CN101196171A - 建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高层建筑风力发电系统，涉及新能源的利用。本发明的任务是提供一种结构简单、成本低、适用于城市当中风能开发利用的风力发电机。为了改善城市常年平均风力较小、空阔地带较少不宜采用现有的风力发电系统的缺陷，本发明就是利用城市当中常年作用在建筑物立面的风能，通过在建筑物的通风道(东西或南北向)、楼顶层、技术夹层内或高层建筑物之间安装经特殊设计的发电装置来达到在城市当中发电的目的。

Description

建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，具体地说是涉及一种用于建筑物墙壁内空间、楼房顶或技术夹层内、高层建筑物之间的隧道式扩压集流复合式双向风力发电机。

背景技术

风能作为一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量约2.53亿千瓦。随着全球经济、技术进步和环保事业的发展，风能市场也迅速发展起来，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。不论是风电产业的经济效益、对社会的效益，还是中国目前奉行的可持续发展和节约能源战略，这些都为风力发电行业提供了很大的发展空间。

目前的现有技术当中风力发电机一般由风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风轮半径都大约在3米左右，安装厂址都选择在：

(1)风能资源丰富。根据我国气象部门的有关规定，当某地域的年有效风速时数在2000∽4000h、年6∽20m/s风速时数在500∽1500h时^[1]，该地域才具备安装现有风力发电机的资源条件。

(2)具有稳定的盛行风向、季节变化比较小的地方。

(3)湍流小。

(4)自然灾害小。

综上所述即现有的风力发电机一般都安装于空阔地带，如：沿海、山地等地区。不仅占用空间较大，对地域要求也比较严格。受此限制城市从土地紧张到由于叶片过大占空间而无法推广。为此本发明通过科学的计算与探讨，试分析发明一种结合城市环境、借助于建筑物的风力发电装置。

发明内容

本发明的任务是提供一种结构简单、成本低、适用于城市当中风能开发利用的发电机。

通过日常生活观察可知：虽然城市常年平均风力较小、空阔地带较少不宜采用现有的风力发电系统，但当风作用在建筑物的立面时会产生很大风压，如建筑物立面有开口，则会产生风力聚集效应，从而风速风压加大。这一理论在平常观察中可以得到证实，比如装在建筑物外墙的排风扇在无电力、有风作用的情况下会自行转动。本发明就是利用这部分风能通过在建筑物通风道、楼房顶或技术夹层内安装的发电装置来达到在城市当中发电的目的。

为达到上述目的，本发明的发电装置包括两个用于收集风的收风装置、一个圆筒形通风管(可根据夹层空间高度、墙壁内空间大小调节通风管直径)、自动转换装置、两台风力发电机。

此发明在实际应用中应达到如下效果：

1、节能。在城市发电当中采用自然风能代替电能，有效节约了能源。

2、安装在建筑物内部(通风道)，不仅合理利用有限空间，而且减小了噪音。另外如安装在公共建筑物的技术夹层内或楼房顶，风道还可以加大面积、发电机也可以多台，以提高功率达到理想发电目的。

3、环保。利用洁净可再生能源——风能发电有利于工作环境与环保要求。

4、可以提高经济效益。如下表所示：一住户使用一台300W风力发电系统的费用。

	风力发电机	蓄电池	整流装置	改造建筑物成本(含风道)	合计
						数量	1	1	1
初始投资/元	700	300	700	3000	4700
						使用年限/年	10	3	10	20
年均投资/(元/年)	70	100	70	150	390
						年维修费用/(元/年)					50

年发电总费用/(元/年)		440
			系统年发电量/(度/年)		1314
系统发电成本/(元/度)		0.33

由图表可知每度电成本为0.33元低于现行市场价格0.5元，年可节约224元，产生直接效益。

5、与火力发电相比可以显著提高社会效益。风力发电的突出优点是环境效益好，不排放任何有害气体和废弃物，减少社会成本。

6、发电通风道的设计，还可以起到减小建筑物风载荷的作用。当采用多功能设计时，还可以在风道内装有过滤装置与开关阀的通风口，以调节室内空气新鲜度与湿度。

7、建筑物外装修可以解决外观效果。

附图说明

图1为本发明所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机发电装置示意图。

图2为本发明所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机在技术夹层中的安装示意图。

图3为本发明所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机在墙壁空间中的安装示意图。

图4为本发明所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机在楼房顶的安装示意图。

图5为本发明所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机在高层建筑之间的安装示意图。

具体实施方式

通过下表^[2]我们可以得到在城市当中发电的理论依据：在城市10m高空时，可利用风力发电的一般地区为：丰富区、较丰富区、可利用区。风能功率密度为100∽250W/m²。

