[發(fā)明專利]一種高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和一種高空風(fēng)能發(fā)電氣囊

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610200583.1
• 申請(qǐng)日: 2016-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN105697238A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇躍進(jìn);蘇寄閑;王勝春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇躍進(jìn);蘇寄閑;王勝春
• 主分類號(hào): F03D9/25
• 分類號(hào): F03D9/25
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)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)明涉及一種高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和一種高空風(fēng)能發(fā)電氣囊，屬于高空風(fēng) 能發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

空氣運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能。空氣在單位時(shí)間(1秒)流經(jīng)單位面積(1平方米) 時(shí)，則空氣具有的風(fēng)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(dòng)速度。

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

利用高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)歸納起來(lái)，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(jī)升到半空中，在 高空中利用豐富的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，之后通過(guò)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(jī)功率增加，重量一般 也會(huì)增加，升空難度加大；此外，由于系統(tǒng)整體較重，發(fā)電機(jī)組很難升到千米 以上的高度，同時(shí)因?yàn)榘l(fā)電系統(tǒng)位于高空無(wú)法通過(guò)變壓器升壓，大功率情況下 勢(shì)必使用大電流輸電，所以必須使用直徑較粗的導(dǎo)線，這無(wú)疑又加大了整個(gè)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(fēng)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(guò)多泄漏。

這一技術(shù)路線的典型代表為Altaerosenergies的高空風(fēng)電系統(tǒng)“空中浮動(dòng) 渦輪”(BAT)。發(fā)電機(jī)被裝在一個(gè)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(fēng)流，發(fā)電量比地面風(fēng)力發(fā)電裝置高一倍。

另一類技術(shù)路徑是將發(fā)電機(jī)組固定在地面，通過(guò)巨型“風(fēng)箏”或固定翼飛 行器，在空中利用風(fēng)能拉動(dòng)地面發(fā)電機(jī)組，從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)地 面的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，從而解決電纜和發(fā)電機(jī)的自重問(wèn)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(fēng)箏和地面的發(fā)電設(shè)備兩部分組成。 拖曳風(fēng)箏和地面的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連，并通過(guò)安裝在發(fā)電設(shè)備上的航空感應(yīng)器來(lái) 控制風(fēng)箏旋轉(zhuǎn)的方向和路徑，以最大限度帶動(dòng)地面發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)并發(fā)電。該類技 術(shù)路線的最大難點(diǎn)在于控制發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，有的風(fēng)箏采用傘形結(jié)構(gòu)， 降落傘的圓形對(duì)稱結(jié)構(gòu)有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。利用高空風(fēng)能做上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn) 生的機(jī)械能拉動(dòng)地面發(fā)電機(jī)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(diǎn)，容易控制飛行姿態(tài)。系統(tǒng)做功過(guò)程只是上下運(yùn)動(dòng)， 不會(huì)有“亂跑”的問(wèn)題，控制的難點(diǎn)在于對(duì)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(jī)，其旋翼為整個(gè)裝置提供升力并發(fā) 電。該方式實(shí)際上是一個(gè)停留在空中的發(fā)電平臺(tái)，在上面安裝了多個(gè)常規(guī)的旋 翼。旋翼在風(fēng)速高時(shí)，發(fā)電并提供升力；當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，旋翼機(jī)產(chǎn)生的升力不 足以使發(fā)電裝置升在空中，可以通過(guò)電力電纜從地面向系統(tǒng)送電，從而使旋翼 機(jī)以電動(dòng)直升機(jī)方式運(yùn)行，以產(chǎn)生足夠的升力。升降作業(yè)時(shí)，同樣以電動(dòng)直升 機(jī)方式運(yùn)行提供升力。該種方式優(yōu)點(diǎn)突出，但成本相對(duì)較高。

第一、第三種采用空中發(fā)電平臺(tái)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(jī)容量的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高空風(fēng)能發(fā)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(wèn)題。本發(fā)明同時(shí)提供一種高空風(fēng)能發(fā)電氣囊。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系 統(tǒng)包括至少一個(gè)高空風(fēng)能發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置包括傘形風(fēng)箏和高空發(fā)電部 分，所述高空發(fā)電部分由渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成，所述傘形風(fēng)箏的前端至后端呈 漸縮結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)箏的后端開口，所述開口處固定設(shè)置所述渦輪機(jī)，該渦輪機(jī) 與發(fā)電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)連接，所述發(fā)電機(jī)具有用于連接電纜或者用于通過(guò)無(wú)線輸電 方式將電能輸出到地面的電能輸出端，所述電纜用于將發(fā)出的電能輸出到地 面；

當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)包括至少兩個(gè)高空風(fēng)能發(fā)電裝置時(shí)，所有的高空風(fēng)能發(fā)電裝置 中的發(fā)電機(jī)串聯(lián)設(shè)置。