一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法及裝置，本發(fā)明是將受風(fēng)元件制作成中空結(jié)構(gòu)的巨型滾筒狀軸體，巨型滾筒狀軸體充有氦氣，巨型滾筒狀軸體兩端通過平衡繩固定并與地面上的固定樁連接；由于氦氣比重遠(yuǎn)小于空氣比重的，巨型滾筒狀軸體懸浮在高空；巨型滾筒狀軸體上設(shè)有風(fēng)葉，風(fēng)葉在風(fēng)的吹動下帶動巨型滾筒狀軸體旋轉(zhuǎn)，巨型滾筒狀軸體中部設(shè)有傳動軸，傳動軸經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。本發(fā)明相對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)在地面技術(shù)具有投資小，構(gòu)造簡單，易操作，拆裝靈活的優(yōu)點。本發(fā)明相對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)在空中的技術(shù)具有升空高度限制小，裝機(jī)容量大的優(yōu)點。
【專利說明】
一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法及裝置，屬于新能源利用的高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]利用風(fēng)能發(fā)電，需要考慮項目所在地的風(fēng)能密度，風(fēng)能密度低于200瓦/平方米，則不適宜發(fā)展風(fēng)電。隨著海拔提高，優(yōu)質(zhì)空域的風(fēng)能密度可以達(dá)到2000瓦/平方米。如果進(jìn)一步上升到萬米高空，風(fēng)能密度是百米空域的百倍。高空風(fēng)能由于密度高、設(shè)備輕量化、年利用小時數(shù)提高，理論上講，風(fēng)電效益會顯著高于低空風(fēng)電項目。因此，2013全球風(fēng)能理事會已經(jīng)做出預(yù)測，認(rèn)為高空風(fēng)能是新一代的新能源技術(shù)，高空風(fēng)能可在不同程度上消除現(xiàn)有新能源技術(shù)的缺點，且具有新的優(yōu)點，將部分代替目前巨額的傳統(tǒng)風(fēng)能市場，是新能源領(lǐng)域的投資熱點和發(fā)展方向。
[0003]目前全球50多家公司投入巨資研發(fā)高空風(fēng)電，技術(shù)路線不一，但總的來說高空風(fēng)能技術(shù)分為兩大類:
一類是利用氦氣球等升力作用，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，同時因為發(fā)電系統(tǒng)位于高空無法實現(xiàn)增壓，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(dǎo)線。這無疑又加大了整個系統(tǒng)的重量，從而限制了該類技術(shù)路線的公司設(shè)備上升高度。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)。這一技術(shù)路線的典型代表為Altaeros energies的高空風(fēng)電系統(tǒng)“空中浮動渦輪”(BAT)。發(fā)電機(jī)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(fēng)流，發(fā)電量比地面風(fēng)力發(fā)電裝置高一倍。
[0004]另一類技術(shù)路徑是將發(fā)電機(jī)組固定在地面，通過巨型“風(fēng)箏”在空中利用風(fēng)能拉動地面發(fā)電機(jī)組，從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動地面的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。從而解決電纜和發(fā)電機(jī)的自重問題。意大利KiteGen的MARS(Magenn AirRotor System)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)力渦輪機(jī)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(fēng)箏旋轉(zhuǎn)的方向和路徑，以最大限度帶動地面渦輪機(jī)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。出于空域利用效率的原因，KiteGen的高空單元往往采取做“⑴”字形或圓周運動來收集風(fēng)能。對于控制系統(tǒng)而言，要不間斷改變風(fēng)箏的運行軌跡，除了牽涉到空中坐標(biāo)(X，Y，Z)，還要改變俯仰角、傾角等共5個坐標(biāo)，加之控制纜繩受空中擾流和纜繩自身延展性的影響，地面輸出動作傳導(dǎo)到空中單元往往容易“失真”，使得空中單元姿態(tài)控制難度很大。公司將大量的精力投入到軟件控制方面，KiteGen公司曾經(jīng)一度有200多人的軟件團(tuán)隊。而KiteGen早期的發(fā)電實驗，往往在空中運行幾分鐘之后就無法正常運轉(zhuǎn)了。至今，KiteGen空中單元控制方面的問題也沒有很好的解決。
