作者：李庆星

       在东经100~130度附近，北纬度30～50度之间的10千米高空，大风不停，风能密度可达到地表面的１００倍，风向、风速稳定，最小时的风速大于15米/秒，不必担心风筝在无风会掉下来，适合风力发电。至于风筝占用了飞机航线高度。通过雷达，调整风筝高度或位置解决。国家类似炼油厂、核发电厂上空划出禁飞区来解决。通过“计算”用风筝发电，每度电成本在0.15元以下。

风筝发电的原理很简单：当风筝表面垂直于气流时，风筝的拉力最大，用风筝拖动地面上的卷扬机做功发电。当绳索用完风筝要返回时，由外部提供能量。当风筝表面平行于气流时风筝的拉力最小，卷扬机倒转拉回风筝，风筝间断做功发电。

 

   用两个滑翔伞形状的风筝解决单个风筝间断发电，风筝自己升高到十千米，拉动地面上的卷扬机发电。风筝上安装7种传感器（GPS、湿度、温度、大气压、风速、电子指南针、陀螺仪）微型风力发电机及数传电台，地面上设置无线电接收机，通过计算机控制（操纵装置）风筝的迎风角度、姿态、高度和位置，当风筝表面垂直于气流，风筝因风阻力产生最大拉力，风筝通过绳索拉动风筝操纵装置，通过变速箱、拖动发电机发电。当绳索放完逆程返回期间，风筝操纵装置改变风筝迎风面角度，使风筝平面近乎平行于气流方向，使其减小阻力。其特点是；单个风筝发电机是间断输出电力，逆程返回期间要靠外部能量恢复，在工作与逆程返回时交替改变风筝的迎风夹角，能够产生最大的牵引力和最大升力使风筝爬升的目的。两只风筝轮流做功，当其中一个风筝正程做功时另一个风筝是逆程返回。风筝操纵装置还有一个重要的作用，是能控制风筝的拉力，调整输出的能量。当风速过大时，减小风筝迎风角度（面积），或调整风筝高度，避免损坏风筝和发电机。

注释：绳索说明：超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维（美国进口），抗拉强度750千克/平方毫米，资料介绍抗拉强度是钢丝的40倍。

 

A·关于风筝的设计：（请参阅【风筝发电机翼伞姿态控制方法的研究】作者：吉林大学硕士学位论文，贺建平）

B·（风筝运动速度：正程=风速-风筝运动速度   逆程=风速+风筝运动速度）

C·风筝运动速度设计在10米/秒；风速30米/秒；空气密度是地面30%  。

D·正程阻力： R＝1/16*密度*速度平方*面积=1/16*0.3*20*20*100 ＝750千克 （100m^2....在30米/秒风速）

E·逆程阻力： R＝1/16*密度*速度平方*面积=1/16*0.3*40*40*7 ＝210千克 （100m^2....在30米/秒风速）

F·风筝向下拉力：600千克/2(sin30度)＝300千克

G·升力： L＝1/2*0.3*20*20米/秒*100平方米 ＝（100m^2....在30米/秒风速）

H·风筝的机械效率:  (1 - 逆程拉力 / 正程拉力)* 100 %   (1 - 210 / 750) * 100% = 72%

I·正程绳索计算功率W = 千克*米/秒 / 75 = 马力      1马力*0.735 = 0.735千瓦

W＝600千克（力）*10米/秒（速度） ＝6000千克·米 / 75＝80马力*0.735 ＝  29.4千瓦

J·净剩功率计算：=正程功率 – 逆程功率 =  59千瓦 - 21千瓦 = 38千瓦

K·风筝不掉下时的最小风速：   风筝的升力大于 > 风筝重量20+绳索重量60 =  80千克

 

 

 

A·绳索：（寿命3年）抗拉（进口）750千克/平方毫米，进口价格每千克50美元。

（每个风筝）60千克*50美元*人民币/美元比值7 = 21000元。

（两个风筝）绳索   120千克 ～42000元。

B·国产卷扬机设计寿命6年： 上海产带电动机卷扬机 22千瓦 ～20000元 (寿命六年)

C·风筝数量100平方米（两只）风筝～6000元（包括7个传感器；GPS、湿度、温度、大气压、风速、电子指南针、陀螺仪、电台、发电机、滑轮等）。（12850元）。

