[发明专利]一种新型帆船与水下风车相结合的水上风能利用方法

说明书

技术领域  本发明为一种新的利用水上（尤其是海上）风能的方法与装置。

背景技术    流动的空气与水具有能量。风轮机（又称风车）利用叶片的转动从相对于风车运动的气流（即风）中提取能量，驱动发电机或其它机械做功。同理，水轮机（又称“水下风车”）则可以从相对其运动的水流中提取能量。以上风能或水流能的利用方式可称为“叶轮式”或“驻留式”（即风轮机或水轮机相对地面固定）。利用风能还常采用“风帆式”或“行进式”，即受风物体（例如风帆）相对地面或水面运动，从而风直接对受风物体做功。“叶轮式”与“风帆式”的单独使用已很普遍，前者如风力发电场及洋流发电设备，后者如各式各样的帆船。

发明内容    本发明将风帆与水轮机巧妙结合使用，达到大规模利用水上（尤其是海上）风能的日的。其方法是将通常用于洋流发电的水轮机（又称“水下风车”）装配于帆船上。风驱动帆船在水上运动，从而水体相对于帆船和水轮机有相反方向运动（即产生相对于帆船和水轮机的水流），进而驱动水轮机做功。在这种风能利用方法中，水体充当阻力介质，它对水轮机的作用力与风驱动风帆的动力相平衡。设风速为V。，船速为V，风驱动风帆的力与(V-V0，)2成正比，风对风帆做功的功率p与V (V-V0，)2成正比，在V=V0/3时P取极大值。适当设计水轮机，这个功率的很大一部分可以被水轮机吸收以做功，其余化为水的动能与热能。由于适合于风能利用的风速在30米／秒以下，1/3风速的最佳航速是帆船能达到的。

    本发明的实质是将传统模式中风轮机既收集风能又转换风能的双重任务分离开来：结构简单的风帆只用于收集风能，可以方便地做大；而将风能转化为机械能的水轮机由于水的密度远大于空气，其尺寸可远小于风轮机。

具体实施方式    本发明的典型应用为水上（尤其是海上）风力发电。将与帆船相连的可升降水轮机置于水F，升起帆顺风航行，水轮机将被转动，从而可驱动发电机发电。与传统“驻留式”风力发电模式不同，在本方法中电能必须先由船载储能设备储存，然后到固定点释放，或者通过无线电能传输的方式直接输送到接收装置。在顺风航行发电一段距离后，将水轮机提起至水面以上，并将帆降下，逆风航行至出发点，开始新一轮航行发电。由于帆的面积可以很大，升帆顺风航行时的发电量可以远大于降帆返回时的消耗，从而总的能量输出为正。本发明克服了传统模式无法应用于深海的局限性，可以最大限度地利用储量丰富的海上风能。