CN116886006A - 悬浮发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种悬浮发电系统，其包括发电系统以及输电系统，所述发电系统包括两个以上第一浮体、发电装置以及第一拉线组，所述第一浮体内填充有密度小于空气的气体；相邻的所述第一浮体沿水平方向和/或竖直方向连接，形成一个主浮体阵列；发电装置连接至所述主浮体阵列；第一拉线组包括两个以上第一拉线，每一个所述第一拉线的一端连接至所述主浮体阵列，其另一端连接至地面；电缆的一端连接至所述主浮体阵列，每一个所述发电装置电连接至所述电缆，以解决现有的发电设备体积大，导致发电量较大时发电设备安装空间不足的技术问题。

Description

悬浮发电系统

技术领域

本申请涉及风力发电机技术领域，具体涉及一种悬浮发电系统。

背景技术

目前以风电、光伏为代表的清洁能源对石化能源的替代是大势所趋，传统能源向新能源的转型势在必行！然而，随着光伏、风电的大规模建设，两个产业的发展瓶颈也日益显现。

光伏发电的原理是光生伏特效应，需要用面积换能量，然而光伏发电的能量密度很低，实际工程中只能达到100瓦/平方米。风力发电的原理是将风的机械能转化为电能的电磁原理。风功率与风速的三次方成正比，而风速与高度成正比，随着高度的增加风功率指数级增长。为了提高风资源质量，风电设备需不断提高塔筒高度。目前，陆上风电世界最大塔筒高度已达到200米，国内最大170米，桨叶最大长度达到128米，施工和运输能力已接近极限，工程成本指数增长。

因此现有技术中光伏发电需要用面积换数量，其问题是能量密度低，占地面积大；风力发电需要用高度换质量，其问题是低空资源差，设备体积大。

发明内容

本申请提供一种悬浮发电系统，以解决现有的发电设备体积大，导致发电量较大时发电设备安装空间不足的技术问题。

本申请提供一种悬浮发电系统，包括发电系统以及输电系统，所述发电系统包括两个以上第一浮体、发电装置以及第一拉线组，所述第一浮体内填充有密度小于空气的气体；相邻的所述第一浮体沿水平方向和/或竖直方向连接，形成一个主浮体阵列；发电装置连接至所述主浮体阵列；第一拉线组包括两个以上第一拉线，每一个所述第一拉线的一端连接至所述主浮体阵列，其另一端连接至地面；电缆的一端连接至所述主浮体阵列，每一个所述发电装置电连接至所述电缆。

可选的，所述输电系统还包括辅助浮体阵列以及至少一个第二拉线组，辅助浮体阵列其连接至所述电缆的外侧；每一个所述第二拉线组连接至一个所述辅助浮体阵列，并包括两个以上第二拉线，使得所述第二拉线的一端连接至该辅助浮体阵列，其另一端连接至地面；其中，每一个所述辅助浮体阵列包括两个以上第二浮体，相邻的所述第二浮体沿水平方向和/或竖直方向连接；所述第二浮体内填充有密度小于空气的气体。

可选的，所述电缆被所述辅助浮体阵列分隔为两个以上缆段，一个所述辅助浮体阵列的浮力大于或等于其上方一个所述缆段的重力。

可选的，所述第一浮体为一个中空的棱柱或圆柱，相邻的所述第一浮体能够沿其径向和/或轴向连接，形成一个所述主浮体阵列；所述第二浮体为一个中空的棱柱或圆柱，相邻的所述第二浮体能够沿其径向和/或轴向连接，形成一个所述辅助浮体阵列。

可选的，相邻的所述第一浮体通过第一链接组件固定，所述第一链接组件包括第一插头以及第一插座，每一个所述第一插头连接至所述第一浮体的一个顶点处；第一插座沿其中心线环形阵列式开设第一插槽，每一个所述第一插头可拆卸式连接至一个所述第一插槽；所述第一插槽的开口位于同一平面内，使得沿水平方向连接的所述第一浮体的端面共面；其中，至少一个所述第一链接组件中的所述第一插座连接至所述电缆；

相邻的所述第二浮体通过第二链接组件固定，所述第二链接组件包括第二插头以及第二插座，每一个所述第二插头连接至所述第二浮体的一个顶点处；第二插座沿其中心线环形阵列式开设第二插槽，每一个所述第二插头可拆卸式连接至一个所述第二插槽；两个以上所述第二插槽分别位于两个平行的平面内，使得沿竖直方向相邻连接的所述第二浮体连接至同一所述第二插座，且沿水平方向连接的所述第二浮体的端面共面设置；其中，至少一个所述第二链接组件中的所述第二插座套在所述电缆的外侧。

可选的，所述第一插座为球体，所述第一插座由其表面沿径向开设所述第一插槽，所述第一插槽沿所述第一插座的周向等间距分布，且所述第一插槽的开口处位于同一横截面内；所述第二插座为球体，所述第二插座由其表面沿径向开设所述第二插槽，所述第二插槽沿所述第二插座的周向等间距分布，且两个以上所述第二插槽的开口处分别位于两个平行的横截面内。

