[发明专利]一种自升式空中风力发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种自升式空中风力发电装置，属于发电设备技术领域。

背景技术

传统的风力发电机都是安装在地面的塔架上的，通过吸收和转换近地表的风能来发电。而大量的资源调查都表明，在地球表面的绝大多数地区其近地表的风力资源都不是丰富的，因此在这些地区里利用风力来发电在经济上都是不合算的，从而影响了风力发电在这些地区的应用。

但是，在很多地表风力资源并不丰富的地区，其空中风力资源又是相当丰富的。实测表明，在这些地区的200～1000米的天空中，普遍有4～5级的、年平均6000～7000小时左右的、风能密度在400W/m²左右的稳定风能存在；而在2000～3000米的中高空，风力长期都在6～7级左右，平均风能密度达1500W/m²。

国际上，空中风力资源的利用在数十年前就有人认识到其应用潜力并开始研究，但由于涉及的学科多、技术难度大，因此，直至今天仍未达到市场化的程度，但这方面的研究工作一直都在开展。

我国在该项技术的开发上走在了国际的前沿，广东高空风能技术有限公司开发的天风二号高空风能发电机组(实验样机)已完成了运行实验，性能达到了设计要求，通过对该公司的样机分析表明，由于要由多个升入空中近万米的巨型风筝(或风伞) 拉动缆绳带动地面的发电机发电，因此，该项目需要占用地面上以发电机为圆心、半径达10km的球型天空为其运行区，机组运行时，飞机等不能进入这个运行区，此外，机组运行时的噪声消除；雷雨天气时的防雷措施；无风时天空中的巨型风筝(风伞)如何保证不会坠落，或虽坠落而不会损坏地面上的高压输电线等问题都需要很好地解决。总之，该方案的全面产业化还有相当长的路要走。分析还表明，该技术方案不适用于数十千瓦以下的小功率离网型风力发电机。

从目前的国内外环保节能形势来看，离网型的小功率风力发电机仍具有极大的市场需求。例如：电解水为氢氧气的过程对供电电源的质量要求是很低的，因此我们就有可能利用输出电压、周波以及输出功率等指标都不易稳定的低成本独立风电来分解水为氢燃料，即可大量解决山区农民的长期免砍柴问题。技术分析还表明，我国的山区农村，地形复杂，层峦叠嶂，因此，若用太阳能电池或传统的地面风力发电来分解水，则在很多地方行不通。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种自升式空中风力发电装置，无风时装置仍能停留在于空中，并且迎风面可以自动对准风向；发电时机组空中部分的浮空高度基本不变；保持装置的平衡与稳定；同时，地面牵引线可以对空中部分的灵活收放。

本发明采用的技术方案：装置由自升球翼、自调整翼、中频风力发电机及引线机构组成，自升球翼由翼板6和艇球7组成，自调整翼由左右两片轻质平板翼9和拉线11组成，中频风力发电机由风力机3和中频发电机4组成，引线机构由引下线10及地面牵引机18组成；地面牵引机18由底座12、绕线筒13、滑环14、电刷15、轴承座16和带抱箍机构的减速箱17组成，自调整翼处于机组的顶端，艇球7位于翼板6的上面，自调整翼的左右两片轻质平板翼9的内短边通过撑杆8与风力机3的外壳刚性连接，外短边通拉线11与自升球翼的翼板6相连，风力机3和中频发电机4轴向刚性连接后固定于风力机3的十字支架5的中心位置，整个风力发电机的平衡重心落在连接风力机3和中频发电机4的轴中段位置，引下线10一端连接在左右两片轻质平板翼9，另一端卷绕在绕线筒13上，引下线10的末端剥出两根导电钢芯后分别接于绕线筒13两侧的两个滑环14上，用电负载与电刷15连接。

所述的翼板6的底部为平面而上部为凸出的流线型，翼板6的底部由轻质高强度框架蒙布而成，翼板6的上部及艇球7由轻质高韧性不透气膜热合而成；翼板6和艇球7充入氢气鼓起后其形状如底部带机翼的流线型飞艇，其顶部中间位置为流线型的艇身，两侧为双翼。

所述的翼板6的底部平面与正面来风的夹角θ可调。

所述的撑杆8采用轻质高强度的非金属管材；通过调整拉线11的长度使左右两片轻质平板翼9的平面与通过风力发电机3圆心的水平剖面平行；左右两片轻质平板翼9采用轻质高强度的非金属框架并蒙上轻质布料制成；拉线11采用细钢丝；风力机3的轴1、叶片2、支架5采用轻质高强度的非金属材质制成，风力机3的进风口为喇叭形。 

本发明的有益效果：无风时装置仍能停留在于空中，并且迎风面可以自动对准风向；发电时机组空中部分的浮空高度基本不变；保持装置的平衡与稳定；同时，地面牵引线可以对空中部分的灵活收放。

附图说明