风速、风能风能区	城郊气象站(遮蔽)		开阔平原		海岸带		山脊和山顶
									风速(m/s)	风能(W/m2)	风速(m/s)	风能(W/m2)	风速(m/s)	风能(W/m2)	风速(m/s)	风能(W/m2)
	丰富区	＞4.5	＞225	＞6.0	＞330	＞6.5	＞372	＞7.0									＞425
较丰富区									3.0∽4.5	155∽255	4.5∽6.0	225∽330	5.0∽6.5	262∽372	5.5∽7.0	296∽425
	可利用区	2.0∽3.0	95∽115	3.0∽4.5	123∽225	3.5∽5.0	155∽262	4.0∽5.5									193∽296
贫乏区									＜2.0	＜95	＜3.0	＜123	＜3.5	＜155	＜4.0	＜193

建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机由发电装置、限速安全机构和储能装置等构件组成。图1所示的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机的发电装置包括风轮2、发电机3、通风管4、收风装置1和自动转化装置。

在建筑物设计时，按单元分配一个南北或东西的通风道(根据地理气象条件并结合建筑物位向设计)，外界作用在建筑物立面上的风能通过锥台形收风装置1进入用光滑、保温、阻燃难燃材料(如聚氨酯)制作的通风管道4。锥台形收风装置采用集流式与扩压式相结合的形式，使气流通过水平轴风轮时集中或扩散，因此加速或减速。进风处采用集流式，利用锥形罩以加大风速(风压)。风道进出口各装有一台风力发电机3(可选用涡轮式，以减小尺寸)和自动转换装置，当风向改变时由电器元件控制完成整流转换，并将电能储存于蓄电池中，以便双风向时两台发电机同时使用。发电机3与建筑物外壁留有一定距离，由支架5固定，用于安装锥台形收风装置1。

当风通过锥台形集风口1进入通风管道4(由于通风管道采用光滑材料，对风的阻力可以忽略不计)时，由于管径减小，风速必定提高从而达到日常发电用风速。另外由于建筑物迎风面气流在压差作用下会向风道自然汇集，必然会加大功率。同时产生的风压作用在风轮2上，风轮2快速旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机3在风轮轴的带动下旋转发电。其中涉及的发电机叶轮2由2个或3个叶片构成，设计成双风向叶片(类似轴流抽风机)，这样就能达到双风向时两台发电机同时发电的目的。

本设备其它部件结构——限速安全机构和储能装置，已有成型技术不作描述。

参考文献

《风力发电》                    中国电力出版社    尹炼  刘文洲主编

《风力发电》                    中国电力出版社    王承煦  张源主编

《新能源概论》                  化学工业出版社    王革华主编

《风能与风力发电技术》          化学工业出版社    刘万琨主编

《风力发电机设计与运行维护》    中国电力出版社    苏绍禹主编

[1]张希良.化学工业出版社.风能开发利用—21世纪可持续能源丛书    P20∽P21

[2]王承煦  张源.中国电力出版社.风力发电  P47

Claims (5)

1.建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机由发电装置、限速安全机构和储能装置等构件组成。其特征在于：建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机安装于建筑物内空间、技术夹层、楼房顶或高层建筑物之间，用少量空间来达到理想发电的目的。

2.如权利要求1所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机，其特征在于：隧道式扩压集流复合式双向风力发电机适用于非空阔地带、城市风能的开发。

3.如权利要求1所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机，其特征在于：作用在建筑物立面上的风能通过锥台形收风装置经由风道进出口安装的风力发电机进入通风管道。由于通风管道管径较锥台形收风装置小，必定会提高风压与风速并作用在风轮上。风轮快速旋转，带动发电机发电。

4.如权利要求3所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机，其特征在于：发电装置包括两个用于收集风的收风装置、一个圆筒形通风管道、自动转化装置和两台风力发电机。

5.如权利要求4所述的建筑物内隧道式扩压集流复合式双向风力发电机，其特征在于：两个用于收集风的收风装置为扩压集流复合式，均采用锥台形结构并分别安装于通风管道两端，以便双向风时两台发电机同时使用。

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