可选的，悬浮发电系统还包括两个以上系留点，系留点固定至地面，每一个所述第一拉线的底端连接至一个所述系留点，且每一个所述第二拉线的底端连接至一个所述系留点；其中，所述主浮体阵列在地面的正投影中心与所述系留点的距离相同。

可选的，所述悬浮发电系统包括两个以上所述辅助浮体阵列，所述辅助浮体阵列沿所述电缆的长度方向等间距分布。

可选的，所述第一浮体还包括固定柱，固定柱沿所述第一浮体的高度方向穿过所述第一浮体，且其两端部伸出至所述第一浮体的外部。

可选的，所述发电装置包括风力发电机，所述风力发电机通过挂载平台连接至所述主浮体阵列；所述风力发电机包括发电机体、叶片支架以及两个以上风机叶片，发电机体连接至所述主浮体阵列；叶片支架连接至所述发电机体的转子；两个以上风机叶片连接至所述叶片支架的侧壁，所述风机叶片环绕所述叶片支架的中心轴线转动，使得所述叶片支架能够驱动所述发电机体的转子转动；其中，所述风机叶片为达里厄式叶片。

可选的，所述第一浮体沿水平方向和竖直方向连接，形成两层以上的所述主浮体阵列，定义所述主浮体阵列非最底层的部分为悬浮阵列；每一个所述风力发电机连接至所述悬浮阵列中的一个所述第一浮体，且所述发电机体连接至该所述第一浮体的底端。

可选的，所述发电装置包括太阳能电池组件，所述太阳能电池组件连接至所述所述主浮体阵列的顶端。

可选的，悬浮发电系统还包括地面设备，所述电缆的底端电连接至所述地面设备；其中，所述地面设备为储能设备、用电设备或国家电网。

可选的，所述第一拉线与地面的夹角范围为15度~75度。

本申请提供一种悬浮发电系统，其利用可以拼接组合的第一浮体组成一主浮体阵列，并将与其连接的发电装置悬浮至高空中，且发电装置电连接至电缆，可以将悬浮发电系统产生的电能经电缆输送至地面设备。由于每一个第一浮体为一个独立的单元，因而各个第一浮体可以单独工作、不会相互干扰，使得悬浮发电系统不会由于某一局部第一浮体的故障而受影响，因而悬浮发电系统具有稳定、高效的工作性能。同时各个组成部分可以拼接组合的悬浮发电系统可以实现快速地安装以及拆除，使其可以更好地应用于突发、短期的工作场景中。

利用主浮体阵列将发电装置悬浮至高空中，使得高空中的发电装置可以获得较好的高空资源，从而提高发电效率。由于主浮体阵列通过第一拉线组相对于地面被锚定，使得悬空发电系统实现大规模发电同时可以显著减小占地面积，从而更为合理地开发利用高空资源。同时，在地震、洪水等特殊的应用场景中，地面无法搭建现有的风力发电设备，由于悬浮发电系统通过主浮体阵列悬浮至高空中，同时第一拉线与地面连接处的安装要求较低，因此可以短期、快速地在特殊环境中搭建出上述悬浮发电系统。

当悬浮发电系统应用在大规模发电的工作场景时，电缆由于其长度、输电量等因素，使得其自身重量较大。辅助浮体阵列利用自身浮力平衡电缆的重力，显著降低了电缆与主浮体阵列的连接处的受力，从而避免电缆与主浮体阵列脱离，保证发电装置与电缆电传输时稳定性。同时第二拉线组可以对辅助悬浮阵列与电缆进行锚定，使得电缆姿态稳定，不会随风飘摆和翻转。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请提供的悬浮发电系统的结构示意图；

图2是本申请提供的悬浮发电系统中主浮体阵列的结构示意图；

图3是本申请提供的悬浮发电系统中第一浮体的结构示意图；

图4是本申请提供的悬浮发电系统中挂载平台的结构示意图；

图5是本申请提供的悬浮发电系统中第一浮体与风力发电机的结构示意图；

图6是本申请提供的另一实施例中悬浮发电系统中第一浮体与太阳能电池组件的结构示意图；

图7是本申请提供的悬浮发电系统中第一浮体的连接示意图；

图8是本申请提供的悬浮发电系统中第一插座的结构示意图；

图9是本申请提供的悬浮发电系统中辅助浮体阵列与电缆的连接示意图；

图10是本申请提供的悬浮发电系统中辅助浮体阵列的示意图；

图11是本申请提供的悬浮发电系统中第二浮体的连接示意图；

图12是本申请提供的悬浮发电系统中第二插座的结构示意图。

附图标记说明：

110、第一浮体；111、固定柱；112、挂载平台；113、第一插头；120、发电装置；121、发电机体；122、叶片支架；123、风机叶片；124、太阳能电池组件；200、第一插座；210、第一插槽；300、第一拉线；400、电缆；500、辅助浮体阵列；510、第二浮体；511、第二插头；600、第二插座；610、第二插槽；700、第二拉线；800、系留点。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。

