引射工业电力系统技术方案

本发明专利技术涉及引射工业电力系统，提供了一种引射工业电力系统。系统包括一个或多个垂直轴风力涡轮机发电站。通过发电站的多层引射器使风加速。引射器的每一层均配置有收缩部分，其被设计为使通过引射器的空气速度增加，使得低速风进入引射器，且速度远为更高的风离开引射器。安置在多层引射器中的每一层的收缩部分中的多个转子‑叶片组件安装于共用的垂直轴线转子轴且使共用垂直轴线转子轴旋转，以经由发电机生成电。所生成的电能够根据期望被储存、使用或引导到电网。

Industrial power system with ejector

The invention relates to an industrial power system for ejecting, and provides an industrial power system for ejecting. The system consists of one or more vertical axis wind turbine power stations. The wind is accelerated by a multi-layer ejector at the power station. Each layer of the ejector is equipped with a contracting portion which is designed to increase the air velocity through the ejector so that the low velocity wind enters the ejector and the velocity is much higher than the wind leaves the ejector. Placement of the ejector in each layer in the constricted portion of the plurality of rotor blade assembly in multilayer mounted on a common vertical axis rotor shaft and the common vertical axis rotor axis, by generating electricity generator. The generated electricity can be stored, used, or directed to the power grid as expected.

