一种凹式多孔型风力机增能装置的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种凹式多孔型风力机增能装置。

背景技术：

作为一种清洁、可再生能源，风力发电产业在全球取得飞速发展。据全球风能委员gwec统计，截止2017年底，全球风电累计装机容量539gw，其中，我国累计装机容量188.4gw，风力发电量约占全国用电量的4.8％。风力发电仍有很大的发展前景，尤其是在分布式风力发电以及低风速风力发电领域，前景非常可观。

风力发电机通常运行在大气边界层的底层，而底层大气边界层具有风切变较大、风速较低以及湍流强度较大等诸多不利因素，因此为了高效、平稳地发电，往往不得不提高风力机塔架的高度，从而大大地增加了风力机的建设成本。2018年，国家能源局又先后发布了逐步取消风电补贴及风电平价上网的征求意见函，因此，在这种情况下，进行技术革新、降低风电建设成本、提高风资源利用率对于风电企业的发展显得更为迫在眉睫。

cn108204330a公开了一种风力机增能器，在风力机前方设置流线型的导流板，以提高风力机叶轮区域的空气流速，达到提高风力机发电量的目的，同时在具体实施例中还涉及到环绕式风力增能器以及适用于多机组的排列式风力增能器。但是该增能器存在以下不足：1)导流板与地面均具有倾角，一方面有效挡风面积较小，对上方空气增速效果不明显，另一方面极易造成竖向荷载波动；2)导流板为不透风实体结构，一方面导流板上下游压力差会很大，另一方面会在导流板后方和风力机下方之间形成高剪切力层；3)环绕式布局中，处于风力机旋转平面后方的导流板会导致风力机功率下降；4)导流板采用等高型式，导流板对风力机下叶尖位置影响大，而对风力机左、右叶尖位置影响小，增能效果没达到最优。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种凹式多孔型风力机增能装置，能够高效利用风力机下叶尖高度以下的低速风资源，能够提高风能转换效率、降低工程造价，且环境友好，适用于分布式风电项目开发中。

为实现上述目的，本发明提供了一种凹式多孔型风力机增能装置，包括多孔导流板、用于支撑或移动多孔导流板的基座和支架；多孔导流板包括中间的主板和两侧的副板，主板及副板上分布着孔洞，所述主板与风力机旋转平面平行，主板与风力机旋转平面之间的距离为主板中间高度的0～7倍；所述副板与风力机旋转平面呈0～90度夹角，且沿空气主流向方向，呈渐缩状。

上述多孔导流板为轴对称结构；所述多孔导流板为等厚度或上薄下厚结构，与厚度方向垂直的截面为不等高空间曲面。

上述多孔导流板的高度从中心位置沿长度方向先增高后减小或先增高后不变。

上述主板长度l1为2.0～2.4倍风力机半径r，主板中心位置的高度h1与风力机轮毂高度h比值为0.05～0.35，沿着长度方向移动，高度逐渐增大；所述主板高度轮廓线为半径r1＝0.65～0.95倍风力机轮毂高度的圆弧。

上述基座长度l3与多孔导流板长度l2的比值为0.6～1.0。

上述多孔导流板的两侧安装有作为辅助支撑的支架。

上述基座和支架为刚性结构，分为移动式或固定式两种，固定式为基座和支架分别通过地基、柱销或螺栓固定在地表，移动式为基座和支架均通过在根部安装万向轮作为支撑，沿地面移动或转动。

上述主板的孔隙度比副板的孔隙度大，且所述主板的孔隙度范围为5％～35％，所述副板的孔隙度范围为0％～10％。

上述凹式多孔型风力机增能装置安装在风力机迎风面，与地面垂直，且沿风力机旋转中心线对称。

上述孔洞可采用各种形状，如蜂窝形、圆形或矩形。

本发明的有益效果是：

1.提高了风能的利用率。通过不等高的多孔导流板，适应风力机叶尖距地面的距离随相位角的变化而不同，将大气边界层底部的低速空气的动能输运到风力机叶轮区域，有效加速区较大，提高了风力机叶轮区迎风面的平均速度，提高了机组的输出功率。

2.降低了机组的载荷波动。由于靠近风力机叶轮区下半部分的空气流速得到了提高，从而降低了风力机叶轮区迎风面的平均剪切力，同时，还一定程度上降低了来流的湍流强度，降低了风力机叶片受力的不均匀性，提高了使用寿命。

