公开了一种包括风力涡轮机(1)和机载风能系统(12、13)的风力设备。风力涡轮机(1)包括放置在风力涡轮机站点上的底座上的塔架(2)和经由偏航轴承安装在塔架(2)上的至少一个机舱(3)。转子(4)联接至各机舱(3)，产生用于电网的电能。风力涡轮机(1)还包括机载风能系统(12、13)，该机载风能系统包括用于产生电能的单独发电机，机载风能系统(12、13)经由线缆(6)和偏航轴承联接到风力涡轮机(1)。
Wind turbines and airborne wind systems sharing yaw systems
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】共享偏航系统的风力涡轮机和机载风能系统
本专利技术涉及一种包括风力涡轮机的风力设备，该风力涡轮机包括放置在底座上的塔架和安装在塔架上并且承载用于产生电网的电能的转子的至少一个机舱。本专利技术的风力设备还包括机载(airborne)风能系统。
技术介绍
现代风力涡轮机用于产生电网的电能。为此，将联接至转子的一组风力涡轮机叶片对准迎面而来的风，并且风能被风力涡轮机叶片提取并使得转子旋转，从而将风能转换为机械能。转子直接地或经由齿轮装置连接到发电机，从而将旋转转子的机械能转换成电能。电能经由合适组件被提供给电网。风力涡轮机的发电量取决于风力涡轮机站点处的风力条件，包括风速。在风速低于指定最小风速(有时称为切入风速)时，风力涡轮机不产生电能。当风速在切入风速与标称风速之间时，由风力涡轮机产生的电力随着风速增加而逐渐增加，直到标称风速达到标称发电量为止。当风速高于标称风速时，风力涡轮机的发电量被限制到标称发电量。然而，当风速高于最大风速(有时称为切出风速)时，为了防止损坏风力涡轮机，停止风力涡轮机或使风力涡轮机以降低的发电量运行。将风力涡轮机连接到电网的输电线路通常被设计为处理特定功率水平。对于风力涡轮机的各种组件，诸如变压器、转换器等，也可能是这种情况。因此，当风力涡轮机的发电量低于该设计水平时，输电线路的容量不被完全利用。因此，期望能够利用该附加容量。已知能够在比传统风力涡轮机更高的高度处捕获风能的各种机载风能系统。这些系统的共同点是系统的一部分被发射(launch)到高空，在高空中收集风能。所收集的能量以机械能的形式或电能的形式被转移到基站。在所传递的能量为机械能的形式的情况下，发电机通常布置在基站处，以便将机械能转换为电能。在所传递的能量为电能的形式的情况下，机载风能系统包括机载发电机，即，系统的被发射到高空的部分包括发电机。机载风能系统的被发射到高空的部分可以例如包括风筝或滑翔器。机载风能系统通常从地面上的附接位置被发射，要求单独底座和具有足够长度的线缆来允许将机载风能系统发射到期望高空。Cherubini等人的“AirborneWindEnergySystems:Areviewofthetechnologies(机载风能系统：技术回顾)”，RenewableandSustainableEnergyReviews，51(2015)1461-1476中描述了多个机载风能系统。US2007/0126241公开了一种用于航空发电系统的风力驱动设备，该设备包括从动元件和控制器。从动元件被构造并成形为在顺风运行阶段期间提供来自升力和阻力的最大力，并且在逆风阶段期间提供最小力。从动元件具有带前缘和后缘的帆部分。控制器在用于顺风运行的高力组态(configuration)与用于逆风运行的低力组态之间改变从动元件，调节从动元件的俯仰角和方位角，并且控制外倾角。在一个实施方式中，从动元件附接到轴，该轴可旋转地安装在塔架顶部的机舱上。
技术实现思路
本专利技术的实施方式的目的是提供一种风力设备，在该风力设备中，将风力涡轮机连接到电网的输电线路的总容量被更大程度地利用。本专利技术的实施方式的另外目的是提供一种风力设备，在该风力设备中，增加了风力涡轮机的地理站点的总发电量。本专利技术的实施方式的又一个目的是提供一种机载风能系统，该机载风能系统可以被发射到高空而不要求相应长的线缆。根据第一方面，本专利技术提供了一种风力设备，该风力设备包括风力涡轮机和机载风能系统，该风力涡轮机包括放置在风力涡轮机站点的底座上的塔架，该风力涡轮机还包括经由偏航轴承安装在塔架上的至少一个机舱，并且对于各机舱包括联接至机舱并可绕旋转轴线旋转的转子，该转子连接至用于将旋转转子的能量转换为电网的电能的发电机，机载风能系统包括用于产生电能的单独发电机，机载风能系统经由线缆和偏航轴承联接到风力涡轮机。由此，本专利技术的风力涡轮机包括塔架，该塔架具有经由偏航轴承安装在塔架上的机舱并且具有联接至该机舱的转子。由此，风力涡轮机基本上以上述方式通过将风能转换为电能来产生用于电网的电能。该风力设备还包括用于产生电能的机载风能系统。机载风能系统经由线缆和偏航轴承联接到风力涡轮机。因此，机载风能系统借助于线缆机械地附接到风力涡轮机。从而，不要求用于安装机载风能系统的单独站点。作为代替，已经被分配用于风力涡轮机的站点还用于容纳机载风能系统。这增加了每单位面积的潜在总发电量，从而可以实现大发电量，而不要求清理过多区域或防止其它用途。“机载风能系统”在本文中被定义为包括基站和被发射到比该基站更高的高度并且能够捕获风能的部分的系统。基站和被发射到更高高度的部分由线缆连接。所收集的能量以机械能的形式或电能的形式被转移到基站。线缆可以是导电的。在这种情况下，线缆可以被构造为以AC电流或DC电流的形式传送电力和/或传送通信信号。