專利名稱：風力發(fā)電系統(tǒng)和方法
風力發(fā)電系統(tǒng)和方法
背景技術：
風能已成為一種可行的清潔及可再生能源，每年以30%的增幅增長。令人遺憾的是，風電僅限于風力資源非常強大的國家的偏遠地區(qū)。通常，風力發(fā)電機都是極為龐大的， 而且不容易在廣闊區(qū)域部署。風能的另一個問題是，區(qū)域風力的優(yōu)勢是完全不可預測的，因此，風電生產(chǎn)會存在長時間的停滯，從而對電力系統(tǒng)其他部分提出較高的要求。風電預測性的缺失，加之不考慮地理位置便無法對其進行部署，使一些風電解決方案不甚理想。
發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種用于接收風力并將其轉(zhuǎn)化成可存儲能量的系統(tǒng)，包括一用于捕獲風能的裝置；一與捕獲風能的裝置相連通的輪軸；以及一臺可接收來自軸的轉(zhuǎn)動能并將其轉(zhuǎn)化成可存儲能量的發(fā)電機組，其中發(fā)電機組置于系統(tǒng)所安裝的結構物中。可選擇地，可存儲能量為電能。在替代方案中，系統(tǒng)位于公路系統(tǒng)附近?？商鎿Q地，系統(tǒng)位于公路隔離帶上，該隔離帶將公路的兩個車道隔離開來。在另一種替代方案中，公路兩個車道中的交通流量沿不同方向通行。可替換地，隔離帶有一定寬度，轉(zhuǎn)換風能裝置的寬度不大于隔離帶的寬度。在另一種替代方案中，系統(tǒng)包括一個環(huán)繞轉(zhuǎn)化風能裝置定位的籠。在另一種替代方案中，風能轉(zhuǎn)化裝置的轉(zhuǎn)軸與系統(tǒng)所位于的表面相垂直。在另一個實施例中，一種用于接收風能并將其轉(zhuǎn)化為可存儲能量的系統(tǒng)，包括一臺風力捕獲儀器，該儀器包括至少三個風車，所述至少三個風車具有一定的造型，定位并使之具有一個與系統(tǒng)所定位的表面相垂直的旋轉(zhuǎn)軸，風力捕獲儀器捕獲到引風壓；一個輪軸， 與風力捕獲儀器連通，從而當風力捕獲儀器繞著轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，此輪軸可接收轉(zhuǎn)動能；以及一個發(fā)電機組，該發(fā)電機組可接收來自軸的轉(zhuǎn)動能，并將其轉(zhuǎn)變成可存儲能量。在一種替代方案中，造型類似于風帆。在另一種替代方案中，造型則為翼型。在另一種替代方案中，翼型的下弦不大于零。翼型的下弦小于零。另外，迎角介于90度至45度之間，與系統(tǒng)所處的表面有關?？蛇x擇的，遠離轉(zhuǎn)軸的前緣邊緣的上的迎角接近于45度?？蛇x擇地，造型包括在與轉(zhuǎn)軸垂直方向上的第一翼型及其相似造型，和與轉(zhuǎn)軸平行方向上的第二翼型。在一種替代方案中，第一翼型的第一下弦不大于零。可替換的，第二翼型的第二下弦不大于零。在一種替代方案中，系統(tǒng)還包括一個容納發(fā)電機組、并與軸相互連接的隔離帶。在一種替代方案中，系統(tǒng)還包括一條與至少部分被隔離帶覆蓋的發(fā)電機組相互連接的輸電線。在一種替代方案中，系統(tǒng)還包括一個壓配系統(tǒng)，用于將軸固定在隔離帶中，以防止擺動，便于維護。在一種替代方案中，至少三個風車與軸隔離開來，從而產(chǎn)生一條將風流引向至少三個風車中每一個的文丘里通道。在另一種替代方案中，風力捕獲儀器旨在捕獲公路沿線隔離帶造成的水平氣流和垂直氣流。在一種替代方案中，系統(tǒng)隔離帶位于路面上，多臺風力發(fā)電機組位于隔離帶上，隔離帶容納至少多條輸電線中的一部分。在一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組均不寬于隔離帶?？商鎿Q的，多臺風力發(fā)電機組經(jīng)由多條輸電線串聯(lián)。在一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組中的一臺發(fā)生故障不會影響其它多臺風力發(fā)電機組。