之久，存在著諸 多阻礙風力發電發展的未解難題，使風能資源無法得到充分利用
1. 傳統的旋槳式風電技術，受風力機風輪葉片和結構設計的影響，在單位 面積內一般占風場面積5萬平方米的風能資源(500MX100MH)，利用面積不足3百 平方米，高性能旋槳式風力機，其風能利用系數一般是0.45， 3百平方米的轉換 率僅剩不足1百50平方米，再乘風力機、電機、傳動效率的理想系數O. 332，機 組單位面積內的風能損失達到90X以上,轉換率在1/50，造成風能資源損失巨大；
2. 傳統的旋槳式風電技術，受單電機的限制無法承擔超額定功率工況，可利 用的風能域值僅在3—8級，l一3級低能量風時風機無法啟動，髙于8級風時超額 定功率工況，風機進入停車狀態，3—5級風時效率在0—30 4左右，6級風時效率 達50X， 7級風時效率達65X, 8級風時效率達100X,使單位面積內風能源的轉換 率僅在10X，造成風能資源損失巨大；
3. 傳統的旋槳式風電技術，受額定功率和結構的限制，無法承受海洋上的強 風工況，使海上風能資源無法利用，造成海洋上風能資源損失巨大；
4. 傳統的旋槳式風電技術，受風壓的限制無法在高原氣壓低的環境里設置 風電設備，使海拔4000米以上髙原地區的風能資源無法利用，造成風能資源損 失巨大；
5. 傳統的旋槳式風電技術，受風力機風輪葉片結構設計和氣動的影響，使 風輪葉片產生聲燥和振動，無法進入城市和安裝于建筑上，造成風能資源的浪
費；
6. 傳統的旋槳式風電技術，受風力機風輪葉片、塔架和地基結構的影響在 沙漠和沙石災害嚴重地區(流沙和半流沙的基礎)無法設置風電設備，使風能 資源損失巨大；7.傳統的旋槳式風電技術在產業化過程中，手工作業比例大，導致產量低、 性價比高，投入回收期長(8-10年)，不適應巿場發展。
8. 傳統的旋槳式風電技術，造成土地荒漠化加劇，生態受到破壞，以六兆 瓦裝機為例，其占地理論面積約l平方公里，六百兆瓦裝機，占地約100平方公 里，在其占用面積的土地內旋槳產生的擾流與下行氣流形成動能增強無屏障氣 流，造成不同生態不同程度的不可再生環境，使風沙肆虐，加大了干旱程度， 加劇了荒漠化程度，而槳葉旋轉時對遷徙侯鳥的殺傷和施工時對植被的破壞無 法彌補.
9. 在有風源的眾多領域，旋槳式風電系統無法將風能轉化為電能，導致能 源結構以火力發電為主，造成大量煤碳資源的損耗和有害氣體的髙排放，加劇 了溫室氣體效應，落后的風電技術的使用范圍受限和低效益阻礙了風電的發展， 給人類造成了人力、物力、財力、土地、水文、生態等可悲的風能資源的巨大 損失.
