[發(fā)明專利]高空運轉(zhuǎn)平臺和利用高空風能發(fā)電的供電系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610200317.9
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105626375A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇躍進;蘇寄閑;王勝春
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇躍進;蘇寄閑;王勝春
• 主分類號: F03D5/00
• 分類號: F03D5/00;F03D9/25;F03D9/32
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 崔旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高空運轉(zhuǎn)平臺和利用高空風能發(fā)電的供電系統(tǒng)，屬于高空風能 發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

空氣運動具有動能。空氣在單位時間(1秒)流經(jīng)單位面積(1平方米) 時，則空氣具有的風功率密度為P＝1/2*ρv³。其中，ρ為該處空氣的密度，v為 該處空氣的流動速度。

高空的風速遠高于地面，且風速較少受地形地貌影響，風能穩(wěn)定，故高空 的風能密度遠高于地面，可以是低空風能密度的十倍至百倍。而利用高空風能 進行發(fā)電目前仍基本處于試驗狀態(tài)。

利用高空風能發(fā)電技術(shù)歸納起來，可以分為三大類：

一類是利用氦氣球、熱氣球、飛艇等升力作用，將發(fā)電機升到半空中，在 高空中利用豐富的風能轉(zhuǎn)化為機械能，機械能轉(zhuǎn)化為電能，之后通過電纜傳到 地面電網(wǎng)。

該類技術(shù)路線的缺陷主要是發(fā)電功率受限制，發(fā)電機功率增加，重量一般 也會增加，升空難度加大；此外，由于系統(tǒng)整體較重，發(fā)電機組很難升到千米 以上的高度，同時因為發(fā)電系統(tǒng)位于高空無法通過變壓器升壓，大功率情況下 勢必使用大電流輸電，所以必須使用直徑較粗的導線，這無疑又加大了整個系 統(tǒng)的重量。加之氦氣球隨著升空高度的提升，空氣密度下降，氦氣球所受浮力 下降。這些原因限制了該類技術(shù)路線的公司設(shè)備上升高度，并且氣球類技術(shù)路 徑的風電設(shè)備升空高度多分布在300至500米的范圍內(nèi)；另外，充氦氣需要成 本，氦氣球?qū)τ跉饽业牟馁|(zhì)要求較高，以防止氦氣過多泄漏。

這一技術(shù)路線的典型代表為Altaerosenergies的高空風電系統(tǒng)“空中浮動 渦輪”(BAT)。發(fā)電機被裝在一個巨大的充氦飛艇里，上升高度約為300米左 右，BAT利用高空的高速風流，發(fā)電量比地面風力發(fā)電裝置高一倍。

另一類技術(shù)路徑是將發(fā)電機組固定在地面，通過巨型“風箏”或固定翼飛 行器，在空中利用風能拉動地面發(fā)電機組，從而將風能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動地 面的發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，從而解決電纜和發(fā)電機的自重問題。

意大利KiteGen的MARS(MagennAirRotorSystem)系統(tǒng)是該類技術(shù)路線的 典型代表。MARS系統(tǒng)主要由高空的拖曳風箏和地面的發(fā)電設(shè)備兩部分組成。 拖曳風箏和地面的風力發(fā)電機相連，并通過安裝在發(fā)電設(shè)備上的航空感應(yīng)器來 控制風箏旋轉(zhuǎn)的方向和路徑，以最大限度帶動地面發(fā)電機旋轉(zhuǎn)并發(fā)電。該類技 術(shù)路線的最大難點在于控制發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，有的風箏采用傘形結(jié)構(gòu)， 降落傘的圓形對稱結(jié)構(gòu)有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。利用高空風能做上下運動，產(chǎn) 生的機械能拉動地面發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。空中系統(tǒng)只需要改變高度即可，空中 控制系統(tǒng)存在自穩(wěn)定特點，容易控制飛行姿態(tài)。系統(tǒng)做功過程只是上下運動， 不會有“亂跑”的問題，控制的難點在于對處于高空的降落傘的收傘和放傘操 作。

第三類為用纜繩系留于地面的旋翼機，其旋翼為整個裝置提供升力并發(fā) 電。該方式實際上是一個停留在空中的發(fā)電平臺，在上面安裝了多個常規(guī)的旋 翼。旋翼在風速高時，發(fā)電并提供升力；當風速較低時，旋翼機產(chǎn)生的升力不 足以使發(fā)電裝置升在空中，可以通過電力電纜從地面向系統(tǒng)送電，從而使旋翼 機以電動直升機方式運行，以產(chǎn)生足夠的升力。升降作業(yè)時，同樣以電動直升 機方式運行提供升力。該種方式優(yōu)點突出，但成本相對較高。

第一、第三種采用空中發(fā)電平臺的方式，發(fā)電裝置的尺寸和重量大，電壓 輸出低，電流大，連接地面的電力電纜的截面尺寸大，自重大，這些因素共同 影響裝置的升空能力，限制單機容量的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用高空風能發(fā)電的供電系統(tǒng)，用以解決傳統(tǒng)的 高空發(fā)電裝置均存在一定缺陷的問題。本發(fā)明同時提供一種高空運轉(zhuǎn)平臺。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種利用高空風能發(fā)電的供電系統(tǒng)， 包括至少一個高空風能發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置包括傘形風箏和高空發(fā)電部 分，所述高空發(fā)電部分由渦輪機和發(fā)電機構(gòu)成，所述傘形風箏的前端至后端呈 漸縮結(jié)構(gòu)，所述風箏的后端開口，所述開口處固定設(shè)置所述渦輪機，該渦輪機 與發(fā)電機機械傳動連接，所述發(fā)電機具有用于為空中設(shè)備充電或者供電的電能 輸出端；

當發(fā)電系統(tǒng)包括至少兩個高空風能發(fā)電裝置時，所有的高空風能發(fā)電裝置 中的發(fā)電機串聯(lián)設(shè)置。