[发明专利]一种可升降的高空自动调节保持相对位置的风力发电装置

说明书

本发明是一种风力发电领域的高空风力发电装置，包括高空悬浮装置，牵引线缆和地面回收系统三部分。高空悬浮装置为一种带有多旋翼的风筝，既可以通过多旋翼使高空悬浮装置升降，又可以通过多旋翼发电。在高空发电过程可通过风帆、尾翼迎风面积调节以及多旋翼从发电状态切换为耗电状态产生风力来保持悬浮装置在高空的相对位置，从而使高空悬浮装置在一定的空间范围内悬浮发电。在多机组集群式分布发电时，既提升了高空空间利用率，又保障了各机组之间协同运作时不会造成位置干涉和线缆缠绕的问题。这样风力发电既不受地区限制，又可以大规模应用。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域的一种高空风力发电装置。

背景技术

全球能源结构主要以化石能源这种一次性消耗的不可再生能源为主，从而带来全球气候变暖，雾霾等环境问题。像太阳能、风能等其他可再生的清洁能源并没有得到广泛应用，主要还是因为投入产出比高，经济效益差。

全球风能总储量大，利用率低。当前风力发电装置主要是铁塔支撑风轮结构，这种结构安装高度有限，只能获取地面上100米左右以内的低空低能量密度的风能。而且只能建造于风能密度较大地区，沿海地区只能建造于浅海区，因此存在建造区域局限、造价高等缺陷。为了解决上述问题和更高效地利用风能，近些年欧美发达国家都在大力投入开发高空风力发电。高空风能具有能量密度大，不受地区局限等优点。高空风力发电是一种没有支柱作为结构支撑的利用高空风能发电方案。对比一般风力发电，其优势是不必制作大型的塔形建筑与偏航结构，就能有效地利用更高海拔的风能进行发电。目前高空风力发电按发电机安装位置分为发电机置于地面和发电机悬浮两种方式。发电机置于地面的发电系统，靠悬浮装置在高空大范围位移，通过绳索带动地面发电机发电，但这种方式对高空空间利用率不高，难以集群式分布，不适合大规模发电。发电机悬浮的发电系统，常见的有飞艇式悬浮方案。该方案靠充满氦气的飞艇浮力使发电机及电缆悬浮在高空，但悬浮高度有限，在高空风力不稳定时，空中姿态、活动范围不可控，飞艇之间相互碰触撞、线缆缠绕风险高，同样难以实现商业化大规模应用。

发明内容

本发明针对高空空间利用率不高，高空悬浮装置之间协同运行性能差等高空风力发电问题，提出以风筝为主体并刚性连接多个带有螺旋桨的电机组成的发电装置悬浮于高空的发电方案。该方案包括高空悬浮装置，高强度牵引线缆和地面回收系统。高空悬浮装置可自行飞入高空，在高空依靠风力迎风悬浮，在悬浮状态下进行发电，产生的电能通过高强度牵引线缆传输到地面回收系统。悬浮发电时，高空悬浮装置随风力变化可自动调节并保证其悬浮在一定范围内，使集群多机组协同运行发电时不会出现高空位置干涉和线缆缠绕等问题，可提高和推进高空风力发电的商业化应用。