Page 187 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

第六章 新能源风力发电技术与应用

将电能传输至地面储能系统。地面发电式系留飞行器即控制飞行器按照“8”字
型轨迹进行运动，系留绳牵引地面发电机发电。机载发电机式飞行器机翼搭载发
电机，飞行器需要迎风飞行提高风能利用效率。飞行器需要同时搭载传感器来控

制其飞行状态以及飞行轨迹，并能够选择不同的飞行模式以适应复杂风力环境。
地面发电式飞行器式高空风力发电技术将不具备发电功能的轻量飞行器系在系留
绳上，通过飞行器拖拽系留绳，带动地面发电机发电从而实现高空风能转化为电
能。轻量飞行器的设计将同时兼顾飞行器材料硬度以及飞行速度，然而飞行器材

料相对较硬时，飞行器飞行速度将大幅提升，在提升风能捕获效率的同时，发电
系统的安全性随之降低；反之，飞行器材料较软时，飞行器飞行速度将大幅降低，
从而降低风能捕捉效率。因此，地面发电式飞行器难以平衡风能捕获效率及系统
安全。

3. 系留浮空器式高空风力发电技术
系留浮空器利用气体浮力提供升空动力，通过与地面设备连接进行升空和驻
空飞行，从而实现高空风能发电。按照浮空器类型分类，系留浮空器分为镂空形
系留浮空器以及涡轮形系留浮空器。镂空形系留浮空器式高空风力发电技术是一

种将风力发电机组固定在镂空形浮空器中，利用高空风能发电的技术。这种技术
将风力发电机组置于一定高度，通过控制浮空器的形状和姿态，使其能够随着风
向和风速的变化而旋转，从而最大限度地利用风能进行发电。涡轮形系留浮空器
式高空风力发电利用高空风能带动浮空器旋转，从而能带动浮空器两端发电机发

电。系留浮空器式高空风力发电技术是目前应用范围最为广泛的技术方案，具有
简单、易控制、能够长时间平稳发电的优点。但自身体积相对较大、抗风能力较
低，因此总体发电量较低。
（二）高空风力发电系统关键技术

1. 飞行控制技术
高空风力发电技术落地的关键是实现飞行控制。飞行控制的本质是对高空风
力发电系统的飞行组件运动过程进行控制，实现风能到电能的转换。高空风力发
电系统飞行组件处于飞行状态，不可避免会受到空中气流的扰动。这些扰动将引

起空中结构不稳定、发电不稳定等问题，甚至造成坠毁等严重问题。因此，需要
飞行控制实现系统飞行状态平衡及发电稳定。高空风力发电技术按照发电机的所
在位置，分为陆基高空风力发电和空基高空风力发电。发电机所在位置不同，其

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