本申请提供一种悬浮发电系统，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

请参阅图1，本申请提供一种悬浮发电系统，其为一种具有悬浮功能与发电功能的高空悬浮系统，该悬浮发电系统可以与各种类型的设备相结合，从而能够适用于多种应用场景。

请参阅图1，悬浮发电系统包括发电系统以及输电系统，其中发电系统包括主浮体阵列、发电装置以及第一拉线组，输电系统包括电缆400。主浮体阵列具有悬浮功能以及发电功能，第一拉线组包括两个以上第一拉线300，每一个第一拉线300的顶端固定连接至主浮体阵列，其底端固定至地面，因此第一拉线组可以对主浮体阵列形成锚定作用。

请参阅图1，电缆400的一端电连接至主浮体阵列，其另一端电连接至地面设备，利用电缆400能够将主浮体阵列的电能传输至地面设备（图中未示出），上述地面设备可以为储能设备、用电设备或者国家电网。

请参阅图1和图2，主浮体阵列由两个以上第一浮体110沿水平方向和/或竖直方向连接形成的阵列结构。其中，多个第一浮体110沿水平方向依次连接可以形成单层的主浮体阵列；多个第一浮体110沿竖直方向依次连接，或者多个第一浮体110沿竖直方向与水平方向连接，可以形成多层的主浮体阵列。本申请中多层的主浮体阵列中不同层中第一浮体110数量可以相同，也可以不同。

该第一浮体110内填充有密度小于空气的气体，本申请中第一浮体110的内部可以填充氦气。根据阿基米德浮力原理，第一浮体110的承载重量取决于其内部气体质量与同等体积下空气质量之差，即第一浮体110内外气体的密度差。本申请第一浮体110的材质可以选用高压聚乙烯材料，同时利用高周波热熔焊接工艺制备上述第一浮体110。

请参阅图2，发电装置120连接至主浮体阵列的顶端和/或底端，用以实现发电功能。上述发电装置120可以连接至组合后的主浮体阵列的顶端和/或底端，也可以连接至单独的第一浮体110的顶端和/或底端。

请参阅图2、图5和图6，发电装置120包括风力发电机和/或太阳能电池组件124，上述风力发电机可以设置于主浮体阵列的底端，也可以设置在一个第一浮体110的底端。上述太阳能电池组件124可以设置在主浮体阵列的顶端。本申请中以风力发电机设置在一个第一浮体110的底端的方案进行示例。

请参阅图2和图3，第一浮体110可以为一中空的棱柱或圆柱结构，便于相邻的第一浮体110沿其径向和/或轴向连接，从而将单个的第一浮体110连接为一主浮体阵列。本申请中第一浮体110为中空的棱柱结构，便于相邻的第一浮体110固定，同时也便于将发电装置120连接至主浮体阵列。相邻的第一浮体110沿其径向连接时，两个第一浮体110相对的侧壁能够贴合。相邻的第一浮体110沿其轴向连接时，为避让风力发电机，上方第一浮体110的底面与下方第一浮体110的顶面相距一距离，两第一浮体110相对的顶点处设置有支撑柱，以增加相邻第一浮体110连接时的稳定性。

请参阅图3-图5，每一个第一浮体110还包括固定柱111，固定柱111沿第一浮体110的高度方向穿设过该第一浮体110，且其两端部伸出至第一浮体110的外部，并且第一浮体110的两端部与固定柱111的外侧壁固定连接。由于第一浮体110的材质为柔性的高压聚乙烯材料，因而利用刚性的固定柱111穿过并固定第一浮体110，可以保持第一浮体110轴向的形状，避免第一浮体110因填充气体而改变其形状，减小第一浮体110在高空中的形变。

请参阅图2-图5，本申请中风力发电机通过一挂载平台112连接至第一浮体110的底端，以便于发电装置120与第一浮体110相固定。该挂载平台112连接至固定柱111的底端，且挂载平台112的中心轴线与固定柱111的中心轴线相重合。发电装置120利用固定柱111与挂载平台112连接至第一浮体110，使得发电装置120可以通过固定柱111向第一浮体110施加作用力，由于固定柱111的两端固定至第一浮体110的两端面，因而能够将该作用力较为均匀地分散至第一浮体110的上表面以及下表面，使得第一浮体110的两端面可以均匀地承受发电装置120的重量。

本申请中为减轻第一浮体110的重量，上述固定柱111为一中空的柱体，且固定柱111与挂载平台112的材质均为碳纤维。挂载平台112的上表面突出设有一连接管，上述固定柱111的底端可以插设至连接管的内部，并利用两个穿设方向相垂直的螺栓锁定固定柱111与连接管，为保证固定柱111与挂载平台112连接的稳定性，本申请中可以沿连接管的轴向设置多组方向垂直的上述螺栓。

