本技术属于农业技术与风电技术互补的,具体涉及一种农田(包括林/牧田)风电互补系统。
背景技术:
1、南通理工学院于2019年12月24日,提出了“一种基于风光互补发电树的分布式供电系(cn210807131u)”专利,它包括多个分布于各地的供电组件,每个供电组件包括:发电树,发电树包括:底座、垂直设置于底座上的主轴、设置于主轴上的一级支架以及可轴向旋转的风轮、磁悬浮风力发电机以及光伏发电板,风轮、磁悬浮风力发电机以及光伏发电板均设置于一级支架上,且磁悬浮“风力发电机”设置于风轮旋转轴处,风轮旋转产生的电流向储能装置充电;储能装置与磁悬浮风力发电机和光伏发电板电连接,用于保存风轮旋转产生的电能和光伏发电板产生的电能;充电桩与储能装置电连接,用于为负载进行供电。国电投(广东)综合智慧能源创新研究院有限公司于2021年08月04日,提出了一种“微风发电树装置及风机叶片(cn113790125a)”,它将数量较多的“风力发电机”单元布置在微风发电树上,在各种风向环境下都可以持续供电,而且占地面积小,结构简单,还保证了发电的持续性和稳定性。合肥工业大学于2018年11月06日,提出了“一种风力发电树系统(cn209654170u)”。它通过将多个微型“风力发电机”按照树状结构进行布置,由于每个风力发电机体型较小,在微风情况下叶片即可以发生转动,实现发电。内蒙动力机械研究所于2018年11月15日,提出了“一种微风发电系统(cn109340051a)”,它是一种树形微风发电系统,包括发电结构、电器控制系统、蓄电池、可轴向旋转的若干风轮以及磁悬浮风力发电机;它只需微风即可驱动发电,发电效率远高于传统风力发电机,有效解决了上述传统风力发电机以及现有微风发电设备所存在的问题。
2、随着风电技术的不断发展,更大的叶轮直径和更高的塔筒已成为风电发展的主要趋势,兆瓦级风力发电机组的塔筒高度一般都在数十米以上,甚至超过一百米,随着高度的上升,塔筒的制造成本大幅增加。然而,这种兆瓦级别的风力发电机组初始投资就很高,动辄上千万,选址要求高,一般都安装在风大的山顶,不会安装在风小的低洼处和山谷里。本技术人的在先申请“耕地高空光伏发电方法及光伏发电悬索(cn117792235a)”,提供了一种(利用)耕地高空(进行)光伏发电(的)方法及光伏发电悬索。“一种海上风电场垂直轴风力发电机悬索桥式支撑结构(cn208669528u)”,它通过主缆、吊杆和下弦杆的共同协作,实现多个垂直轴风机的一次性安装,实现了单位面积内装机容量的增长,极大降低了风电场风机建设成本。中国资讯网2018年08月10日有一篇“世界冰山36%将融化,风力发电将成救世主?”的资讯,文中展示了npc团队指定选用的将推广至全球各地的小型垂直轴风力发电机群的应用场景(见附图15)。
3、综上所述,大力发展风电,就需要占用大面积的土地资源。然而,有关部门规定在耕地和永久基本农田里布设风电与光电设施,须采用农光与风农互补模式。原则上桩基列间距应大于4米、行间距应大于10米,除桩基用地外,严禁硬化地面、破坏耕作层。目的在于严守18亿亩耕地红线,严格落实耕地保护制度。具体而言,受耕地性质限制,现行农业用地,是不允许大面积、高密度地安装风力发电机的。
技术实现思路
1、本技术的目的:提供一种农田(包括林/牧田)风电互补系统,以期提高农地/林地/牧地等土地资源利用效率,促进可再生能源发展,开辟风力发电无碍于农业(/林业/牧业)生产的广阔新天地,为保障能源和粮食双安全提供一种独特的技术解决方案。
2、为实现上述发明目的,本技术提供的一种农田(包括林/牧田)风电互补系统如下。
3、本技术提供一种农田风电互补系统,其特征在于,它包括:
4、①由n个(微/小型)风力发电机列队组合而成的(一根根)风力发电(机)串,其中n≥5或10或25或50或100或200或500、风力发电机最好为单个重量≤100kg或50kg或30kg或15kg的(轻巧)微型风力发电机、风力发电串内的风力发电机密度≥20或30台/百米;
5、②由多组(亦称多对儿)高耸支撑物及多根悬索构建而成的(大跨度)柔性风电支架,其中悬索(距离地面的)高度h≥2m或4m或8m或15m或30m或50m、悬索(单跨)跨度l≥10m或20m或50m或80m或150m或500m或1000m;
6、③安装在(最好为大跨度)柔性风电支架上的、位于农地(包括林/牧业生产用地)上空的、(拉开一定间距k的)、x串风力发电(机)串;其中(k≥3m或5m或10m或20m或50m、)x≥2串/亩、或3串/亩、或5串/亩、或10串/亩、或20串/亩、或50串/亩;
7、④位于农地里的可照常耕种的农作物或可照常生长的草/木。
8、需要说明的是,之所以要采用众多轻巧微型风力发电机群列队成串悬挂于空中,而不采用单个较大的风力发电机悬挂于空中,其目的在于增加跨度、增加高度、增加迎风面积、便于施工安装、避免妨碍农机作业,最大限度地挖掘使用土地上空的风能资源,避免风能白白从有限的土地资源上空流失。
9、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电机采用垂直轴风力发电机,垂直轴的上端固定在上悬索上,垂直轴的下端固定在下悬索上;或者,风力发电机采用水平轴风力发电机,水平轴风力发电机安装在具有垂直轴的吊环内,经由吊环上的垂直轴固定在悬索上,垂直轴的上端固定在上悬索上,垂直轴的下端固定在下悬索上;或者,风力发电机采用卧式风力发电机,卧式风力发电机安装在左右悬索之间,主轴的左端固定在左悬索上,主轴的右端固定在右悬索上。
