CN109306937A - 分散式悬浮风力发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电技术领域，涉及分散式悬浮风力发电系统。分散式悬浮风力发电系统，包括风力发电机组、气囊本体、线缆和控制器；具体的，气囊本体呈环状，气囊本体上设置有用于使气囊本体自动迎风的尾翼，气囊本体的中心区域设置有风道，风道内设置有支架，风力发电机组设置在支架上，当气囊本体升空后，通过尾翼能够使风力发电机组迎风；同时在风力发电机组迎风面设置有遮挡组件，支架上设置有用于驱动遮挡组件开合的动力源，通过控制器控制动力源，调节遮挡组件的遮挡面积，从而调节风力发电机组的转速，进而调节风力发电机组的发电功率，同时在安装和升降气囊本体时，完全关闭遮挡组件能够有效的提高气囊本体的稳定性，方便安装和升降。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及分散式悬浮风力发电系统。
背景技术
现有风力发电机均以大地或海底为基础，通过60－120米高金属塔筒或塔架支撑起风力发电机，发电机叶片长，而风能利用率低。城市高空(约100米以上至1000米及以上)基本都有风，风速大且气流相对稳定。
因此，提供一种不占用土地、也不需要塔架，有效利用城市高大建筑上空风能，能够高空发电的分散式悬浮风力发电系统成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种分散式悬浮风力发电系统，包括风力发电机组、用于带动所述风力发电机组悬空的气囊本体、至少一根设置在建筑物上用于导电的线缆和控制器；
所述气囊本体呈环状，且所述气囊本体外轮廓呈水滴状，所述气囊本体上设置有用于使所述气囊本体自动迎风的尾翼；
所述气囊本体的中心区域设置有风道，所述风道内设置有支架，所述风力发电机组设置在所述支架上，所述风力发电机组迎风面设置有遮挡组件，所述支架上设置有用于驱动所述遮挡组件开合的动力源；
所述风力发电机组和所述气囊本体均与所述线缆连接；
所述风力发电机组和所述动力源均与所述控制器连接。
本发明实施例提供的第一种可能的实施方式，其中，上述线缆上设置有用于为所述气囊本体供气的补气软管；
所述补气软管一端与所述气囊连接，另一端与气源连接。
本发明实施例提供的第二种可能的实施方式，其中，上述补气软管与所述气囊本体的连接处设置有气压传感器，所述气压传感器与所述控制器连接。
本发明实施例提供的第三种可能的实施方式，其中，上述风道的直径从所述风力发电机组的迎风面向背风面逐渐减小。
本发明实施例提供的第四种可能的实施方式，其中，上述线缆远离所述气囊本体的一端与卷扬机连接，所述卷扬机与所述控制器连接。
本发明实施例提供的第五种可能的实施方式，其中，上述气囊本体上设置有振动传感器和温度传感器；
所述振动传感器和所述温度传感器均与所述控制器连接。
本发明实施例提供的第六种可能的实施方式，其中，上述气囊本体上设置有WIFI中继器。
本发明实施例提供的第七种可能的实施方式，其中，上述遮挡组件包括固定轴、遮挡板、同步驱动杆和关节轴承拉杆；
所述固定轴与所述遮挡板枢接，所述固定轴与所述同步驱动杆固定连接；
相邻两所述同步驱动杆通过所述关节轴承拉杆连接。
本发明实施例提供的第八种可能的实施方式，其中，上述气囊本体外表面镀有铝膜，且所述气囊本体为多个独立气囊连接而成；
所述气囊本体为氦气囊。
本发明实施例提供的第九种可能的实施方式，其中，上述风力发电机组包括直流永磁发电机和多个风力涡轮机；
所述风力涡轮机通过磁悬浮轴承与所述支架连接，两两所述风力涡轮机之间设置有导向静叶栅。
有益效果：
本发明实施例提供了一种分散式悬浮风力发电系统，包括风力发电机组、用于带动风力发电机组悬空的气囊本体、至少一根设置在建筑物上用于导电的线缆和控制器；具体的，气囊本体呈环状，且气囊本体外轮廓呈水滴状，气囊本体上设置有用于使气囊本体自动迎风的尾翼，气囊本体的中心区域设置有风道，风道内设置有支架，风力发电机组设置在支架上，当气囊本体升空后，通过尾翼能够使气囊本体自动对风，从而使风力发电机组迎风，并且当风向转换后，气囊本体能够跟随风向转动；同时在风力发电机组迎风面设置有遮挡组件，支架上设置有用于驱动遮挡组件开合的动力源，通过控制器控制动力源，调节遮挡组件的遮挡面积，从而调节风力发电机组的转速，即调节风力发电机组的发电功率，同时在安装和升降气囊本体时，完全关闭遮挡组件能够有效的提高气囊本体的稳定性，方便安装和升降。通过这样的设置使得系统能够实现高空发电。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的分散式悬浮风力发电系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的分散式悬浮风力发电系统中遮挡组件的第一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的分散式悬浮风力发电系统中遮挡组件的第一种结构的俯视图；
