[发明专利]一种激光无线海上风电系统

说明书

技术领域

本发明涉及能源领域，特别涉及一种激光无线海上风电系统。

背景技术

世界上对海上风电的研究与开发始于上世纪九十年代，经过十多年的发展，海上风电技术正日趋成熟，并开始进入大规模开发阶段。目前，全世界海上风电总装机容量已达80万千瓦，其中丹麦、英国、爱尔兰、瑞典和荷兰等国家发展较快，而中国目前还处于海上风力发电的起步阶段。

如今，各国都制定了宏伟的海上风力发展计划。例如，丹麦计划在2030年使海上风电容量达到4,000MW；德国已计划在北海建造世界最大海上风电基地，初期安装100台、最终安装200台每台5000kW的风力发电机，总装机1000MW；荷兰拟在2008年前实现275万千瓦风电容量，其中50％将装在海上。欧洲风能协会预测，今后15年海上风电将成为风电发展的重要方向，预计到2010年和2020年，欧洲海上风电总装机容量将分别达到1000万和7000万千瓦。我国也制定了到2010年和2020年风力发电装机分别达到500万和3000万千瓦的宏伟计划。要想实现这一目标，我国不仅要学习西方的先进技术，同时也应借鉴如丹麦这些风力发电比较好的国家的政策法规，为海上风力发电开辟足够的发展空间。

我国风能资源丰富，初步估算，全国陆上10米高度可开发装机容量约2.5亿千瓦，主要位于西北、华北、东北地区，但由于这些地区经济发展相对滞后，风电发展受到一定制约。东部沿海经济发达，海上可开发风能资源约7.5亿千瓦，具有开发利用风电的良好市场条件和巨大资源潜力。东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200瓦/平方米的等值线平行于海岸线；沿海岛屿有效风能密度在300瓦/平方米以上，全年中风速大于或等于3米/秒的时数约为7000～8000小时，大于或等于6米/秒的时数为4000小时。

上海东海大桥100兆瓦海上风力发电示范工程，是中国第一个由国家发改委正式核准并列为示范项目的大型海上风电项目，也是亚洲首座海上风力发电场，海上风电技术的研究应用在亚洲还处于起步阶段。传统的海上风电系统，采用海底电缆的传输方式，从电力系统的成本来看，海底电缆传输系统的成本占到全部海上风电系统的30％左右，占据了很大一部分成本，例如36kV电缆成本：大约在每公里10万英镑(大约150万RMB)。可见，电力传输系统的成本成为影响海上风电造价的重要因素。

发明内容

为解决上述成本高的问题，本发明提出一种采用激光传输电力的海上风电系统。包括海上风电厂、位于风电厂上的风电机组、风机变压器、激光无线电力传输装置、陆上电网；其中，风电机组由叶片、机舱、塔架和支撑架构，机舱中包括齿轮箱、发电机、控制系统；风电机组采用双馈式同步风电机组，海上风电厂还包括整流电路，将风电机组的交流电变为直流电；激光电力发送装置，将直流电转换为激光；陆上电力接收装置，包括光伏阵列用于将激光转换为直流电能；逆变器，将直流电能转换为交流电，接入陆上电网。

还包括降压分路电路，用于将整流电路输出的直流电进行降压、分路，降压分路电路将降压后的直流电分别送入激光二极管阵列中。

激光电力发送装置采用二极管泵浦固体激光器，或二极管泵浦固体激光器阵列，激光采用900nm至1100nm波长。

陆上电力接收装置中的光伏阵列采用垂直多结太阳能电池。

无线电力传输已经有200多年的历史，对于在空间实现无线电力传输的形式，大致有三类：第一类是通过电磁感应“磁耦合”进行短程传输；第二类是将电能以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁耦合”等形式中程传输；第三类是将电能以微波或激光形式远程传输(发射)到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用。

电磁感应“磁耦合”是一类相对成熟的传输技术，现在已经广泛应用的变压器就是基于电磁感应原理来工作的：由一个磁芯和二个线圈(初级线圈、次级线圈)组成；当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场.从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。现在已经商品化的非接触式充电系统，其电能发射端的线圈(连接电源)与接收端的线圈(在电子产品中)，处于两个分离的装置中，电能通过感应线圈传送。最早使用变压器原理进行无线供电的产品是一些电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话、无接点充电插座和无线鼠标等，这些用电产品也涉及到r人们常讲的RFID技术。这类技术的能量传输属于短距离范围，而且功率偏小。对于稍远距离稍大功率的电力传输，只能通过其他途径。