風氣發電裝置及風氣發電裝置多機并聯矩陣系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電領域，具體而言，本發明涉及一種風氣發電裝置及風氣發電裝置多機并聯矩陣系統。
【背景技術】
[0002]在當前自然資源愈發緊張的大環境下，合理利用新興能源成為一種趨勢。目前，不少科研力量及企業均致力于研究對風能、太陽能等新興能源的利用。其中，風力發電裝置便是利用風能的產物。現有的風力發電裝置通常經由風力推動風葉樞轉從而帶動發電機作切割磁感線運動來發電，這種方式雖然實現了風力資源的利用，但其卻存在能量利用效率過低、發電穩定性差等局限及缺陷。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種風氣發電裝置及風氣發電裝置矩陣系統，其能夠解決能量轉化效率過低、發電穩定性差等問題。
[0004]根據本發明的一個方面，提供一種風氣發電裝置，其包括:風力傳動部件，其能夠樞轉地將風力轉化成機械力；被動輔助偏航部件，其用于被動地隨著風向變化而輔助帶動所述風力傳動部件，使所述風力傳動部件的軸線能夠被調整至與風向對準；機械力傳遞部件，連接至所述風力傳動部件，其用于將機械力從空中傳遞至地面；空氣壓縮部件，布置在地面并連接至所述機械力傳遞部件，其用于通過機械力壓縮空氣；儲氣部件，連接至所述空氣壓縮部件，其用于儲存被壓縮的空氣；氣動發電部件，通過閥門連接至所述儲氣部件，其用于通過被壓縮的空氣來發電；變槳輔助部件，其包括連接至所述儲氣部件的引流管道，由所述引流管道引出的被壓縮的空氣驅動的渦輪油泵及由所述渦輪油泵驅動的液壓臂；所述液壓臂用于帶動所述風力傳動部件變槳。
[0005]可選地，還包括冷量回收系統，其用于將所述氣動發電部件發電后產生的低溫廢棄空氣中所含的冷量用來冷卻所述空氣壓縮部件排出的被壓縮的空氣。
[0006]可選地，所述被動偏航部件包括液壓阻尼系統、偏航尾舵及翼舵；所述偏航尾舵及翼舵用于感測風向變化及帶動所述風力傳動部件；所述液壓阻尼系統用于防止所述偏航尾舵及翼舵過度偏航。
[0007]可選地，所述機械力傳遞部件包括:第一傳動軸、第一錐齒輪組件、第二傳動軸、第二錐齒輪組件；其中，所述第一傳動軸連接至所述風力傳動部件并能夠隨著風力傳動部件樞轉以傳遞機械力；所述第一錐齒輪組件能夠樞轉地連接所述第一傳動軸及所述第二傳動軸，以用于變向傳遞機械力；所述第二錐齒輪組件能夠樞轉地連接所述第二傳動軸及所述空氣壓縮部件，以用于變向傳遞機械力。
[0008]可選地，所述第二傳動軸為鉸接式扭力傳動桿。
[0009]可選地，所述第二傳動軸為鉸接式套管。
[0010]可選地，所述第一錐齒輪組件用于將沿水平軸線樞轉的機械力變向成沿垂直軸線樞轉的機械力；所述第二錐齒輪組件用于將沿垂直軸線樞轉的機械力變向成沿水平軸線樞轉的機械力。
[0011]可選地，所述風力傳動部件包括:輪轂，其連接所述第一傳動軸；風葉，其從所述輪轂上徑向地延伸且能夠關于所述輪轂樞轉。
[0012]可選地，所述空氣壓縮部件包括具有三級或四級壓氣過程的低速高壓空氣壓縮機。
[0013]可選地，所述儲氣部件包括二級受壓的高壓暫儲罐。
[0014]可選地，所述儲氣部件還包括空氣調節箱，其布置在所述高壓暫儲罐和所述氣動發電部件之間。
[0015]可選地，所述高壓暫儲罐外表面布置有薄膜太陽能面板，其用于吸收太陽能并轉化為輔助動力源。
[0016]可選地，所述氣動發電部件包括膨脹機及發電機，所述膨脹機具有亞音速葉片；所述膨脹機能夠通過被壓縮的空氣來驅動所述發電機，所述發電機用于發電。
[0017]根據本發明的另一個方面，還提供一種風氣發電裝置的多機并聯矩陣系統，其包括多臺并聯布置的如前所述的風氣發電裝置。
[0018]可選地，多臺所述風氣發電裝置的臺數與所述氣動發電部件的總數的比值小于或等于1:1。
[0019]可選地，多臺所述風氣發電裝置共用同一個氣動發電部件；多臺所述風氣發電裝置將各自的所述儲氣部件中儲存的被壓縮的空氣通過管路輸送至公共空氣調節箱，所述公共空氣調節箱連接至同一個所述氣動發電部件
