[发明专利]高空运转平台和利用高空风能发电的供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及高空运转平台和利用高空风能发电的供电系统，属于高空风能 发电领域。

背景技术

空气运动具有动能。空气在单位时间(1秒)流经单位面积(1平方米) 时，则空气具有的风功率密度为P＝1/2*ρv³。其中，ρ为该处空气的密度，v为 该处空气的流动速度。

高空的风速远高于地面，且风速较少受地形地貌影响，风能稳定，故高空 的风能密度远高于地面，可以是低空风能密度的十倍至百倍。而利用高空风能 进行发电目前仍基本处于试验状态。

利用高空风能发电技术归纳起来，可以分为三大类：

一类是利用氦气球、热气球、飞艇等升力作用，将发电机升到半空中，在 高空中利用丰富的风能转化为机械能，机械能转化为电能，之后通过电缆传到 地面电网。

该类技术路线的缺陷主要是发电功率受限制，发电机功率增加，重量一般 也会增加，升空难度加大；此外，由于系统整体较重，发电机组很难升到千米 以上的高度，同时因为发电系统位于高空无法通过变压器升压，大功率情况下 势必使用大电流输电，所以必须使用直径较粗的导线，这无疑又加大了整个系 统的重量。加之氦气球随着升空高度的提升，空气密度下降，氦气球所受浮力 下降。这些原因限制了该类技术路线的公司设备上升高度，并且气球类技术路 径的风电设备升空高度多分布在300至500米的范围内；另外，充氦气需要成 本，氦气球对于气囊的材质要求较高，以防止氦气过多泄漏。

这一技术路线的典型代表为Altaerosenergies的高空风电系统“空中浮动 涡轮”(BAT)。发电机被装在一个巨大的充氦飞艇里，上升高度约为300米左 右，BAT利用高空的高速风流，发电量比地面风力发电装置高一倍。

另一类技术路径是将发电机组固定在地面，通过巨型“风筝”或固定翼飞 行器，在空中利用风能拉动地面发电机组，从而将风能转化为机械能，带动地 面的发电机转化为电能，从而解决电缆和发电机的自重问题。

意大利KiteGen的MARS(MagennAirRotorSystem)系统是该类技术路线的 典型代表。MARS系统主要由高空的拖曳风筝和地面的发电设备两部分组成。 拖曳风筝和地面的风力发电机相连，并通过安装在发电设备上的航空感应器来 控制风筝旋转的方向和路径，以最大限度带动地面发电机旋转并发电。该类技 术路线的最大难点在于控制发电系统的稳定性。另外，有的风筝采用伞形结构， 降落伞的圆形对称结构有利于提高系统稳定性。利用高空风能做上下运动，产 生的机械能拉动地面发电机转化为电能。空中系统只需要改变高度即可，空中 控制系统存在自稳定特点，容易控制飞行姿态。系统做功过程只是上下运动， 不会有“乱跑”的问题，控制的难点在于对处于高空的降落伞的收伞和放伞操 作。

第三类为用缆绳系留于地面的旋翼机，其旋翼为整个装置提供升力并发 电。该方式实际上是一个停留在空中的发电平台，在上面安装了多个常规的旋 翼。旋翼在风速高时，发电并提供升力；当风速较低时，旋翼机产生的升力不 足以使发电装置升在空中，可以通过电力电缆从地面向系统送电，从而使旋翼 机以电动直升机方式运行，以产生足够的升力。升降作业时，同样以电动直升 机方式运行提供升力。该种方式优点突出，但成本相对较高。

第一、第三种采用空中发电平台的方式，发电装置的尺寸和重量大，电压 输出低，电流大，连接地面的电力电缆的截面尺寸大，自重大，这些因素共同 影响装置的升空能力，限制单机容量的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高空风能发电的供电系统，用以解决传统的 高空发电装置均存在一定缺陷的问题。本发明同时提供一种高空运转平台。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种利用高空风能发电的供电系统， 包括至少一个高空风能发电装置，所述发电装置包括伞形风筝和高空发电部 分，所述高空发电部分由涡轮机和发电机构成，所述伞形风筝的前端至后端呈 渐缩结构，所述风筝的后端开口，所述开口处固定设置所述涡轮机，该涡轮机 与发电机机械传动连接，所述发电机具有用于为空中设备充电或者供电的电能 输出端；

当发电系统包括至少两个高空风能发电装置时，所有的高空风能发电装置 中的发电机串联设置。