CN100516512C - 太阳能驱动气流发电装置 - Google Patents

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Abstract

太阳能驱动气流发电装置，属于利用太阳能发电的技术，同时涉及气流发电装置。本发明针对现有太阳能烟囱发电技术效率低下的问题，在原太阳能烟囱发电基础上，沿集热棚四周对称地设置若干进风通道；在进气通道内布置风力透平机，它同时具备收集棚外自然风力的作用，从而在进气通道中形成第二级气流发电；该两级气流发电的总效率比起原太阳能烟囱单级气流发电的效率将提高1倍以上。按本发明建造发电站的投资强度将大幅度下降到火电与水电之间的投资强度。在我国西北部广大荒漠地区采用本发明，不存在占用耕地和移民等社会问题，运行费用低廉，有利于生态环境保护。

Description

太阳能驱动气流发电装置
技术领域
本发明属于利用太阳能发电的技术，同时涉及气流发电装置。
背景技术
1978年德国Schlaich教授提出太阳能烟囱发电技术，1982年德国和西班牙合作建造了第一座太阳能热气流发电原型电站，采用开放式透光集热棚，集热棚内空气接受太阳辐照而温度升高，形成为经由烟囱上升的热气流；集热棚内气压因烟囱的抽力作用而形成负压，该负压驱使集热棚外地面大气压的空气流经棚四周的进气通道向集热棚中心汇流，最后由烟囱顶部排出，在烟囱底部布置风力涡轮发电机，热气流推动风力涡轮发电机叶片，形成热气流发电。
太阳能烟囱发电技术的主要缺点是发电效率过低，只有1％-2％。原因在于决定发电效率的三个因素中，除集热棚的热效率(约60％)和风力透平发电机的机械效率(约80％)外，集热棚内空气热能转化成烟囱内气流动能的烟囱效率，受烟囱高度的的限制(约在1000米以下)，只有2％-4％，致使太阳能烟囱发电的效率低下。这一缺点使得太阳能烟囱电站的投资强度(每千瓦的投资金额)超过水电而接近核电的水平。这就明显降低了太阳能烟囱电站的商业竞争力。
发明内容
本发明提出一种太阳能驱动气流发电装置，针对现有太阳能烟囱发电技术效率低下的问题，在原太阳能烟囱发电基础上，沿集热棚四周对称地设置若干进风通道；在进气通道内布置风力透平机，它同时具备收集棚外自然风力的作用，从而在进气通道中形成第二级气流发电；该两级气流发电的总效率明显高于原太阳能烟囱单级气流发电的效率。
本发明的一种太阳能驱动气流发电装置，包括透光集热棚、集热棚中心的导流烟囱、导流烟囱底部设置的热气流透平发电机组，其特征在于：(1)沿集热棚四周对称设置进气通道，通道两端呈喇叭状、通道中间段收缩成流线型管道，以形成有较高风速的人造风气流，流线型管道内安装风力透平发电机组；(2)除进气通道外，集热棚密封、堵塞漏气缝隙，以使气流在烟囱的抽吸作用下，集热棚内形成负压；设置在集热棚四周进气通道的风力透平发电机组和设置在导流烟囱底部的热气流透平发电机组，串连构成两级气流发电；(3)在集热棚内的地表面，可以安放盛有盐溶液的水箱，水箱上层外表涂以黑色，所述盐溶液含碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和氯化物，其含盐量在3.5％及以上，比热为清水的3-4倍。
所述的太阳能驱动气流发电装置，玻璃集热棚还可以采用波状起伏结构的棚顶，棚顶波峰处装有带密集小孔的水管，用于清洗集热棚玻璃；棚顶波谷处设槽，槽底可开启，正对槽底下部装有传输皮带，用于防尘和排沙。
显然，本发明技术方案可充分利用集热棚所吸收的太阳能，并同时利用集热棚外的自然风能，因而发电效率明显高于德国Schlaich教授提出的太阳能烟囱发电技术方案，保守地估计发电效率将提高1倍以上。
本发明集热棚内安放的盛有卤水的水箱，可以储蓄来自太阳能辐照的热量，水箱上层外表涂以黑色，可以提高水箱的吸热效果；玻璃集热棚波状起伏结构、波谷处设槽的棚顶，便于清洗防尘和排沙。
应用本发明技术发电，其所需能源来自太阳能，作功工质来自空气，无需消耗水资源，属于环保和资源节约型绿色能源技术。又由于本发明提出并设计了太阳能驱动两级气流发电，其太阳能/电能转换效率明显高于德国Schlaich教授提出的太阳能烟囱发电的转换效率，按本发明技术方案建造发电站的投资强度将大幅度下降到火电与水电之间的投资强度。在干旱缺水和生态极其脆弱的我国西部和北部广大荒漠地区采用本发明建设太阳能发电站，不存在占用耕地和移民等社会问题，不仅运行费用低廉，且有利于生态环境保护。
