飄飛式風力發(fā)電機

1、聯(lián)合聚風風力發(fā)電機組1 、引言風力發(fā)電的基本原理是利用自然風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)推動發(fā)電機發(fā)電，凡是符合基本原理的，以任何結(jié)構(gòu)、形態(tài)、方式設置的機型均是可行的。依據(jù)目前的風車技術(shù)大約達到每秒三米的微風速度便可開始發(fā)電，當然更大的風力可以形成更強的發(fā)電能力，而更高天空擁有的風力強度比低層天空更為強大、更為穩(wěn)定、更能持久；當然更多風機共同運行可以形成更多總體采風面積與電能來源，因此“積極、廣泛、大量、共同”采用眾多小直徑的三葉槳風輪所能形成的機組總體用風能力和出力轉(zhuǎn)換效率，會比只采用一個巨大直徑的三葉槳風輪更高，如果再使其形成聚風結(jié)構(gòu)與聚風效應就更加符合理想目標要求了。當前，現(xiàn)有的各種類型風電機組的

2、發(fā)電機及其一體化安裝的風輪均是建在固定塔架上，即：是由塔架支撐高舉的。大型風力發(fā)電機設在塔架上理所當然，因為其單機重量過于巨大，而將小型輕型發(fā)電機與輕小型的風輪也全部選擇設在塔架上的建設方式就顯得過于單一，況且將小型風力發(fā)電機設在塔架上所形成的建設安裝限制與應用能力不足之處很多，本文列舉了以下八個方面：不足之一：塔架安裝方式使風力發(fā)電機組的建設高度受到極大限制，使風輪難于采集利用到更高天空存在的更大、更穩(wěn)、更持久的風力。不足之二：建設塔架大幅度增加了設備材料和建設施工的綜合成本，尤其對于較高設計的塔架與較小設計的風機，其塔架所占用的機組整體綜合成本的比例就會更高。不足之三：建設塔架需要落地聳立

3、，因此其將受到建設地點地理環(huán)境（如:城市、河湖、道路、森林、山勢狀況, 等）的很大限制；也將受到建設地點社會環(huán)境（如：低矮風電機組林立塔架形成的景觀干擾、風輪轉(zhuǎn)動形成的視覺干擾、風輪葉片形成的噪音干擾, 等） 的很大限制，從而使其安裝應用的范圍也同樣受到極大限制。不足之四：在塔架頂部安裝風力機的方式難于或根本無法形成由上到下串聯(lián)排列的設置形態(tài)，因此其所能利用的乘風空間與乘風面積十分有限，這對于采用小直徑的風輪來講所形成的整體用風程度和投入產(chǎn)出效益低下的問題就更加嚴重。不足之五：設置在單一塔架上的機組，其結(jié)構(gòu)形態(tài)難于形成由左到右廣泛寬大與多樣化的排列設計（如：排列并列及使其相互之間形成聚風、聚能

4、結(jié)構(gòu)等），因此導致其橫向乘風空間與乘風面積同樣十分有限。不足之六：塔架設置一般需要風機安裝轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與尾翼等旋轉(zhuǎn)對風結(jié)構(gòu)，從而使機組結(jié)構(gòu)與控制需求增多。不足之七：建設在固定高空塔架上的機組使其建設安裝維護過程較為困難，成本較高。不足之八：當前對于所有風力發(fā)電機組來講，在海上建設高聳塔架均屬十分困難，尤其對于中小機組來講比較成本更高，導致得不償失，使其更難實現(xiàn)海上分散靈活建設。以上限制與不足的同義解釋是難于滿足所描述相對應方面的實現(xiàn)需求；而任何創(chuàng)新均是由需求與不足兩手共同推動的。2、飄飛風電機組技術(shù)簡介飄飛風力發(fā)電機、機組發(fā)明專利技術(shù)方案可全部解決上述難題，全部填補上述需求。其 “飄飛風力發(fā)電機”