图4为本发明实施例提供的分散式悬浮风力发电系统中遮挡组件的第二种结构示意图。
图标：100－气囊本体；110－尾翼；120－风道；130－支架；200－线缆；210－直流永磁发电机；220－风力涡轮机；300－遮挡组件；301－固定轴；302－遮挡板；303－同步驱动杆；304－关节轴承拉杆；310－固定圆环；320－旋转环；330－挡片；340－连接杆；400－建筑物。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参考图1－图4所示：
本发明实施例提供了一种分散式悬浮风力发电系统，包括风力发电机组、用于带动风力发电机组悬空的气囊本体100、至少一根设置在建筑物400上用于导电的线缆200和控制器；气囊本体100呈环状，且气囊本体100外轮廓呈水滴状，气囊本体100上设置有用于使气囊本体100自动迎风的尾翼110；气囊本体100的中心区域设置有风道120，风道120内设置有支架130，风力发电机组设置在支架130上，风力发电机组迎风面设置有遮挡组件300，支架130上设置有用于驱动遮挡组件300开合的动力源；风力发电机组和气囊本体100均与线缆200连接；风力发电机组和动力源均与控制器连接。
本发明实施例提供了一种分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，包括：风力发电机组、用于带动风力发电机组悬空的气囊本体100、至少一根设置在建筑物400上用于导电的线缆200和控制器；具体的，气囊本体100呈环状，且气囊本体100外轮廓呈水滴状，气囊本体100上设置有用于使气囊本体100自动迎风的尾翼110，气囊本体100的中心区域设置有风道120，风道120内设置有支架130，风力发电机组设置在支架130上，当气囊本体100升空后，通过尾翼110能够使气囊本体100自动对风，从而使风力发电机组迎风，并且当风向转换后，气囊本体100能够跟随风向转动；同时在风力发电机组迎风面设置有遮挡组件300，支架130上设置有用于驱动遮挡组件300开合的动力源，通过控制器控制动力源，调节遮挡组件300的遮挡面积，从而调节风力发电机组的转速，即调节风力发电机组的发电功率，同时在安装和升降气囊本体100时，完全关闭遮挡组件300能够有效的提高气囊本体100的稳定性，方便安装和升降。通过这样的设置使得系统能够实现高空发电。
其中，气囊本体100呈环状，其中心区域为贯通的风道120，使得空气能够从此流过气囊本体100。
具体的，风道120内设置有支架130，风力发电机组设置在支架130上，且风力发电组件的轴线与风道120的轴线重合，且风力发电机组的迎风面与气囊本体100的迎风面一致。
气囊本体100尾部设置有三个尾翼110，当气囊本体100升空后，在尾翼110的作用下，气囊本体100能够调整空中姿态，使迎风面朝着风向。
需要指出的是，风力发电机组的迎风面设置有遮挡组件300，其中遮挡组件300能够调节风道120的进风量，从而改变风力发电组件的发电功率。并且通过遮挡组件300的设置，在对气囊本体100进行升降时，以及系统紧急停机时关闭遮挡组件300，能够极大的提高气囊本体100的稳定性(风力发电机组停止工作)，提高气囊本体100的升空效率和升空稳定性。
还需要指出的是，气囊本体100可以通过4根线缆200固定在高层建筑物400的顶部，同时风力发电机组产生的电能够通过线缆200传输到逆变器柜，然后通过逆变器柜快速并网，其中逆变器柜内设置有超级电容器，用于稳定系统功率输出和用于系统供电。
具体的，线缆200采用碳纤维拉绳，碳纤维拉绳还兼具防雷导电的作用，避免雷雨天气对设备造成影响。
其中，通过遮挡组件300保证风力发电机组能够在风机故障或超过设计风速时安全停机。
