飘飞式风力发电机

1、联合聚风风力发电机组1 、引言风力发电的基本原理是利用自然风力带动风车叶片旋转推动发电机发电，凡是符合基本原理的，以任何结构、形态、方式设置的机型均是可行的。依据目前的风车技术大约达到每秒三米的微风速度便可开始发电，当然更大的风力可以形成更强的发电能力，而更高天空拥有的风力强度比低层天空更为强大、更为稳定、更能持久；当然更多风机共同运行可以形成更多总体采风面积与电能来源，因此“积极、广泛、大量、共同”采用众多小直径的三叶桨风轮所能形成的机组总体用风能力和出力转换效率，会比只采用一个巨大直径的三叶桨风轮更高，如果再使其形成聚风结构与聚风效应就更加符合理想目标要求了。当前，现有的各种类型风电机组的

2、发电机及其一体化安装的风轮均是建在固定塔架上，即：是由塔架支撑高举的。大型风力发电机设在塔架上理所当然，因为其单机重量过于巨大，而将小型轻型发电机与轻小型的风轮也全部选择设在塔架上的建设方式就显得过于单一，况且将小型风力发电机设在塔架上所形成的建设安装限制与应用能力不足之处很多，本文列举了以下八个方面：不足之一：塔架安装方式使风力发电机组的建设高度受到极大限制，使风轮难于采集利用到更高天空存在的更大、更稳、更持久的风力。不足之二：建设塔架大幅度增加了设备材料和建设施工的综合成本，尤其对于较高设计的塔架与较小设计的风机，其塔架所占用的机组整体综合成本的比例就会更高。不足之三：建设塔架需要落地耸立

3、，因此其将受到建设地点地理环境（如:城市、河湖、道路、森林、山势状况, 等）的很大限制；也将受到建设地点社会环境（如：低矮风电机组林立塔架形成的景观干扰、风轮转动形成的视觉干扰、风轮叶片形成的噪音干扰, 等） 的很大限制，从而使其安装应用的范围也同样受到极大限制。不足之四：在塔架顶部安装风力机的方式难于或根本无法形成由上到下串联排列的设置形态，因此其所能利用的乘风空间与乘风面积十分有限，这对于采用小直径的风轮来讲所形成的整体用风程度和投入产出效益低下的问题就更加严重。不足之五：设置在单一塔架上的机组，其结构形态难于形成由左到右广泛宽大与多样化的排列设计（如：排列并列及使其相互之间形成聚风、聚能

4、结构等），因此导致其横向乘风空间与乘风面积同样十分有限。不足之六：塔架设置一般需要风机安装转体结构与尾翼等旋转对风结构，从而使机组结构与控制需求增多。不足之七：建设在固定高空塔架上的机组使其建设安装维护过程较为困难，成本较高。不足之八：当前对于所有风力发电机组来讲，在海上建设高耸塔架均属十分困难，尤其对于中小机组来讲比较成本更高，导致得不偿失，使其更难实现海上分散灵活建设。以上限制与不足的同义解释是难于满足所描述相对应方面的实现需求；而任何创新均是由需求与不足两手共同推动的。2、飘飞风电机组技术简介飘飞风力发电机、机组发明专利技术方案可全部解决上述难题，全部填补上述需求。其 “飘飞风力发电机”

5、（下简称：飘飞风电机）是由气浮飘飞体与拉绳构成的飘飞结构部分和由风轮叶片与发电机构成的风力发电机设备部分以多种不同结构、多样化相互配合形态一体化构成，其形成的电力可满足一般应用情况的需求；如果目标用户需其电力满足变成交流220V市电的稳定电力应用，可由1-多个飘飞风力发电机与在地面（海面）上设置的充电器+蓄电瓶逆变器共同构成“飘飞风力发电机组”（下简称：飘飞风电机组）的全部结构与功效。气浮飘飞体的功能之一是使其携带风轮叶片和发电机实现高空气浮飘飞；功能之二是使上述气浮飘飞体的体积形态可同时形成或排列、或聚风、 或串联等多种不同的结构形态，并且可与风力发电机设备共同形成多种不同结构与形态的配合，

6、从而形成1+1>2 的优异特征。其气浮飘飞体是由类似飞艇等在封闭的容器内进行氢气、氦气填充形成的可携带一定重量物体升空的封闭容器结构体，其可形成特定设计的结构，其还可与风力发电机旋转风轮形成紧密配合的结构。在上述气浮飘飞体上或在其支架上设置拉绳，或由多根排列拉绳构成拉绳组，该拉绳或拉绳组可与在地面的固定建筑物、地面或海底特别设置的坠物、深埋于地下的坠物、特别建设的可旋转的拉绳基础或带有可缠绕拉绳的基础连接。拉绳可由地面（或海面）一处（1 根或 1组拉绳）构成，其可使所连接的气浮飘飞体随时随着与风力推动方向一致的一侧方向侧移；该拉绳也可由地面两处向上延伸，形成双向斜拉式结构，其可使所连接的