5、（下簡稱：飄飛風電機）是由氣浮飄飛體與拉繩構(gòu)成的飄飛結(jié)構(gòu)部分和由風輪葉片與發(fā)電機構(gòu)成的風力發(fā)電機設備部分以多種不同結(jié)構(gòu)、多樣化相互配合形態(tài)一體化構(gòu)成，其形成的電力可滿足一般應用情況的需求；如果目標用戶需其電力滿足變成交流220V市電的穩(wěn)定電力應用，可由1-多個飄飛風力發(fā)電機與在地面（海面）上設置的充電器+蓄電瓶逆變器共同構(gòu)成“飄飛風力發(fā)電機組”（下簡稱：飄飛風電機組）的全部結(jié)構(gòu)與功效。氣浮飄飛體的功能之一是使其攜帶風輪葉片和發(fā)電機實現(xiàn)高空氣浮飄飛；功能之二是使上述氣浮飄飛體的體積形態(tài)可同時形成或排列、或聚風、 或串聯(lián)等多種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)，并且可與風力發(fā)電機設備共同形成多種不同結(jié)構(gòu)與形態(tài)的配合，

6、從而形成1+1>2 的優(yōu)異特征。其氣浮飄飛體是由類似飛艇等在封閉的容器內(nèi)進行氫氣、氦氣填充形成的可攜帶一定重量物體升空的封閉容器結(jié)構(gòu)體，其可形成特定設計的結(jié)構(gòu)，其還可與風力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)風輪形成緊密配合的結(jié)構(gòu)。在上述氣浮飄飛體上或在其支架上設置拉繩，或由多根排列拉繩構(gòu)成拉繩組，該拉繩或拉繩組可與在地面的固定建筑物、地面或海底特別設置的墜物、深埋于地下的墜物、特別建設的可旋轉(zhuǎn)的拉繩基礎(chǔ)或帶有可纏繞拉繩的基礎(chǔ)連接。拉繩可由地面（或海面）一處（1 根或 1組拉繩）構(gòu)成，其可使所連接的氣浮飄飛體隨時隨著與風力推動方向一致的一側(cè)方向側(cè)移；該拉繩也可由地面兩處向上延伸，形成雙向斜拉式結(jié)構(gòu)，其可使所連接的

7、氣浮飄飛體在兩點一線方向相對固定；該拉繩還可由地面三處或四處配合形成一體化連接配合的斜拉式結(jié)構(gòu)構(gòu)成， 其可使所連接的氣浮飄飛體在任何方向均不至于隨著風力推動方向發(fā)生位置的過大側(cè)移?？刹捎迷诶K的下端設置環(huán)繞收繩結(jié)構(gòu)，可隨時方便將天空的飄飛風力發(fā)電機進行地面回收、補氣、維修、維護。其風力發(fā)電機設備與現(xiàn)有的水平軸葉槳迎風旋轉(zhuǎn)式風力發(fā)電機大致相同，由水平軸葉槳迎風旋轉(zhuǎn)式風輪和臥式發(fā)電機配合構(gòu)成，飄浮風電機組采用的發(fā)電機外殼一般采用合金鋁等輕質(zhì)材料制造，可根據(jù)不同產(chǎn)品的需求形成不同系列規(guī)格、不同系列能力、不同安裝形態(tài)。氣浮飄飛體部分與風力發(fā)電機設備部分的相互多種不同結(jié)構(gòu)、相互多樣化的配合方式是構(gòu)成“飄

