CN105649873A - 一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统 - Google Patents

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汪以祥
叶晋
董秀奇
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Abstract

本发明涉及清洁能源中的风力发电领域，具体涉及一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统；风力发电系统由真空浮升单元、风力发电单元和电力传输单元组成；真空浮升单元包括真空环和固定设于真空环内侧壁上的真空泵，风力发电单元包括电机支架、发电机和安装于发电机前端的发电机叶片、安装于发电机后端的平衡尾翼，电力传输单元包括平衡线和与发电机电性连接的电缆线；发电机位于真空环的内侧且所述发电机与真空环同轴心线，发电机通过电机支架固定于真空环的内侧壁上；本发明不仅结构简单，安装简单，操作简单方便，而且工作效率高，安全性能好，也极大降低了风力发电成本，能够部署到任何偏远的山区、岛屿，替代昂贵的柴油发电机。

Description

一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统
技术领域
本发明涉及清洁能源中的风力发电领域，具体涉及一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统。
背景技术
一般的风力发电是用高大的塔架支撑起大尺寸风叶在风力驱动下带动发电机进行发电，发出的电能经过变频调制成预定的指标送到电网中为用户提供电能；其缺点有：1)要想能利用强风力发电，必须提高塔架的高度，增加制造、运输、安装费用；2)要想能驱动大的发电机必须使风叶尺寸大而重量轻，增加制造、运输、安装费用；3)这种大尺寸风叶质量大很难做到精确的动平衡，将增加发电机主轴动、静载荷，将降低发电效率及使用寿命；4)由于风叶离地面较近，因而影响地面的生态平衡，安放风力发电系统的地区鸟类大量减少；5)发电发电机叶片离地面较近，在海边受海水的盐雾影响，腐蚀非常严重，在沙漠地带由于风沙的冲刷磨损很快，这些都降低了风力发电系统的使用寿命，增大了运行成本；6)占用一定的地面空间，影响地面的使用，且又有一定的噪音；7)为了减少对居民正常生活的影响，一般都选在人烟稀少的荒原或海面，这就要求发出的电必须通过调制器将电送入电网后才能供给用户，这就增大了风力发电系统的运行成本；8)在调制配送的过程中还要损失一定的能量，从而进一步增加了风力发电电成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，所述风力发电系统由真空浮升单元、风力发电单元和电力传输单元组成；所述的真空浮升单元包括真空环和固定设于所述真空环内侧壁上的真空泵，所述的真空浮生单元通过控制真空泵来调节真空环内的真空度，从而实现真空环的上浮和下降，相比用氢气氦气浮升的，浮力更大，成本更低；除此之外，真空环是环形的真空腔，当真空环浮升在高空，气流垂直吹过时，真空环能使流经环内的气流流速加大，从而更有利于提高风力发电的效率；所述的风力发电单元包括电机支架、发电机和安装于发电机前端的发电机叶片、安装于发电机后端的平衡尾翼，所述的电力传输单元包括平衡线和与所述发电机电性连接的电缆线；所述发电机位于真空环的内侧且所述发电机与真空环同轴心线，所述发电机通过电机支架固定于真空环的内侧壁上。
进一步的，所述的真空环采用硬质非金属材料制成，所述的真空环为对称的旋转壳体结构，且所述的真空环内侧壁的厚度大于真空环外侧壁的厚度，而真空环的该种结构设置可用于安装并支撑风力发电单元。
进一步的，所述的电缆线由碳纤维材料制成；所述的电缆线为避雷线；所述的电缆线为定位线；由于电缆线、避雷线、定位线三线一体，故而电缆线不仅可以用于限定风力发电系统的位置，而且当雷雨天气来临时，电缆线还可用于引雷，避免雷电对发电系统造成破坏。
