[發明專利]基于動態平衡撲翼的高空風能發電系統

有效

• 申請號: 202010842801.8
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111911349B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 姜偉;謝誕梅;岳亞楠;梅子岳;吳凡;紀道輝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: F03D5/00
• 分類號: F03D5/00;F03D9/25;F03D15/10;F03D7/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 黃靖

本發明公開了一種基于動態平衡撲翼的高空風能發電系統，包括發電機構，其包括發電機和變速器以及兩套發電驅動裝置，兩套發電驅動裝置之間通過換向離合器連接；導索機構一端連接在驅動裝置上，另一端與撲翼連接；松緊索機構包括動力裝置和松緊索，松緊索一端與導索機構連接，另一端與動力裝置連接，通過動力裝置控制其長度控制撲翼俯仰交替運動；撲翼通過導索機構與驅動裝置連接，通過撲翼的俯仰交替運動帶動驅動裝置驅動發電機進行發電。本發明撲翼的氣動力即可用于牽引地面發電機發電又可用于平衡自身重力，進一步利用雙撲翼進行高空風能采集可以消除傳統牽引發電的恢復段、實現全周期發電的目標，進而提高系統能量采集的效率。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體而言，涉及一種基于動態平衡撲翼的高空風能發電系統。

背景技術

風能是僅次于太陽能的第二大可再生能源，全球風能儲量約為2.84萬億kW，依據當前風能采集技術得到的可利用量約為600億kW左右。風能儲量巨大，同時也是當前占比最大和增長最快的可再生能源。中高空蘊藏大面積高能量密度的優質風能。但是受限于風能開發利用技術，當前可利用的風能資源占全球風能儲量比例極低。因此，提高風能的開發利用水平是可再生能源領域發展的重點之一。

高空風能資源遠離地面，塔架支撐的旋轉透平風力機鞭長莫及，給高空風能的開發利用帶來了巨大的技術挑戰。為此，國家發改委和能源局在《能源技術革命創新行動計劃(2016–2030年)》中將高空風能的開發利用列為重點方向之一。近年來，高空風能采集已成為新能源領域的研究熱點，研究人員對當前的技術路線進行了匯總，并分成了兩大類：空中發電和地面發電。空中發電方案中，高空懸浮的風力機與發電機相連，風能可直接轉化為電能，這條技術包括兩種具體的實現方案：浮力風力和飛行渦輪。該方案適合小規模風能采集，為諸如通訊裝置等機載設備供電。地面發電方案中，風能首先通過高空風力機轉化為機械能，機械能通過導索傳遞到地面發電機轉化為電能。地面發電方案是大規模利用高空風能發電的發展方向，翼傘牽引是其中的典型代表。翼傘的運動軌跡包含了兩個階段：在發電段，翼傘通過牽引索帶動發電機發電；在電動段地面電動機回卷牽引索，將翼傘拉回初始做功位置。翼傘牽引理論上可達MW級發電功率，但傳統翼傘牽引存在一定局限性，其電動段降低能量采集效率的同時增加了系統的復雜程度。

撲翼能量采集是一種不同于傳統旋轉透平的新型流體能轉化方式，從撲翼能量采集原型機首次提出至今近40年間，撲翼能量采集效率從28％提高到了40％，撲翼的運動模式也從當初的主動運動發展成全被動運動。撲翼能量采集的相關研究表明，撲翼運動不僅具有高效的推進性能，還可以具有優秀的能量采集性能。撲翼能量采集技術已應用于水能的開發利用。除了優秀的能量采集性能，更重要的是撲翼具有平衡自身重力的天然特性。

發明內容

本發明的目的是針對上述現狀中問題，旨在提供一種基于動態平衡撲翼的高空風能發電系統，通過一對撲翼之間的相互配合，實現撲翼在高空中的動態平衡，通過控制索控制撲翼的俯仰運動，撲翼沉浮運動產生的動力通過動力索傳遞到地面，機電轉化過程完全在地面完成，這種方法將風能的采集和風能的轉化在空間上分離，使得風能的采集能在更高空中進行。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案，一種基于動態平衡撲翼的高空風能發電系統，包括

發電機構，其包括發電機和變速器以及兩套發電驅動裝置，所述兩套發電驅動裝置之間通過換向離合器連接，所述發電機和變速器設置在任意一套驅動裝置端部與其同軸連接；

導索機構，其一端連接在驅動裝置上，另一端與撲翼連接；

松緊索機構，其包括動力裝置和松緊索，所述松緊索一端與所述導索機構連接，另一端與所述動力裝置連接，通過所述動力裝置控制其長度控制所述撲翼俯仰交替運動；

撲翼，其通過導索機構與驅動裝置連接，通過所述撲翼的俯仰交替運動帶動所述驅動裝置驅動所述發電機進行發電。