[发明专利]用于从流体流动中提取功率的设备

说明书

一种用于提取功率的设备包括轨道和与轨道联接的翼面。轨道包括第一和第二细长区段，其中，第一细长区段定位在第二细长区段上方。翼面在交替地联接到第一和第二细长区段时能沿相反方向运动。

公开领域

本公开总体上涉及可再生能源。更确切地，本公开描述了用于从流体流动中提取功率的设备和方法。

发明背景

从流体流动中提取功率是可再生能源的重要来源。主流实例包括风力发电和水力发电。

用于从流体流动中提取功率的传统系统主要是以涡轮机为基础的。在涡轮机中，一个或多个叶片可围绕中心点进行旋转，该中心点被刚性地附接到锚定物(通常为塔架)上。这些叶片被放置在流动的流体中，流体引起了这些叶片的旋转，并且旋转被转变为电力。

涡轮机可能会有许多缺点。例如，施加在涡轮机上的力与涡轮机叶片的长度的立方成比例。随着涡轮机叶片在尺寸上的增加，破坏力(例如围绕塔架的力矩)成立方地增加。相反，可用的功率仅成平方地增加。

这种“平方-立方”规则在涡轮机的规模方面施加显著的局限性。不可避免地，从更大尺寸中提取的额外功率的增益没有被解决破坏力增加的成本抵消。至少为此原因，涡轮机的规模受到限制。

其他已知的解决方案消除了塔架或其他刚性锚定物。这种功率提取系统的示例包括空中风能系统(“AWE”)。典型地，这些系统是在高于风力涡轮机高度的海拔处飞翔的被栓系到地面的空气动力学物体(例如，风筝)。

存在两个主要机构用于从AWE穿过空气的运动中提取功率：机载功率产生和以地面为基础的功率产生。前者的示例包括在风筝上的涡轮机，该涡轮机以与上述涡轮机相同的方式来产生电力。后者的示例包括被附接到卷筒上的长栓绳，其中风筝的运动使栓绳从卷筒上伸开，这使卷筒和相连的发电器旋转，因此将风力转变为电力。

AWE也可能会有许多缺点。例如，因为所述系统需要与空中物体成角度的栓绳，所提取的功率将是可用功率和栓绳角度的余弦的函数。因此，所提取的功率可能绝不会等于可用功率。此外，栓绳在其移动穿过空气时将产生阻力，使风筝变慢，并且因此减少获得的功率。最后，高空飞行的AWE承受航空管制，这局限了它们的地理范围(例如由于禁飞区)并且对于其实现造成了监管障碍。

概述

本公开的示例针对克服了以上表明的缺点的用于从流体流动中提取功率的设备和方法。作为示例性优点，这些设备的范围可以不被平方-立方法则所限制。作为另一个示例性优点，这些设备和这些方法可以不经受栓绳阻力和/或余弦损失。作为另一个示例性优点，这些设备出于监管的目的可以不被归类为“空中装置”。

在一些示例中，一种用于提取功率的设备包括轨道和被联接到所述轨道上的翼面。所述轨道包括第一细长区段和第二细长区段，其中所述第一细长区段被定位在所述第二细长区段上方。所述翼面包括定位在吸力表面与所述轨道之间的压力表面，并且所述翼面当交替地联接到所述第一细长区段和所述第二细长区段上时在相反的方向上可移动。

通过使吸力表面面朝所述轨道，所述轨道可以被定向成使得翼面相对于大气风速横风移动(crosswind)。这种横风运动可以有利地允许翼面以大于大气风的速度行进。进一步的，通过将所述第一细长区段定位在所述第二细长区段上方，在这些区段中任一个上行进的翼面将直接接收大气风；也就是说，在翼面上的入射风不被其他细长区段上的翼面干扰。这可以允许增加功率提取。

在一些另外的示例中，系索被联接到所述轨道上并且被锚固到地面。系索可以有益地允许更少的结构支撑，从而减少功率提取设备的成本。

系索还可以有益地允许减少在设备上的破坏力。例如，三个或三个以上系索可以沿细长区段分布以减少在细长区段的长度上的力矩。

在一些另外的示例中，翼面与水平面成约90–γ度滚转以抵消来自与水平面成γ度的系索角度的力。