进一步的，所述真空环的外侧壁的外侧圆周上设有3-4个均匀分布的平衡翼，该平衡翼主要用于控制风力发电系统的朝向。
进一步的，所述真空环的外侧壁上设有两根所述的平衡线，且所述的两根平衡线位于真空环两侧且对称设置；所述的两根平衡线用于在不同的风力下平衡真空环，使得真空环的轴心线始终与地面平行。
优选的，所述真空环的外侧壁上设有三根所述的平衡线，且所述的三根平衡线于所述的所述真空环的外圆周方向上120°内均匀分布，所述的三根平衡线用于在不同的风力下平衡真空环，使得真空环的轴心线始终与地面平行。
进一步的，所述的风力发电系统可浮升至离地300-600米的高空，故而不会破坏地面环境。
有益效果：本发明的优点如下：
(1)、取消了制造运输安装都很昂贵的风力发电用塔架，为降低成本提供了较大的空间；
(2)、由于环形真空腔强化了环形围成的空间内的空气流速，即强化了风力发电的效率，也使发电机的风叶没有必要做的太长，既减少了发电机的重量，又降低了发电的成本；
(3)、由于环形真空腔可自动把发电系统浮升到高空或降到地面，因而维修、转移都比塔架式风力发电机方便；
(4)、由于发电系统浮在300-600米的高空，因而对地面的环保不产生破坏，鸟类依旧可以在原生态环境中生存；
(5)、由于风力发电系统离地面较高(300-600米)，因而受海水中盐雾的腐蚀以及沙漠中风沙的冲刷都大大减少，甚至于变成零；
(6)、风力发电系统不用地面上的空间，高空运转的噪声也会到地面衰减成零；
(7)、风力发电系统的环形真空腔可以悬升到闹市的高楼上空，因而供电可以通过缆线直接送入楼内，省去了风力发电系统和电网之间的来回馈送的麻烦，既减少了能量损失，也降低了设备的成本；
(8)、用抽真空来升降风力发电系统，浮力比氢气氦气大，故成本低且安全方便；
(9)馈电的电缆、避雷线、限位缆绳共用一条缆线，简单方便成本低；
(10)真空浮升系统外部承受大气压力，因而外皮只受正压力，材料开裂的可能大大减少。
附图说明
图1是本发明的具体实施例的正视结构示意图。
图2是图1的A-A剖面结构示意图。
附图标记说明：真空环1，电机支架2，发电机3，平衡尾翼4，平衡线5，电缆线6，真空泵7，发电机叶片8，平衡翼9。
具体实施方式
下面根据说明书附图详细说明本发明的具体实施例：
参照图1和图2所述，一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，所述风力发电系统由真空浮升单元、风力发电单元和电力传输单元组成；所述的真空浮升单元包括真空环1和固定设于所述真空环1内侧壁上的真空泵7，所述的真空浮生单元通过控制真空泵7来调节真空环1内的真空度，从而实现真空环1的上浮和下降，相比用氢气氦气浮升的，浮力更大，成本更低；除此之外，真空环1是环形的真空腔，当真空环1浮升在高空，气流垂直吹过时，真空环1能使流经环内的气流流速加大，从而更有利于提高风力发电的效率；所述的风力发电单元包括电机支架2、发电机3和安装于发电机3前端的发电机叶片8、安装于发电机3后端的平衡尾翼4，所述的电力传输单元包括平衡线5和与所述发电机3电性连接的电缆线6；所述发电机3位于真空环1的内侧且所述发电机3与真空环1同轴心线，所述发电机3通过电机支架2固定于真空环1的内侧壁上；所述的真空环1采用硬质非金属材料制成，所述的真空环1为对称的旋转壳体结构，且所述的真空环1内侧壁的厚度大于真空环1外侧壁的厚度，而真空环1的该种结构设置可用于安装并支撑风力发电单元；所述的电缆线6由碳纤维材料制成；所述的电缆线6为避雷线；所述的电缆线6为定位线；由于电缆线6、避雷线、定位线三线一体，故而电缆线6不仅可以用于限定风力发电系统的位置，而且当雷雨天气来临时，电缆线6还可用于引雷，避免雷电对发电系统造成破坏；所述真空环1的外侧壁的外侧圆周上设有3-4个均匀分布的平衡翼9，该平衡翼9主要用于控制风力发电系统的朝向；所述真空环1的外侧壁上设有三根所述的平衡线5，且所述的三根平衡线5于所述的所述真空环1的外圆周方向上120°内均匀分布，所述的三根平衡线5用于在不同的风力下平衡真空环1，使得真空环1的轴心线始终与地面平行；所述的风力发电系统可浮升至离地300-600米的高空，故而不会破坏地面环境。