在另一種替代方案中，多條輸電線均嵌入在混凝土中。在另一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組都是可拆卸的，而不會影響系統(tǒng)其它部分的功能。在另一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組都具有一個安全籠?？蛇x擇的，多臺風力發(fā)電機組均位于隔離帶頂端。在一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組的瓦數(shù)介于100至1000瓦之間。在一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組的瓦數(shù)介于100至500 瓦之間。在一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組的瓦數(shù)介于300至400瓦之間。在一種替代方案中，多臺風力發(fā)電機組的功率為350瓦。
圖1表示風力發(fā)電裝置一種實施方案的透視圖2表示圖1中風力發(fā)電裝置的側視圖3表示圖1中風力發(fā)電裝置的俯視圖4表示圖1中風力發(fā)電裝置的仰視圖5表示用于風力發(fā)電裝置的風車的一種實施例的透視圖6表示圖5風車的俯視圖7表示圖5風車的側視圖8表示圖5風車的側視圖9表示圖5風車的仰視圖10表示風力發(fā)電裝置另一種實施例的側視圖11表示圖10風力發(fā)電裝置的俯視圖12表示風力發(fā)電裝置一種實施方案的透視圖13表示圖12風力發(fā)電裝置的俯視圖14表示圖12風力發(fā)電裝置的側視圖15表示供與風力發(fā)電裝置共同使用的組件的分解透視圖16表示用于支撐風力發(fā)電裝置的風車的組件的分解透視圖
圖17表示圖16中組件的透視圖18表示風力發(fā)電安裝一個實施例的俯視圖19表示圖19風力發(fā)電安裝的側視圖20表示變電站示意圖的一個實施例；以及
圖21表示變電站示意圖的另一個實施例。
具體實施例方式1)風力發(fā)電系統(tǒng)風力發(fā)電機系統(tǒng)的一個實施例專為在路面隔離帶柵欄頂部和路面附近柵欄頂部使用而設計的。盡管在替代方案中，軸角可能位于一個完整的球面或圓周內(nèi)，但在一個實施例中，垂直軸支撐繞該軸旋轉(zhuǎn)的風車/葉片。在底部和頂部捕獲位于允許旋轉(zhuǎn)的軸承內(nèi)的該軸以便支撐。隔離帶柵欄的獨特造型，專為使車輛轉(zhuǎn)向至所在車道及車流方向，可提供一種獨特的風車/葉片設計，這種設計可最好地捕獲被車輛轉(zhuǎn)移的向前運動和向上運動的氣流。該造型由一個具有曲率的風車組成，正如傳統(tǒng)船帆中描繪的，厚度同翼型，并且到達頂
5部時呈現(xiàn)后掠杯狀造型，與彎曲的手掌并無二致。風車/葉片，或一個，或多個，采用諸如玻璃纖維或碳纖維之類的耐用材料制成，可加工成獨立單元或單一多風車單元。由風車翼板形成的伸長型風車基底的直徑不大于安裝風車的柵欄的基底寬度。在一個實施例中，發(fā)電機風車基底直徑為發(fā)電機風車高度的3/4。當車輛經(jīng)過時，氣流被運動的車輛轉(zhuǎn)移，引起發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。自然風亦會引起發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。隔離帶柵欄在隔離帶柵欄的相對兩側，將反向經(jīng)過的車輛引起的氣流引至風力發(fā)電機，或者當多個單元沿柵欄中樞連接在一起時，引至更合適的發(fā)電機。發(fā)電機用電線并聯(lián)在一起，以便采集多個單元的能量。一個實施例包括風力發(fā)電機，安裝在隔離帶柵欄頂部，利用在該柵欄附近運動的車輛產(chǎn)生的獨特氣流流型發(fā)電，具有獨特的風車/葉片設計，以便利用這種獨特的氣流。