专利名称：高层住宅自备风力发电站的制作方法
技术领域：
本发明属于天然能源利用、风力发电机器、风力发电站设计及制造、机械、
自动化控制、建筑工程领域。
背景技术：
在我国的城市中，家庭用电量一般占城巿总用电量的10%-20%,隨着经济发 展和社会进步，今后这一数字还将逐年提高。目前在我国的火电发电量占总发电量的80% 以上，这样的能源结构必然造成自然资源的大量消耗，同吋也对生态环境造成巨大的压力， 严重制约着社会的可持续发展。因此，如何开发利用绿色的可再生能源将是今后我们面前 的一个严肃课题。风能是太阳能的一种转换形式，是取之不尽、用之不竭的，在其转换为 电能的过程中，不产生任何有害气体和废料，不污染环境，具有就地取材、无需运输等特 点，因此受到世界各国政府的广泛重视，几乎所有的发达国家均將风能的开发利用列入本 国21世纪最重要的任务。除在财政上予以大力支持外，还制定了相应的法律和法规扶持风 能的开发利用。据统计，我国陆地10m高度层风能资源的可开发储量为43.5亿kW,技术可 开发量为2.97亿kW。所以，利用高层住宅自身的优势，充分利用这一资源，通过建立高层 住宅自备风力发电站，达到高层住宅满足照明等用电需求，减少外部电能的消耗。
风力发电能源已是成熟产业，不存在技术上的瓶颈。由于风力发电具有成本低、可持续
利用等特点，风电走向城市、走向家庭、走向了更巧妙的实用阶段是小型风力发电机曰益普
及的必然之路。
风力发电的前景广阔、优点明显风力发电是可再生的洁净能源风力发电是一种可再 生的洁净能源，不消耗资源，不污染环境。这是火力发电所无法比拟的优点。风力发电可靠 性高把现代高科技应用于风力发电机组，使风力发电可靠性大大提高，大、中、小型风力 发电机组可靠性从20世纪80年代的50%提高到98%，高于火力发电，并且机组寿命可达20 年。风力发电造价低从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千万时电价都低于火力 发电，和常规能源发电相比具有竞争力。运行维护简单现代大、中、小型风力机自动化 水平很高，由于采用了微机技术，实现了风机自诊断功能，安全保护更加完善，并且实现了单机独立控制，多机群控和遥控，完全可以无人值守，只需定期进行必须要的维护。不存在 大修问题。实际占地面积小小型风力发电机占地几平方米可供农、牧、渔、家庭使用。发 电方式多样化风力发电既可离网运用，也可以和其他能源，如柴油发电、太阳能发电、水 力发电组成互补系统，还可以独立运行，因此，对于解决边远无电地区的用电问题提供了现 实可行性。
发明内容
高层住宅自备风力发电站由风力发电机、支架、带集流环的偏航系统、逆变 电裝置、底座、蓄电池等自。其主要技术特点是
a. 采用我们申请的专利技术风力发电机,申请号200710193833.4;
b. 以四台风力发电机组成一组发电墙，形成高层住宅自备电站的发电系统，每面发电 墙的发电量为每小肘1.2度；
c. 发电墙具有自动偏航功能，系统形成的自备电站可自动对蓄电池组充电，同吋具备 过电、欠电自动保护和直、交流逆变功能
d. 发电墙的工作矂声小于65dB.对使用环境无干扰；
e. 高层住宅自备电站总重量小于1G0公斤，安装方便；
f. 配置灵活。可根据需要，在一个楼顶上可以安裝多面高层住宅自备电站的发电墙， 进而满足更大的功率需求；
g. 高层住宅自备电站的工作可靠性高，结构简单，使用过程免操作、免维护；