8、飛風力發(fā)電機”主體創(chuàng)新結(jié)構(gòu)、形態(tài)、功效的關(guān)鍵；其主要包括以下6 種基本設置形態(tài)或配合方式：簡單方式設置：單獨設置氣浮飄飛體，將風力發(fā)電機設備設置在氣浮飄飛體的上下、或左右兩側(cè)，或上下左右均對稱設置。橫縱排列設置：橫縱排列并列間隔設置2-多個氣浮飄飛體，將1-多個風力發(fā)電機設在各個相同形態(tài)的氣浮飄飛體的中間，各個橫向并列間隔設置的多個氣浮飄飛體可分別單獨（或共同）設置拉繩，從而形成拉繩組的結(jié)構(gòu)（見圖示1 ，其為橫向排列設置形態(tài)舉例，即：將1-多個風力發(fā)電機設在各橫向設置的各個氣浮飄飛體中間的俯視示意圖舉例）。聚風結(jié)構(gòu)設置：橫向或縱向并列間隔設置2-多個氣浮飄飛體，并將氣浮飄飛體與風力發(fā)電機葉片形

9、成緊密配合且具有聚風結(jié)構(gòu)的形態(tài)，再將1-多個風力發(fā)電機設備設置在氣浮飄飛體的中間，從而形成用氣浮飄飛體同時實現(xiàn)為各個風輪相互聚風的結(jié)構(gòu)；由上述上下串聯(lián)形態(tài)設置的氣浮飄飛體的中間，也可形成上下相互聚風的態(tài)勢（見圖示1 ） 。啞鈴形態(tài)設置：左右橫向或上下縱向?qū)飧★h飛體設置在排列風輪的兩側(cè)，在其中部并排設置2-多個旋轉(zhuǎn)風輪。傳動聚能設置：通過齒輪配合使多個旋轉(zhuǎn)風輪形成的動力集中傳遞到在中部設置的一個較大功率的發(fā)電機上，從而形成將各個分散風輪形成的小出力集中形成更大單機出力能力的聚能傳動設置?？v向串聯(lián)設置：可將上述或或或或的結(jié)構(gòu)設置方式分別進行上下串聯(lián)或左右并聯(lián)， 從而實現(xiàn)在同一拉繩組上一同形成更大

10、乘風面積的飄飛風力發(fā)電機設計形態(tài)，其是飄飛風力發(fā)電機最應該極力廣泛推廣采用的設置方式（如示意圖2 所示， 其是由左右排列、上下串聯(lián)形成的、乘風面積更大的飄飛風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)、功能、 形態(tài)側(cè)視宏觀效果示意圖）。以上列舉的為基本結(jié)構(gòu)形態(tài)，還可在與其大致相同或相似設計原理、形態(tài)、 方法的基礎(chǔ)上形成目標用戶需要的、更多規(guī)格形式的實際產(chǎn)品設計，或形成標準化、系列化的產(chǎn)品。因為上述”飄飛風力發(fā)電機”因風量、規(guī)格、面積、 能力的不同，故其輸出的電壓與電流是不穩(wěn)定的，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，然后用逆變電源把電瓶里的化學能轉(zhuǎn)變成交流 220V 市電才能保證穩(wěn)定使用，上述的飄飛風力發(fā)電機只是給電瓶（電池

11、）充電將電能貯存起來，因此人們最終使用的電功率的大小與采用的電瓶大小有更密切的關(guān)系，其還可與光電裝置配合形成風電與光電互補方式的應用。3、飄飛風電的形成優(yōu)勢飄飛風力發(fā)電機組發(fā)明專利技術(shù)有效地將中小型風力發(fā)電機組設在塔架上所形成的前述八大應用限制與能力不足轉(zhuǎn)變?yōu)榘舜笕聝?yōu)勢性能與優(yōu)勢能力，可對應前面的問題順序一一排解如下：優(yōu)勢之一：拉繩與氣浮飄飛體的配合方式可使風力發(fā)電機組的建設高度受到極大程度的解放，機組可方便采集利用到更高天空存在的更大風力，從而實現(xiàn)更大的效益。優(yōu)勢之二：如以相同材質(zhì)、規(guī)格的材料進行不同承重方式的對比，材料的壓撐能力與拉伸能力之間至少有百倍的差距,況且通過強化與改變材質(zhì)將使其