綜合系統(tǒng)的一個實施例包括一系列相連的風力發(fā)電機，這些發(fā)電機或安裝在一系列相連隔離帶柵欄頂部，或安裝在連續(xù)隔離帶柵欄頂部，從而形成能量采集的聯(lián)合源。這些相連的風力發(fā)電機利用在該柵欄附近運動的車輛產(chǎn)生的獨特氣流流型來發(fā)電。風力發(fā)電系統(tǒng)的實施方案是在任何地理區(qū)域進行風力發(fā)電的創(chuàng)新型手段，而不論風力條件是否有利。技術提供了一種利用在公路體系運行車輛的未被利用的資源發(fā)電的機制。例如，垂直軸風機渦輪發(fā)電機固定在路面隔離帶柵欄頂部，被途徑車輛轉(zhuǎn)移的空氣由轉(zhuǎn)動的風車所捕獲用于發(fā)電。風車的造型被巧妙的設計處理，用于捕獲高速公路隔離帶柵欄處存在的前行和上行空氣。舉個例子，渦輪機高約2英尺，與我們在商用風力農(nóng)場中通常見到的大型渦輪機相比，不甚突出。當其沿高速公路隔離帶柵欄安裝時，它們可產(chǎn)生巨大的電能僅一英里高速公路可產(chǎn)生逾462，000瓦。一百英里的渦輪機高速公路可產(chǎn)生4，600萬瓦的清潔國產(chǎn)電力。即使當車流很少或沒有車流時，渦輪機也能有效捕獲自然風。當?shù)仫L力因位置而異；例如，洛杉磯平均風速7. 8mph，檀香山則為10. 6mph。全球平均風速為7mph，然而低于 2mph的風就可使渦輪機開始運行-即使不存在車流引發(fā)的風力。在環(huán)境風速較高的地方， 功率大于5千瓦的渦輪機可安裝在隔離帶地區(qū)，以便從盛行風中捕獲額外能量。渦輪機一個實施例的設計是大量的計算機輔助設計(CAD)研究的成果。該款渦輪機主要采用輕質(zhì)鋁和復合纖維制成，是世界上最小、最輕的垂直軸渦輪機。每臺渦輪機配有三個風車，其造型可捕獲沿高速公路隔離帶柵欄運動的風。這包括典型水平氣流，但與傳統(tǒng)風力渦輪機不同的是，其是彎曲的，可捕獲由朝著隔離帶柵欄運動的途經(jīng)車輛轉(zhuǎn)移的空氣。一實施例中，每臺渦輪機驅(qū)動一臺350瓦變曲線發(fā)電機，整個組件采用螺栓栓緊在置入在現(xiàn)有混凝土隔離帶柵欄中的錨栓上。發(fā)電機本身裝配于混凝土帶芯截面中，這樣可阻擋其產(chǎn)生的所有噪音，并防止其暴露于撞到隔離帶的車輛。制造是利用數(shù)控(CNC)機床完成的，以便利用最少的零部件生產(chǎn)出高度統(tǒng)一、合理均衡的產(chǎn)品。在另一個實施例中， 每臺渦輪機驅(qū)動一臺100瓦或100瓦以下的發(fā)電機。在另一個實施例中，每臺渦輪機驅(qū)動一臺400瓦或400瓦以下的發(fā)電機。在另一個實施例中，每臺渦輪機驅(qū)動一臺1500瓦或 1500瓦以下的發(fā)電機。在另一個實施例中，每臺渦輪機驅(qū)動一臺3000瓦或3000瓦以下的發(fā)電機。在另一個實施例中，每臺渦輪機驅(qū)動一臺5千瓦或5千瓦以下的發(fā)電機。被選用的發(fā)電機可視預計風速而定。在某些實施例中，發(fā)電機的瓦數(shù)介于100至400瓦之間。在某些實施例中，發(fā)電機的瓦數(shù)介于350至1000瓦之間。
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對于隔離帶裝渦輪機的實施方案，其建設成本與傳統(tǒng)天然氣火電廠類似，但因渦輪機不需要任何燃料，其運營成本方面具有意味深長的優(yōu)勢。即便與碳中性電廠，如核電廠相比，隔離帶裝渦輪機也更為有利。擬在佛羅里達新建的2，308兆瓦核電廠的造價預計為 140億美元。只需該造價的1/4，500英里隔離帶裝渦輪機高速公路即可生產(chǎn)出相同數(shù)量的電力-無任何浪費和意外風險。使用低瓦數(shù)的發(fā)電機制造可產(chǎn)出風能的完整一體化系統(tǒng)以前都未曾有人設想過，因為至少在部分意義上說，并沒有形成一份有效、完整的安裝計劃。 引風壓產(chǎn)出系統(tǒng)可在完整的電力和基礎設施系統(tǒng)中實現(xiàn)大規(guī)模不同瓦數(shù)風電發(fā)電機的系統(tǒng)化安裝。