本發(fā)明涉及風(fēng)能發(fā)電，尤其涉及一種高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)能是一種潔凈綠色可再生能源，近年來風(fēng)能發(fā)電技術(shù)得到飛速發(fā)展，總裝機(jī)容量持續(xù)提升，但目前風(fēng)能發(fā)電主要利用的是近地面300米以下的低空風(fēng)能，對高空風(fēng)能利用很少，高空風(fēng)能相比低空風(fēng)能具有風(fēng)速大、能量高、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，尤其幾千米高度處基本不會有無風(fēng)情況，是目前風(fēng)能發(fā)電的有效補(bǔ)充。

2、目前高空風(fēng)能發(fā)電還處于試驗驗證階段，尚無工程成熟的高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，高空風(fēng)力發(fā)電分為空基風(fēng)力發(fā)電和陸基風(fēng)力發(fā)電，空基風(fēng)力發(fā)電將發(fā)電機(jī)組帶入高空，在高空發(fā)電并輸送至地面，主要形式包括：用傳統(tǒng)浮空器攜帶葉輪和發(fā)電機(jī)組進(jìn)行高空發(fā)電；制作涵道式浮空器，在涵道內(nèi)安裝發(fā)電機(jī)組和葉輪進(jìn)行高空發(fā)電；用大翼展無人機(jī)攜帶發(fā)電機(jī)組進(jìn)行高空發(fā)電等。陸基風(fēng)力發(fā)電通過將高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞到地面，由地面發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，陸基風(fēng)力發(fā)電主要形式由通過風(fēng)箏進(jìn)行風(fēng)能捕獲和利用傘結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)能捕獲。

3、相關(guān)技術(shù)中，空基風(fēng)力發(fā)電需要將大重量發(fā)電機(jī)組和大尺寸葉片帶到高空，對于大功率發(fā)電機(jī)組工程實現(xiàn)難度大。利用風(fēng)箏進(jìn)行風(fēng)能捕獲和利用傘結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)能捕獲的方式工作高度較低且系統(tǒng)復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中對于高空風(fēng)能利用率低，難以實現(xiàn)有效利用，利用難度大的缺陷。

2、本發(fā)明提供一種高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括：雙體浮空器、絞盤裝置、配重機(jī)構(gòu)和發(fā)電機(jī)構(gòu)，所述雙體浮空器包括第一飛艇本體、第二飛艇本體和旋轉(zhuǎn)翼，所述旋轉(zhuǎn)翼轉(zhuǎn)動設(shè)于所述第一飛艇本體和所述第二飛艇本體之間，所述旋轉(zhuǎn)翼能夠在水平位置和垂直位置之間切換，以控制所述雙體浮空器的俯仰角；所述絞盤裝置與所述雙體浮空器通過系留線纜連接，所述絞盤裝置用于在系留線纜的拉動下上下移動；所述配重機(jī)構(gòu)與所述絞盤裝置固定連接，所述配重機(jī)構(gòu)包括配重塊和裝卸裝置，所述裝卸裝置用于裝卸所述配重塊，以使所述配重機(jī)構(gòu)的重量維持在預(yù)設(shè)的重量范圍內(nèi)；所述發(fā)電機(jī)構(gòu)通過牽引繩與所述配重機(jī)構(gòu)連接，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)用于在牽引繩的帶動下發(fā)電。

3、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，還包括回轉(zhuǎn)平臺，所述回轉(zhuǎn)平臺設(shè)于所述雙體浮空器與所述絞盤裝置之間，所述回轉(zhuǎn)平臺用于引導(dǎo)所述系留線纜。

4、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述回轉(zhuǎn)平臺包括平臺板、轉(zhuǎn)動軸和滑輪組件，所述轉(zhuǎn)動軸豎直設(shè)置，所述平臺板與所述轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連接，所述滑輪組件設(shè)于所述平臺板上，所述系留線纜繞設(shè)于所述滑輪組件上。

5、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，還包括機(jī)械限位裝置和鎖定裝置，所述機(jī)械限位裝置和所述鎖定裝置均設(shè)置于所述配重機(jī)構(gòu)的移動路徑上，所述機(jī)械限位裝置位于所述鎖定裝置的上方，以使所述配重機(jī)構(gòu)在上移過程中與所述機(jī)械限位裝置配合到達(dá)上極限位置，所述配重機(jī)構(gòu)在下移過程中與所述鎖定裝置配合到達(dá)下極限位置。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括發(fā)電機(jī)、變速器和用于繞設(shè)所述牽引繩的轉(zhuǎn)動盤，所述轉(zhuǎn)動盤與所述變速器的輸入端連接，所述發(fā)電機(jī)與所述變速器的輸出端連接，以通過所述轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出端與所述轉(zhuǎn)動盤連接。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所所述驅(qū)動電機(jī)與所述轉(zhuǎn)動盤之間設(shè)有離合器，所述轉(zhuǎn)動盤與所述變速器之間設(shè)有換向器，所述換向器與所述變速器的輸入端連接，所述離合器用于選擇性地與所述轉(zhuǎn)動盤連接。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述第一飛艇本體和所述第二飛艇本體內(nèi)均設(shè)有飛控部件、通信部件和風(fēng)速傳感器，所述通信部件用于信息傳輸，所述飛控部件用于控制飛行的姿態(tài)，所述風(fēng)速傳感器用于感測當(dāng)前的風(fēng)速。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)翼上設(shè)有姿態(tài)傳感器，所述姿態(tài)傳感器用于感測所述旋轉(zhuǎn)翼的姿態(tài)。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述配重機(jī)構(gòu)的重量維持在（f1+f2）/2g-δ至（f1+f2）/2g+δ之間，其中，f1為所述旋轉(zhuǎn)翼處于水平位置時所述系留線纜的張力，f2為所述旋轉(zhuǎn)翼處于垂直位置時所述系留線纜的張力，g為重力加速度，δ為操作設(shè)定閾值。