附图说明
图1为本发明导流烟囱和热气流透平发电机组部分示意图；
图2为本发明集热棚、进风通道和风力透平发电机组部分示意图；
图3为本发明集热棚棚顶局部结构示意图。
具体实施方式
本发明是通过建设相应的发电站，实现太阳能-机械能(热气流能)-电能的转换过程，从而达到发电的目的。其实施过程与水电站利用水力能进行发电的建设过程类似，具体可包括以下几个方面：
(1)选择太阳能资源充沛的地区作为发电站建设地点；
(2)进行集热棚、进气通道、导流烟囱等设施的施工与安装；
(3)进行风力透平机、变频发电机、储热装置、控制中心以及其他内部设备等的安装；
(4)设备调试、投产。
下面结合附图和实施例予以说明：
图1和图2为本发明的示意图，其中导流烟囱1，其底部装有热气流透平发电机组2；集热棚3为透光玻璃材料构成，除进风通道5外，周围密封；进风通道5内装有风力透平发电机组4。
图3为本发明集热棚棚顶局部结构示意图，集热棚3采用波状起伏结构的棚顶，棚顶波峰处装有冲淋装置9，它可以是带密集小孔的水管，用于清洗集热棚玻璃；棚顶波谷处设槽，槽底可开启，构成排沙口6；正对槽底下部装有皮带传输机7，用于排除沙尘8。
实施例1：(有进气通道和第一级风力透平，无盐溶液)
装机容量1.15万kW，总投资1亿元；
集热棚半径1500m，占地面积8.5平方公里；
烟囱高度400m，直径30m；
进气通道数24，第一级风力透平数24，单机功率240kW；
第二级热气流透平数16，单机功率360kW；
年发电量0.43亿kWh，年产值1720万元(电价0.4元/kWh)；
年运行费用470万元，年净利润1250万元。
实施例2：(有进气通道和第一级风力透平，有盐溶液)
装机容量1.15万kW，总投资1亿元；
集热棚半径1500m，占地面积8.5平方公里；
烟囱高度400m，直径30m；
进气通道数24，第一级风力透平数24，单机功率240kW；
第二级热气流透平数16，单机功率360kW；
盐溶液含氯化钠20％，比热为1320J/(kg K)；
内设水箱数2000，单个水箱尺寸4×4×1m，体积16m3；
年发电量0.55亿kWh，年产值2200万元(电价0.4元/kWh)；
年运行费用520万元，年净利润1680万元。
对比例：(无进气通道和第一级风力透平，有盐溶液)
装机容量0.57万kW，总投资0.75亿元；
集热棚半径1500m，占地面积7.0平方公里；
烟囱高度400m，直径30m；
热气流透平数16，单机功率360kW；
盐溶液含氯化钠20％，比热为1320J/(kg K)；
内设水箱数2000，单个水箱尺寸4×4×1m，体积16m3；
年发电量0.28亿kWh，年产值1200万元(电价0.4元/kWh)；
年运行费用420万元，年净利润780万元。

Claims (2)

1.一种太阳能驱动气流发电装置，包括透光集热棚、集热棚中心的导流烟囱、导流烟囱底部设置的热气流透平发电机组，其特征在于：(1)沿集热棚四周对称设置进气通道，通道两端呈喇叭状、通道中间段收缩成流线型管道，以形成人造风气流，流线型管道内安装风力透平发电机组；(2)除进气通道外，集热棚密封、堵塞漏气缝隙，以使气流在烟囱的抽吸作用下，集热棚内形成负压；设置在集热棚四周进气通道的风力透平发电机组和设置在导流烟囱底部的热气流透平发电机组，串连构成两级气流发电；(3)在集热棚内的地表面，安放盛有盐溶液的水箱，水箱上层外表涂以黑色，所述盐溶液含碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和氯化物，其含盐量在3.5％及以上，比热为清水的3-4倍。
2.如权利要求1所述的太阳能驱动气流发电装置，其特征为所述集热棚采用波状起伏结构的棚顶，棚顶波峰处装有带小孔的水管，用于清洗集热棚玻璃；棚顶波谷处设槽，槽底可开启，正对槽底下部装有传输皮带，用于防尘和排沙。
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