请参阅图1-图5，第一浮体110沿水平方向和竖直方向连接，形成两层以上的主浮体阵列，定义主浮体阵列非最底层的部分为悬浮阵列，即悬浮阵列包括至少一层的第一浮体110。每一个风力发电机连接至悬浮阵列中的一第一浮体110，且发电机体121连接至该第一浮体110的底端。每一个风力发电机电连接至电缆400，使得风力发电机产生的电能可以利用电缆400传输至地面设备。由于风功率与风速的三次方成正比，同时风速与高度成正比，因而随着风力发电机高度的增加，风功率指数级增长。

请参阅图5，风力发电机包括发电机体121、叶片支架122以及两个以上风机叶片123，其中发电机体121包括壳体、定子以及转子，定子与转子均设置在壳体的内部，利用定子与转子的相对运动可以产生电能。叶片支架122固定至发电机体121的转子，同时风机叶片123连接至叶片支架122的外侧壁。当风机叶片123被驱动沿叶片支架122的中心轴线旋转时，风机叶片123可以带动叶片支架122同步地转动，使得叶片支架122可以驱动发电机体121的转子运动，并产生电能。

叶片支架122的中心线与发电机体121的中心线重合，以保证风力发电机的安全性以及稳定性。风机叶片123为达里厄式叶片，使得其在各个方向都可以极大限度地吸收风能，完全不需要考虑对风问题。达里厄式叶片为垂直轴风机叶片123，垂直轴风力发电机受到紊乱气流的干扰小，试验显示风力发电机之间相距风轮的4倍时能够最大程度地吸收风能，使得主浮体阵列内可以实现风力发电机的密集排布。

为实现轻量化设计，本申请中叶片支架122以及风机叶片123的材质优选碳纤维，同时发电机体121中除定子、转子采用铜芯之外，其余部分的材质优选碳纤维。

相较于现有技术中的风力发电设备，塔筒的高度需要受限于强度、风力、运输、安装以及占地空间等多种因素，使得设置在塔筒顶部的叶片处于风力资源较差的低空高度中。本申请中利用悬浮在高空中的第一浮体110承载风力发电机，使得风力发电机可以获得较好的高空资源，可以提高风力发电机的发电效率；同时第一浮体110组成的主浮体阵列可以组合拼接，从而降低了制造、运输以及装配的成本以及难度。

在另一实施例中，请参阅图1-图6，发电装置120包括太阳能电池组件124，上述太阳能电池组件124固定至主浮体阵列的顶端，同时每一个太阳能电池组件124电连接至电缆400，使得太阳能电池组件124产生的电能利用电缆400传输至地面设备。利用悬浮在高空中的第一浮体110承载太阳能电池组件124，既能够利用光伏发电替代化石能源，同时也能够减小占地面积。

本申请中发电方式可以为天空风力发电、天空光伏发电以及天空风光互补发电。当发电方式为天空风力发电时，每一个浮体的底部设置一风力发电机；当发电方式为天空光伏发电时，每一个浮体的顶部设置至少一个太阳能电池组件124；当发电方式为天空风光互补发电时，每一个浮体的底部设置一风力发电机，且其顶部设置有太阳能电池组件124。

请参阅图7和图8，相邻的第一浮体110通过第一链接组件固定连接，使得多个第一浮体110可以连接形成主浮体阵列。该第一链接组件包括第一插头113以及与其适配的第一插座200，每一个第一浮体110的一个顶点处设置有一个第一插头113，同时第一插座200位于多个第一浮体110之间，使得相邻第一浮体110顶点处的第一插头113共同连接至第一插座200，从而利用第一插座200固定相邻的第一浮体110。由于全部的第一浮体110的顶点处固定第一插头113，使得多个第一浮体110可以按照相同的工艺进行加工，无需考虑相邻的第一浮体110之间的匹配问题，从而可以提高第一浮体110的制备效率，方便固定相邻的第一浮体110。

请参阅图7和图8，第一插座200上开设有若干第一插槽210，上述第一插槽210沿第一插座200的中心线环形分布，全部的第一插槽210的开口均位于同一平面内，即第一插槽210的开口处的开设高度一致。每一个第一插头113可拆卸式连接至一第一插槽210，使得沿水平方向排布的第一浮体110可以通过第一插座200依次连接，位于相邻第一浮体110的邻近顶点处的第一插头113可以共同连接至第一插座200的不同第一插槽210内。由于第一插槽210的开口均位于同一平面内，沿水平方向连接的第一浮体110的端面均共面设置，从而使得同一层中第一浮体110的高度保持一致，主浮体阵列排布地更为规整、牢固。

请参阅图1-图7，两个以上的第一浮体110通过多组第一链接组件相互固定，由于电缆400的一端连接至主浮体阵列，因而至少一个第一链接组件中的第一插座200可以连接至电缆400，以实现电缆400与主浮体阵列的相对固定。本申请中位于主浮体阵列中部的第一插座200贯穿式设有第一通孔，电缆400的端部可以穿过第一通孔，并与第一通孔的内壁相固定，使得主浮体阵列与电缆400相对固定。

