CN103133252A - 一种风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电装置，包括地面控制装置和发电机组，以及与地面控制装置相连接的卷扬机，在卷扬机上通过线缆连接有高空风筝，与地面控制装置连接有雷达装置，该雷达装置配置地用于测定以地面为基准面垂直向上每5米高度的实时风速，并将测定的风速信息传输给地面控制装置。通过实施本发明，可以在地面至5000米的空中连续地捕获风能，同时不会影响空中飞机等飞行器的正常运行，此外还大幅降低了线缆等高空发电所需设备的成本。

Description

一种风力发电装置
技术领域
 本发明涉及一种发电装置，特别地涉及一种用于在地面至5000米空中进行发电的风力发电装置。
背景技术
高空风能是人类迄今基本上没有开发利用的新能源，这是一种储量丰富、分布广泛的可再生清洁能源。有研究指出：高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍。其中，高空的风能与风速的立方成正比，一般来说风速增加1倍，风能增加8倍，因此高空风能可高出地面上的数倍、十数倍、数十倍乃至成百上千倍。在高空位置达到较为理想的情况下，高空风电的理论发电时间可以超过全年时间的95%，年发电时间可高达8200小时以上，小功率的10兆瓦级高空风力发电系统的年发电时间也在5000小时以上。因此，采集高空风能发电可以获得高稳定性、低发电成本的风电，这是高空风电的显著特点之一，也是高空风电相比常规风电的最显著优势之一。
当前，各国均采用不同的形式开发高空风能，比如利用高空风筝或者其他高空飞行器的运动带动地面发电机组进行发电等，然而高空风能同时受到很多因素的制约，由于高空发电一般都在5000米以上的高空进行，这其中最大的问题是在采集高空风能时，无论采用何种形式的捕捉装置都会受到飞机或其他飞行器所飞行的航线影响，因此全面地开展高空风力发电目前还不现实，并且由于高空风的变化时常不连续，导致不能在高空进行持续的发电，进而使总体的发电效率大幅降低，此外，在高空进行发电所需要的几千米线缆造价过高，使得发电设备总体成本昂贵。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题而提供一种风力发电装置，该风力发电装置用于在地面至5000米之间的空中实现风力发电，这主要因为地面至5000米空中的风的运动是连续的，从而可以连续地捕捉风能。
上述风力发电装置包括地面控制装置和发电机组，以及与地面控制装置相连接的卷扬机，在卷扬机上通过线缆连接有高空风筝，其中随着高空风筝的运动而带动卷扬机转动，从而使发电机组进行发电，此外，与地面控制装置连接有雷达装置，该雷达装置配置地用于测定以地面为基准面垂直向上每5米高度的实时风速，并将测定的风速信息传输给地面控制装置。
  优选的是，在地面控制装置中设有计算单元，该计算单元配置地用于将距地
面5000米以内的高度根据不同的气候条件或者地理条件划分为若干层，然后该计算单元根据雷达装置测定的风速计算出每层内的平均风速。
  优选的是，将以地面为基准面在垂直向上每100米分为一层。
  优选的是，计算单元还配置地用于根据每层的风速状况，将所划分出的各层
判定为适宜飞行区域和不适宜飞行区域。
  优选的是，若某层平均风速在大于等于5米/秒且小于10米/秒的范围内时，
则计算单元判定该层为适宜飞行区域；若某层风速小于5米/秒或者大于等于10米/秒时，则计算单元判定该层为不适宜飞行区域。
  优选的是，地面控制装置中还设有显示单元，该显示单元配置地用于显示所
述以地面为基准垂直向上每5米高度的风速信息以及所划分每层的平均风速信息。
  优选的是，在高空风筝上设有定位传感器，其中定位传感器配置地用于获取
高空风筝在空中的位置信息，并将该位置信息通过无线方式传输给地面控制装置，然后通过地面控制装置中计算单元的计算而得到相应的位置坐标并通过显示单元显示出来。
 优选的是，定位传感器上带有GPS装置。
优选的是，地面控制装置中的计算单元根据高空风筝所在的位置信息和当前空中每层的风速状况进行以下判断：当高空风筝所在位置位于适宜飞行区域时，则地面控制装置控制高空风筝在适宜飞行区域所在的层内运动；当高空风筝所在位置位于不适宜飞行区域时，地面控制装置中的计算单元以高空风筝所在位置为基点，垂直向上或者垂直向下寻找与高空风筝距离最近的且被判定为适宜飞行区域的层，并通过控制线缆使高空风筝进入到最邻近的适宜飞行区域内飞行。
  优选的是，显示单元是LED屏幕或者可触摸屏幕。
  优选的是，雷达装置对风速的测定每隔预定时间进行一次。
  优选的是，雷达装置是多普勒雷达或者激光雷达。
  优选的是，预定时间是1小时。
通过实施本发明，可以在地面至5000米的空中连续地捕获风能，同时不会影响空中飞机等飞行器的正常运行，此外还大幅降低了线缆等高空发电所需设备的成本。
附图说明
  图1是本发明的风力发电装置的结构示意图。
具体实施方式
