CN101289996A

CN101289996A - 一种新型太阳能热气流风力发电方法

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Publication number: CN101289996A
Application number: CNA2008100621868A
Authority: CN
Inventors: 王瑞明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2008-10-22

Abstract

一种新型的太阳能热气流风力发电方法。风力发电机在自然风能发电的基础上叠加热气流的风能发电，该热气流是利用太阳能产生的热量对风力发电系统塔架导风筒底部的空气加热，由于筒状塔架导风筒的拔风效应，塔架导风筒底部的热空气将以热气流的形式沿塔架内腔高速上升，该热气流产生的风力去驱动位于塔架内部的涡轮旋转，该涡轮通过传动轴与风力发电机机舱的齿轮箱内部的齿轮连接，驱动风力发电机。热气流通过集热装置收集太阳能，该集热装置为一上下开口呈锥面塔形结构；其顶部开口与塔架的导风筒部分下端开口匹配相连，底部固定于底座或支架。集热装置将太阳能转化为热能，加热塔架导风筒底部锥形塔内部的空气，内部空气越热，塔架导风筒内部的热气流风速越大，塔架内部的涡轮转速也就越大。旋转的涡轮通过传动轴和风力发电机内部的齿轮箱驱动风力发电机发电。

Description

一种新型太阳能热气流风力发电方法

技术领域

本发明涉及一种风力发电方法，尤其是一种太阳能热气流风力发电方法。

背景技术

随着工业的发展各国对能源的需求日益增大，一次性能源的消耗也越来越大，而且对全球的环境影响也越来越大，温室效应，地球变暖，为此，人们正在大力发展可再生的清洁能源，如风能。现有的风力发电技术已经比较成熟，即利用风力推动风叶转动，产生的机械能带动连接的发电装置动作而产生可供利用的电能；这种风车式的风力发电装置已经得到了广泛应用。

然而，传统的风力发电装置都是依靠自然风运作的，因此，这种风力发电装置必须建设在风力资源丰富的地方，对风场选址要求较高；此外，自然风的风力时强时弱，常常是在阴雨天气时伴随有强风，而在天气晴好的时候风力较弱，有时甚至会停止。这种风力的间歇性使得发电机的输出波动很大，严重影响了发电机的暂态稳定、系统频率控制和负荷潮流，同时，其发电效率及设备的利用率也不高，造成了资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种新型的太阳能热气流风力发电方法，不仅能够利用自然风力发电，而且还可在天气晴好的时候利用太阳能集热装置和导风筒产生的热气流驱动风力发电机发电。天气晴好伴有较强风时，自然风和导风筒产生的热气流通过风力发电机的齿轮箱同时驱动风力发电机发电。在建造风电站时，有时甚至可降低对风场的苛刻要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型太阳能热气流风力发电方法，包括如下步骤：

1)风力发电机在自然风能驱动发电机发电的基础上通过风力发电机机舱内部的齿轮箱叠加热气流的风能驱动发电机发电。

2)热气流的风能是利用太阳光照射，加热太阳能集热装置内部空间的空气，热空气上升流动形成风，温度越高，风速越大；

3)将上述热空气形成的热气流汇集在塔架的导风筒内，利用烟囱效应提高风速；

4)利用上述自然风和热气流分别推动风力发电机的风叶和设置于塔架导风筒内部的涡轮旋转，通过风力发电机机舱内部齿轮箱将两种旋转运动的叠加，驱动机舱内部的发电机发电。

上述技术方案中，当天气遇强风或天气不太晴好时主要是自然风力驱动风力发电机的风叶发电，导风筒内部的热气流驱动涡轮辅助发电；当天气晴好的风力较弱，有时甚至会停止时，主要是热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮发电，此时如果有较弱的风力，自然风力驱动发电机风叶辅助发电；夜间无太阳光时，主要是自然风力通过风力发电机风叶发电。不仅进一步充分利用自然资源，还提高了本装置的利用率。

上述技术方案中，所述步骤1中的风力发电机系统的齿轮箱内部通过两个一级、两个二级或两个三级齿轮传动分别将风力发电机的风叶的传动轴和热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮的传动轴与机舱内部的发电机连接。风力发电机风叶的旋转运动和热气流驱动的涡轮的旋转运动在两个一级、两个二级或两个三级齿轮传动中其中某一级进行两个旋转运动的叠加。

上述技术方案中，所述步骤3中的太阳能集热装置由太阳能集热板组成的上下开口呈圆台锥面结构；其顶部开口与塔架导风筒部分的下端开口匹配相连，集热板经太阳光照射，将太阳能转化为热能，加热集热板下面周围的空气。

本发明的技术构思是：天气遇强风时，风力发电机主要是自然风发电；天气晴好无风的时，风力发电机主要是利用太阳能集热装置和导风筒产生的热气流驱动风力发电机发电；天气晴好伴有较强风时，自然风和导风筒内部的热气流通过风力发电机的齿轮箱同时驱动风力发电机发电；夜晚，风力发电机主要是自然风发电。