7、气浮飘飞体在两点一线方向相对固定；该拉绳还可由地面三处或四处配合形成一体化连接配合的斜拉式结构构成， 其可使所连接的气浮飘飞体在任何方向均不至于随着风力推动方向发生位置的过大侧移。可采用在拉绳的下端设置环绕收绳结构，可随时方便将天空的飘飞风力发电机进行地面回收、补气、维修、维护。其风力发电机设备与现有的水平轴叶桨迎风旋转式风力发电机大致相同，由水平轴叶桨迎风旋转式风轮和卧式发电机配合构成，飘浮风电机组采用的发电机外壳一般采用合金铝等轻质材料制造，可根据不同产品的需求形成不同系列规格、不同系列能力、不同安装形态。气浮飘飞体部分与风力发电机设备部分的相互多种不同结构、相互多样化的配合方式是构成“飘

8、飞风力发电机”主体创新结构、形态、功效的关键；其主要包括以下6 种基本设置形态或配合方式：简单方式设置：单独设置气浮飘飞体，将风力发电机设备设置在气浮飘飞体的上下、或左右两侧，或上下左右均对称设置。横纵排列设置：横纵排列并列间隔设置2-多个气浮飘飞体，将1-多个风力发电机设在各个相同形态的气浮飘飞体的中间，各个横向并列间隔设置的多个气浮飘飞体可分别单独（或共同）设置拉绳，从而形成拉绳组的结构（见图示1 ，其为横向排列设置形态举例，即：将1-多个风力发电机设在各横向设置的各个气浮飘飞体中间的俯视示意图举例）。聚风结构设置：横向或纵向并列间隔设置2-多个气浮飘飞体，并将气浮飘飞体与风力发电机叶片形

9、成紧密配合且具有聚风结构的形态，再将1-多个风力发电机设备设置在气浮飘飞体的中间，从而形成用气浮飘飞体同时实现为各个风轮相互聚风的结构；由上述上下串联形态设置的气浮飘飞体的中间，也可形成上下相互聚风的态势（见图示1 ） 。哑铃形态设置：左右横向或上下纵向将气浮飘飞体设置在排列风轮的两侧，在其中部并排设置2-多个旋转风轮。传动聚能设置：通过齿轮配合使多个旋转风轮形成的动力集中传递到在中部设置的一个较大功率的发电机上，从而形成将各个分散风轮形成的小出力集中形成更大单机出力能力的聚能传动设置。纵向串联设置：可将上述或或或或的结构设置方式分别进行上下串联或左右并联， 从而实现在同一拉绳组上一同形成更大

10、乘风面积的飘飞风力发电机设计形态，其是飘飞风力发电机最应该极力广泛推广采用的设置方式（如示意图2 所示， 其是由左右排列、上下串联形成的、乘风面积更大的飘飞风力发电机组的结构、功能、 形态侧视宏观效果示意图）。以上列举的为基本结构形态，还可在与其大致相同或相似设计原理、形态、 方法的基础上形成目标用户需要的、更多规格形式的实际产品设计，或形成标准化、系列化的产品。因为上述”飘飞风力发电机”因风量、规格、面积、 能力的不同，故其输出的电压与电流是不稳定的，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，然后用逆变电源把电瓶里的化学能转变成交流 220V 市电才能保证稳定使用，上述的飘飞风力发电机只是给电瓶（电池

11、）充电将电能贮存起来，因此人们最终使用的电功率的大小与采用的电瓶大小有更密切的关系，其还可与光电装置配合形成风电与光电互补方式的应用。3、飘飞风电的形成优势飘飞风力发电机组发明专利技术有效地将中小型风力发电机组设在塔架上所形成的前述八大应用限制与能力不足转变为八大全新优势性能与优势能力，可对应前面的问题顺序一一排解如下：优势之一：拉绳与气浮飘飞体的配合方式可使风力发电机组的建设高度受到极大程度的解放，机组可方便采集利用到更高天空存在的更大风力，从而实现更大的效益。优势之二：如以相同材质、规格的材料进行不同承重方式的对比，材料的压撑能力与拉伸能力之间至少有百倍的差距,况且通过强化与改变材质将使其

12、具有的拉伸能力会更强大；此外，风力对高空塔架形成的侧向推力力矩与风力对地面拉绳基础形成的斜拉力矩之间的差距也至少有百倍的差距；因此采用拉绳可大幅度减少安装建设成本，尤其与超高塔架机组比较该比例就更低。优势之三：建设气浮飘飞体拉绳基础可方便借助现已存在的许多建筑物、天然石块、岩石山体、 土地土壤作为飘飞风力发电机的固定坠物，从而更大程度地减少了建设施工与材料成本；其上部气浮飘飞体和风力发电机设备实现的超高空间设置方式还将使风力发电设备对地面形成的“景观干扰、视觉环境、噪音干扰”微乎其微，甚至基本消除，从而使其建设安装应用的地理环境范围、社会环境范围的限制因素大幅度化解。优势之四：拉绳气浮飘飞体安