發明內容
為了克服目前公知的德國著名物理科學家貝茨，于1926年以自然流場創立 的"貝茨理論"闡明的，"自然界中空氣流動可認為是不可壓縮的"，風力機從 自然界中所獲得的能量，其風能利用系數一般是0.45,而阻力型風力機的風能 利用系數只有0.15左右的不足.為了提髙自然界中單位面積內的風能資源的利 用率，為了使阻力型風力機的風能轉換率從O. 15提髙至0. 80以上.為了在最小及 最大風速工況下保持多極差速額定功率做功。
本發明專利提供一種"集風、控流變壓流場""垂直軸渦流風力機和多極差 速發電"風力發電系統的基礎理論和系統工程技術,該理論和技術，不僅改變了 風電理論奠基人，德國著名物理學家貝茨創立的"貝茨理論"，而且"集風、控
6流變壓流場"風力發電理論已經成為新的系統基礎理論和系統工程技術.新技 術通過流場的集、控流，將自然界中單位面積內的氣流10(M4的改變方向、速度 與壓力，使自然界中的氣流成為可改變和可壓縮的髙密度比氣流，將可控的風 能比提高8-64倍之間.當髙密度比風能進入渦流體時，氣流受限于通過的氣流 道內的體積，使渦流體內流場壓力改變，形成髙風壓區，渦流風力機在髙壓氣 流的推動下，做退讓運動，工況動損率小于0.05，使阻力型風力機的風能利用 比超過0.95.當垂直軸與渦流機同軸、質量中心相重疊時，徑負荷和軸負荷最 小，風力機、電機、傳動效率的工損比最小，風能轉換率超過0.80，使阻力型 風力機的風能轉換率髙于升阻型翼風力機.在最小及最大風速工況下采用"多 極差速發電系統"保持差速額定功率做功，將風能轉化為電能，實現單機組5-10 兆瓦裝機，輸出功率呈幾何式增長.否定了貝茨以"自然流場"為依據創立的 "貝茨理論"，否定了在自然界中氣流是不可壓縮的論點.否定了只有升阻翼型 風力機的風能轉換理論數值可達到O. 593，而阻力型風力機的風能轉換比只有 0.15的論點.
本發明專利解決其技術問題所采用的技術方案是在風、電機結構外，設 置全壓或均壓型集風、控壓、整流結構體，當氣流通過時，結構體將單位面積 內的風能100X的集、控、整流，改變了自然界中氣流的方向、速度與壓力，使高 密度比風能進入渦流體，風能在氣流道內形成高風壓區，使垂直軸阻力型風力 機在高風壓作用下，做退讓旋轉，帶動相串聯的差速發電機，在最小及最大風 速工況下保持額定差速變換功率做功。
本發明專利的有益效果是采用"集風、控、整流垂直渦流軸、多極差速 發電系統"式風力發電系統工程，是針對風力發電的基礎理論和系統工程技術， 本發明改變了自然界中氣流的風向、風速、風壓與能量比，對風能的利用率和風電轉換率的大幅提髙，能將海洋上、高原上、建筑上，從i級到高于io級時的 風能轉化為電能，在沙漠地區(流沙和半流沙)，在沙石災害嚴重地區，在災害 性氣候條件下都能設置的風電設備，將風能轉化為電能的系統工程技術和理論, 也是世界上第一個在將風能轉化為電能的同時，進行土地荒漠化治理的系統工 程技術.新的風電技術功效達到了，完全生態化、安全系數最大化、使用范圍 最廣化、風能利用和發電效益最髙化.改變了性價比，改變了地質、地貌、水 土流失、水文氣象、土壤、植被、生物及自然環境，使生態形成良性循環，改 變了以熱電為主的能源狀況，改變了世界的能源結構，扼制煤碳資源的損耗和 有害氣體的髙排放，減少了溫室氣體排放，
下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明. 圖l是本發明專利的女控流變壓流場、眾自然流場效能對比困 在圖中l.女"控流變壓流場"技術在最小及最大風速工況下保持做功，☆ "自然流場"技術在1一3級風時風機無法啟動，髙于8級風時風機進入停車狀態，
3—8風時的曲線工況.