一种采用真空环1浮升导流的高空悬浮风力发电系统的工作原理：
首先启动真空泵7，将真空环1内抽真空，真空环1会带动整个发电系统浮升，当风力发电系统浮升到目标高度(300-600米)时，真空泵7停止工作，此时高空中的气流穿过真空环1，由平衡尾翼4和平衡翼9进行方向平衡，在真空环1的内侧壁结构的的导向作用下，流经真空环1环内的气流得到了进一步的加强，加强后的气流促使发电机叶片8转动，从而使发电机3发电，发电机3所发的电通过电缆线6传输到地面的电网。
需要说明的是：本发明具有以下优点：1、取消了制造运输安装都很昂贵的风力发电用塔架，为降低成本提供了较大的空间；2、由于环形真空腔强化了环形围成的空间内的空气流速，即强化了风力发电的效率，也使发电机3的风叶没有必要做的太长，既减少了发电机3的重量，又降低了发电的成本；3、由于环形真空腔可自动把发电系统浮升到高空或降到地面，因而维修、转移都比塔架式风力发电机3方便；4、由于发电系统浮在300-600米的高空，因而对地面的环保不产生破坏，鸟类依旧可以在原生态环境中生存；5、由于风力发电系统离地面较高(300-600米)，因而受海水中盐雾的腐蚀以及沙漠中风沙的冲刷都大大减少，甚至于变成零；6、风力发电系统不用地面上的空间，高空运转的噪声也会到地面衰减成零；7、风力发电系统的环形真空腔可以悬升到闹市的高楼上空，因而供电可以通过缆线直接送入楼内，省去了风力发电系统和电网之间的来回馈送的麻烦，既减少了能量损失，也降低了设备的成本；8、用抽真空来升降风力发电系统，浮力比氢气氦气大，故成本低且安全方便；9、馈电的电缆、避雷线、限位缆绳共用一条缆线，简单方便成本低；10、真空浮升系统外部承受大气压力，因而外皮只受正压力，材料开裂的可能大大减少。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述风力发电系统由真空浮升单元、风力发电单元和电力传输单元组成；所述的真空浮升单元包括真空环和固定设于所述真空环内侧壁上的真空泵，所述的风力发电单元包括电机支架、发电机和安装于发电机前端的发电机叶片、安装于发电机后端的平衡尾翼，所述的电力传输单元包括平衡线和与所述发电机电性连接的电缆线；所述发电机位于真空环的内侧且所述发电机与真空环同轴心线，所述发电机通过电机支架固定于真空环的内侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述的真空环采用硬质非金属材料制成，所述的真空环为对称的旋转壳体结构，且所述的真空环内侧壁的厚度大于真空环外侧壁的厚度。
3.根据权利要求1所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述的电缆线由碳纤维材料制成。
4.根据权利要求1或3所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述的电缆线为避雷线。
5.根据权利要求1或3所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述的电缆线为定位线。
6.根据权利要求1所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述真空环的外侧壁的外侧圆周上设有3-4个均匀分布的平衡翼。
7.根据权利要求1所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述真空环的外侧壁上设有两根所述的平衡线，且所述的两根平衡线位于真空环两侧且对称设置。
8.根据权利要求1所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述真空环的外侧壁上设有三根所述的平衡线，且所述的三根平衡线于所述的所述真空环的外圆周方向上120°内均匀分布。
9.根据权利要求1所述的一种采用真空环浮升导流的高空悬浮风力发电系统，其特征在于：所述的风力发电系统可浮升至离地300-600米的高空。
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