当主浮体阵列包括两层以上的第一浮体110时，每一层的第一浮体110分别通过第一链接组件相互固定，则每一层中至少一个第一链接组件中的第一插座200可以套设至电缆400的外侧，以增加主浮体阵列与电缆400的固定点，提高悬浮发电系统的稳定性以及安全性。

请参阅图7和图8，第一插座200为球体结构，使其能够被设于多个第一浮体110之间，第一插座200由其表面沿径向开设上述第一插槽210，使得第一插头113可以沿第一插座200的径向固定至第一插槽210的内部。由于第一插座200设于多个第一浮体110之间，且不同第一浮体110的顶点处的第一插头113可以分别连接至该第一插座200的不同第一插槽210内，因而第一插槽210沿第一插座200的径向开设，方便第一插头113插设进第一插槽210内，同时也能够节省安装空间，使得相邻的第一浮体110排布地更加紧密。

请参阅图7和图8，每一个第一插座200上的第一插槽210沿其周向等间距分布，以便于能够与环布的第一浮体110一一对应连接，使得第一浮体110的排布更为规整。同时第一插槽210的开口处位于同一横截面内，使得相邻的第一浮体110的高度保持一致。

当第一浮体110的底部设置风力发电机时，同一层的第一浮体110可以通过第一链接组件相互固定，不同层的第一浮体110之间的距离稍大，不便于通过第一链接组件直接固定，因此本申请中一第一插座200中多个第一插槽210的开口处位于同一横截面内，以便于利用该第一插座200固定同一层的第一浮体110。

请参阅图7和图8，第一插头113与第一插座200可以通过卡接、螺栓等多种方式实现可拆卸连接。例如，第一插头113的端部开设一卡槽，第一插座200的端部开设一限位槽，第一插座200位于该限位槽内设有按键、弹性件以及卡块，其中按键可滑动式连接至限位槽内，且按键与限位槽的底端之间设置有弹性件，上述弹性件优选弹簧，弹簧的两端分别固定至按键以及限位槽内，以使得弹簧处于被压缩的状态。卡块突出设置于按键朝向第一插槽210的侧壁上，当第一插头113插设至第一插槽210内部时，卡块能够嵌设至卡槽的内部，以使得第一插头113被固定至该第一插槽210内。当按压按键时，按键可以驱动卡块与卡槽脱离，使得第一插头113能够从第一插槽210内拔出。上述第一插头113与第一插座200的连接方式仅为示例，不对保护范围进行限制。

请参阅图1，第一拉线组的一端连接至主浮体阵列，同时第一拉线组包括两个以上第一拉线300，因而全部的第一拉线300的顶端均连接至主浮体阵列。第一拉线300可以向主浮体阵列施加一作用力，为使多个第一拉线300施加至主浮体阵列的作用力分布地更为均衡，避免产生弯矩等附加作用力，本申请中第一拉线300与主浮体阵列的连接处高度一致，即第一拉线300连接至同一层的第一浮体110上。

多个第一拉线300的长度一致，且第一拉线300与地面之间的夹角相同，使得各个第一拉线300作用于主浮体阵列上的作用力的大小保持一致。每一个第一拉线300向主浮体阵列施加沿拉线方向倾斜向下的拉力，该拉力可以被分解为一个沿竖直方向向下的竖直作用力以及一个沿水平方向并远离主浮体阵列的水平作用力。多个第一拉线300等间距地连接至主浮体阵列，使得主浮体阵列在上述第一拉线组的作用下，在水平方向上受力均衡，并形成位置锚定。同时，多个第一拉线300分别向主浮体阵列施加一竖直向下的分力，使得竖直方向的合力与主浮体阵列向上的浮力相平衡，使得其在竖直方向上受力均衡，并形成高度锚定。利用多个第一拉线300向主浮体阵列施加拉力，使得主浮体阵列可以保持姿态稳定，不会随风飘摆和翻转，从而提高悬浮发电系统的稳定性以及安全性。

请参阅图1，第一拉线300与地面的夹角范围为15度~75度，通过预设的主浮体阵列的漂浮高度，可以根据使用要求合理设计第一拉线300的长度，以及第一拉线300与地面的夹角范围等参数。

请参阅图1，根据主浮体阵列在地面上的正投影形状，在地面上设置两个以上系留点800，上述系留点800与第一拉线300相对应，每一个第一拉线300的顶端连接至主浮体阵列，其底端连接至一系留点800。本申请中主浮体阵列在地面的正投影中心与各个系留点800之间的距离相同，使得各个第一拉线300施加在主浮体阵列上的作用力更为均衡，从而保证主浮体阵列在各个方向上的锚定效果。

请参阅图1，悬浮发电系统还包括至少一个辅助浮体阵列500以及至少一个第二拉线组，辅助浮体阵列500固定至电缆400的外侧壁，用以向电缆400施加一向上的拉力。每一个辅助浮体阵列500包括两个以上第二浮体510，该第二浮体510内填充有密度小于空气的气体，本申请中第二浮体510的内部可以填充氦气。相邻的第二浮体510可以沿水平方向和/或竖直方向连接，并形成一辅助浮体阵列500。由于第二浮体510内外气体的密度差，第二浮体510能够将其浮力施加至电缆400上，用以平衡电缆400自身的重力。