本实施例的可选方案中，线缆200上设置有用于为气囊本体100供气的补气软管；补气软管一端与气囊连接，另一端与气源连接。
具体的，其中1跟线缆200上附有补气软管，补气软管用于对气囊本体100进行补气工作，保证气囊本体100能够长久正常工作。
本实施例的可选方案中，补气软管与气囊本体100的连接处设置有气压传感器，气压传感器与控制器连接。
其中，补气软管与气囊本体100的连接处设置有气压传感器，控制器通过气压传感器的监测，能够获知气囊本体100内的气压情况，如果气囊本体100的气压小于预设值时，控制器会控制气源补气阀工作，通过补气软管对气囊本体100进行补气工作；如果气囊本体100的气压大于预设值时，控制器会控制气源补气阀停止补气工作。
本实施例的可选方案中，风道120的直径从风力发电机组的迎风面向背风面逐渐减小。
风道120的两端为喇叭状，且风道120的直径逐渐减小，具体的，风道120的直径从风力发电机组的迎风面向背风面逐渐减小。
其中，风道120为缩径流道设计，在风速一定情况下中间风道120风速与风道120截面积成反比，而风能功率与风速成立方关系，提高风速可以指数级提高风能利用效率。
本实施例的可选方案中，线缆200远离气囊本体100的一端与卷扬机连接，卷扬机与控制器连接。
具体的，建筑物400顶设置有卷扬机，卷扬机与线缆200连接，通过控制器控制卷扬机工作可以实现对气囊本体100的升降控制。
本实施例的可选方案中，气囊本体100上设置有振动传感器和温度传感器；振动传感器和温度传感器均与控制器连接。
其中，控制器通过卷扬机获知设备牵引(拉力)参数、通过温度传感器获知设备温度参数、通过振动传感器获知设备振动参数、通过气压传感器获知各个独立气囊的气压参数、通过气象传感器获知气象参数，通过这些参数控制器对系统进行调控，保证风力发电机组能够正常运转。
例如，当系统温度过高，控制器会中断风力发电机组的工作；当各个独立的气囊气压不足时，控制器控制气源进行补气；当天气恶劣时，控制器会控制卷扬机下降气囊本体100，并关闭遮挡组件300；当气囊本体100振动超标时，控制器会会控制卷扬机下降气囊本体100，并控制遮挡组件300关闭一部分，从而降低风力发电机组的功率。
本实施例的可选方案中，气囊本体100上设置有WIFI中继器。
在气囊本体100上设置由WIFI中继器，从而实现区域无线WIFI大范围覆盖。
本实施例的可选方案中，遮挡组件300包括固定轴301、遮挡板302、同步驱动杆303和关节轴承拉杆304；固定轴301与遮挡板302枢接，固定轴301与同步驱动杆303固定连接；相邻两同步驱动杆303通过关节轴承拉杆304连接。
具体的，遮挡组件300包括固定轴301、遮挡板302、同步驱动杆303和关节轴承拉杆304，当需要对遮挡组件300进行开合时，同步驱动杆303会在动力源的带动下转动，从而带动遮挡板302转动，完成开合。
其中，两两相邻的同步驱动杆303之间通过关节轴承拉杆304连接，通过关节轴承拉杆304的设置，能够完成多个同步驱动杆303的同步运动。
本实施例的可选方案中，遮挡组件300包括固定圆环310、旋转环320、多个挡片330和多个连接杆340；固定圆环310与支架130固定连接，旋转环320套设在固定圆环310外侧；挡片330一端与固定圆环310铰接，另一端与连接杆340铰接，连接杆340远离挡片330的一端与旋转环320铰接。
具体的，遮挡组件300包括固定圆环310、旋转环320、多个挡片330和多个连接杆340，固定圆环310和支架130固定连接，旋转环320套设在固定圆环310上，且旋转环320在动力源的带动下可以转动，挡片330呈花瓣状，且挡片330的一角与固定圆环310枢接，相邻的一角枢接有连接杆340，连接杆340远离挡片330的一端与旋转环320枢接；当旋转环320转动时，会带动连接杆340动，连接杆340会带动挡片330转动，从而使多个挡片330分开，继而使风道120畅通。
其中，挡片330设置5个，5个挡片330组合形成圆盘。
本实施例的可选方案中，气囊本体100外表面镀有铝膜，且气囊本体100为多个独立气囊连接而成；气囊本体100为氦气囊。
具体的，气囊本体100外表面镀有铝膜，以提高气囊本体100的强度，提高气囊本体100的使用寿命。