此外，此處公開的電力輸送系統(tǒng)的基礎設施及逆變器使得多臺不同風力發(fā)電機具有相同或不同功率，并且將其它電源整合成為單一系統(tǒng)?？蛇x擇的，輸電系統(tǒng)不僅可用于傳輸從能量源采集的電能，還可以傳輸所需的所有能源傳輸。高速公路風電可在電力消耗最多的極端環(huán)境中產(chǎn)出在我們的城市內(nèi)部及周圍。 這與大型風力農(nóng)場相比是一個顯著的優(yōu)勢，后者存在于農(nóng)村地區(qū)，并且需要新的基礎設施來傳輸電力，具有較大的隨輸電距離產(chǎn)生功率損耗。這些配置的發(fā)電設施可節(jié)省輸電線路， 并可整合至輸電系統(tǒng)中。當高速公路平均風速為20mph時，各實施例中的風力渦輪機可產(chǎn)生約350瓦的電力。一百英里隔離帶裝渦輪機高速公路所生產(chǎn)的電力足以向500，000戶家庭供電。在某些實施例中，每英里高速公路可支持1，320臺隔離帶裝渦輪機，并生產(chǎn)4. 6兆瓦(百萬瓦)的無污染可再生電力。100英里隔離帶裝渦輪機高速公路可產(chǎn)生出與500兆瓦的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠相同的電量-這足以向像圣地亞哥這樣的主要市中心供電。隔離帶裝渦輪機不可零售，但生產(chǎn)成本平均小于1，000美元。每臺每天可生產(chǎn)約 7美元的電能(批發(fā)成本)，所以這些風機將在運營不到30個月內(nèi)收回成本。由于這里公開的渦輪機是按照10年預期壽命來設計的，所以每臺風機可連續(xù)生產(chǎn)近20，000美元的自由電。所公開的渦輪機及系統(tǒng)所生產(chǎn)的電力，其成本約為建造一座同等規(guī)模核電廠的成本的 1/4。隔離帶裝渦輪機可自啟動并且在風速低于2mph時仍可開始生產(chǎn)電能。高速公路平均風速為7至14mph，但當車流速度為65mph或者高于此數(shù)值時，隔離帶柵欄處誘發(fā)的風速可高達30mph。即便引風壓未從往來車流中受益，全球10大平均盛行風風速仍為7mph。意外碰到隔離帶柵欄的車輛，不得以足以影響渦輪機實施例的高速行駛。進行綜合車輛碰撞試驗，以確保渦輪機在受到車輛撞擊時不會產(chǎn)生設法攀越隔離帶柵欄的拋射體威脅。最后，電線由鋼板提供屏蔽作用，其設計可實現(xiàn)在底座內(nèi)剪斷，并觸發(fā)保險絲斷路器， 這樣，熾熱的電線不會在事故中裸露在外。垂直軸風力渦輪機的噪聲比傳統(tǒng)“推進器”形狀的渦輪機小，所公開的渦輪機是專為低噪聲運行而設計的。氣動噪聲較小，其原因是垂直軸風機具有較短的翼板，并且機械噪聲將減到最小，其原因是發(fā)電機部件是放置在混凝土柵欄內(nèi)，從而由混凝土柵欄起到絕緣作用。此外，嘈雜的高速公路隔離帶環(huán)境可掩蓋發(fā)電機產(chǎn)生的所有可忽略不計的噪聲。a)渦輪機組渦輪機組(亦可稱作風力發(fā)電裝置)通常必須具有一個捕獲風能的裝置、一個轉(zhuǎn)化能量的輪軸、一臺接收來自輪軸的能量并轉(zhuǎn)化能量形式的發(fā)電機以及一個固定機構。渦輪機的一個實施例的不同視圖列于圖1至4中。渦輪機100包括三個風車110、輪軸130、頂部風車支架120 (亦可稱之為上部星形物)、底部風車支架121 (亦可稱之為下部星形物)、 隔離帶140、變曲線發(fā)電機150、以及基板160。輪軸130與安裝輪軸的隔離帶垂直運行。因此，風車組件的旋轉(zhuǎn)平面與安裝面，即隔離帶140平行。在不同的替代方案中，渦輪機包括多個風車和不同的構件。此外，在替代方案中，渦輪機的尺寸設計為可剛好裝在路面隔離帶所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)，約2英尺高，半徑為1英尺，然而，尺寸可按照風力條件、安裝地點和安全性來作出調(diào)整。i)翼/風車渦輪機，例如，渦輪機100的翼或風車，可采用許多不同的形式或造型。