h. 高层住宅自备电站的环境适应性高，启动风速要求低，适应风速范围大；
i. 高层住宅自备电站的使用寿命在20年以上。
高层住宅自备风力发电站专利技术描述及功能介绍高层住宅自备风力发电站为一种机 电一体化装置，其专利技术中包括风力发电机组、发电自动控制、蓄电池自动储存、交直流 逆变、照明自动切换等核心技术，通过將专利技术及通用技术进行有机的整合，构成一种具 有全新技术内涵的发明专利。根据地域风力的大小、设备的配置可完全或部分取代市电。
1、 风力发电机
风力发电机的各顶技术指标完全符合GB107fi0.-89《小型风力发电机技术条件》的要求。
2、 机电一体化装置
发电墙是由全方位导电环和不锈钢空心管电机平衡支架、附带导电槽和自动机械備航系统组成。不锈钢空心管电机平衡支架起到固定四台无腺声发电机的作用，又在空心管中把电 缆传输到自动机械偏航集中环，在集中环内有四台整流全桥、保险开关等，把四台电机发出 的电整流后.输送给集中环下部的全方位导电环，全方位导电环的输出电缆接到发电机控制 器，电机控制器根据四台电机发出的电能能量，把电能送给蓄电池储存或直接送给用户使用。 集中环的后部是自动机械偏航，机械偏航采用的是飞机双尾翼的结构，利用风向的流动改变 发电墙的方向，使发电墙的方向始终面对风的最大方向。由于发电墙是面对风的最大方向， 四台电机以最佳的转速源源不断的发出电能供给用户使用。当风能资源丰富吋，用户又用不 完时，电能会自动向蓄电池储存。储存的电能可在没有风能的情况下通过蓄电池向用户供电。 发电墙的高度为2米，离地高度为1.5-1.8米。底座为四角分叉龟脚式，可以螺栓固定，也可 以重物压住方式。
3、 直交流逆变
通过DC/AC (直流电/交流电)转换器.将蓄电池组的直流电源转化成电压和频率稳定的交 流电源。
4、 照明自动切换
照明自动切换器可以自主分析发电墙的电能输出状况和照明或其它用电设备的功率需 求，自动地在发电墙的电能输出、蓄电池组电能输出和巿电之间逬行切换，可最大限度地利 用发电墙的电能输出，同吋切换过程可倣到完全无缝，不影响或干扰照明或其它用电设备的 使用。
发明设计实施方案
1、家庭用电量计算:根据实际使用情况，计算以后风力发电机的负荷。 一个家庭使用一 台350W的小型风力发电机就可以保证正常用电。具体计算参考数据如下窗式空调机 800-1300 W最高每小时用电量0.8-1.3度;灯泡60-100，每小时0.06到0.1;家用电 冰箱65-130，大约每曰0.85-1.7度；家用洗衣机(单缸)380最高每小时0.23度； 家用洗衣机(双缸)850-1750W最高每小时0.38度；加热(滚动式)230W，最高每小时 0. 85-1. 75度;微波炉950W,每10分钟0. 16度；电热淋浴器1200W 每小时1. 2度；电水壶 2000W,每小时2度;电饭煲:1200W,每小时1. 2度;电樊斗:750W，每20分钟0. 25度:理发吹风
器；450W,每5分钟0.04;电脑300W,每小时0.3度；吸尘器:400W，每15分钟0. l度；吊扇
5(大型):150W，每小时0. 15度；吊扇(小型):75度，每小时0. 08度；电视机(21寸):100W， 每小时0.07度；电视机(25寸)70W，每小时0. 1度；DVD、 VCD:80W，每小时0. 03度；音响器 材100W,每小时O. 1度.