D·风筝功率38千瓦，考虑机械效率、机电转换效率等等，总效率估算57%，（～22千瓦）。

E·22千瓦*8760小时（365天）＝ 190000度（年发电量）。

F·6年发电量：190000*6＝1140000度电。

G·6年费用：卷扬机2万+绳索8.4万+风筝4万+其它1万＝150550万。

H·每年的设备维护费用 150550元/6年/22千瓦 = 1140元/每千瓦。

I· 装机费用 10000元 / 22（千瓦）  每千瓦 = 4500元。

J·每度电费用  150550万 / 1140000度＝0.132元/度。

K·还有一台风廓线雷达约200万、另外占地费用、接入电网费用、各种手续审批费用，我不知道。

 

四·风筝发电必要的（28门）知识：

高中数学知识、高中物理、大气物理学、空气动力学、流体力学、理论力学、材料力学、气象学、L波段气象雷达（多普勒风切变线雷达）、机械原理、机械制图、电机学、自动控制、单片机应用、电脑数据采集、电脑编程、并网发电、风力发电、无线电数据通讯、陀螺传感器、GPS定位系统、航空管制法、京都议定书、可再生能源法、专利法、863计划、抗紫外线高聚物材料。

初步资金461万，（风廓线雷达250万，购场地200万，22千瓦卷扬机2万，绳索2万，风筝2万、其它5万）

 

附录1（供参考）：200 hpa 30米/秒风速100平方米风筝1平方毫米绳索放飞角度与升力损失关系

 

附录2（供参考）：10千米高空，100平方米风筝30米/秒风速，风筝角度与升力、阻力关系。

A·升力： L＝1/2*0.3*20*20米/秒*100平方米 ＝6000（100m^2....在30米/秒风速）

B·回程计算：

逆程风速，30 + 10 ＝ 40米/秒 

谢谢您的阅读！因本人学识有限，以上计算可能有误，请评说：但我想对人类做点贡献。

 

【1】http://www.wyzxsx.com/Article/Class4/200708/22073.html

【2】http://www.teacherhu.org.cn/nr/62/61820.html【论文：一种利用高空风能进行发电的新方法】

作者中文名： 潘再平； 期刊中文名：太阳能学报； 时间/其次：1999/01； 作者英文名：  Keyword： 

[ 摘要 ]   提出了一种在高空对流层中进行风力发电的新方法。对高空风况的研究表明，高空中风能密度可达到地表面的１００倍，风向、风速稳定，适合风力发电。介绍了新型悬空式风力发电平台及样机在地面和低空实验研究的情况，并给出了实验结果。    作者单位： 浙江大学电机系. .......

http://club.dayoo.com/read.dy?b=cantonese&i=750534&t=750534风筝发电的奇想2006-10-15 20:55:04

banban15

 

 【英文题名】 Research on the Control Method of Parawing Posture of the Kite Generator

【作者中文名】 贺建平;

【导师】 唐可洪;

【学位授予单位】 吉林大学;

【学科专业名称】 机械电子工程

【学位年度】 2008

【论文级别】 硕士

【网络出版投稿人】 吉林大学；贺建平

【网络出版投稿时间】 2008-09-12

【关键词】 风筝发电机; 翼伞; 模糊模型; 路径规划;

【英文关键词】 Kite Generator; Parawing; Trajectory Optimization; Fuzzy Model; Fuzzy Control;

【中文摘要】 近年来,由于经济的快速发展,可再生能源被大量的消耗,开发新能源迫在眉睫。风能是一种永不枯竭的可再生能源,风能也是一种清洁能源,地球上的风能大大超过水流的能量,风能的利用将大大缓解能源危机。风能利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其它形式的能,风能的利用历史悠久,其具体用途包括:风能发电、风帆助航、风车提水、风力致热采暖等。 地面的风速小,并且不稳定,所以利用地面的风发电也是不稳定的。高空存在稳定的环流风,风速大且稳定,本文所研究的风筝发电机能够达到这样的高度,它像风筝一样升入高空,然后能够送回来源源不断的电能,并且发电能力强、无噪音,但翼伞属于柔性结构,控制翼伞姿态有一定难度,所以研究风筝发电机意义重大。 本文首先介绍了风筝发电机的整体机理,重点对翼伞

李庆星 男 1956年6月生于辽宁省葫芦岛市；

2006年～现在，浙江丽水 设计汽车传感器；

1997年～2005年在美国工作（从事电子、机电一体化）；

1981～1997年在锦州石化公司工作（机械工程师、任设备员）；

1981毕业于锦州石油化工大学（机械专业类、大专生）；