10、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:相邻两串风力发电串的间距k≥1m或2m或3m或5m或10m或20m或50m。
11、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:同一串风力发电串内的多个风力发电机,通过整流器及电线并联或/和串联在一起。
12、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:整流器输出直流电,电线将风力发电串内的多个风力发电机并联在一起,电线绑定在悬索上并被引向高耸支撑物。
13、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电串悬挂在两山之间的山谷高空,(因地制宜)山峰兼做高耸支撑物使用。换言之,风力发电串悬挂在山谷上空。研究显示,由于山谷两边的山势具有导风作用,山谷上空的风速比山顶更快、风力比山顶更强、风能比山顶更大,更适宜作为风能采集场所。
14、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电串悬挂在相邻两个大型风力发电塔筒之间的高空,大型风力发电塔筒兼做高耸支撑物使用。
15、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电串悬挂在相邻两个电线杆(包括电线塔)之间的空中,电线杆兼做高耸支撑物使用。
16、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:在柔性风电支架上设有(连通现行滴灌/喷灌系统的)灌溉水管(包括水带),柔性风电支架与灌溉水管共用悬索及高耸支撑杆;或者,在柔性风电支架上增设有补光电灯。这样一来,本技术技术方案不但可以利用耕地上空富余的风力进行发电,而且还可顺便输水灌溉和补光。
17、优选的是,所述的农田风电互补系统,其特征在于:相邻两串风力发电(机)串之间拉开一定间距k,其中k≥3m或5m或10m或20m或50m。
18、本技术所述的农田包括农业用地、林业用地、牧业用地等。
19、与现有技术相比,本技术具有如下有益技术效果。
20、其一、虽然是密集的风力发电机群,但却不占用农地、林地、牧地等土地资源,不妨碍农机作业等正常农业生产。本技术中的风力发电方案,就像架设高压电线一样基本不占用耕地(可因地制宜将桩基设在田埂上、沟渠中和小路边),悬索跨度大,高度高,阴影小,不影响作物生长与产量。而现行风力发电树及附图15中的应用场景,则会占用大量农田等土地资源,妨碍农业生产,有关部门不允许将风力发电机密集地安装在农田里。
21、其二、一地二用,风农互补。本技术最大的有益技术效果是,巧妙地开发使用了土地上空富余的风能资源,可改善土地的单一农林牧用途,提升土地价值,缓解风电用地紧张的矛盾,推动农林牧业与清洁能源互补的创新发展。而现行风力发电树等风机,则不被允许安装在农田里,经过农田上空的风力资源,大部分则会白白流失,没有充分挖掘利用。
22、其三、山谷上空可发电,开辟风电新资源。现行大型风力发电机一般都安装在山顶(因为山顶风大),不会安装在低洼的山谷里(因为山谷风小甚至无风)。而本技术农田风电互补系统,则可将悬索及风力发电串悬挂于两山之间的山谷高空,从而挖掘出风能更大的风电新场地。
23、其四、阴影移动速度快。因为将悬索呈现南北走向高悬时,其阴影可迅速从作物上移开,因而不会影响光合作用。本技术人所做的一些蔬菜实验显示:每20分钟遮挡5分钟,如此循环往复遮挡阳光再放开,产量还会增加。这一发现,却是一个意外技术收获。其它哪些作物也会有如此应用技术效果,还有待于今后在实践中进一步测试验证。
24、其五、风电补光、直接消纳:夜间田地上空的风力发电机所发出的电,可直接用来给补光灯供电,无需电池储电,若使用太阳能供电则必须电池储电,以供夜间使用。
1.一种农田风电互补系统,其特征在于,它包括:
2.根据权利要求1所述的农田风电互补系统,其特征在于:
3.根据权利要求2所述的农田风电互补系统,其特征在于:相邻两串风力发电串的间距k≥1m或2m或3m或5m或10m或20m或50m。
4.根据权利要求3所述的农田风电互补系统,其特征在于:同一串风力发电串内的多个风力发电机,通过整流器及电线并联或/和串联在一起。
5.根据权利要求4所述的农田风电互补系统,其特征在于:整流器输出直流电,电线将风力发电串内的多个风力发电机并联在一起,电线绑定在悬索上并被引向高耸支撑物。
6.根据权利要求4或5所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电串悬挂在两山之间的山谷高空,山峰兼做高耸支撑物使用。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电串悬挂在相邻两个大型风力发电塔筒之间的高空,大型风力发电塔筒兼做高耸支撑物使用。
8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电串悬挂在相邻两个电线杆之间的空中,电线杆兼做高耸支撑物使用。
9.根据权利要求1或2或3或4或5所述的农田风电互补系统,其特征在于:风力发电机为单个重量≤100kg或50kg或30kg或15kg的微型风力发电机;风力发电串内的风力发电机密度≥20或30台/百米。
10.根据权利要求1或2或3或4或5所述的农田风电互补系统,其特征在于:在柔性风电支架上设有灌溉水管;或者,在柔性风电支架上增设有补光电灯;或者,相邻两串风力发电串之间拉开一定间距k,其中k≥3m或5m或10m或20m或50m。