12、具有的拉伸能力會更強大；此外，風力對高空塔架形成的側(cè)向推力力矩與風力對地面拉繩基礎(chǔ)形成的斜拉力矩之間的差距也至少有百倍的差距；因此采用拉繩可大幅度減少安裝建設成本，尤其與超高塔架機組比較該比例就更低。優(yōu)勢之三：建設氣浮飄飛體拉繩基礎(chǔ)可方便借助現(xiàn)已存在的許多建筑物、天然石塊、巖石山體、 土地土壤作為飄飛風力發(fā)電機的固定墜物，從而更大程度地減少了建設施工與材料成本；其上部氣浮飄飛體和風力發(fā)電機設備實現(xiàn)的超高空間設置方式還將使風力發(fā)電設備對地面形成的“景觀干擾、視覺環(huán)境、噪音干擾”微乎其微，甚至基本消除，從而使其建設安裝應用的地理環(huán)境范圍、社會環(huán)境范圍的限制因素大幅度化解。優(yōu)勢之四：拉繩氣浮飄飛體安

13、裝方式可使風力機方便形成由上到下排列串聯(lián)設置的形態(tài)，因此其所能利用的乘風空間與乘風面積將獲得極大程度的拓展。優(yōu)勢之五：拉繩氣浮飄飛體形態(tài)可極其方便地形成廣泛寬大的排列與多樣化聚風、聚能結(jié)構(gòu)設計（如上述6 大多樣化設計舉例），從而可使其配合攜帶的各個風力機的用風強度更高；使設計形態(tài)更加豐富。優(yōu)勢之六：拉繩氣浮飄飛體可隨時隨著風向的變化自行/3600掉頭對風，機組無需安裝轉(zhuǎn)體、尾翼等旋轉(zhuǎn)對風結(jié)構(gòu)，從而使機組結(jié)構(gòu)和控制設計需求減少。優(yōu)勢之七：拉繩結(jié)構(gòu)可隨時使高空氣浮飄飛體下降到地面，使機組安裝、維護、修理過程十分簡單方便，成本低廉。優(yōu)勢之八：海上高空風力強大且擁有廣泛的飄浮空間，拉繩氣浮飄飛體尤其適

14、合在海上進行中小型風力發(fā)電設備的靈活安裝建設，其比較成本極低，建設與維護過程十分簡單方便，并且可通過回收下降氣浮飄飛體的方式消除過強臺風的破壞性沖擊。對飄飛風力發(fā)電機組最簡捷的實施應用方式的描述是：在陸地或海上設置拉繩墜物或可旋轉(zhuǎn)纏繞的拉繩基礎(chǔ)，將飄飛風力發(fā)電機拉繩的下端與其連接，然后將其自然放飛即可。當風力方向發(fā)生變化時，因為拉繩與氣浮飄飛體的連接位置是在其一側(cè)，因此氣浮飄飛體上的風力機可隨風力方向變化自然迎風；當風力過于強大時，長距離串聯(lián)形態(tài)的飄飛風電機的拉繩傾斜角度將加大，自然實現(xiàn)削減自然界風力強度對其形成的整體沖擊面積，從而實現(xiàn)自動減力的調(diào)控目標。4、形成的機遇與展望帶來新的領(lǐng)域、概念

15、、名稱飄飛風力發(fā)電機組的發(fā)明創(chuàng)新使風電領(lǐng)域形成一個全新的建設開發(fā)領(lǐng)域，從而形成了 “塔架風電”與“飄浮風電”兩個全新的概念區(qū)分和名詞出現(xiàn)。塔架風電：也稱為： “地表風電”，是指通過塔架建設，將風電機組的重量傳遞到地球表面獲得地表支撐的風電機組，因為其塔架材料、建設安裝、部件運輸?shù)榷喾矫鏃l件的限制，多數(shù)情況下“塔架風電”發(fā)電機位置所能觸及的高度只能到達 50-80 米；最高也只能達到100 米左右的低空，否則其建設難度與綜合成本將隨著塔架建設高度的進一步發(fā)展呈現(xiàn)出幾何級數(shù)加速擴大的態(tài)勢。飄浮風電：也稱為： “高空風電”，是指通過空間漂浮體與拉繩的建設，實現(xiàn)在較高天空漂浮設置的風電機組，無材料規(guī)格

