CN201621011U - 悬浮于空气中的风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种悬浮于空气中的风力发电机，包括流浮体、带尾翼的电机仓，在电机仓的前端设置一风轮，电机仓内设有一低转速发电机，风轮通过一转轴与低转速发电机相连接，电机仓上面垂直固定一上空心套管，电机仓下面垂直固定一下空心套管，流浮体上设有上连杆，上连杆的下端套入上空心套管内，并在上连杆的下端与上空心套管连接处设有滚珠轴承I，一下连杆的上端套入下空心套管内，并在下连杆的上端与下空心套管连接处设有滚珠轴承II。其优点是：固定在海面的浮筒上或者固定在地面上，避免修建巨大的水下建筑，从而节约了资金，提高了海上风力发电项目的经济性。

Description

悬浮于空气中的风力发电机
技术领域
本实用新型涉及一种发电机，尤其涉及一种利用流浮体浮力提升风力发电机至适宜的轮毂高度，即节省基础土建费用，利于用高度优势获得优质风能资源的风力发电机。
背景技术
风的成因与变化主要有三个方面：
一、大气环流
风的形成是空气流动的结果。空气流动的原因是地球绕太阳运转，由于日地距离和方位不同，地球上各纬度所接受的太阳辐射强度也就各有差异。赤道和低纬度地区比极地和高纬度地区太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多，因而温度高，这种温差形成了南北间的气压梯度，在等压面向北倾斜，空气向北流动。
地球大气的运动，除受到气压梯度力的作用外，还受到地转偏向力的影响，地转偏向力在赤道为零，随着纬度的增高而增大，在极地达到最大。在此力的作用下，在北半球，气流向右偏转，在南半球，气流向左偏转。
由于地球表面受热不均，引起大气层中空气压力不均衡，因此，形成地面与高空的大气环流。各环流圈屈伸的高度，以赤道最高，中纬度次之，极地最低，这主要是由于地球表面增热程度随纬度增高而降低的缘故。这种环流在地球自转偏向力的作用下，形成了赤道到纬度30°N环流圈、纬度30°～60°N环流圈和纬度60°～90°N环流圈。
二、季风环流
在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季节变化，这种在一年内随着季节不同有规律转变风向的风，称为季风。
全球明显季风区主要在亚洲的东部和南部、东非的索马里和西非几内亚；季风区有澳大利亚的北部和东南部，北美的东南岸和南美的巴西东岸等地。
形成中国季风环流的因素很多，主要是由于海陆差异、行星风带的季节转换以及地形特征等综合形成的。
三、局地环流
局地环流包括海陆风和山谷风。
海陆风的形成与季风相同，也是由大陆与海洋之间的温度差异的转变引起的。不过海陆风的范围小，以日为周期，势力也相对薄弱。
由于海陆物理属性的差异，造成海陆受热不均，白天，陆上增温较海洋快，空气上升，而海洋上空气相对较低，使地面有风自海洋吹向大陆，补充大陆地区上升气流，而陆上的上升气流向海洋上空而下沉，补充海上吹向大陆的气流，形成一个完整的热力环流；夜间环流的方向正好相反，所以风从陆地吹向海洋。将这种白天从海洋吹向大陆的风称海风，夜间从陆地吹向海洋的风称陆风，将一天中海陆之间的周期性环流总称为海陆风。
山风和谷风总称为山谷风。山谷风的形成原理跟海陆风是类似的。白天，山坡接受太阳光热较多，空气增温较多；而山谷上空，同高度上的空气因离地较远，增温较少。于是山坡上的暖空气不断上升，并从山坡上空流向谷地上空，谷地的空气则沿山坡向山顶补充，这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流。下层风由谷底吹向山坡，称为谷风。到了夜间，山坡上的空气受山坡辐射冷却影响，空气降温较多；而谷地上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密度大，顺山坡流入谷地，谷地的空气因汇合而上升，并从上面向山顶上空流去，形成与白天相反的热力环流。下层风由山坡吹向谷地，称为山风。
风能是清洁而取之不尽的清洁能源，目前已经广泛开发，并网发电。但是由于风力发电机易受相互间扰流影响，行、列之间必须有一定的合理排布间距，需耗费巨大的土地资源，陆上可作为风电场使用的土地有限，未来风力发电发展方向主要为海上风电。海上由于海面粗糙度小，风速衰减小，风资源条件好，但是在海上开发风电场，海水水深大，海域水文气象条件复杂，土建费用大，施工难度大，工艺复杂。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种利用空气浮力将自身抬升到所需高度的风力发电机。
本实用新型通过下列技术方案解决上述技术问题：
一种悬浮于空气中的风力发电机，包括流浮体、带尾翼的电机仓，在电机仓的前端设置一风轮，电机仓内设有一低转速发电机，风轮通过一转轴与低转速发电机相连接，电机仓上面垂直固定一上空心套管，电机仓下面垂直固定一下空心套管，流浮体上设有上连杆，上连杆的下端套入上空心套管内，并在上连杆的下端与上空心套管连接处设有滚珠轴承I，一下连杆的上端套入下空心套管内，并在下连杆的上端与下空心套管连接处设有滚珠轴承II。
所述的下连杆与数根钢缆连接，钢缆固定在海面上的数个浮筒上或者固定在地面上。
所述的下连杆内空心，其中设有电缆，电缆与低转速发电机相连接。