3.结构简单，经济成本低，安全性高。导流板采用多孔结构，用材较少，成本低，同时多孔结构承受来自空气的推力较小，利于导流板结构的稳定性和机组运行的安全性，可用于已建、在建及未建风电项目。

4.环境友好。一方面，多孔导流板可以发挥防风墙的作用，减小风沙对近地面的影响；另一方面，在导流板后方不会形成无风区和无光区，对局部土壤和植物影响较小。

5.适应多种风况。风向变化时，可通过移动可调式基座整体移动增能装置，从而保证在风向小范围变化情况下，导流板有效挡风面积较大。

附图说明

图1为本发明的一种凹式多孔型风力机增能装置原理示意图；

图2为本发明的一种凹式多孔型风力机增能装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例1的安装示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明的实施例2的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图1，空气流到导流板前方时，受导流板的阻塞效应，部分流体会向导流板四周汇聚，特别地，在导流板后上方形成局部高速流动区，风力机叶片在高速流动区运行，输出功率会得到提升，而受能量守恒影响，导流板正后方则会形成低速尾流区。

参见图2，本发明提供了一种凹式多孔型风力机增能装置，包括多孔导流板1，基座2以及支架3。多孔导流板1为轴对称结构，厚度为上薄下厚或者等厚，多孔导流板1的高度从中心位置沿长度方向先增高后减小或先增高后不变；多孔导流板1分为主板4和副板5两部分，中间的主板4区域和风力机旋转平面平行，两侧副板5区域和风力机旋转平面呈一定的夹角。

多孔导流板1上分布着孔洞6，其中主板4孔隙度较大，副板5孔隙度较小；基座2和支架3起到支撑多孔导流板1的作用，基座2和支架3为刚性结构，分为移动式或固定式两种，固定式为基座2和支架3直接通过地基、柱销或螺栓等固定在地表，移动式为基座2和支架3通过在根部安装万向轮7作为支撑，可沿地面移动或转动。

多孔导流板1为等厚度或上薄下厚结构，和厚度方向垂直的截面为不等高空间曲面。多孔导流板中间长度l1(l1与风力机半径r的比值为2.0～2.4)范围为主板4，主板4中心位置的高度h1和风力机轮毂高度h的比值为0.05～0.35，沿着长度方向移动，高度逐渐增大，高度轮廓线为半径r1＝0.65～0.95h的圆弧；而长度l1至l2范围(l2≧l1，l2与风力机半径r的比值为2.0～3.6)为副板5，副板5高度通过半径为r2(r2>0.25h1)的圆弧过渡后逐渐下降或保持不变。

主板4和风力机旋转平面平行，主板4和风力机旋转平面之间的距离l为主板4中间高度h1的0～7倍；而副板5与风力机旋转平面之间存在夹角α(α＝0～90度)，且沿空气主流向方向，副板5呈渐缩状。

多孔导流板1上的孔洞6可采用各种形状，如：蜂窝性状、圆形、矩形和其他多边形等。主板4上孔洞均匀分布，孔隙度较大，孔隙度为5％～35％；副板5上孔洞均匀分布，孔隙度较小，孔隙度为0％～10％。

基座2起到支撑或移动多孔导流板1作用，基座2沿多孔导流板1的伸展方向布置，基座2的长度l3与多孔导流板1长度l2的比值为0.6～1.0。支架3分别布置于多孔导流板1两侧，数量不少于2个。

实施例1：

结合图3和图4，以半径为4.0m，轮毂高度为8.3m的水平轴风力机为例：采用移动凹式多孔型导流板布置型式，多孔导流板主板长度为9.0m，主板中间高度为2.8m，主板孔隙度为35％，副板孔隙度为10％，总长度为12.0m，厚度为0.35m，最高高度为4.7m，多孔导流板副板和风力机旋转平面夹角为45度，多孔导流板和风力机旋转平面之间间距为10.0m，支架为6套。

实施例2：

在图3和图4基础上，结合图5，采用多孔导流板副板和风力机旋转平面夹角为0度实施方案，即多孔导流板整体与风力机旋转平面平行。

在具体的实施过程中，多孔导流板的厚度、材料，支架的材料，基座的宽度、材料等可根据实际情况而定。

本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。