而且，气囊本体100是由多个独立气囊拼接而成的，进一步提高气囊本体100的耐用性和使用寿命。在特殊环境下单个气囊发生泄漏，气囊本体100依然能够正常工作。
具体的，气囊本体100为氦气囊。
同时，根据实时风速的不同，控制器会进行处理，然后控制补气软管对独立的气囊进行补气，控制各个气囊的气压使整个风力发电机组的浮力维持在一定的范围，保证气囊本体100外形为最优气动外型，减少无谓的风能损耗，根据风速参数设置不同的气囊压力调节风机的整体升力和重心，使风机处于最佳工作状态。
本实施例的可选方案中，风力发电机组包括直流永磁发电机210和多个风力涡轮机220；风力涡轮机220通过磁悬浮轴承与支架130连接，两两风力涡轮机220之间设置有导向静叶栅。
具体的，风力发电机组包括直流永磁发电机210和多个风力涡轮机220。其中多个风力涡轮机220的轴线重合。
具体的，风道120内安装有3－5组风力涡轮机220，驱动在入口侧布置的直流永磁发电机210，转动轴承和推力轴承采用磁悬浮轴承，增加寿命减小阻力和磨损损耗。
并且风力涡轮机220之间配置导向静叶栅以提高风能利用率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，包括：风力发电机组、用于带动所述风力发电机组悬空的气囊本体、至少一根设置在建筑物上用于导电的线缆和控制器；
所述气囊本体呈环状，且所述气囊本体外轮廓呈水滴状，所述气囊本体上设置有用于使所述气囊本体自动迎风的尾翼；
所述气囊本体的中心区域设置有风道，所述风道内设置有支架，所述风力发电机组设置在所述支架上，所述风力发电机组迎风面设置有遮挡组件，所述支架上设置有用于驱动所述遮挡组件开合的动力源；
所述风力发电机组和所述气囊本体均与所述线缆连接；
所述风力发电机组和所述动力源均与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述线缆上设置有用于为所述气囊本体供气的补气软管；
所述补气软管一端与所述气囊连接，另一端与气源连接。
3.根据权利要求2所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述补气软管与所述气囊本体的连接处设置有气压传感器，所述气压传感器与所述控制器连接。
4.根据权利要求1所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述风道的直径从所述风力发电机组的迎风面向背风面逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述线缆远离所述气囊本体的一端与卷扬机连接，所述卷扬机与所述控制器连接。
6.根据权利要求1所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述气囊本体上设置有振动传感器和温度传感器；
所述振动传感器和所述温度传感器均与所述控制器连接。
7.根据权利要求1所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述气囊本体上设置有WIFI中继器。
8.根据权利要求1所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述遮挡组件包括固定轴、遮挡板、同步驱动杆和关节轴承拉杆；
所述固定轴与所述遮挡板枢接，所述固定轴与所述同步驱动杆固定连接；
相邻两所述同步驱动杆通过所述关节轴承拉杆连接。
9.根据权利要求1－8任一项所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述气囊本体外表面镀有铝膜，且所述气囊本体为多个独立气囊连接而成；
所述气囊本体为氦气囊。
10.根据权利要求1－8任一项所述的分散式悬浮风力发电系统，其特征在于，所述风力发电机组包括直流永磁发电机和多个风力涡轮机；
所述风力涡轮机通过磁悬浮轴承与所述支架连接，两两所述风力涡轮机之间设置有导向静叶栅。
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2018
- 2018-08-07 CN CN201810890461.9A patent/CN109306937B/zh active Active
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