風車或翼結構和其中的某些支撐結構被稱作風能捕獲裝置。這里公開的所有實施例以及由本領域技術人員在所公開內(nèi)容的提示下實現(xiàn)的實施例被視為風能捕獲裝置。在風力發(fā)電系統(tǒng)的實施例中，對翼/風車進行定向和設計以確保捕獲最可能的風向和風力，因此，應相應設計大一些或小一些。(1)造型在一種實施例中，風車造型的設計應確保捕獲向上和水平的氣流。其原因是路面隔離帶附近的氣流往往沿這些方向流動。當汽車沿路面前行時，它們會推動向前和向上的空氣，從而迅速轉(zhuǎn)移這些空氣。汽車也會將空氣推向側面，然而這些氣流受到隔離帶的限制，造成氣流被轉(zhuǎn)化成向上的氣流。除圖1至4中所示的風車110外，圖6至9還給出了風車更加詳細的視圖，圖10至11則給出了替代實施例。如圖1至11所示，圖中所示的實施例呈杯狀。參照圖5，風車510在水平和垂直方向上呈翼板造型。風車包括底部支撐521和頂部支撐520。受到水平風力的翼板的前緣為前緣550。后緣為后緣560。在垂直方向上，前緣為前緣M0，后緣為后緣570。這被稱作雙翼板設計。盡管圖1至11所示的風車具有雙翼板造型，但在替代實施方案中，風車并無翼板或只有一個翼板。風車510翼板的其他特征在于彎曲度和迎角與預計風向有關。在垂直和水平方向上，在圖1至11的實施方案中彎曲度均是增加的。增幅有所減緩，以防止渦輪機失速。當渦輪機轉(zhuǎn)動時，氣流和風車之間迎角的允許范圍便會更寬。在可替代實施方案中，根據(jù)預計氣流，彎曲度可能增大，并且如果預計風速較高的話，總輪廓就會減小。渦輪機的總體效率跟隨在不同風力條件下產(chǎn)生渦輪機的某一轉(zhuǎn)動的需求。如圖10至11所示的渦輪機1000實施方案與圖1至9所示的實施方案不同，不同點在于風車1010沿各個方向延長至中心輪軸1020。如圖所示，風車1010與輪軸1030接觸。這可改進渦輪機中心處的扭矩產(chǎn)生；然而，與圖1至9的實施方案相比，風車的翼板效應會減輕。本設計(圖10至11)可能在高恒風區(qū)更為有效。相比之下，圖1至9中的設計亦因文丘里效應而為風提供加速。由于空氣透過風車110和輪軸130之間的漏斗狀縫隙， 因此較小的孔徑往往會在其經(jīng)過下一個風車110時加快風速。在較低風力條件下，通過文丘里效應實現(xiàn)的加速有助于削弱渦輪機100的靜動量。通過將風車與轉(zhuǎn)軸隔離，即可在風車和誘使風流向相鄰風車的軸之間產(chǎn)生一條文丘里通道。渦輪機安裝區(qū)域的特性可改變渦輪機的最佳特性。如上所述，在風速一向較高的風區(qū)，渦輪機尺寸可能會增加，渦輪機造型可通過減小風車彎曲度來加以優(yōu)化，去除設計用于接收向上氣流的定位和翼板，因為與水平氣流相比，垂直風力流動并不顯著。
2)研究/分析為了優(yōu)化圖1至9中渦輪機的性能特性，已完成全面的計算流分析。為了有效捕獲途經(jīng)車輛產(chǎn)生的風力，引風壓技術利用了風速和向上及沿隔離帶柵欄移動的特有方式。實現(xiàn)圖1至9設計之前，考慮了多種原型模型。其獨特造型的優(yōu)點已通過復雜3D 流分析模型化得以驗證。來自4個不同方向的全風速輪廓線已經(jīng)過檢測，以預測輸出、扭矩、側向負載和最大風速，精確度達90%以上。隔離帶裝渦輪機可利用以平均風速20mph經(jīng)過的高速公路空氣產(chǎn)生350瓦功率。它可經(jīng)受超過IOOmph的颶風級風。流分析旨在提供風力渦輪機設計過程中氣流特性的理解，以便提供設計如何改變氣流通路和影響發(fā)電能力的額外洞察。選擇氣流情景以便為施加不同風型時所產(chǎn)生的扭矩及結構物上所產(chǎn)生的反作用力提供更好的理解。利用氣流分析，可在開發(fā)和測試完全原型之前了解氣流型。計算流分析最大程度的用于比較研究，并應與實證檢驗相互關聯(lián)。對圖1至4中描繪的渦輪機進行檢驗。在SolidWorks CAD軟件中開發(fā)一個實體模型，如圖1至4所示。模型是利用實物原型掃描的，然后轉(zhuǎn)移至SolidWorks中。SolidWorks 流模擬軟件用于進行3D流分析。IOmph的風速用作本報告中許多流分析的基準線，是由于此值可作為高速公路的平均風速。在所討論的其他研究中，可使用更高的風速。分析中假設一個靜態(tài)渦輪機位置， 以便確定結構物上的扭矩負載和反作用力。沿全部4個全局方向分別施加IOmph的全風速輪廓線來模擬不同的葉片位置和側風。表1為結果一覽表，圖3至6表示越過葉片的流型。表1原始設計-不同風向的流分析