根據本發明的風氣發電裝置，一方面，先將風力轉化為機械力，再應用機械力來壓縮空氣，并最終通過壓縮空氣進行發電。此種發電模式對風力質量的需求大大降低，使得只要有風存在便能夠使對應的設備動作來壓縮空氣從而發電。如此使得此套設備對風資源的利用效率相比于現有的風力發電裝置大大提高，而不會存在現有的風力發電裝置中對風速過高或過低的風資源均無法利用的窘境。另一方面，通過儲氣部件在整套風氣發電裝置中的調節作用，使得被壓縮的空氣能夠穩定地驅動發電機工作，保持恒定的電流，從而直接產生交流電供電網使用。這樣可以保證產生高質量的電能，有效地改善了現有風力發電裝置中完全依靠風資源自身好壞來決定發電穩定性的現狀；同時，基于儲氣部件的儲存作用，使其還能保留部分被壓縮的空氣供電網調峰應急使用。再一方面，通過機械力傳遞部件將機械力傳遞至地面來進行空氣壓縮和氣動發電動作，使得風氣發電裝置在空中的機艙的負載大大降低，實現高空輕載化，使之能夠配套使用被動輔助偏航部件，同時避免了在現有的風力發電裝置中需要進行高空維護操作或高空裝卸設備的缺點，大大提高了設備維護的便利性。根據本發明的風氣發電裝置多機并聯矩陣系統，除具有上述優點外，還能夠使系統內的全部風氣發電裝置共用公共空氣調節箱及氣動發電部件，從而在整合發電效率的同時還降低了設備成本。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的風氣發電裝置的一個實施例的示意圖；
圖2是本發明的多機并聯矩陣系統的一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1示出了本發明的風氣發電裝置的一個實施例。其包括塔筒620及置于塔筒620上的機艙610。在機艙610的一端布置有輪轂120，從輪轂120上徑向地延伸出三根風葉110，在風力的作用下，風葉110將帶動輪轂120樞轉。其中，應當知道的是，風葉的數量并不一定為三根，其可根據實際情況來設計。機艙610遠離葉片110的一側設有被動輔助偏航部件，被動輔助偏航部件包括偏航尾舵710、翼舵720、偏航輔助蓄電池730及液壓阻尼系統740。其中偏航尾舵710及翼舵720用于感測風向變化及被動地隨著風向變化而帶動機艙610、輪轂210及葉片110轉動，從而使這些部件的軸線能夠實時地被調整至與風向對準，以達到最好的風力利用狀態。然而，當風力過大時，由于慣性可能會導致出現過度轉動。此時，配備的液壓阻尼系統740能夠制動機艙610、輪轂210及葉片110，以實現更準確的偏航效果。值得注意的是，當風力變化處于極端工況時，也可輔以電機來推動風力傳動部件，從而有效控制偏航。盡管某些情況下可能需要電機輔助，但由于被動輔助偏航部件的存在，起輔助作用的電機也只需要少量的電能供應即可完成偏航動作，這些電能由風氣發電裝置自身所配置的偏航輔助蓄電池730 (例如，布置在塔筒內)即可滿足供應。因此，此套被動輔助偏航部件的應用大大簡化了機艙內的強電系統，甚至在大部分情況下無需用到強電。綜上，其大幅度降低了偏航系統的成本。然而，由于現有技術中的風力傳動部件、機艙及其內設部件重量很大，無法由被動輔助偏航部件推動，因而無法應用此套偏航系統。只有在基于本發明已大大減輕空中機艙的載荷的前提下，才能夠真正應用此被動輔助偏航部件。另外，從輪轂120布置在機艙610內的一側延伸出第一傳動軸210，其能夠隨著輪轂120樞轉而樞轉。輪轂120連接至第一錐齒輪組件220,該第一錐齒輪組220件包括兩個相互配合的錐齒輪，其中一個錐齒輪連接至第一傳動軸210，從而隨著第一傳動軸210樞轉而樞轉；另一個錐齒輪則連接至第二傳動軸230，以帶動第二傳動軸230樞轉。第一錐齒輪組件220的兩個錐齒輪基本垂直地相互嚙合，從而能夠將沿水平軸線的樞轉運動轉換成沿垂直軸線的樞轉運動，也即經此部件將風力轉化而成的機械力傳遞至地面。其中，第二傳動軸230上可為鉸接式扭力傳動桿，其上可設有多個萬向節231，以適于傳遞扭力；可選地，第二傳動軸230也可為鉸接式套管。此外，第二傳動軸230的另一端將連接至第二錐齒輪組件240。第二錐齒輪組件240同樣包括一對相互配合的錐齒輪，其中一個錐齒輪經由第二傳動軸230帶動而樞轉，另一個錐齒輪則連接至空氣壓縮機310的動力輸入部件。第二錐齒輪組件240的兩個錐齒輪基本垂直地相互嚙合，從而能夠將沿垂直軸線的樞轉運動轉換成沿水平軸線的樞轉運動，也即經此部件將傳遞至地面的機械力作為動力提供給布置在地面空氣壓縮機310 (例如，布置在塔筒620的底部)。值得注意的是，此處的給空氣壓縮機310為具有三級或四級壓氣過程的低速高壓空氣壓縮機。這使得無論傳遞來的機械力很大或很小，該壓縮機都能夠被驅動從而壓縮空氣。這對應地使得本發明的風氣發電裝置的風力應用范圍大大增加，無論是很小的風速推動風葉110并最終帶動傳動桿緩慢地樞轉，或是很大的風速推動風葉110并最終帶動傳動桿迅速地樞轉，其都能夠形成驅動該低速高壓空氣壓縮機310的機械力，并最終對空氣進行壓縮。由此大大提高了此套風氣發電裝置設備的能量利用效率，空氣壓縮機310在地面的布置同樣也大大減小了對機艙610的承載能力要求。此后，空氣壓縮機310將被壓縮的空氣傳遞至連接于其后的高壓暫儲罐410。此處的高壓暫儲罐410具有二級受壓結構，其起到分級暫儲被壓縮空氣的作用，例如將被壓縮的空氣再次細分為多種不同壓強來進行儲存。其進而起到使隨后的發電步驟具有更穩定動力的作用，即，在當前空氣壓縮量較大時，可以將部分壓縮空氣儲存