[0005]在高空風(fēng)電這一前沿領(lǐng)域，一家中國公司走了一條不同的技術(shù)路線。廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司仍采取“風(fēng)箏式”技術(shù)路線，在系統(tǒng)設(shè)計方面作出了與KiteGen等公司較明顯的差異。主要表現(xiàn)在:1、高空風(fēng)能利用方式舍棄巨型“風(fēng)箏”，改為傘形結(jié)構(gòu)，利用降落傘的圓形對稱結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;2、采用傘梯組合形式，增大發(fā)電功率和提高功率穩(wěn)定性。該技術(shù)路線的困難程度相對“風(fēng)箏式”技術(shù)路線較小，但也存在發(fā)電系統(tǒng)如何保證巨型降落傘的自由開合準(zhǔn)確實現(xiàn)。雖然該公司控制傘開合的控制器相關(guān)技術(shù)已經(jīng)申請計算機(jī)軟件著作權(quán)并獲得授權(quán)，但相關(guān)軟件技術(shù)在實踐運用中的有效性有待檢驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是，提供一種能夠明顯降低推廣應(yīng)用資金投入和技術(shù)難度、并能有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和操作簡單化、以及能高效利用高空風(fēng)力資源的利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法及裝置，從而解決現(xiàn)有技術(shù)的明顯缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
本發(fā)明的一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法為，該方法是將受風(fēng)元件制作成中空結(jié)構(gòu)的巨型滾筒狀軸體，巨型滾筒狀軸體充有氦氣，巨型滾筒狀軸體兩端通過平衡繩固定并與地面上的固定粧連接；由于氦氣比重遠(yuǎn)小于空氣比重的，巨型滾筒狀軸體懸浮在高空；巨型滾筒狀軸體上設(shè)有風(fēng)葉，風(fēng)葉在風(fēng)的吹動下帶動巨型滾筒狀軸體旋轉(zhuǎn)，巨型滾筒狀軸體中部設(shè)有傳動軸，傳動軸經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。
[0007]前述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法中，所述巨型滾筒狀軸體兩端的兩根平衡繩之間連接有一組巨型滾筒狀軸體，每個巨型滾筒狀軸體中部的傳動軸均經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。
[0008]前述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法中，所述平衡繩是具有高韌性、低重量特性的繩索；分別連接氦氣滾筒的左右兩邊和地面的固定粧，起到平衡氦氣旋轉(zhuǎn)姿態(tài)的作用。
[0009]前述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法中，所述傳動纜繩是具有高韌性、低重量、耐磨損特性的環(huán)狀繩索;分別與每個巨型滾筒狀軸體中部的傳動軸和發(fā)電機(jī)組連接，將每個巨型滾筒狀軸體旋轉(zhuǎn)的動能傳遞至發(fā)電機(jī)組。
[0010]根據(jù)上述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法構(gòu)成的本發(fā)明的一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的裝置為，該裝置包括位于地面的發(fā)電機(jī)組，地面上設(shè)有一對固定粧，一對固定粧分別經(jīng)平衡繩與一組巨型滾筒狀軸體兩端固定連接，巨型滾筒狀軸體為中空結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)充有氦氣，巨型滾筒狀軸體上設(shè)有風(fēng)葉，巨型滾筒狀軸體中部設(shè)有傳動軸，傳動軸經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。
[0011]在上述一組巨型滾筒狀軸體中至少設(shè)有一個巨型滾筒狀軸體。
[0012]在上述一組巨型滾筒狀軸體中設(shè)有I?20個巨型滾筒狀軸體。