13、装方式可使风力机方便形成由上到下排列串联设置的形态，因此其所能利用的乘风空间与乘风面积将获得极大程度的拓展。优势之五：拉绳气浮飘飞体形态可极其方便地形成广泛宽大的排列与多样化聚风、聚能结构设计（如上述6 大多样化设计举例），从而可使其配合携带的各个风力机的用风强度更高；使设计形态更加丰富。优势之六：拉绳气浮飘飞体可随时随着风向的变化自行/3600掉头对风，机组无需安装转体、尾翼等旋转对风结构，从而使机组结构和控制设计需求减少。优势之七：拉绳结构可随时使高空气浮飘飞体下降到地面，使机组安装、维护、修理过程十分简单方便，成本低廉。优势之八：海上高空风力强大且拥有广泛的飘浮空间，拉绳气浮飘飞体尤其适

14、合在海上进行中小型风力发电设备的灵活安装建设，其比较成本极低，建设与维护过程十分简单方便，并且可通过回收下降气浮飘飞体的方式消除过强台风的破坏性冲击。对飘飞风力发电机组最简捷的实施应用方式的描述是：在陆地或海上设置拉绳坠物或可旋转缠绕的拉绳基础，将飘飞风力发电机拉绳的下端与其连接，然后将其自然放飞即可。当风力方向发生变化时，因为拉绳与气浮飘飞体的连接位置是在其一侧，因此气浮飘飞体上的风力机可随风力方向变化自然迎风；当风力过于强大时，长距离串联形态的飘飞风电机的拉绳倾斜角度将加大，自然实现削减自然界风力强度对其形成的整体冲击面积，从而实现自动减力的调控目标。4、形成的机遇与展望带来新的领域、概念

15、、名称飘飞风力发电机组的发明创新使风电领域形成一个全新的建设开发领域，从而形成了 “塔架风电”与“飘浮风电”两个全新的概念区分和名词出现。塔架风电：也称为： “地表风电”，是指通过塔架建设，将风电机组的重量传递到地球表面获得地表支撑的风电机组，因为其塔架材料、建设安装、部件运输等多方面条件的限制，多数情况下“塔架风电”发电机位置所能触及的高度只能到达 50-80 米；最高也只能达到100 米左右的低空，否则其建设难度与综合成本将随着塔架建设高度的进一步发展呈现出几何级数加速扩大的态势。飘浮风电：也称为： “高空风电”，是指通过空间漂浮体与拉绳的建设，实现在较高天空漂浮设置的风电机组，无材料规格

16、、建设安装、运输条件的限制，其也更加适合在更高的天空存在，更加容易向更高的天空发展。多数情况下其通过简单设置即可触及100-200 米的高度；其形成的中高设置高度可达200-500 米；超高可达500-1000 米，极高可达1000-2000 米及其以上；其飘飞高度将随着飘飞风电技术的成熟应用、相关经验的积累、相关材料技术性能的研究发展发展呈现出加速拓展的态势。带来风能资源新生储备地球上的风能资源存在量虽然十分庞大，但是如果没有开发能力和开发手段，望尘莫及也等于乌有！因此即使其实际存量极大，也不能列入可开发蕴藏量储备的统计数据之中。飘飞风力发电机组的纵向串联、左右并联形式，可实现在同一拉绳组上

17、一同形成空前巨大的机组乘风面积，如果将其拉绳组设计高度到达50 米 ,200 米，则该机组串联体的上下乘风高度就有150 米的范围；其如果高度到达50 米 ,1000 米， 则该机组上下乘风高度就有950 米的范围；如果高度到达50 米 ,1000+nnn 米， 则该乘风高度就有950+nnn 米的范围，况且高天空拥有的风力强度比低层天空更为强大、更加稳定、更能持久，其实现的可开发蕴藏储备的统计数值还应该成倍；因此可以轻松的、不夸张的预言： “飘浮风电”的产业前景与形成效益，将是“塔架风电”的数倍、十数倍乃至数十倍。带来相关科技的创新需求全新的设计结构、技术性能、材料应用与巨大的产业与市场前景

18、，必将催生出一个与其相关产业需求目标相对应的科学研究与技术发展，飘飞风电机组的主要相关技术需求包括：可进一步实现质轻、高强、耐候的拉绳材料；进一步实现轻质、耐候、气密性强的气浮飘飞体材料；性能能力更加强大的蓄能技术与材料，功率更加强大的逆变电源等。带来高空气象科学发展风电发展，气象先行；高空风力强度、方向、持续时间、季节变化等相关数据与地表情况有所不同，设置完全不同，因此“高空风电”将带来对高空气象科学的更多与更高的需求。5、飘飞风电的建设方式海上灵活建设的黄金选择：飘飞风电可使海上风电的建设从“异常困难”转变为“异常轻松” ，在一些地区甚至可以采用下沉若干个钢筋混凝土拉块即可形成飘飞风电需要的稳固基础。陆地分散灵活建设的首选：飘飞风电可以实现高空设置，难于受到地面地理与社会状况的限制与影响，可建设区域广泛。上空复建及其三大优势：由于飘飞风电机组在低空只有几根纤细的拉绳存在，不会对现有的风电场产生任何不利的影响。因此飘飞风电可在所有的现已建设完成的风电场的上空进行复合式建设，在其上空复建的优势有三：可以开发利用现有地表风