具體實施例方式
采用"集風、控、整流"式風力發電系統工程，其結構自平地向上50米一 IOO米一150米高，分單體或聯體式，其形式分切風、截風、梯次疊錯式等， 由髙架結構構成框簡體做框架，垂直軸渦流風力機系統、多極發電機系統串聯 于同軸上，置于框架結構中，由膜結構做"集風、控壓、整流"體，當氣流以 不同形式吹過集風體時，氣流被阻截，單位面積內的風能100X的納入系統中， 改變了氣流的方向，形成高速、高壓高密度比風能，進入渦流體，在氣流道內 形成高風壓區，風能帶動阻力型風力機被轉化為機械能，推動多組平面發電機，
8在最小及最大風速工況下保持差速額定功率做功，單機組達到髙容量裝機，實 現發電機組高效益恒速、恒頻切換做功，輸出功率呈幾何式增長，
權利要求
1. 一種風力發電基礎理論和系統工程技術，“集、控流變壓流場系統”“垂直軸渦流風力機和多極差速發電機”風力發電系統，是二十一世紀新的風力發電基礎理論和系統工程技術，其特征是將自然界中單位面積內的氣流的方向、速度與壓力100％的改變和壓縮，提高風能利用率和風能密度比。當高壓氣流通過渦流體時速度與壓力隨流壓場的體積而改變，高壓氣流推動阻力型風力機做功，使阻力型風力機的風能轉換率高于升阻型翼風力機達到0.90以上。多極差速發電機，適應在最小及最大風速工況下保持額定功率做功，實現單機組高容量裝機，改變了風力發電基礎理論和技術奠基人，德國著名物理科學家貝茨以自然流場為依據創立的“貝茨理論”，貝茨闡明“自然界中空氣流動可認為是不可壓縮的”，風力機從自然界中所獲得的能量理論上最大值為0.593，其風能利用系數一般是0.45，而阻力型風力機的風能利用系數只有0.15左右的論點。
2. 根據權利要求1所述的風力發電基礎理論和系統工程技術，其特征是:"集、控流系統"，在集、控流系統中通過流壓場的控制，可將自 然界中單位面積內的氣流100%的集中、控壓、整流，改變了氣流的方 向、速度、壓力與密度比，使應用于風力發電的風能效比提高8-64倍 以上，使自然界中的氣流成為可改變和可壓縮的，否定了"貝茨理論" 體系中的，在自然界中氣流是不可壓縮的論點。
3.根據權利要求l所述的風力發電基礎理論和系統工程技術,其特 征是:"垂直軸渦流風力機系統"，當高壓氣流通過氣流道時，氣流受限 于氣流道內的體積，體積改變時，氣流的體積與壓力隨之改變，當高密度比風能通過時形成髙壓流區，氣流道內的渦流風力機在高壓氣流壓力的推動下，做退讓運動，工況動損率小于0.05，使阻力型風力機 的風能利用比超過0.95，垂直軸與渦流機串連時，質量中心重疊，徑 負荷和軸負荷最小，風力機、電機、傳動效率的工損比最小，風能轉 換率總比超過了0.80，否定了"貝茨理論"體系中的，只有升阻翼型風 力機的風能轉換理論數值可達到O. 593，而阻力型風力機的風能轉換比 只有0.15的論點。
4.根據權利要求1所述的風力發電基礎理論和系統工程技術，其特征 是:"多極差速系統"，在最小及最大風速切入工況下，采用多極差速發 電機控制系統，保持不同工況下額定功率差速做功和輸出，并保持恒 頻、恒速切換，使單機組容量達到5-10兆瓦以上裝機，發電效益呈幾 何式增長，改變了單機效率低于10%的曲線工況效能。
全文摘要
一種先進的“集、控流變壓流場”系統，成為新的風力發電基礎理論和系統工程技術。它是通過流場的集流控制，改變了風速與風壓，將風能密度比提高，使自然界中的氣流成為可改變和可壓縮的。當氣流通過渦流體時，流場壓力的改變，使阻力型風力機的風能轉換率高于升阻型風力機。多極差速發電機，適應在最小及最大風速工況下保持額定功率做功，實現單機組高容量裝機。改變了風電理論奠基人，德國著名物理學家貝茨以自然流場為依據創立的“貝茨理論”，否定了“貝茨理論”體系中的；在自然界中氣流是不可壓縮的論點，升阻型風力機的風能轉換率大于阻力型風力機的論點。
文檔編號F03D9/00GK101520028SQ200810007898
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月28日 優先權日2008年2月28日
發明者平 于 申請人:平 于