【技术实现步骤摘要】
引射工业电力系统
:本专利技术涉及电力系统，且更具体地，涉及利用多叶片、垂直轴风力涡轮机的电力系统。
技术介绍
数百年来一直使用风车生成动力。最早的风车被开发以使碾磨谷物和抽水的任务自动化。已知最早的风车设计是大约500-900A.D.在波斯（Persia）开发的垂直轴风力涡轮机（VAWT）系统。随后，风车从波斯传播到中东三角洲中的周围地区，并且传播到欧洲，其中，荷兰人引入了第一台水平轴风力涡轮机（HAWT）。在19世纪，风车额外地被用于生成电。到2012年，风能为美利坚合众国的估计1500万家庭提供电力，且成为可再生电的主要来源。最近，许多专利技术人已经尝试了各种风力涡轮机模型，几乎全部基于荷兰的水平轴碾磨机。一个接一个的设计者仿造该水平系统，试图使其适应于垂直轴系统。垂直轴的设计者并不创新配合该系统的叶片系统，而是纠结于HAWT叶片系统的阻力和升力方面，试图使它们适应于垂直轴配置。在近数十年中，已经尝试了两种VAWT设计：萨沃纽斯（Savonius）风力涡轮机；和达里厄（Darrieus）风力涡轮机。萨沃纽斯风力涡轮机利用垂直地安装在旋转轴或构架上的许多翼型。然而，其仅能够使用阻力，且因此不能够收获足够的风能。达里厄风力涡轮机利用安装在垂直旋转轴或构架上的许多弯曲翼型叶片。然而，由于设计挑战和限制，在现实世界的能量生产中，达里厄风力涡轮机的使用已经落后。达里厄或萨沃纽斯风力涡轮机，或者其它相似的设计均未导致商业电力生产所要求的可接受的效率和实用性水平。在一些最近的专利中反映的在高层建筑物中尝试的垂直轴单元并未产生前景希望，因为其不能够单独地供应建筑物的电力需要。最近，一只有充足预算的资金充沛的团队尝试为巴林岛（Bahrain）上的高层建筑物采用该类型的可得的最佳技术，但是仅得到令人失望的结果，这在题目是“大尺度建筑物整合的风力涡轮机”的对在孟买（Mumbai）举行的CTBUH2010世界会议的报告中反映。有趣的是注意到风车/风力涡轮机技术在历史上如何转错方向，以导致其今天所处的境地。在1919年，德国的物理学家阿尔伯特.贝茨（AlbertBetz）证明，能够捕获加于HAWT的叶片上的风的动能中不多于59.3%。这为HAWT系统设定了严重的限制。尽管如此，设计者们继续仿造古老的荷兰式水平形状的叶片，这已经导致了今天的超大型低效率系统，尽管有补贴，但该系统仅勉强产生可盈利的商业电力。HAWT已变成主流技术。制造商不致力于创新性技术来解决风速问题，而是通过诉诸超大型塔架和叶片来规避该问题。目前，以每MW1.5到2百万美元安装的HAWT系统带有大概$64-95/MWh的生产成本。十年来，联邦生产税抵免（PTC）正在为私营风力涡轮机生产的每千瓦时提供2.2美分。在联邦水平，生产税或投资税抵免和双倍递减加速折旧（double-decliningaccelerateddepreciation）能够负担风力项目的三分之二的费用。额外的州政府激励（stateincentive），诸如保证的市场和财产税免除能够负担另外10%的费用。在加利福尼亚，在2014年，风田从6,200MW的装机容量生成13.7TWh。这导致2,200kWh/kW/yr的整个机群产出（fleet-wideyield）。尽管有补贴和税收减免，但是美国能量中小于5%由风力产生，且95%通过燃烧煤、化石燃料等产生。这部分地因为：1.将HAWT涡轮机作为其了能量生产的主要装置的风力产业具有非常低的容量可信度（其取代其它能源的能力）。在欧洲最多风的国家英国，25,000MW的风电仅具有16%的容量可信度，同时在德国，信用可信度是14%，且纽约州是10%。2.产业估计计划每年输出30-40%，但是现实世界经验证明，每年输出15-30%的容量是更通常的。3.转动叶片上的离心力随旋转速度的平方增加。这使得水平轴结构对超速敏感。因此，备用的程度比本专利技术的设计高很多。根据埃翁内茨（EonNetz）（四个主要德国电网中的一个），德国风力操作商的备份要求已超过80%。这意味着过度的资本要求。4.更高的杆和叶片对于运输和安装而言更加困难且昂贵。运输和安装现在能够花费20%的装备成本。5.必须将单元置放在存在足够的风流量的地方。代替采用创新的技术，开发者诉诸达到更高的海拔高度。他们必须将56吨的机舱、135吨的叶片组件置放在76吨的塔架上（总共267吨），安装在1000吨的混凝土上以生产1.5名义MW功率，从而在用户或传输末端产生实质上更低的真实功率。6.HAWT单元必须在相当窄的风速范围中操作。大部分在低于15MPH的速度下生产力低下，且在接近50MPH的速度下必须关停。7.每MW要求至少10英亩的土地。其仅安装在其中存在15MPH的风速的地方。所造成的噪声和环境问题影响进一步限制了位置选择。8.HAWT需要额外的偏航控制机构以使叶片朝向风转向。当涡轮机转向以面对风时，旋转的叶片像陀螺仪那样作用。这种循环的扭曲能够使叶片根部、涡轮机的轮毂和轮轴迅速疲劳和开裂。9.除了极少的无传动装置设计，大部分HAWT系统均接合齿轮箱，这增加了在苛刻的寒冷天气条件中的严峻的维护问题，以及对于在高的标高处的在其中置放齿轮和发电机的更坚固的塔架的成本。10.为了避免屈曲，加倍塔架高度通常也需要加倍塔架的直径，从而将材料的量增加至少四倍。维护记录统计现场调查指示每150个叶片中的一个在循环疲劳下破裂。11.来自高HAWT的反射可影响雷达设施的旁瓣，从而造成信号杂波。12.这些涡轮机上叶片俯仰（pitch）的程度的不断改变是在风田上能听到的噪声的起因。进一步地，杆高度使得其在大的区域上显眼地可见，从而破坏风景的外观，环境问题对风田选址造成了主要限制。13.最后，最重要的因素在于，由于HAWT系统的大小和标高已经增长到其极限的事实，HAWT系统已没有许多空间来在大小和标高方面继续发展以在经济上可行。需要的是一种垂直轴风力涡轮机，其具有针对在商业电力生产中使用的可接受的效率和实用性水平。
技术实现思路
本专利技术尤其适合以先前未知或未预想到的方式克服本领域中留存的那些问题。因此，本专利技术的目的是提供包括一个或多个垂直轴风力涡轮机发电站的引射（eduction）工业电力系统。通过发电站的多层引射器使风加速。在一个具体实施例中，引射器的每一层均配置有被设计为增加通过引射器的空气速度的收缩部分，使得低速风进入引射器，且速度远为更高的风离开引射器。在该实施例中，多个转子-叶片组件安置在多层引射器的每一层的收缩部分中，且安装于共用的直轴线转子轴上，并且使该共用的垂直轴线转子轴旋转。轴的旋转经由发电机生成电。该电能够根据期望被储存、使用或引导到电网。尽管本专利技术在本文中被图示和描述为体现在引射工业电力系统中，然而其不旨在受限于所示出的细节，因为在不脱离本专利技术的精神且在权利要求的等价物的范围和范畴内的情况下，可在其中做出各种修改和结构改变。然而，当结合附图阅读具体实施例的以下描述时，将从以下描述中最佳地理解本专利技术的构造和操作方法，连同其额外的目标和优势。附图说明当结合附图阅读时，将更好地理解前述背景以及优选实施例的以下详细描述。出于说明本专利技术的目的，在附图中示出目前优选的示例性实施例，然而应当理解的是，本专利技术不限于所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电站，包括：多层引射器，其包括进风口和出风口；多个转子‑叶片组件，其所述进风口和所述出风口之间在所述多层引射器中被支撑在相同的单个垂直轴线主转子轴上，并且其中，所述多个转子‑叶片组件中的每一个转子‑叶片组件由所述多层引射器的底板与至少一个其它转子‑叶片组件垂直地分离；以及发电机，所述发电机用于当所述单个主转子轴旋转时生成电力。

