[发明专利]一种降低运载体运动阻力的主动式风力发电方法

说明书

所属领域

本发明涉及一种能量转换的方法，具体地讲是一种把人工主动运动形成的流体动能如风能或水体动能转换成机械能或电能的方法。

背景技术

能源问题已经成为当前全球性的问题。为了解决能源和由生产能源造成的环境问题，人类不断开发利用了各种可再生能源，如风能、水体动能(如潮汐能和波浪能)等。

目前利用风力发电都是把风力机组固定于塔架上，然后等待自然形成的风吹过风力机组而发电，这是一种典型的被动式的风能利用方式。

目前利用水体动能如潮汐、波浪发电也是把发电机组固定于水体中，等待自然形成的潮汐、波浪流过发电机组而发电，这也是一种典型的被动式的水体动能利用方式。

显然，在自然条件下，近地表面上形成的可利用的风能一般流速较低，5米/秒到16米/秒的风速是目前风力机的标准设计风速，这样的风速不仅在地表分布不多，而且由于风速低而使单位功率的设备造价高，最终使风电的成本较高。同理，地表上的水体动能也存在流速低而使单位功率的设备造价高的问题，最终使水流动能发电的成本也较高。

当把风力机安装在运载体上并在流体中通过人工产生主动运动时，相对运动形成的流体动能可以通过风力机转化成机械能，并可以通过发电机再转化成电能等人类生活所需的能量形式，从而克服了目前利用流体动能(风能和水体动能)的被动等待的缺点。但人工主动运动时，如果以目前常规的方式进行流体动能发电，则风力机输出机械功的同时会产生与主动运动方向相反的阻力。因此，如果不能将这个阻力降低，则由于推动运载体运动需要消耗能量以及风力机的效率不高而浪费的流体动能，会使投入的能量大于产出的有用能量，从而无法发挥主动式风力发电方法的优势。

发明内容

为了克服目前利用风能或水体动能所存在的被动问题以及主动式风力发电方法存在的阻力问题，本发明提供了一种降低运动阻力的主动式风力发电方法。本发明的目的是通过降低主动运动的阻力从而使主动式风力发电方法成为一种实用的发电方法。

本发明的技术方案是：把风电机组安装在可以运动的运载体上，运载体携带风力发电机组以一定的速度在流体中运动，流体形成相对运动并作用于风力机，使流体动能转化成机械能，再通过发电机把机械能转化成电能，其特征在于：通过以下方式降低运载体的运动阻力：

(1)对于旋转式风力机：

方式一：让原来与运载体运动方向完全相反的运动流体流过弯曲管道而改变方向，使最终流向风力机的运动流体的速度具有与运载体运动方向相同的分速度，当最终流向风力机的运动流体的方向与运载体的运动方向完全相同时该分速度取得最大值；该分速度作用于风力机后将产生一个与运载体运动方向相同的分力，该分力可以作为运载体向前运动的动力，等同于降低了运载体向前运动的阻力，从而起到降低运动阻力的作用；当最终流向风力机的运动流体的方向与运载体的运动方向完全相同时该分力取得最大值，即原来的阻力全部变成了动力。所述的弯曲管道和风力机均安装在具有很小风阻系数的流线型的外壳里面，外壳固定于运载体上，外壳的前面开有引风口，后面开有排风口。为了描述的方便，这里对下列名称进行定义

逆流装置：指安装在运载体上并且其内部有弯曲管道的流线型壳状物，其前面有引风口，后面有排风口，其作用是把来流的方向改变，从而成为含有与来流方向相反的分速度的流体。

顺流型风力机：通过主动运动形成的与运载体运动方向相反的来流直接流过旋转式风力机，这种旋转式风力机称为顺流型风力机，其特点是作功过程能形成与运载体运动方向相反的阻力；

逆流型风力机：通过主动运动形成的与运载体运动方向相反的来流首先通过逆流装置改变方向而成为含有与来流方向相反的分速度的流体然后再流过旋转式风力机，这种旋转式风力机称为逆流型风力机，逆流型风力机安装在逆流装置中，其特点是作功过程能形成与运载体运动方向相同的动力。

根据这些定义，方式一可以描述为：把逆流型风力机安装在运载体上的逆流装置中，运载体主动运动形成的来流首先通过逆流装置中的弯曲管道改变方向而成为含有与来流方向相反的分速度的流体，然后再流过逆流型风力机。本方式的实质是在运载体上只装载逆流型风力机，而没有顺流型风力机。

方式二：在运载体上同时安装顺流型风力机和逆流型风力机。当流过逆流型风力机的流体的方向与来流完全相反时，原来的阻力全部成为运载体前进的动力，可以与顺流型风力机产生的阻力部分或全部抵消，同样起到降低运动阻力的作用。