  下面将结合附图对本发明的实施例进行详细说明，参照图1，本发明提供一种风力发电装置，其包括地面控制装置1和发电机组6，以及与地面控制装置1相连接的卷扬机2，在卷扬机2上通过线缆3连接有高空风筝4，其中随着高空风筝4的运动可带动卷扬机2转动，从而使发电机组6进行发电，此外，与地面控制装置1还连接有雷达装置5，雷达装置5配置地用于测定以地面为基准面垂直向上每5米高度的风速，其中雷达装置5可以是多普勒雷达或者激光雷达。
在使用上述风力发电装置时，雷达装置5测定以地面为基准面垂直向上每5米高度的实时风速，该测定每隔预定时间进行一次，该预定时间优选是1小时，然后雷达装置5将测定的风速信息传输给地面控制装置1。在地面控制装置1中设有计算单元7，该计算单元7将距地面5000米以内的高度根据不同的气候条件或者地理条件等分为若干层，例如可以将以地面为基准面在垂直向上每100米分为一层，然后该计算单元7根据雷达装置5测定的风速计算出每层内的平均风速。
  进一步，计算单元7还根据每层的风速状况，将所划分的各层判定为适宜飞行区域和不适宜飞行区域，其中优选的是若某层平均风速在大于等于5米/秒且小于10米/秒的范围内时，则计算单元判定该层为适宜飞行区域，若某层风速小于5米/秒或者大于等于10米/秒时，则判定该层为不适宜飞行区域。
此外，地面控制装置1中还设有显示单元8，该显示单元8可显示上述以地面为基准垂直向上每5米的风速信息以及所划分每层的平均风速信息，其中，显示单元8优选的可以是LED屏幕或者可触摸屏幕。
在高空风筝4上设有定位传感器9，其中定位传感器9用于获取高空风筝4在空中的位置信息，并将该位置信息通过无线方式传输给地面控制装置1，然后通过地面控制装置1中计算单元7的计算而得到相应的位置坐标并通过显示单元8显示出来，特别地，定位传感器9上带有GPS装置。
地面控制装置1中的计算单元7根据高空风筝4所在的位置信息和当前高空的中每层的风速状况进行判断：
当高空风筝4所在位置位于适宜飞行区域时，则地面控制装置1控制高空风筝4在适宜飞行区域所在的层内运动；当高空风筝4所在位置位于不适宜飞行区域时，地面控制装置1中的计算单元7以高空风筝4所在位置为基点，向上或者向下寻找与高空风筝4距离最近的且被判定为适宜飞行区域的层，并通过控制线缆3使高空风筝4进入到最邻近的适宜飞行区域内飞行。
 需要说明的是，本发明所举实施例只是为了更清楚地表达本发明方法，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电装置，其包括地面控制装置和发电机组，以及与地面控制装置相连接的卷扬机，在卷扬机上通过线缆连接有高空风筝，其中发电机组、卷扬机和高空风筝配置地用于随着高空风筝的运动而带动卷扬机转动，从而使发电机组进行发电，其特征在于：与地面控制装置连接有雷达装置，该雷达装置配置地用于测定以地面为基准面垂直向上每5米高度的实时风速，并将测定的风速信息传输给地面控制装置。
2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于：在地面控制装置中设有计算单元，该计算单元配置地用于将距地面5000米以内的高度根据不同的气候条件或者地理条件划分为若干层，然后该计算单元根据雷达装置测定的风速计算出每层内的平均风速。
3.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于：将以地面为基准面在垂直向上每100米分为一层。
4.如权利要求2或3所述的风力发电装置，其特征在于：计算单元还配置地用于根据每层的风速状况，将所划分出的各层判定为适宜飞行区域和不适宜飞行区域。
5.如权利要求4所述的风力发电装置，其特征在于：若某层平均风速在大于等于5米/秒且小于10米/秒的范围内时，则计算单元判定该层为适宜飞行区域；若某层风速小于5米/秒或者大于等于10米/秒时，则计算单元判定该层为不适宜飞行区域。
6.如权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于：地面控制装置中还设有显示单元，该显示单元配置地用于显示所述以地面为基准垂直向上每5米高度的风速信息以及所划分每层的平均风速信息。
7.如权利要求6所述的风力发电装置，其特征在于：在高空风筝上设有定位传感器，其中定位传感器配置地用于获取高空风筝在空中的位置信息，并将该位置信息通过无线方式传输给地面控制装置，然后通过地面控制装置中计算单元的计算而得到相应的位置坐标并通过显示单元显示出来。
8.如权利要求7所述的风力发电装置，其特征在于：定位传感器上带有GPS装置。
9.如权利要求8所述的风力发电装置，其特征在于：地面控制装置中的计算单元根据高空风筝所在的位置信息和当前空中每层的风速状况进行以下判断：当高空风筝所在位置位于适宜飞行区域时，则地面控制装置控制高空风筝在适宜飞行区域所在的层内运动；当高空风筝所在位置位于不适宜飞行区域时，地面控制装置中的计算单元以高空风筝所在位置为基点，垂直向上或者垂直向下寻找与高空风筝距离最近的且被判定为适宜飞行区域的层，并通过控制线缆使高空风筝进入到最邻近的适宜飞行区域内飞行。
10.如权利要求6-9中任一项所述的风力发电装置，其特征在于：显示单元是LED屏幕或者可触摸屏幕。
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