風速方向扭矩 (N-m)X軸力 (Ibs)Y軸力 (Ibs)Z軸力 (Ibs)合力 (Ibs)功率 (W)10+X0.0790.853-0.0150.0280.8531.06510-X0.245-0.728-0.0450.1880.7523.31110+Z0.286-0.334-0.0210.6950.7723.87510-Z0.099-0.305-0.020-0.796■ 08521.339上表中的功率級是基于施加在結構物上的扭矩進行計算。風力渦輪機產(chǎn)生的實際功率級取決于實際葉尖速度比和發(fā)電機效率。流特性亦在較高的風速下測定以模擬颶風條件并測定結構和軸承設計中所使用的力加載。如預料的一樣，功率級與速度級的立方冪成比例。表2給出了不同風速的分析結果。表2原始設計-不同風速的流分析
由于高速公路風可能有離地升空的趨勢，還進行了浮升力流分析，以測定上升風的影響。沿著+Y方向施加風速為IOmph的風。渦輪機底座沿X軸的12英寸邊界帶并未有空氣速度施加于其上，因為風僅從高速公路隔離帶結構側面向上流動，而并非穿過隔離帶。 基于因特網(wǎng)搜索結果確定用于支撐渦輪機的隔離帶寬度為12英寸。表3給出了結果。表3原始設計-浮升力流分析
風速扭矩 (N-m)X軸力 (Ibs)Y軸力 (Ibs)Z軸力 (Ibs)合力 (Ibs)功率 (W)10-0.0280.0130.150-0.0470.049-0.376本分析假設結構物底座的垂直風速為lOmph。扭矩和力能級遠低于水平風速為 IOmph時所視的情形。另外，預期垂直風速遠低于水平風速從而風力垂直分量的相對扭矩遠低于水平分量。我們還進行了額外的流分析以模擬從隔離帶兩側沿相反方向驅(qū)動的氣流。在隔離帶兩側，沿著風機渦輪葉片的外半徑處按照IOmph驅(qū)動風力。這種情景是在+Z/-Z方向上實現(xiàn)的。當沿相反方向驅(qū)動氣流，并且到隔離帶的距離相等時，隔離帶處中心線處風速接近于零，因為驅(qū)動力最終會彼此抵消。當它越來越靠近隔離帶中心時，風速呈指數(shù)衰減，導致渦輪機上扭矩非常小。結果列于下表4中。表4原始設計-雙向流研究
風速扭矩 (N-m)X軸力 (Ibs)Y軸力 (Ibs)Z軸力 (Ibs)合力 (Ibs)功率 (W)100.010-0.002-0.001-0.0090.0090.135 了解沿相反方向驅(qū)動的氣流的一個更傳統(tǒng)的方法是假設隔離帶中心線處產(chǎn)生一個漩渦，其圓周速度設為lOmph。例如，當汽車在渦輪機鄰近處沿相反方向以IOmph速度行駛時，渦輪機周圍產(chǎn)生一個漩渦，外圓周速度為lOmph，而不是空氣在與隔離帶平行的直線上流動。
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為進一步模擬由圓形漩渦驅(qū)動的渦輪機，我們還利用旋流條件分析了渦輪機設計。產(chǎn)生一個旋流控制體積以生成渦輪機模型，然后施加空氣角速度。假設葉尖速度比為 1，IOmph的基準線風速與130RPM的角速度有相關性。這種條件與2輛以IOmph的速度沿相反方向行駛而在渦輪機處產(chǎn)生一個漩渦的汽車有相關性。我們還評估了 260RPM和390RPM 的情況。結果列于表5中。由于功率級與速度的立方冪成比例，不同基準線風速和葉尖速度比可用于對預計功率級進行外推。表5原始設計-旋流分析
權利要求