[0013]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電機(jī)在空中時，發(fā)電機(jī)功率增加，重量一般也會增加，升空難度加大，發(fā)電功率受限制。本發(fā)明將發(fā)電機(jī)設(shè)置在地面，并采用充有氦氣的巨型滾筒狀軸體的簡單結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在原理和構(gòu)造上都與現(xiàn)有技術(shù)不同。而現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電機(jī)在地面時，采用的是“風(fēng)箏”在風(fēng)力吹拂下向上運動，拉動繩索向上同時帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電；當(dāng)“風(fēng)箏”到最高時需要反向卷揚機(jī)將“風(fēng)箏”拉回來，為了避免在“風(fēng)箏”反向過程中機(jī)組無法發(fā)電，采用多組“風(fēng)箏”進(jìn)行輪替。因此現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電機(jī)在地面上存在原理構(gòu)造復(fù)雜，多組“風(fēng)箏”操作復(fù)雜不宜控制的缺點。本發(fā)明相對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)在地面技術(shù)具有投資小，構(gòu)造簡單，易操作，拆裝靈活的優(yōu)點。本發(fā)明相對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)在空中的技術(shù)具有升空高度限制小，裝機(jī)容量大的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖中標(biāo)記為:1_發(fā)電機(jī)組、2-固定粧、3-平衡繩、4-巨型滾筒狀軸體、5-風(fēng)葉、6-傳動軸、7-傳動纜繩。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細(xì)說明如下。
[0017]本發(fā)明的一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法，該方法是將受風(fēng)元件制作成中空結(jié)構(gòu)的巨型滾筒狀軸體，巨型滾筒狀軸體充有氦氣，巨型滾筒狀軸體兩端通過平衡繩固定并與地面上的固定粧連接；由于氦氣比重遠(yuǎn)小于空氣比重的，巨型滾筒狀軸體懸浮在高空；巨型滾筒狀軸體上設(shè)有風(fēng)葉，風(fēng)葉在風(fēng)的吹動下帶動巨型滾筒狀軸體旋轉(zhuǎn)，巨型滾筒狀軸體中部設(shè)有傳動軸，傳動軸經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。巨型滾筒狀軸體兩端的兩根平衡繩之間連接有一組巨型滾筒狀軸體，每個巨型滾筒狀軸體中部的傳動軸均經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。平衡繩是具有高韌性、低重量特性的繩索;分別連接氦氣滾筒的左右兩邊和地面的固定粧，起到平衡氦氣旋轉(zhuǎn)姿態(tài)的作用。傳動纜繩是具有高韌性、低重量、耐磨損特性的環(huán)狀繩索;分別與每個巨型滾筒狀軸體中部的傳動軸和發(fā)電機(jī)組連接，將每個巨型滾筒狀軸體旋轉(zhuǎn)的動能傳遞至發(fā)電機(jī)組。
[0018]根據(jù)上述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法構(gòu)成的本發(fā)明的一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的裝置，包括位于地面的發(fā)電機(jī)組I，地面上設(shè)有一對固定粧2，一對固定粧2分別經(jīng)平衡繩3與一組巨型滾筒狀軸體4兩端固定連接，巨型滾筒狀軸體4為中空結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)充有氦氣，巨型滾筒狀軸體4上設(shè)有風(fēng)葉5，巨型滾筒狀軸體4中部設(shè)有傳動軸6，傳動軸6經(jīng)傳動纜繩7與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組I連接。在通常情況下，根據(jù)發(fā)電容量的大小，在一組巨型滾筒狀軸體4中可設(shè)置I?20個巨型滾筒狀軸體4;在平衡繩3和傳動纜繩7使用條件允許的情況下，也可在一組巨型滾筒狀軸體4中設(shè)置上百個巨型滾筒狀軸體4。
實施例
[0019]高空滾筒傳帶風(fēng)力發(fā)電方法，功能構(gòu)件主要由巨型滾筒狀軸體4、平衡繩3、傳動纜繩7、發(fā)電機(jī)組I四部分組成。
