一种系留飞艇式高空风力发电系统

本发明主要涉及风力发电，具体涉及一种系留飞艇式高空风力发电系统。

背景技术：

1、高空风能是人类迄今开发利用得很少的新能源，这是一种储量丰裕、分布广泛的可再生清洁能源。高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍。高空风常年不息，而且风力稳定，在近地面数公里以内，离地面越高风力越大越稳定。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。

2、传统风电机组通过风轮把风的动能转变为机械能，当风吹向风轮时，风轮旋转将带动发电机进行转动，从而进行发电。风轮由塔架进行支撑，受限于材料的限制，塔架高度存在上限，无法利用高空中稳定的风能。地面风速存在间歇性和随机性，风电系统的发电能力无法得到有效的保障，当面临低风速情况时，风电机组甚至会停机，对电网的功率需求无法及时响应。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够获得超长时间滞空能力和较大的载重能力，实现高稳定性、低发电成本的高空风力发电的系留飞艇式高空风力发电系统。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种系留飞艇式高空风力发电系统，包括飞艇、吊舱和风力发电机组，所述飞艇的顶端装设有承重布，所述承重布的周侧通过绳索与吊舱相连，所述吊舱的底部通过系留绳与地面相连；所述吊舱内设有风通道，所述风通道的进风口呈扩口状，所述风力发电机组安装于所述风通道内。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、所述飞艇内部安装有气象探测仪和控制系统；所述气象探测仪与所述控制系统相连，所述气象探测仪用于检测来流风速和风向；所述控制系统根据来流风速和风向控制飞艇的状态，使得飞艇在风速变化的情况下始终面对来流风向。

6、所述承重布通过绳网绑定在飞艇上，承重布为一个整体性结构，在承重布前后两侧的末端均设置有挂环，所述吊舱上平面的两端设置有挂钩，所述绳索的两端分别与挂环和挂钩相连。

7、所述飞艇为充气式飞艇，内部充满氢气或氦气。

8、所述风力发电机组包括风机叶片、发电机和变流器；风机叶片经传动装置与发电机相连，所述发电机与变流器相连；风机叶片旋转，经传动装置带动发电机旋转进行发电，并通过变流器进行升压，最终由传输电缆输送至地面电网。

9、所述发电机为转轴式发电机，发电机转轴通过传动装置与风机叶片进行连接，风机叶片受风转动时带动发电机进行转动。

10、所述风机叶片形状为三叶片型或x型四叶片。

11、所述吊舱的下平面中心处设置有一个挂钩，通过系留绳与地面进行连接；或者所述吊舱下平面上设置多个挂钩，通过系留绳与地面进行连接。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于：

13、本发明的吊舱与飞艇顶端的承重布之间通过若干根绳索连接，吊舱与飞艇始终保持的相对静止的状态，可实现在风向变化的情况下只控制飞艇的状态就使风通道前端始终面向来流风向，保持最佳的发电效率；吊舱上方与设置在飞艇顶端的承重布由若干根绳索连接，以分散吊舱对飞艇的压力，增加系统的可靠性；其中风通道采用了扩口状的空气动力学结构，通过扩口状的风通道将来流风直接送到叶片前方，最大限度地降低气阻、有效减少风的湍流程度，提高风机的进气速率和气流稳定性，从而增加机组的发电量；本发明能够获得超长时间滞空能力和较大的载重能力，实现高稳定性、低发电成本的高空风力发电。

技术特征：

1.一种系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，包括飞艇(1)、吊舱(2)和风力发电机组(4)，所述飞艇(1)的顶端装设有承重布(5)，所述承重布(5)的周侧通过绳索(501)与吊舱(2)相连，所述吊舱(2)的底部通过系留绳(6)与地面相连；所述吊舱(2)内设有风通道(3)，所述风通道(3)的进风口呈扩口状，所述风力发电机组(4)安装于所述风通道(3)内。

2.根据权利要求1所述的系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，所述飞艇(1)内部安装有气象探测仪和控制系统；所述气象探测仪与所述控制系统相连，所述气象探测仪用于检测来流风速和风向；所述控制系统根据来流风速和风向控制飞艇(1)的状态，使得飞艇(1)在风速变化的情况下始终面对来流风向。

3.根据权利要求1所述的系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，所述承重布(5)通过绳网绑定在飞艇(1)上，承重布(5)为一个整体性结构，在承重布(5)前后两侧的末端均设置有挂环，所述吊舱(2)上平面的两端设置有挂钩，所述绳索(501)的两端分别与挂环和挂钩相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，所述飞艇(1)为充气式飞艇，内部充满氢气或氦气。

5.根据权利要求1或2或3所述的系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，所述风力发电机组(4)包括风机叶片(401)、发电机(403)和变流器(404)；风机叶片(401)经传动装置(402)与发电机(403)相连，所述发电机(403)与变流器(404)相连；风机叶片(401)旋转，经传动装置(402)带动发电机(403)旋转进行发电，并通过变流器(404)进行升压，最终由传输电缆输送至地面电网。

6.根据权利要求5所述的系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，所述发电机(403)为转轴式发电机，发电机(403)转轴通过传动装置(402)与风机叶片(401)进行连接，风机叶片(401)受风转动时带动发电机(403)进行转动。

7.根据权利要求5所述的系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，所述风机叶片(401)形状为三叶片型或x型四叶片。

8.根据权利要求1或2或3所述的系留飞艇式高空风力发电系统，其特征在于，所述吊舱(2)的下平面中心处设置有一个挂钩，通过系留绳(6)与地面进行连接；或者所述吊舱(2)下平面上设置多个挂钩，通过系留绳(6)与地面进行连接。

技术总结
本发明公开了一种系留飞艇式高空风力发电系统，包括飞艇、吊舱和风力发电机组，所述飞艇的顶端装设有承重布，所述承重布的周侧通过绳索与吊舱相连，所述吊舱的底部通过系留绳与地面相连；所述吊舱内设有风通道，所述风通道的进风口呈扩口状，所述风力发电机组安装于所述风通道内。本发明能够获得超长时间滞空能力和较大的载重能力，实现高稳定性、低发电成本的高空风力发电。

技术研发人员：黄守道,黄晟,陈威敏,黄晓辉,王鹏达
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5