[發(fā)明專利]一種激光無線海上風(fēng)電系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410475434.7
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104265573A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王俊偉;劉峰;師建軍;王雙玉;劉永新;張雪庭;張曉蕾;米建甫;樊國霞;封秀平;高鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)河北省電力公司;國網(wǎng)河北省電力公司井陘縣供電分公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00
• 代理公司: 石家莊元匯專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 13115
• 代理人: 劉聞鐸

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源領(lǐng)域，特別涉及一種激光無線海上風(fēng)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

世界上對海上風(fēng)電的研究與開發(fā)始于上世紀(jì)九十年代，經(jīng)過十多年的發(fā)展，海上風(fēng)電技術(shù)正日趨成熟，并開始進入大規(guī)模開發(fā)階段。目前，全世界海上風(fēng)電總裝機容量已達80萬千瓦，其中丹麥、英國、愛爾蘭、瑞典和荷蘭等國家發(fā)展較快，而中國目前還處于海上風(fēng)力發(fā)電的起步階段。

如今，各國都制定了宏偉的海上風(fēng)力發(fā)展計劃。例如，丹麥計劃在2030年使海上風(fēng)電容量達到4,000MW；德國已計劃在北海建造世界最大海上風(fēng)電基地，初期安裝100臺、最終安裝200臺每臺5000kW的風(fēng)力發(fā)電機，總裝機1000MW；荷蘭擬在2008年前實現(xiàn)275萬千瓦風(fēng)電容量，其中50％將裝在海上。歐洲風(fēng)能協(xié)會預(yù)測，今后15年海上風(fēng)電將成為風(fēng)電發(fā)展的重要方向，預(yù)計到2010年和2020年，歐洲海上風(fēng)電總裝機容量將分別達到1000萬和7000萬千瓦。我國也制定了到2010年和2020年風(fēng)力發(fā)電裝機分別達到500萬和3000萬千瓦的宏偉計劃。要想實現(xiàn)這一目標(biāo)，我國不僅要學(xué)習(xí)西方的先進技術(shù)，同時也應(yīng)借鑒如丹麥這些風(fēng)力發(fā)電比較好的國家的政策法規(guī)，為海上風(fēng)力發(fā)電開辟足夠的發(fā)展空間。

我國風(fēng)能資源豐富，初步估算，全國陸上10米高度可開發(fā)裝機容量約2.5億千瓦，主要位于西北、華北、東北地區(qū)，但由于這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對滯后，風(fēng)電發(fā)展受到一定制約。東部沿海經(jīng)濟發(fā)達，海上可開發(fā)風(fēng)能資源約7.5億千瓦，具有開發(fā)利用風(fēng)電的良好市場條件和巨大資源潛力。東南沿海及其附近島嶼是風(fēng)能資源豐富地區(qū)，有效風(fēng)能密度大于或等于200瓦/平方米的等值線平行于海岸線；沿海島嶼有效風(fēng)能密度在300瓦/平方米以上，全年中風(fēng)速大于或等于3米/秒的時數(shù)約為7000～8000小時，大于或等于6米/秒的時數(shù)為4000小時。

上海東海大橋100兆瓦海上風(fēng)力發(fā)電示范工程，是中國第一個由國家發(fā)改委正式核準(zhǔn)并列為示范項目的大型海上風(fēng)電項目，也是亞洲首座海上風(fēng)力發(fā)電場，海上風(fēng)電技術(shù)的研究應(yīng)用在亞洲還處于起步階段。傳統(tǒng)的海上風(fēng)電系統(tǒng)，采用海底電纜的傳輸方式，從電力系統(tǒng)的成本來看，海底電纜傳輸系統(tǒng)的成本占到全部海上風(fēng)電系統(tǒng)的30％左右，占據(jù)了很大一部分成本，例如36kV電纜成本：大約在每公里10萬英鎊(大約150萬RMB)?？梢?，電力傳輸系統(tǒng)的成本成為影響海上風(fēng)電造價的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述成本高的問題，本發(fā)明提出一種采用激光傳輸電力的海上風(fēng)電系統(tǒng)。包括海上風(fēng)電廠、位于風(fēng)電廠上的風(fēng)電機組、風(fēng)機變壓器、激光無線電力傳輸裝置、陸上電網(wǎng)；其中，風(fēng)電機組由葉片、機艙、塔架和支撐架構(gòu)，機艙中包括齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)；風(fēng)電機組采用雙饋式同步風(fēng)電機組，海上風(fēng)電廠還包括整流電路，將風(fēng)電機組的交流電變?yōu)橹绷麟姡患す怆娏Πl(fā)送裝置，將直流電轉(zhuǎn)換為激光；陸上電力接收裝置，包括光伏陣列用于將激光轉(zhuǎn)換為直流電能；逆變器，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電，接入陸上電網(wǎng)。

還包括降壓分路電路，用于將整流電路輸出的直流電進行降壓、分路，降壓分路電路將降壓后的直流電分別送入激光二極管陣列中。

激光電力發(fā)送裝置采用二極管泵浦固體激光器，或二極管泵浦固體激光器陣列，激光采用900nm至1100nm波長。

陸上電力接收裝置中的光伏陣列采用垂直多結(jié)太陽能電池。

無線電力傳輸已經(jīng)有200多年的歷史，對于在空間實現(xiàn)無線電力傳輸?shù)男问?，大致有三類：第一類是通過電磁感應(yīng)“磁耦合”進行短程傳輸；第二類是將電能以電磁波“射頻”或非輻射性諧振“磁耦合”等形式中程傳輸；第三類是將電能以微波或激光形式遠(yuǎn)程傳輸(發(fā)射)到遠(yuǎn)端的接收天線，然后通過整流、調(diào)制等處理后使用。

電磁感應(yīng)“磁耦合”是一類相對成熟的傳輸技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的變壓器就是基于電磁感應(yīng)原理來工作的：由一個磁芯和二個線圈(初級線圈、次級線圈)組成；當(dāng)初級線圈兩端加上一個交變電壓時，磁芯中就會產(chǎn)生一個交變磁場.從而在次級線圈上感應(yīng)一個相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路?，F(xiàn)在已經(jīng)商品化的非接觸式充電系統(tǒng)，其電能發(fā)射端的線圈(連接電源)與接收端的線圈(在電子產(chǎn)品中)，處于兩個分離的裝置中，電能通過感應(yīng)線圈傳送。最早使用變壓器原理進行無線供電的產(chǎn)品是一些電動牙刷、電動剃須刀、無繩電話、無接點充電插座和無線鼠標(biāo)等，這些用電產(chǎn)品也涉及到r人們常講的RFID技術(shù)。這類技術(shù)的能量傳輸屬于短距離范圍，而且功率偏小。對于稍遠(yuǎn)距離稍大功率的電力傳輸，只能通過其他途徑。