1.一種接收風力并將其轉(zhuǎn)化為可存儲能量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)一裝置，用于捕獲風能；(b)一輪軸，其與所述風能捕獲裝置進行通訊；以及(c)發(fā)電機組，所述發(fā)電機組接收所述輪軸的轉(zhuǎn)動能，將其轉(zhuǎn)化成可存儲能量，其中所述發(fā)電機組置于系統(tǒng)所安裝的結構物內(nèi)。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可存儲能量為電能。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)位于公路系統(tǒng)附近。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)位于公路隔離帶上，所述隔離帶將公路的兩個車道隔離開來。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中公路兩個車道的交通流量沿不同方向通行。
6.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述隔離帶具有一定寬度，風能捕獲裝置的寬度不大于所述隔離帶的寬度。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括籠，環(huán)繞風能捕獲裝置定位。
8.如權利要求1的系統(tǒng)，其中所述風能捕獲裝置的轉(zhuǎn)軸與系統(tǒng)所定位的表面相垂直。
9.一種接收風力并將其轉(zhuǎn)化為可存儲能量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)風力捕獲儀器，包括至少三個風車，所述至少三個風車具有一定造型，定位并使其旋轉(zhuǎn)軸與系統(tǒng)所定位表面相垂直，其中風能捕獲裝置捕獲引風壓；(b)輪軸，與風能捕獲儀器連通，以便在風能捕獲儀器繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時接收轉(zhuǎn)動能；以及(c)發(fā)電機組，所述發(fā)電機組接收所述輪軸的轉(zhuǎn)動能，將其轉(zhuǎn)化成可存儲能量。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述造型類似于風帆。
11.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述造型為翼型。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述翼型的下弦不大于零。
13.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述翼型的下弦小于零。
14.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中迎角介于90度和45度之間，與所述系統(tǒng)所處表面有關。
15.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中遠離轉(zhuǎn)軸的前緣的邊緣處的迎角接近于45度。
16.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述造型包括與轉(zhuǎn)軸相垂直方向上的第一翼型及其相似造型，和與轉(zhuǎn)軸平行方向上的第二翼型。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述第一翼型的第一下弦不大于零。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述第二翼型的第二下弦不大于零。
19.如權利要求9所述的系統(tǒng)，還包括(d)一個容納所述發(fā)電機組，且與所述輪軸互連的隔離帶。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，還包括(e)一條與至少部分被隔離帶覆蓋的發(fā)電機組互連的輸電線。