[0020]巨型滾筒狀軸體4是一個內(nèi)部充有氦氣的巨型滾筒狀軸體。巨型滾筒狀軸體4兩端為連接軸，巨型滾筒狀軸體4兩端通過連接軸與平衡繩3連接、并能支撐在平衡繩3上轉(zhuǎn)動；滾筒中間為傳動軸6，連接傳動纜繩7;巨型滾筒狀軸體4橫剖面為風(fēng)車螺旋漿狀，在風(fēng)力吹拂下旋轉(zhuǎn)。
[0021]平衡繩3是具有高韌性、低重量特性的繩索。由兩根組成，分別連接巨型滾筒狀軸體4的左右兩邊和地面，起到平衡巨型滾筒狀軸體4旋轉(zhuǎn)姿態(tài)的作用。
[0022]傳動纜繩7是具有高韌性、低重量、耐磨損特性的繩索。一根且首尾相連。分別與巨型滾筒狀軸體4中間傳動軸6和發(fā)電機(jī)組I連接，起到將巨型滾筒狀軸體4旋轉(zhuǎn)的動能傳導(dǎo)到發(fā)電機(jī)組I的作用。
[0023]平衡繩和傳動纜繩均可直接采用現(xiàn)有技術(shù)中的尼龍繩、登山繩或降落傘繩作為平衡繩或傳動纜繩;平衡繩和傳動纜繩也可采用現(xiàn)有技術(shù)中柔韌性較好的鋼絲繩制作。
[0024]發(fā)電機(jī)組I是常規(guī)設(shè)備，與整體設(shè)備性能匹配。發(fā)電機(jī)組由旋轉(zhuǎn)的傳動纜繩7帶動發(fā)電機(jī)組I發(fā)電。
[0025]前述高空滾筒傳帶風(fēng)力發(fā)電四個功能構(gòu)件，巨型滾筒狀軸體4在平衡繩3的拉力下懸浮在空中，在風(fēng)力吹拂作用下旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動傳動纜繩7上下循環(huán)，傳動纜繩7帶動發(fā)電機(jī)組I發(fā)電。
【主權(quán)項】
1.一種利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法，其特征在于:該方法是將受風(fēng)元件制作成中空結(jié)構(gòu)的巨型滾筒狀軸體，巨型滾筒狀軸體充有氦氣，巨型滾筒狀軸體兩端通過平衡繩固定并與地面上的固定粧連接；由于氦氣比重遠(yuǎn)小于空氣比重的，巨型滾筒狀軸體懸浮在高空；巨型滾筒狀軸體上設(shè)有風(fēng)葉，風(fēng)葉在風(fēng)的吹動下帶動巨型滾筒狀軸體旋轉(zhuǎn)，巨型滾筒狀軸體中部設(shè)有傳動軸，傳動軸經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法，其特征在于:所述巨型滾筒狀軸體兩端的兩根平衡繩之間連接有一組巨型滾筒狀軸體，每個巨型滾筒狀軸體中部的傳動軸均經(jīng)傳動纜繩與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法，其特征在于:所述平衡繩是具有高韌性、低重量特性的繩索;分別連接氦氣滾筒的左右兩邊和地面的固定粧，起到平衡氦氣旋轉(zhuǎn)姿態(tài)的作用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用高空風(fēng)力發(fā)電的方法，其特征在于:所述傳動纜繩是具有高韌性、低重量、耐磨損特性的環(huán)狀繩索;分別與每個巨型滾筒狀軸體中部的傳動軸和發(fā)電機(jī)組連接，將每個巨型滾筒狀軸體旋轉(zhuǎn)的動能傳遞至發(fā)電機(jī)組。5.—種利用高空風(fēng)力發(fā)電的裝置，包括位于地面的發(fā)電機(jī)組(I)，其特征在于:在地面上設(shè)有一對固定粧(2)，一對固定粧(2)分別經(jīng)平衡繩(3)與一組巨型滾筒狀軸體(4)兩端固定連接，巨型滾筒狀軸體(4)為中空結(jié)構(gòu)，在巨型滾筒狀軸體(4)中空結(jié)構(gòu)的空腔內(nèi)充有氦氣，巨型滾筒狀軸體(4)上設(shè)有風(fēng)葉(5)，巨型滾筒狀軸體(4)中部設(shè)有傳動軸(6)，傳動軸(6)經(jīng)傳動纜繩(7)與設(shè)在地面的發(fā)電機(jī)組(I)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述利用高空風(fēng)力發(fā)電的裝置，其特征在于:在所述一組巨型滾筒狀軸體(4)中至少設(shè)有一個巨型滾筒狀軸體(4)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述利用高空風(fēng)力發(fā)電的裝置，其特征在于:在所述一組巨型滾筒狀軸體(4)中設(shè)有I?20個巨型滾筒狀軸體(4)。
【文檔編號】F03D3/02GK106089574SQ201610612223
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月31日 公開號201610612223.2, CN 106089574 A, CN 106089574A, CN 201610612223, CN-A-106089574, CN106089574 A, CN106089574A, CN201610612223, CN201610612223.2
【發(fā)明人】韓元元
【申請人】貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院