作为另选方案，线缆可以仅被构造为将机载风能系统机械地附接到风力涡轮机，而不用于传送电流。在这种情况下，线缆可以例如是绳索、金属丝等形式。线缆可以至少部分地由耐用材料制成，例如，合成纤维材料，诸如在这种情况下，线缆可以例如能够处理来自机载风能系统的预期拉伸载荷。比如，线缆可以包括被合成纤维材料包围的导电芯，从而提供导电而且耐用的线缆。此外，至少一些基础设施可以用于风力涡轮机以及机载风能系统。这例如可以包括道路、底座、服务设备、电力线等。服务人员还可以在对站点的单次服务访问期间对风力涡轮机和机载风能系统进行保养或维护，从而减少了服务人员为了进行保养或维护而需要花费的总时间。机载风能系统经由风力涡轮机的偏航轴承安装在风力涡轮机上。由此，风力涡轮机和机载风能系统共享偏航系统，并且自动确保机载风能系统对准迎面来的风。这可以例如通过将线缆安装在风力涡轮机的机舱上来获得。当将机载风能系统的线缆安装在机舱上时，随着机舱执行偏航运动，线缆和机载风能系统与机舱一起旋转。此外，当线缆的一端安装在机舱上时，与将线缆附接在地面处或附近的位置的情况相比，减小为了将机载风能系统的被发射部分定位在合适高度所要求的线缆长度。这降低了线缆的重量以及成本，特别是在线缆需要导电而且机械耐用的情况下，因为这种线缆重而且昂贵。最后，将线缆的一端安装在机舱上允许改善机载风能系统的发射条件。比如，机载风能系统将更快地摆脱(clearof)风力涡轮机叶片，从而降低机载风能系统与风力涡轮机叶片之间碰撞的风险。此外，在必须在机载风能系统的发射和/或收回期间停止风力涡轮机和/或相邻风力涡轮机的运行的情况下，可以减少必须停止风力涡轮机的运行的时间段。风力涡轮机可以经由输电线路电连接至电网，并且机载风能系统可以进一步电连接至输电线路。根据该实施方式，由机载风能系统产生的电能经由风力涡轮机的输电线路被提供到电网。这是有利的，因为由此机载风能系统可以利用风力涡轮机未利用的输电线路的任何容量。这允许更大程度地利用输电线路的容量，可能增加站点的总发电量。另外，可以获得更稳定的发电量水平。此外，在某些情况下，风力涡轮机可以减载运行，即，可以故意本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风力设备，所述风力设备包括风力涡轮机(1)和机载风能系统(12、13)，所述风力涡轮机(1)包括放置在风力涡轮机站点上的底座上的塔架(2)，所述风力涡轮机(1)还包括经由偏航轴承安装在所述塔架(2)上的至少一个机舱(3)并且对于各机舱包括联接至所述机舱(3)并且能够绕旋转轴线旋转的转子(4)，所述转子(4)连接至发电机(9)用于将旋转转子的能量转换为电网的电能，所述机载风能系统(12、13)包括用于产生电能的单独发电机，所述机载风能系统(12、13)经由线缆(6)和所述偏航轴承联接到所述风力涡轮机(1)。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170511 DK PA2017703341.一种风力设备，所述风力设备包括风力涡轮机(1)和机载风能系统(12、13)，所述风力涡轮机(1)包括放置在风力涡轮机站点上的底座上的塔架(2)，所述风力涡轮机(1)还包括经由偏航轴承安装在所述塔架(2)上的至少一个机舱(3)并且对于各机舱包括联接至所述机舱(3)并且能够绕旋转轴线旋转的转子(4)，所述转子(4)连接至发电机(9)用于将旋转转子的能量转换为电网的电能，所述机载风能系统(12、13)包括用于产生电能的单独发电机，所述机载风能系统(12、13)经由线缆(6)和所述偏航轴承联接到所述风力涡轮机(1)。
2.根据权利要求1所述的风力设备，其中，所述风力涡轮机(1)经由输电线路(27)电连接至所述电网，并且其中，所述机载风能系统(12、13)进一步电连接至所述输电线路(27)。
3.根据权利要求1或2所述的风力设备，其中，所述单独发电机是机载发电机。
4.根据权利要求1或2所述的风力设备，其中，所述单独发电机位于所述机舱(3)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的风力设备，其中，所述机载风能系统(12、13)经由安装基座(24)被安装在所述机舱(3)上，所述安装基座可旋转地连接到所述机舱(3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的风力设备，所述风力设备还包括控制系统，所述控制系统用于根据所述风力涡轮机(1)的运行来控制所述机载风能系统(12、13)的运行。
7.根据前述权利要求中任一项所述的风力设备，所述风力设备还包括控制结构，所述控制结构被配置为控制所述机载风能系统的被发射到更高高度的一部分的运动。
8.根据权利要求7所述的风力设备，其中，所述控制结构被配置为执行预定运动模式，所述预定运动模式实现所述机载风能系统(12、13)的旋转运动。
9.根据权利要求8所述的风力设备，其中，所述转子(4)限定旋转平面，所述旋转平面限定轴向地沿着所述旋转轴线的大致锥形流动区域，...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·L·鲍恩，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK
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