由于上述技术方案的使用，本发明与现有技术相比，具有下列优点：

1.由于本发明将利用自然风发电和利用风力发电机塔架下面的太阳能集热装置和塔架导风筒部分所形成的热气流发电在风力发电机齿轮箱内部进行了叠加，可保证发电装置稳定运行，提高发电效率。

2.本发明同时以自然风了发电和以太阳能热气流发电为主，因此其装置的建设选址不受地域的限制，有利于推广应用。

3.本发明在一天中的大部分自然天气条件下发电系统均可以发电，不仅充分利用了清洁的自然资源，还大大提高了设备的利用率，具有良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一的齿轮箱9原理结构图；

图3是本发明实施例二的结构示意图；

其中：

图 1：1、风力发电机机舱的支撑柱；2、出风口部分；3、塔架的导风筒部分；4、底座支架；5、太阳能集热装置；6、位于塔架导风筒内部的涡轮；7、传动轴；8、风叶；9、齿轮箱；10、发电机。

图2：11、太阳轮；12、行星架；13、内齿轮；14、行星轮；15、中间级主动轮；16、中间级单向传动小齿轮；17、中间级单向传动小锥齿轮；18、输出级从动轮；19、输出级主动轮；20、行星轮；21、行星架；22、太阳轮；23、内齿轮；24、中间级大锥齿轮。

图3：25、大齿轮；26、单向传动小齿轮；27、单向传动小锥齿轮；28、大锥齿轮；33、偏航驱动装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

一种太阳能热风风力发电方法，包括如下步骤：

4)利用上述自然风和热气流分别推动风力发电机的风叶和设置于塔架导风筒内部的涡轮旋转，两种旋转运动通过机舱内部齿轮箱均可独立驱动机舱内部的发电机发电，或通过齿轮箱叠加两种旋转运动驱动机舱内部的发电机发电。

上述方法使用的装置如下：参见图1至图3所示，一种新型的太阳能热气流风力发电装置，包括竖直设置的用于支撑风力发电机机舱的塔架，该塔架由支撑柱部分1、出风口部分2、圆锥形导风筒部分3和底座支架部分4等四个功能部分组成。所述支撑柱1底端固定设于出口部分2的顶部，所述圆锥形导风筒部分3顶部与出风口部分2底端固定连接，所述圆柱形导风筒部分3底部与底座支架4固定连接；所述圆柱形导风筒3和底座支架4之间密封固定连接有圆台形的太阳能集热装置。

上述技术方案中，所述步骤1中的风力发电机的齿轮箱内部通过两个三级齿轮传动分别将风力发电机的风叶的传动轴与机舱内部的发电机连接和热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮的传动轴与机舱内部的发电机连接。两个三级齿轮传动的第一级为输入级，第二级为中间级，第三级为输出级。风力发电机风叶的旋转运动和热气流驱动的涡轮的旋转运动在两个三级齿轮传动的中间级进行叠加。如图2所示两个三级齿轮传动的第一级(输入级)为内齿圈13和三对外齿轮14啮合构成输入级齿轮副。两个三级齿轮传动输出级共用同一对齿轮分别为主动轮19和从动轮18。两个三级齿轮传动的中间级的主动轮15和24分别和输入级行星轮系中的太阳轮11和22固定连接。两个三级齿轮传动的中间级分别采用平行轴传动和垂直轴传动。两个齿轮传动中间级的从动齿轮16和17分别采用单向传动齿轮(如同自行车的后链轮)，两单向传动的从动轮1 6和17的传动方向相同，并将该两个单向传动齿轮按照同向同轴固连，实现两个旋转运动的叠加。

上文中，所述塔架的导风筒部分呈锥形，锥形更有利于汇集底部的上升气流，使热气流风速增加，从而进一步提高风力发电装置的的发电装机容量和发电效率；所述的底座支架4为钢结构支架，使导风筒底部与集热装置内部空间畅通。

上述技术方案中，当天气遇强风或天气不太晴好时主要是自然风力驱动发电机的风叶发电，导风筒内部热气流驱动涡轮辅助发电；当天气晴好时风力较弱，有时甚至会停止时，主要是热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮发电，此时如果有较弱的风力，较弱的自然风力驱动发电机风叶辅助发电；夜间无太阳光时，主要是自然风力通过风力发电机风叶发电。不仅进一步充分利用自然资源，还提高了本装置的利用率。

本发明的技术构思是：天气遇有强风时，风力发电机主要是自然风发电；天气晴好无风的时，风力发电机主要是利用太阳能集热装置和导风筒产生的热气流驱动风力发电机发电；天气晴好伴有较强风时，自然风和导风筒内部的热气流通过风力发电机的齿轮箱同时驱动风力发电机发电；夜晚，风力发电机主要是自然风发电。