请参阅图1，由于电缆400设于主浮体阵列与地面设备之间，因而电缆400的长度较长，同时电缆400自身的重量也较大。辅助浮体阵列500连接至电缆400的外壁，使得电缆400被分隔为两个以上缆段，每一个辅助浮体阵列500的浮力大于或等于其上方一对应缆段的重力，使得辅助浮体阵列500可以按照分段承接的方式承载电缆400。当悬浮发电系统包括多个辅助浮体阵列500时，辅助浮体阵列500沿电缆400的长度方向排列，其可以等间距排布，也可以根据需要设计各个辅助浮体阵列500之间的距离。本申请中各个辅助浮体阵列500中第二浮体510的数量相同，且每一个缆段的距离相同，以便于多个辅助浮体阵列500与电缆400的装配。

请参阅图1和图2，由于电缆400的一端与主浮体阵列连接，每一个发电装置120（请参阅图2）电连接至电缆400的端部，悬空发电系统所发的全部电力经电缆400传输至地面设备，同时主浮体阵列的悬浮高度越高，其高空资源越好，使得电缆400的长度较长且其重量较大，从而导致电缆400与主浮体阵列的连接处需承受较大的拉力，使得电缆400与主浮体阵列易脱落。悬浮发电系统利用多个辅助浮体阵列500对电缆400的多个缆段进行分段承载，使得每一个辅助浮体阵列500施加至其上方一个缆段的拉力与该缆段的重力相均衡，因此利用辅助浮体阵列500承载电缆400，可以减小电缆400自身重力对悬浮发电系统的不良影响，使得电缆400与主浮体阵列连接处不承受拉力的作用，可以避免电缆400与主浮体阵列的连接处脱离，保证悬浮发电系统的稳定性。同时利用多组辅助浮体阵列500对电缆400进行分段承载，可以减小每一组辅助浮体阵列500的体积，降低制备、运输以及装配的成本以及难度；也可以根据悬浮高度的要求合理化设计辅助浮体阵列500的排布数量，使得悬浮发电系统可以适用于多种场景。

请参阅图1-图9，每一个第二拉线组对应连接至一辅助浮体阵列500，使得辅助浮体阵列500在水平方向以及竖直方向形成锚定，避免电缆400在高空中发生偏移、摇晃，提高悬浮发电系统运行的安全性。

每一个第二拉线组包括两个以上第二拉线700，第二拉线700的一端连接至该辅助浮体阵列500，第二拉线700的另一端连接至地面，使得第二拉线700可以向辅助浮体阵列500施加一拉力，该拉力可以被分解为一个沿竖直方向向下的竖直作用力以及一个沿水平方向并远离辅助浮体阵列500的水平作用力。多个第二拉线700等间距地连接至辅助浮体阵列500，使得辅助浮体阵列500在水平方向以及竖直方向受力均衡，形成位置锚定以及高度锚定。

每一个第二拉线组中多个第二拉线700的底端分别连接至一系留点800，本申请中同一第二拉线组中各个第二拉线700等间距地连接至一辅助浮体阵列500的不同位置，并连接至不同的系留点800处。第一拉线300的底端与第二拉线700的底端可以连接至同一系留点800，以便于悬浮发电系统的安装，当然第二拉线700与第一拉线300也可以链接至不同的系留点800。

当悬浮发电系统包括两个以上第二拉线组时，第二拉线组与辅助浮体阵列500并非一一对应关系，即第二拉线组的数量一般少于或等于辅助浮体阵列500的数量，可以将第二拉线组等间距地连接至对应的辅助浮体阵列500上。由于全部的辅助浮体阵列500均固定至电缆400的外壁，可以将全部的辅助浮体阵列500与电缆400视为一个整体，间隔设置的第二拉线组可以辅助电缆400在高空中保持稳定姿势，避免电缆400发生偏移、摇晃。

请参阅图10，第二浮体510为一中空的棱柱或圆柱，以便于相邻的第二浮体510可以沿其径向和/或轴向连接，从而形成辅助浮体阵列500。本申请中第二浮体510为一中空的棱柱，相邻的第二浮体510的相对侧壁可以贴合，以使得拼接后的辅助浮体阵列500具有较高的稳定性。

请参阅图11和图12，相邻的第二浮体510通过第二链接组件固定连接，该第二链接组件包括第二插头511以及与其适配的第二插座600，每一个第二浮体510的一顶点处设置一个第二插头511，同时第二插座600位于相邻的第二浮体510之间，使得相邻第二浮体510顶点处的第二插头511共同连接至第二插座600，从而可以利用第二插座600固定相邻的第二浮体510。由于全部第二浮体510的顶点处均固定有第二插头511，使得多个第二浮体510可以按照相同的工艺进行加工，无需考虑相邻的第二浮体510之间的匹配问题，从而可以提高辅助浮体阵列500的制备效率，方便相邻第二浮体510之间的固定。