本实用新型的优点是：利用空气、水体都是流体的特点，用流浮体(如氦气球、氢气球)将风力发电机提升至轮毂所需的高度，并用钢缆将风力发电机、流浮体，固定在海面的浮筒上或者固定在地面上，海面的浮筒又通过锚索固定在海底小型基础上，避免修建巨大的水下建筑，从而节约了资金，提高了海上风力发电项目的经济性。目前，大型空气流浮体是成熟的(如飞艇)、各种功率等级的风力发电机的制造工艺也相当成熟，本实用新型具一定的可行性。
限于空气密度较低，流浮体提升风力发电机的功率等级、自重需在经济合理范围内，但是海面上风资源条件好(70m高度年平均风速约8m/s左右)，风机效率高，相同机型同一轮毂高度的年发电小时数将优于陆上风电场。另外，广袤的海域，可供布置风机的空间资源广阔，本实用新型可阵列式布置在沿海滩涂或深水较大的海域，适合开发大规模海上风电场，并通过输变电设备传输至陆地电网；或者直接在海上利用电力，结合海水淡化工艺(如反渗透方法)制备淡水，并用电力电解水，取得氢气，在未来氢动力技术成熟并广泛运用后可直接为社会提供所需燃料。目前长距离、大跨度输变电技术已相当成熟；海水淡化制氢工艺在大规模火力发电厂中也已经成熟运用，故以上前景还是基本可行的，将会有良好的经济效益与社会效益。
附图说明
图1为维斯塔斯V27型225kW风力发电机风功率曲线；
图2为本实用新型的主视图；
图3为本实用新型的右视图。
图中标记说明
1——流浮体          2——风轮
3——低转速发电机    4——电机仓
5——尾翼            6——上空心套管
7——下空心套管      8——滚珠轴承
9——上连杆          10——下连杆
11——钢缆           12——浮筒
具体实施方式
如图2-3所示，一种悬浮于空气中的风力发电机，包括流浮体1、带尾翼5的电机仓4，在电机仓4的前端设置一风轮2，电机仓4内设有一低转速发电机3，风轮2通过一转轴与低转速发电机3相连接，电机仓4上面垂直固定一上空心套管6，电机仓4下面垂直固定一下空心套管7，流浮体1上设有上连杆9，上连杆9的下端套入上空心套管6内，并在上连杆9的下端与上空心套管6连接处设有滚珠轴承I，一下连杆10的上端套入下空心套管7内，并在下连杆10的上端与下空心套管7连接处设有滚珠轴承II。
所述的下连杆10与三根钢缆11连接，钢缆11固定在海面上的数个浮筒12上或者固定在地面上。
所述的下连杆10内空心，其中设有电缆，电缆与低转速发电机3相连接。
电机仓4与上空心套管6、下空心套管7一起可以不受钢缆11、流浮体1的束缚，绕上空心套管6、下空心套管7的管轴线自由转动。风轮2经气流推动，将转动动能转化为机械功，带动低速发电机3转动发电，电机仓4后部为尾翼5，起导流作用，使风轮2始终迎着气流工作。传输电力的电缆通过穿过连接钢缆的空心连杆，沿钢缆11，将发电机所发电力传输至水面电能处理设备。
风轮、发电机与尾翼组成的发电机构可以绕上、下连杆自由地定轴转动，自动对准风向。当气流推动风轮2，风轮2转动，带动低转速发电机3转动，从而发电，低转速发电机3所发的电通过电缆穿过下空心套管7与下连杆10，直至接到逆变器。在风向变化频繁的空中，该发电机的尾翼能起到导流的作用，通过尾翼5控制风轮2始终对准气流来的方向，上、下两个滚珠轴承8允许电机仓4、电机仓4上空心套管6、下空心套管7、尾翼3、风轮2组成的发电机构自由转动，通过尾翼5与滚珠轴承8的协同作用，达到风轮2自动迎流工作，而无需额外提供能量。
上述连接方式中，由于滚珠轴承8需承受较大的荷载，需针对本项目专门选取，或采用满足其功能的替代转向部件。
本实用新型充分利用空气作为流体的特性，使用充分大的流浮体1(如氦气球、氢气球)，利用流浮体1的浮力，克服流浮体1自重、风力发电装置的重力、系缆、电缆的重力，使风力发电机悬浮在适当的高度以获得较大的风速(风机风功率曲线见图1)，使之获得优良的发电效率(平均约达到30％以上的功率)，整套系统通过钢缆系在海面浮筒上，而浮筒又通过锚索锚固在海底，克服海上风力发电场风机立柱需修建巨型基础在技术、资金上困难。

Claims (3)

1.一种悬浮于空气中的风力发电机，包括流浮体、带尾翼的电机仓，其特征在于：在电机仓的前端设置一风轮，电机仓内设有一低转速发电机，风轮通过一转轴与低转速发电机相连接，电机仓上面垂直固定一上空心套管，电机仓下面垂直固定一下空心套管，流浮体上设有上连杆，上连杆的下端套入上空心套管内，并在上连杆的下端与上空心套管连接处设有滚珠轴承I，一下连杆的上端套入下空心套管内，并在下连杆的上端与下空心套管连接处设有滚珠轴承II。
2.根据权利要求1所述的悬浮于空气中的风力发电机，其特征在于：所述的下连杆与数根钢缆连接，钢缆固定在海面上的数个浮筒上或者固定在地面上。
3.根据权利要求1所述的带流浮体的风力发电机，其特征在于：所述的下连杆内空心，其中设有电缆，电缆与低转速发电机相连接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104895744A (zh) * 2015-06-18 2015-09-09 洛阳创知电子科技有限公司 一种漂浮式风力发电机
CN105041587A (zh) * 2015-08-25 2015-11-11 华中科技大学 一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统

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