实施例二：

一种太阳能热风风力发电方法，包括如下步骤：

4)利用上述自然风和热气流分别推动风力发电机的风叶和设置于塔架导风筒内部的涡轮旋转，通过机舱内部齿轮箱的叠加两种旋转运动驱动机舱内部的发电机发电。

上述方法使用的装置如下：参见图4至图5所示，一种新型的太阳能热气流风力发电装置，包括竖直设置的用于支撑风力发电机的塔架，该塔架由支撑柱部分1、出风口部分2、圆锥形导风筒部分3和底座支架部分4等四个功能部分组成。所述支撑柱1底端固定设于出口部分2的顶部，所述圆柱形导风筒部分3顶部与出风口部分2底端固定连接，所述圆柱形导风筒部分3底部与底座支架4固定连接；所述圆柱形导风筒3和底座支架4之间密封固定连接有圆台形的太阳能集热装置。

上述技术方案中，所述步骤1中的风力发电机的齿轮箱内部通过两个一级齿轮传动分别将风力发电机的风叶的传动轴和热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮的传动轴与机舱内部的发电机连接。风力发电机风叶的旋转运动和热气流驱动的涡轮的旋转运动通过两个一级齿轮传动实现运动的叠加叠加。两个一级齿轮传动的从动齿轮26和27分别采用单向传动齿轮(如同自行车的链轮)，两单向传动的从动轮26和27的传动方向相同，并将两个单向传动齿轮26和27按照同向同轴固连，实现两个旋转运动的叠加。

上述技术方案中，所述步骤3中的太阳能集热装置由太阳能集热板组成的上下开口呈锥体结构；其顶部开口与塔架导风筒部分的下端开口相匹配，集热板经太阳光照射，将太阳能转化为热能，加热集热板下面周围的空气。

上文中，所述塔架的导风筒部分可以呈锥形，锥形更有利于汇集底部的上升气流，使热气流风速增加，从而进一步提高风力发电装置的的发电装机容量和发电效率；所述的底座支架4为钢结构支架，使导风筒底部与集热装置畅通。

上述技术方案中，当天气遇强风或天气不太晴好时主要是自然风力驱动发电机的风叶发电，导风筒内部热气流驱动涡轮辅助发电；当天气晴好的风力较弱，有时自然风力甚至会停止时，主要是热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮发电，此时如果有较弱的风力，自然风力驱动发电机风叶辅助发电；夜间无太阳光时，主要是自然风力驱动风力发电机风叶发电。不仅进一步充分利用自然资源，还提高了本装置的利用率。

Claims

1.一种新型的太阳能热气流风力发电方法，风力发电机在自然风能驱动发电机发电的基础上叠加热气流的风能驱动发电机发电。热气流的风能驱动发电机发电，主要是利用集热装置将太阳能转换为热能，该热能产生的热量对塔架导风筒下面的空气加热形成热气流，热气流沿塔架导风筒内腔高速上升，高速上升的热气流驱动位于塔架导风筒内部的涡轮旋转，旋转的涡轮通过传动轴和风力发电机机舱内部的齿轮箱独立驱动发电机发电或与自然风能叠加驱动发电机发电。

2.如权利要求1所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征在是，所述的风力发电机在自然风能驱动发电机发电的基础上通过风力发电机机舱内部的齿轮箱叠加热气流的风能驱动发电机发电。

3.如权利要求1所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征在是，所述的风力发电机系统的齿轮箱内部通过两个一级、两个二级或两个三级齿轮传动分别将风力发电机的风叶的传动轴和热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮的传动轴与机舱内部的发电机连接。风力发电机风叶的旋转运动和热气流驱动的涡轮的旋转运动在两个一级、两个二级或两个三级齿轮传动中其中某一级进行两个旋转运动的叠加。

4.如权利要求1所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征在是，所述支撑风力发电机机舱的塔架由四个功能部分组成，四个功能部分分别为支撑柱部分、出风口部分、圆锥或圆柱形导风筒部分和底座支架部分。

5.如权利要求1所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征在是，所述的热气流是由位于塔架导风筒底部的上下开口呈圆台锥面结构的太阳能集热装置产生。

6.如权利要求1所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征在是，所述的塔架顶端风力发电机机舱随风向旋转的轴线与安装于塔架导风筒内部的涡轮旋转的轴线重合。

7.如权利要求2所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征是，所述的齿轮箱能将自然风能驱动的的风力发电机风叶旋转运动和由热气流驱动的塔架导风筒内部的涡轮的旋转运动进行叠加驱动风力发电机机舱内部的发电机或者两个旋转运动分别独立驱动机舱内部的发电机。

8.如权利要求4所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征是，所述的第一个功能部分是位于风力发电机机舱下面的支撑柱，该支撑柱为圆柱体或者圆锥体，其中心有直径大于传动轴直径的通孔。

9.如权利要求4所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征是，所述的第二个功能部分是位于支撑柱下面的出风口，保证与其下面相连接导风筒的热气流顺利流出。

10.如权利要求4所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征是，所述的第三个功能部分是位于出风口下面的导风筒，导风筒内部安装有高速热气流驱动的涡轮。

11.如权利要求4所述的新型太阳能热气流风力发电方法，其特征是，所述的第四个功能部分是位于导风筒下面的底座支架。