重塑风力发电

Oneness Power Inc.致力于可再生能源技术的推广和应用。我们目前的目标是促进US Patent 11,493,022 B2 /中国发明专利ZL 2019 8 0092355.9 —— 线性移动风力发电机 (LMWT ) 的商业化。LMWT 将以更高效,更经济和更安全的方式提供可再生电力。

今天的风力发电机

当代最好的风力发电机仍然面临诸多挑战

  • 通常情况下,风叶不在理想攻角范围,导致风机的实际风能利用率不高 ;
  • 扫风面顶端区域的风能品质更好,但目前的风力发电机却只能利用一小部分 ;
  • 风叶尖端的运行速度的极限使单一风力发电机的风叶尺寸受到限制 ;
  • 风叶尖端的高运行速度对附近的社区产生恼人的噪音和威胁路过的飞鸟

奥秘就在线性移动

因为只有线性移动可使攻角恒定

当风叶在垂直于风向的方向做直线运动时,则其真实攻角α₁=b-a,b是风叶与初始风速的夹角, a是作用于风叶的综合风速与初始风速的夹角,a随Vt/Vw的增加而增加;

最重要的是:在风叶沿直线运动的过程中, a和b可保持不变, 因此其真实攻角α₁也可以不变

如果我们定义推动风叶前进的力为Fg,则Fg= Fl*cos(a)- Fd*sin(a) ;

如果我们定义不推动风叶前进的力为Fb,则 Fb= Fl*sin(a)+ Fd*cos (a)。

当Vt/Vw=50%, a=30⁰,如果控制b<42⁰和忽略Fd的影响, 则可以得到在整个的直线运动过程中,Fg近似等于0.86 Fl, 而 Fb近似等于0.50Fl。

如果我们设法使风叶沿升力方向做直线运动,则在整个的直线运动过程中Fg= Fl, Fb= Fd。 也就是说,如果我们控制攻角在理想区域(α₁在12⁰左右),我们就可实现Cl在最大范围的同时使Cd接近于零,即同时最大化Fg 和最小化Fb。

LMWT 与当前的 HAWT 相比具有多项优势

  • LMWT 的风叶在做功区可以始终保持理想的攻角。在设计风速范围内,它始终能以最高效率运行。 因此,其实际电力输出将远高于现有商业化的风力发电机;
  • 在风速高于设计风速的极端大风条件下,通过转动导向框架,LMWT仍然可以安全稳定满负荷运行;
  • 小车(风叶)的移动速度只有每秒数米,不会对附近社区产生噪音和振动问题,也基本消除伤害路过飞鸟的危险;
  • 高效利用了扫风面顶端区域的高品质风能;同时,LMWT单台风力机的扫风面积可大幅增加,更适合大型和超大型的风场;
  • 发电机房的数量和位置可以灵活布置,更好地适配风场的特殊情况;
  • 支撑塔的高度可以只是所需的净空高度或更短,比传统的水平轴风力发电机起码短一个完整的叶片长度;
  • 没有超大型的风力机零部件,更易于制造、运输和安装.

LMWT 的众多小车沿位于基础塔群上的可旋转导向框架的循环路线在水平方向移动。在上风侧,小车做线性移动;导向框架上的两组齿轮组将小车的线性运动转换为左右两条垂直轴的旋转运动,并将该旋转动能传递到框架下或位于地面的发电机房中驱动发电机产生电能。

Blade Cart

Guide Frame & Chassis

工作原理

可转动导向框架是一个多层叠加的稳定空心结构。其闭路循环内腔由两个直段和两个转弯段构成;在上风侧直段区,垂直方向布置的风叶产生的升力(水平推力)推动小车在水平方向做线性运动;当小车通过导向框架外两侧的齿轮时,小车两侧的直齿推动它们旋转,于是齿轮的垂直轴将小车在水平方向的线性运动转换成垂直方向的旋转运动。紧密排列的各小车依次推动齿轮旋转并最终驱动与其垂直轴下端相连的发电机源源不断地产生电能。

小车在通过齿轮做功后,首先进入第一个180度转弯段,在这里,风叶产生的升力(水平推力)帮助小车通过余下的下风侧直段区和第二个180度转弯段并最终返回上风侧直段从而完成一个循环。在下风侧直段区和第二个转弯段,风叶与小车脱开固定联结,以避免风叶产生负向的阻力;在小车返回上风侧直段后,框架顶部的导向轨道使风叶旋转回到设计位置,并再次与小车固定联结,从而确保风叶在上风侧直段后的做功区总是有一个理想的攻角。

LMWT还有其它辅助功能: 如帮助小车返回做功段,可使小车联结/分离,使风叶固定、松开和转动的功能和确保安全运行的功能等。。

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