16、、建設安裝、運輸條件的限制，其也更加適合在更高的天空存在，更加容易向更高的天空發(fā)展。多數(shù)情況下其通過簡單設置即可觸及100-200 米的高度；其形成的中高設置高度可達200-500 米；超高可達500-1000 米，極高可達1000-2000 米及其以上；其飄飛高度將隨著飄飛風電技術(shù)的成熟應用、相關(guān)經(jīng)驗的積累、相關(guān)材料技術(shù)性能的研究發(fā)展發(fā)展呈現(xiàn)出加速拓展的態(tài)勢。帶來風能資源新生儲備地球上的風能資源存在量雖然十分龐大，但是如果沒有開發(fā)能力和開發(fā)手段，望塵莫及也等于烏有！因此即使其實際存量極大，也不能列入可開發(fā)蘊藏量儲備的統(tǒng)計數(shù)據(jù)之中。飄飛風力發(fā)電機組的縱向串聯(lián)、左右并聯(lián)形式，可實現(xiàn)在同一拉繩組上

17、一同形成空前巨大的機組乘風面積，如果將其拉繩組設計高度到達50 米 ,200 米，則該機組串聯(lián)體的上下乘風高度就有150 米的范圍；其如果高度到達50 米 ,1000 米， 則該機組上下乘風高度就有950 米的范圍；如果高度到達50 米 ,1000+nnn 米， 則該乘風高度就有950+nnn 米的范圍，況且高天空擁有的風力強度比低層天空更為強大、更加穩(wěn)定、更能持久，其實現(xiàn)的可開發(fā)蘊藏儲備的統(tǒng)計數(shù)值還應該成倍；因此可以輕松的、不夸張的預言： “飄浮風電”的產(chǎn)業(yè)前景與形成效益，將是“塔架風電”的數(shù)倍、十數(shù)倍乃至數(shù)十倍。帶來相關(guān)科技的創(chuàng)新需求全新的設計結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能、材料應用與巨大的產(chǎn)業(yè)與市場前景

18、，必將催生出一個與其相關(guān)產(chǎn)業(yè)需求目標相對應的科學研究與技術(shù)發(fā)展，飄飛風電機組的主要相關(guān)技術(shù)需求包括：可進一步實現(xiàn)質(zhì)輕、高強、耐候的拉繩材料；進一步實現(xiàn)輕質(zhì)、耐候、氣密性強的氣浮飄飛體材料；性能能力更加強大的蓄能技術(shù)與材料，功率更加強大的逆變電源等。帶來高空氣象科學發(fā)展風電發(fā)展，氣象先行；高空風力強度、方向、持續(xù)時間、季節(jié)變化等相關(guān)數(shù)據(jù)與地表情況有所不同，設置完全不同，因此“高空風電”將帶來對高空氣象科學的更多與更高的需求。5、飄飛風電的建設方式海上靈活建設的黃金選擇：飄飛風電可使海上風電的建設從“異常困難”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爱惓］p松” ，在一些地區(qū)甚至可以采用下沉若干個鋼筋混凝土拉塊即可形成飄飛風電需要的穩(wěn)固基礎(chǔ)。陸地分散靈活建設的首選：飄飛風電可以實現(xiàn)高空設置，難于受到地面地理與社會狀況的限制與影響，可建設區(qū)域廣泛。上空復建及其三大優(yōu)勢：由于飄飛風電機組在低空只有幾根纖細的拉繩存在，不會對現(xiàn)有的風電場產(chǎn)生任何不利的影響。因此飄飛風電可在所有的現(xiàn)已建設完成的風電場的上空進行復合式建設，在其上空復建的優(yōu)勢有三：可以開發(fā)利用現(xiàn)有地表風