21.如權利要求19所述的系統(tǒng)，還包括(e) 一個壓配系統(tǒng)，用于將所述輪軸固定在所述隔離帶內(nèi)，防止擺動和便于維護。
22.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中至少三個風車與所述輪軸隔離，產(chǎn)生一條將風流引向至少三個風車中每一個的文丘里通道。
23.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述風能捕獲儀器用于捕獲公路沿線隔離帶造成的水平氣流和垂直氣流。
24.一種接收風力并將其轉(zhuǎn)化為可存儲能量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)多臺風力發(fā)電機；(b)多條輸電線，多條輸電線與多臺風力發(fā)電機互連；以及(c)逆變器，布置在離多臺風力發(fā)電機較遠處，所述逆變器接收多條輸電線的直流電， 將其轉(zhuǎn)化成交流電。
25.如權利要求M所述的系統(tǒng)，還包括(e)位于路面的隔離帶，多臺風力發(fā)電機位于所述隔離帶上，所述隔離帶容納至少多條輸電線的一部分。
26.如權利要求25所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺不寬于所述隔離帶。
27.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述多臺風力發(fā)電機經(jīng)由多條輸電線串聯(lián)。
28.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的任意一臺出現(xiàn)故障，不會影響其它多臺風力發(fā)電機的運行。
29.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述多條輸電線嵌入在混凝土中。
30.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺是可拆卸的，且不會影響系統(tǒng)其它部分的功能。
31.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺具有一個安全籠。
32.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺位于隔離帶頂端。
33.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺瓦數(shù)介于100至1000瓦之間。
34.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺瓦數(shù)介于100至500瓦之間。
35.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺瓦數(shù)介于300至400瓦之間。
36.如權利要求M所述的系統(tǒng)，其中多臺風力發(fā)電機中的每臺瓦數(shù)為350瓦。
全文摘要
一種用于接收風力并將其轉(zhuǎn)化為可存儲能量的系統(tǒng)的實施例，包括一臺風力捕獲儀器，所述儀器包括至少三個風車，所述至少三個風車具有一定的造型，定位并使之具有一個與系統(tǒng)所安裝的表面相垂直的旋轉(zhuǎn)軸，其中風力捕獲儀器捕獲到引風壓；一個輪軸，與風力捕獲儀器連通，從而當風力捕獲儀器繞著旋軸旋轉(zhuǎn)時，此軸可接收轉(zhuǎn)動能；以及一個發(fā)電機組，所述發(fā)電機組可接收來自軸的轉(zhuǎn)動能，并將其轉(zhuǎn)變成可存儲能量。
文檔編號F03D9/00GK102216609SQ200980145246
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權日2008年11月14日
發(fā)明者羅格·萊斯利·漢斯科爾 申請人:米堤亞風力有限責任公司