请参阅图11和图12，第二插座600为一球体，使其能够被设于多个第二浮体510之间，第二插座600由其表面沿径向开设上述第二插槽610，方便第二插头511可以沿第二插座600的径向固定至第二插槽610的内部，同时也能够节省安装空间，使得相邻的第二浮体510排布地更加紧密。

请参阅图11和图12，第二插座600上开设有若干第二插槽610，上述第二插槽610沿第二插座600的中心线环形分布，全部的第二插槽610的开口分别位于两个平行的平面内，使得该第二插座600可以连接两层堆叠的第二浮体510，即开设于第二插座600上端的第二插槽610可以连接至上层的多个第二浮体510，同时开设于第二插座600下端的第二插槽610可以连接至下层的多个第二浮体510。

请参阅图11和图12，每一个第二插头511可拆卸式连接至一个第二插槽610，使得沿水平方向排布的第二浮体510可以通过第二插座600依次被连接，多个第二浮体510邻近顶点处的第二插头511可以共同连接至第二插座600的不同第二插槽610内。由于全部第二插槽610的开口分别位于两个平行的平面内，使得同一层中第二浮体510的高度保持一致，同时不同层中第二浮体510的第二插头511可以分别固定至该第二插座600的不同平面的第二插槽610内。

请参阅图11和图12，第二插头511与第二插座600可以通过卡接、螺栓等多种方式实现可拆卸连接，本申请中不做具体限制。

请参阅图1-图12，悬浮发电系统利用可以拼接组合的第一浮体110组成一主浮体阵列，主浮体阵列可以将设于其上的发电装置120悬浮至高空中，且发电装置120电连接至电缆400，可以将悬浮发电系统产生的电能经电缆400输送至地面设备。由于每一个第一浮体110为一独立的单元，因而各个第一浮体110可以单独工作、不会相互干扰，使得悬浮发电系统不会由于某一局部第一浮体110的故障而受影响，因而悬浮发电系统具有稳定、高效的工作性能。同时各个组成部分可以拼接组合的悬浮发电系统可以实现快速地安装以及拆除，使其可以更好地应用于突发、短期的工作场景中。

根据悬浮发电系统的具体应用场景可以合理设计第一浮体110的数量以及拼接方式，使得悬浮发电系统既可以适用于大规模的发电要求，也可以适用于洪水、地震等特殊场景的小规模的发电要求。

利用第一浮体110将发电装置120悬浮至高空中，从而避免现有技术中塔筒对发电装置120高度的限制，使得高空中的发电装置120可以获得较好的高空资源，从而提高发电效率。由于主浮体阵列通过第一拉线组相对于地面被锚定，使得悬空发电系统实现大规模发电同时可以显著显小占地面积，从而更为合理地开发利用高空资源。同时，在地震、洪水等特殊的应用场景中，地面无法搭建现有的风力发电设备，由于悬浮发电系统通过主浮体阵列悬浮至高空中，同时第一拉线300与地面连接处的安装要求远远低于塔筒的安装要求，因此可以短期、快速地在特殊环境中搭建出上述悬浮发电系统。

当悬浮发电系统应用在大规模发电的工作场景时，电缆400由于其长度、输电量等因素，使得其自身重量较大。辅助浮体阵列500利用自身浮力平衡电缆400的重力，显著降低了电缆400与主浮体阵列的连接处的受力，从而避免电缆400与主浮体阵列脱离，保证发电装置120与电缆400电传输时稳定性。同时第二拉线组可以对辅助悬浮阵列与电缆400进行锚定，使得电缆400姿态稳定，不会随风飘摆和翻转。

以上对本申请提供一种悬浮发电系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (14)

1.一种悬浮发电系统，其特征在于，包括发电系统以及输电系统，

所述发电系统包括：

两个以上第一浮体(110)，其内填充有密度小于空气的气体；相邻的所述第一浮体(110)沿水平方向和/或竖直方向连接，形成一个主浮体阵列；

发电装置(120)，其连接至所述主浮体阵列；以及

第一拉线组，其包括两个以上第一拉线(300)，每一个所述第一拉线(300)的一端连接至所述主浮体阵列，其另一端连接至地面；

所述输电系统包括：

电缆(400)，其一端连接至所述主浮体阵列，每一所述发电装置(120)电连接至所述电缆(400)。

2.根据权利要求1所述的悬浮发电系统，其特征在于，所述输电系统还包括：

辅助浮体阵列(500)，其连接至所述电缆(400)的外侧；以及

至少一个第二拉线组，每一个所述第二拉线组连接至一个所述辅助浮体阵列(500)，并包括两个以上第二拉线(700)，使得所述第二拉线(700)的一端连接至该辅助浮体阵列(500)，其另一端连接至地面；

其中，每一个所述辅助浮体阵列(500)包括两个以上第二浮体(510)，相邻的所述第二浮体(510)沿水平方向和/或竖直方向连接；所述第二浮体(510)内填充有密度小于空气的气体。