【技术特征摘要】
2016.11.18 US 15/3558931.一种发电站，包括：多层引射器，其包括进风口和出风口；多个转子-叶片组件，其所述进风口和所述出风口之间在所述多层引射器中被支撑在相同的单个垂直轴线主转子轴上，并且其中，所述多个转子-叶片组件中的每一个转子-叶片组件由所述多层引射器的底板与至少一个其它转子-叶片组件垂直地分离；以及发电机，所述发电机用于当所述单个主转子轴旋转时生成电力。2.根据权利要求1所述的发电站，其特征在于，所述多层引射器结构的所述进风口具有比所述出风口更大的流体流量。3.根据权利要求1所述的发电站，其特征在于，所述多层引射器的所述进风口比所述出风口更宽。4.根据权利要求1所述的发电站，其特征在于，所述多层引射器的进风口具有比所述出风口更大的高度。5.根据权利要求1所述的发电站，其特征在于，所述多层引射器的邻近底板在其间限定风通道，并且所述多层引射器中的每个通道从所述进风口在高度和宽度中的至少一者上渐缩到靠近所述出风口的收缩颈部区，每一个转子-叶片组件均安置在所述收缩颈部区中。6.根据权利要求5所述的发电站，其特征在于，每一个转子-叶片组件均安置在形成于每一个通道的侧墙中的半圆形凹部中。7.根据权利要求5所述的发电站，其特征在于，每一个转子-叶片组件包括固定到毂轴承的多个转子-叶片，所述毂轴承安置在所述单个垂直轴线主转子轴上的所述通道中。8.根据权利要求1所述的发电站，其特征在于，所述多层引射器中的至少一部分与发电站房一体化，所述发电站房容纳所述单个垂直轴线主转子轴，其由悬吊轴承朝向所述发电站房的顶部支撑。9.根据权利要求8所述的发电站，其特征在于，所述单个垂直轴线主转子轴由容纳在所述发电站房内的下部轴承支撑在远离所述悬吊轴承的末端处。10.根据权利要求9所述的发电站，其特征在于，所述悬吊轴承和所述下部轴承相对于所述单个垂直轴线主转子轴被布置在定位/非定位轴承布置中。11.根据权利要求8所述的发电站，其特征在于，所述发电站房外侧的所述多层引射器的最低底板由柱和剪力墙中的至少一者抬高在地面水平上方。12.根据权利要求11所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马努彻·阿兹穆德，
申请(专利权)人：美国风能技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US