2、 一组发电墙形成高层住宅自备电站的曰发电量
以一座楼高按30m的10层高层住宅为例，楼顶处每曰有2级(相当风速1.6-3.3m/s)、 3级 风(相当风速3.4-5.4m/s)以上的平均吋间按12小时计算，则一组发电墙形成高层住宅自备 电站的曰发电量可达14度以上，完全可以满足1 2个家庭的曰常需要，如只用于照明，可使 23个100W灯泡每曰使用6小吋，可完全满足这座高层住宅的公共照明需要。
3、 其它典型应用
高层住宅自备风力发电站除了在城巿的高层住宅上使用外，还可以在风力条件合适的任 何用电地点使用，如农场、河滩果园、高原兵站、戈壁滩等。典型应用情况如下
a. 牧区或草原上的牧民，用电设备为2只灯泡、 一台彩色电视机、 一台卫星接收机， 用电量300W。
b. 偏远地区的哨所，用电设备包括多个照明灯泡、电视机、电脑、电饭锅、DVD机、 电热水器，没有电感性负载，总功率约为3000W,
c. 渔场，主要需要供给照明及一台750W水泵用电。
4、 经济性和社会效益分析
仍按一组发电墙形成高层住宅自备电站的曰发电量为14度、每度电0.5元计算，则每曰 可节约电费7元。 一组发电墙形成高层住宅自备电站的总投入为15000元，贝l)5年即可收回全 部投资。如按每套自备电站使用20年计算的话，则可节约电费在5万元以上。
按发一度电耗煤O. 4千克计算，如每套自备电站使用20年的话，则可相当节约煤炭40吨、 减少二氧化碳排放1500吨。由此可以看出高层住宅自备电站的经济性和社会效益分析都是十 分显著的。
权利要求
1.高层住宅自备风力发电站为一种机电一体化装置，其专利技术中包括风力发电机组、发电自动控制、发电墙、蓄电池自动储存、交直流逆变、照明自动切换等核心技术，通过将专利技术及通用技术进行有机的整合，构成一种具有全新技术内涵的发明专利。根据地域风力的大小、设备的配置可完全或部分取代市电。
2. 根据权利要求书1所述的风力发电机的各项技术指标完全符合GB10760. 1-89《小型风力发 电机技术条件》的要求。
3. 根据权利要求书l所述的发电墙是由全方位导电环和不锈钢空心管电机平衡支架、附带导 电槽和自动机械偏航系统组成。不锈钢空心管电机平衡支架起到固定四台无噪声发电机的作 用，又在空心管中把电缆传输到自动机械偏航集中环，在集中环内有四台整流全桥、保险开 矢等，把四台电机发出的电整流后，输送给集中环下部的全方位导电环，全方位导电环的输 出电缆接到发电机控制器，电机控制器根据四台电机发出的电能能量，把电能送给蓄电池储 存或直接送给用户使用。集中环的后部是自动机械偏航，机械偏航釆用的是飞机双尾翼的结 构，利用风向的流动改变发电墙的方向，使发电墙的方向始终面对风的最大方向。由于发电 墙是面对风的最大方向，四台电机以最佳的转速源源不断的发出电能供给用户使用。当风能 资源丰富吋.用户又用不完吋，电能会自动向蓄电池储存。储存的电能可在没有风能的情况 下通过蓄电池向用户供电。发电墙的高度为2米，离地高度为1.5-1.8米。底座为四角分叉龟 脚式，可以螺栓固定，也可以重物压住方式。
4. 根据权利要求书l所述的DC/AC(直流电/交流电)转换器，将蓄电池组的直流电源转化成电 压和频率稳定的交流电源。
5. 根据权利要求书1所述的照明自动切换器可以自主分析发电墙的电能输出状况和照明或 其它用电设备的功率需求，自动地在发电墙的电能输出、蓄电池组电能输出和巿电之间进行 切换，可最大限度地利用发电墙的电能输出，同吋切换过程可做到完全无缝，不影晌或干扰 照明或其它用电设备的使用。本发明小型风力发电机风力发电原理发电机通过叶片直接 地带动3个绕组的AC发电器，转动的永久磁铁在定子线圈外转。交流电在发电机机架之内 被变成直流，。直流电压通过滑动的电流滑环被传送到控制器上，由于通过电流滑环所以导 线不会被缠绕。
6. 根据权利要求书1所述的高层住宅自备风力发电站除了在城市的高层住宅上使用外，还 可以在风力条件合适的任何用电地点使用，如农场、河滩果园、高原兵站、戈壁滩等。
全文摘要
本发明在小型风力发电机技术的发明专利基础上，根据中国的国情设计出适合高层住宅自备风力发电站，自备风力发电站由风力发电机、支架、带集流环的偏航系统、逆变电装置、底座、蓄电池等组成。也可以用在小型农场、兵站、通讯站、独立建筑。高层住宅自备风力发电站为一种机电一体化装置，其专利技术中包括风力发电机组、发电自动控制、蓄电池自动储存、交直流逆变、照明自动切换等核心技术，通过将专利技术及通用技术进行有机的整合，构成一种具有全新技术内涵的发明专利。根据地域风力的大小、设备的配置可完全或部分取代市电。
文档编号H02J7/00GK101626165SQ200810136200
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者丁树才, 李青山 申请人:丁树才