3.根据权利要求2所述的悬浮发电系统，其特征在于，

所述电缆(400)被所述辅助浮体阵列(500)分隔为两个以上缆段，一个所述辅助浮体阵列(500)的浮力大于或等于其上方一个所述缆段的重力。

4.根据权利要求2所述的悬浮发电系统，其特征在于，

所述第一浮体(110)为一个中空的棱柱或圆柱，相邻的所述第一浮体(110)能够沿其径向和/或轴向连接，形成一个所述主浮体阵列；

所述第二浮体(510)为一个中空的棱柱或圆柱，相邻的所述第二浮体(510)能够沿其径向和/或轴向连接，形成一个所述辅助浮体阵列(500)。

5.根据权利要求2所述的悬浮发电系统，其特征在于，

相邻的所述第一浮体(110)通过第一链接组件固定，所述第一链接组件包括：

第一插头(113)，每一个所述第一插头(113)连接至所述第一浮体(110)的一个顶点处；以及

第一插座(200)，沿其中心线环形阵列式开设第一插槽(210)，每一个所述第一插头(113)可拆卸式连接至一个所述第一插槽(210)；所述第一插槽(210)的开口位于同一平面内，使得沿水平方向连接的所述第一浮体(110)的端面共面；

其中，至少一个所述第一链接组件中的所述第一插座(200)连接至所述电缆(400)；

相邻的所述第二浮体(510)通过第二链接组件固定，所述第二链接组件包括：

第二插头(511)，每一个所述第二插头(511)连接至所述第二浮体(510)的一个顶点处；以及

第二插座(600)，沿其中心线环形阵列式开设第二插槽(610)，每一个所述第二插头(511)可拆卸式连接至一个所述第二插槽(610)；两个以上所述第二插槽(610)分别位于两个平行的平面内，使得沿竖直方向相邻连接的所述第二浮体(510)连接至同一所述第二插座(600)，且沿水平方向连接的所述第二浮体(510)的端面共面设置；

其中，至少一个所述第二链接组件中的所述第二插座(600)套在所述电缆(400)的外侧。

6.根据权利要求5所述的悬浮发电系统，其特征在于，

所述第一插座(200)为球体，所述第一插座(200)由其表面沿径向开设所述第一插槽(210)，所述第一插槽(210)沿所述第一插座(200)的周向等间距分布，且所述第一插槽(210)的开口处位于同一横截面内；

所述第二插座(600)为球体，所述第二插座(600)由其表面沿径向开设所述第二插槽(610)，所述第二插槽(610)沿所述第二插座(600)的周向等间距分布，且两个以上所述第二插槽(610)的开口处分别位于两个平行的横截面内。

7.根据权利要求2所述的悬浮发电系统，其特征在于，还包括：

两个以上系留点(800)，其固定至地面，每一个所述第一拉线(300)的底端连接至一个所述系留点(800)，且每一个所述第二拉线(700)的底端连接至一个所述系留点(800)；

其中，所述主浮体阵列在地面的正投影中心与所述系留点(800)的距离相同。

8.根据权利要求2所述的悬浮发电系统，其特征在于，

所述悬浮发电系统包括两个以上所述辅助浮体阵列(500)，所述辅助浮体阵列(500)沿所述电缆(400)的长度方向等间距分布。

9.根据权利要求1所述的悬浮发电系统，其特征在于，所述第一浮体(110)还包括：

固定柱(111)，其沿所述第一浮体(110)的高度方向穿过所述第一浮体(110)，且其两端部伸出至所述第一浮体(110)的外部。

10.根据权利要求1所述的悬浮发电系统，其特征在于，所述发电装置(120)包括风力发电机，所述风力发电机通过挂载平台(112)连接至所述主浮体阵列；所述风力发电机包括：

发电机体(121)，其连接至所述主浮体阵列；

叶片支架(122)，其连接至所述发电机体(121)的转子；以及

两个以上风机叶片(123)，其连接至所述叶片支架(122)的侧壁，所述风机叶片(123)环绕所述叶片支架(122)的中心轴线转动，使得所述叶片支架(122)能够驱动所述发电机体(121)的转子转动；

其中，所述风机叶片(123)为达里厄式叶片。

11.根据权利要求10所述的悬浮发电系统，其特征在于，所述第一浮体(110)沿水平方向和竖直方向连接，形成两层以上的所述主浮体阵列，定义所述主浮体阵列非最底层的部分为悬浮阵列；

每一个所述风力发电机连接至所述悬浮阵列中的一个所述第一浮体(110)，且所述发电机体(121)连接至该所述第一浮体(110)的底端。

12.根据权利要求1所述的悬浮发电系统，其特征在于，所述发电装置(120)包括太阳能电池组件(124)，所述太阳能电池组件(124)连接至所述主浮体阵列的顶端。

13.根据权利要求1所述的悬浮发电系统，其特征在于，还包括：

地面设备，所述电缆(400)的底端电连接至所述地面设备；

其中，所述地面设备为储能设备、用电设备或国家电网。

14.根据权利要求1所述的悬浮发电系统，其特征在于，所述第一拉线(300)与地面的夹角范围为15度~75度。