12、本發(fā)明提供的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過雙體浮空器中旋轉(zhuǎn)翼的設(shè)置，使其能夠通過控制旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)動布置能夠在水平位置和垂直位置，從而實現(xiàn)雙體浮空器俯仰角的控制，并通過絞盤裝置和配重機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對于發(fā)電機(jī)構(gòu)的驅(qū)動，使其能夠?qū)崿F(xiàn)高空風(fēng)能得穩(wěn)定利用，整體結(jié)構(gòu)簡單易于制備。

技術(shù)特征：

1.一種高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括回轉(zhuǎn)平臺，所述回轉(zhuǎn)平臺設(shè)于所述雙體浮空器與所述絞盤裝置之間，所述回轉(zhuǎn)平臺用于引導(dǎo)所述系留線纜。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)平臺包括平臺板、轉(zhuǎn)動軸和滑輪組件，所述轉(zhuǎn)動軸豎直設(shè)置，所述平臺板與所述轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動連接，所述滑輪組件設(shè)于所述平臺板上，所述系留線纜繞設(shè)于所述滑輪組件上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括機(jī)械限位裝置和鎖定裝置，所述機(jī)械限位裝置和所述鎖定裝置均設(shè)置于所述配重機(jī)構(gòu)的移動路徑上，所述機(jī)械限位裝置位于所述鎖定裝置的上方，以使所述配重機(jī)構(gòu)在上移過程中與所述機(jī)械限位裝置配合到達(dá)上極限位置，所述配重機(jī)構(gòu)在下移過程中與所述鎖定裝置配合到達(dá)下極限位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括發(fā)電機(jī)、變速器和用于繞設(shè)所述牽引繩的轉(zhuǎn)動盤，所述轉(zhuǎn)動盤與所述變速器的輸入端連接，所述發(fā)電機(jī)與所述變速器的輸出端連接，以通過所述轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出端與所述轉(zhuǎn)動盤連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動電機(jī)與所述轉(zhuǎn)動盤之間設(shè)有離合器，所述轉(zhuǎn)動盤與所述變速器之間設(shè)有換向器，所述換向器與所述變速器的輸入端連接，所述離合器用于選擇性地與所述轉(zhuǎn)動盤連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一飛艇本體和所述第二飛艇本體內(nèi)均設(shè)有飛控部件、通信部件和風(fēng)速傳感器，所述通信部件用于信息傳輸，所述飛控部件用于控制飛行的姿態(tài)，所述風(fēng)速傳感器用于感測當(dāng)前的風(fēng)速。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)翼上設(shè)有姿態(tài)傳感器，所述姿態(tài)傳感器用于感測所述旋轉(zhuǎn)翼的姿態(tài)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述配重機(jī)構(gòu)的重量維持在（f1+f2）/2g-δ至（f1+f2）/2g+δ之間，其中，f1為所述旋轉(zhuǎn)翼處于水平位置時所述系留線纜的張力，f2為所述旋轉(zhuǎn)翼處于垂直位置時所述系留線纜的張力，g為重力加速度，δ為操作設(shè)定閾值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及風(fēng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，提供一種高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括雙體浮空器、絞盤裝置、配重機(jī)構(gòu)和發(fā)電機(jī)構(gòu)，雙體浮空器包括第一飛艇本體、第二飛艇本體和旋轉(zhuǎn)翼，旋轉(zhuǎn)翼轉(zhuǎn)動設(shè)于第一飛艇本體和第二飛艇本體之間，旋轉(zhuǎn)翼能夠在水平位置和垂直位置之間切換；絞盤裝置與雙體浮空器通過系留線纜連接；配重機(jī)構(gòu)與絞盤裝置固定連接，配重機(jī)構(gòu)包括配重塊和裝卸裝置；發(fā)電機(jī)構(gòu)通過牽引繩與配重機(jī)構(gòu)連接。通過雙體浮空器中旋轉(zhuǎn)翼的設(shè)置，使其能夠通過控制旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)動布置能夠在水平位置和垂直位置，從而實現(xiàn)雙體浮空器俯仰角的控制，并通過絞盤裝置和配重機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對于發(fā)電機(jī)構(gòu)的驅(qū)動，使其能夠?qū)崿F(xiàn)高空風(fēng)能得穩(wěn)定利用，整體結(jié)構(gòu)簡單易于制備。

技術(shù)研發(fā)人員：張冬輝,付強(qiáng),王梓皓,陳臣,張?zhí)┤A
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15