[发明专利]基于动态平衡扑翼的高空风能发电系统

说明书

本发明公开了一种基于动态平衡扑翼的高空风能发电系统，包括发电机构，其包括发电机和变速器以及两套发电驱动装置，两套发电驱动装置之间通过换向离合器连接；导索机构一端连接在驱动装置上，另一端与扑翼连接；松紧索机构包括动力装置和松紧索，松紧索一端与导索机构连接，另一端与动力装置连接，通过动力装置控制其长度控制扑翼俯仰交替运动；扑翼通过导索机构与驱动装置连接，通过扑翼的俯仰交替运动带动驱动装置驱动发电机进行发电。本发明扑翼的气动力即可用于牵引地面发电机发电又可用于平衡自身重力，进一步利用双扑翼进行高空风能采集可以消除传统牵引发电的恢复段、实现全周期发电的目标，进而提高系统能量采集的效率。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种基于动态平衡扑翼的高空风能发电系统。

背景技术

风能是仅次于太阳能的第二大可再生能源，全球风能储量约为2.84万亿kW，依据当前风能采集技术得到的可利用量约为600亿kW左右。风能储量巨大，同时也是当前占比最大和增长最快的可再生能源。中高空蕴藏大面积高能量密度的优质风能。但是受限于风能开发利用技术，当前可利用的风能资源占全球风能储量比例极低。因此，提高风能的开发利用水平是可再生能源领域发展的重点之一。

高空风能资源远离地面，塔架支撑的旋转透平风力机鞭长莫及，给高空风能的开发利用带来了巨大的技术挑战。为此，国家发改委和能源局在《能源技术革命创新行动计划(2016–2030年)》中将高空风能的开发利用列为重点方向之一。近年来，高空风能采集已成为新能源领域的研究热点，研究人员对当前的技术路线进行了汇总，并分成了两大类：空中发电和地面发电。空中发电方案中，高空悬浮的风力机与发电机相连，风能可直接转化为电能，这条技术包括两种具体的实现方案：浮力风力和飞行涡轮。该方案适合小规模风能采集，为诸如通讯装置等机载设备供电。地面发电方案中，风能首先通过高空风力机转化为机械能，机械能通过导索传递到地面发电机转化为电能。地面发电方案是大规模利用高空风能发电的发展方向，翼伞牵引是其中的典型代表。翼伞的运动轨迹包含了两个阶段：在发电段，翼伞通过牵引索带动发电机发电；在电动段地面电动机回卷牵引索，将翼伞拉回初始做功位置。翼伞牵引理论上可达MW级发电功率，但传统翼伞牵引存在一定局限性，其电动段降低能量采集效率的同时增加了系统的复杂程度。

扑翼能量采集是一种不同于传统旋转透平的新型流体能转化方式，从扑翼能量采集原型机首次提出至今近40年间，扑翼能量采集效率从28％提高到了40％，扑翼的运动模式也从当初的主动运动发展成全被动运动。扑翼能量采集的相关研究表明，扑翼运动不仅具有高效的推进性能，还可以具有优秀的能量采集性能。扑翼能量采集技术已应用于水能的开发利用。除了优秀的能量采集性能，更重要的是扑翼具有平衡自身重力的天然特性。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状中问题，旨在提供一种基于动态平衡扑翼的高空风能发电系统，通过一对扑翼之间的相互配合，实现扑翼在高空中的动态平衡，通过控制索控制扑翼的俯仰运动，扑翼沉浮运动产生的动力通过动力索传递到地面，机电转化过程完全在地面完成，这种方法将风能的采集和风能的转化在空间上分离，使得风能的采集能在更高空中进行。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于动态平衡扑翼的高空风能发电系统，包括

发电机构，其包括发电机和变速器以及两套发电驱动装置，所述两套发电驱动装置之间通过换向离合器连接，所述发电机和变速器设置在任意一套驱动装置端部与其同轴连接；

导索机构，其一端连接在驱动装置上，另一端与扑翼连接；

松紧索机构，其包括动力装置和松紧索，所述松紧索一端与所述导索机构连接，另一端与所述动力装置连接，通过所述动力装置控制其长度控制所述扑翼俯仰交替运动；

扑翼，其通过导索机构与驱动装置连接，通过所述扑翼的俯仰交替运动带动所述驱动装置驱动所述发电机进行发电。