[发明专利]机翼风筝风电站

说明书

本发明属于风电领域，一种机翼风筝风电站。

现有风电技术都建在地面、山顶、浅海滩，但受风能密度、风速的限制，地球上可安装风电机组的区域很有限，然而高空的常年风能很可观，该设法向高空要风能。

1、发明目的和依据：在5-7km高空建立可长期停留、运作的风电站；根据以往的经验，从诸多风筝中筛选出最具稳定性和大升力的大蜈蚣风筝为基础，再用航空气动技术改造、创新的方案；

2、必须具备优异的经济因素和实用价值，首期应用容量＞2MW；正常运转的总小时数应该等于或大于地面风电站寿命；

3、解决长度10km，重量大于50吨的风筝钢索及回送地面的电缆悬挂方案；

4、充分利用现有先进技术，使发电系统基于模糊逻辑的智能控制技术，和控制桨距角、预测风轮气动特性的神经网络控制技术，使得高空低温环境中的发电设备有更高的效率和重量比，用数码变频发电技术，不用齿轮箱等新技术的集合运作，达到最大能量获取。

方案：图1示意图，机翼风筝k1、k2、k3它们的机翼全都同一型号，图2是其中一部分的实际结构。

图1表示机翼风筝k1是一具单独用一根很长的(例如10km)的高强度钢丝绳a1，是三具机翼风筝中放得最高，(h＞7.5km)。机翼风筝k2的筝绳a2很粗，因为它由高强度钢丝绳和三根电缆组合在一起；机翼风筝k2为承担这一很重的架空悬挂电缆和钢索的筝绳a2，，所以用了许多张机翼k来提高升力；筝绳a2在机翼k处分成三条筝三绳ja(图2)，筝三绳ja在翼盘j的圆周上分为三点固联，即一条在翼盘j的中垂线至高点，另外两条对称分布在中垂线左右、翼盘下半部。每一条筝三绳ja包含一条电缆和一条承受拉力的钢丝绳和电子智能控制用的神经网络线。这些筝三绳ja在机翼风筝k2的最高处末尾再会合成一根筝绳，连接住机翼风筝k3的筝绳a3(图1)，就在这连接点上同时用4根筝绳a5连接住风筒4，这4根筝绳a5每根都可包含拴系钢丝绳、电缆、电子智能网络线。风筒4用聚合物基复合材料中的硼/环氧复合材料，它的重量轻、强度、刚度很高，弹性模量大；并且风筒4用圆锥形的筒体，只承受张力，由于材料可承受的张力比弯曲应力强，因此风筒虽然很大，但可制成较薄较轻的筒体，再配上筒翼4a、4b都有襟翼，尾舵4c，所以只要给它一个迎风牵系力，它自己会维持水平留在空中；4d是筒身左右两侧对称布置的自动卸载风门，即在风速大到超额超载时，筒内风压会克服风门的弹簧关闭力，逐次推开风门而泄风减压，并维持筒内最高额定风压，全负荷运转风力发电机组。

风筒4的作用：a、提高能流密度(即风能密度)。b、安装风力发电机组5。因为从风能中可获取的能量与风速的三次方成正比，所以应用风筒4的聚风作用，来保证高空气流风速较低时也能使风力发电机组获得较高的风速、发挥最大功率、高效率发电的目的。

上述提到筝三绳ja，筝绳a5中都包含有输电缆，这并不意味着非用三根、四根电缆不可，只因用三根、四根绳对机翼风筝、风筒的控制牵引和受力分布均衡的目的出发；而输电电缆可根据空中、地面的综合经济因素而决定用交流或直流输电。

图1的机翼风筝k1、k3都也有很多张机翼k(图2)组成，只因画面有限，才画小、画少。图1的筝绳a4的作用是连接三具筝绳a1、a2、a3形成合力，稳住对风筒4的拴系力。

机翼风筝结构(图2)：有多张同一规格的机翼k，翼盘j，用筝三绳ja连接而成，机翼k的单只翼长约1.5m，左右两只翼用三根铝合金管胶合固连在一起，中间一根管ka起枢轴作用，贯穿翼盘j的上肩部；用高强度细钢丝拉动(或松驰)两旁边的管梁kb、kc，使机翼k以ka为轴略作调整迎角变化，达到适合不同风速时的最佳升力(由电子智能网络自动控制)。

翼盘j的Φ0.6m左右，所以机翼k的总翼展3.6m左右，机翼框用聚合物基复合材料整体结构，再用模型法充填蜂窝泡沫塑料形成附合气动力学的翼型，外粘玻璃纤维复合材料蒙皮，再喷涂半导电的面膜层，能通低压电溶化高空低温冰霜(由电子智能自动控制)。左右翼组装：用上述三根ka、kb、kc管梁直接插入机翼框架孔中胶固。翼盘j的框架、蜂窝泡沫、蒙皮也按机翼一样制造，总之力求重量轻，升力大，整体结构具有较大的比强度和比刚度。