CN102072104A

CN102072104A - 喷射式涡轮增压大型发电系统

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Publication number: CN102072104A
Application number: CN2010105648084A
Authority: CN
Inventors: 严政
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2011-05-25

Abstract

喷射式涡轮增压大型发电系统，利用风能、太阳能和冷热气流动能互补聚合，通过加速喷射器导入涡轮增压气轮封闭室，形成高速气流达到60m/s以上，产生人造飓风，驱动气轮单向匀速转动，高速喷射气流驱动气轮的同时，气轮的转动又加速了气流，最大限度地反复利用动能，从而突破了自然风速25m/s，功率转换系数＜0.59定律的极限。本发明实现发电机单机大功率、全天候、满负荷、匀速发电友好上网，其最大特点突破了目前风力、太阳能光伏发电技术的局限，填补了光热大型发电的空白，在利用清洁无尽可再生能源大型发电方面，开辟了人类替代能源的另一个全新领域。

Description

喷射式涡轮增压大型发电系统

技术领域

本发明涉及一种利用清洁无尽可再生能源风能与太阳热能互补、冷热气流聚合，通过喷射式涡轮增压加速产生人造飓风大型发电的新能源技术。

背景技术

全球致力发展清洁可再生能源，目前的风力发电技术，自然风速常态10M/s，可利用风压动力在600/m²左右，全年可发电时间在5000h、而等额满负荷发电时间仅为2000h左右，单机大功率发电成为一个重点开发方向，目前最大达到6MW，风轮直径126M。太阳光伏、包括风光互补技术发电则需要大量单(多)晶硅和蓄电池载体，而太阳光热发电几乎空白。无论风力或太阳光伏发电，都受自然环境弱风、无风，弱照和无日照的影响，普遍面临发电单机功率小，上网电量、波幅不稳定和造价高等等难题。

人造飓风技术在国外有近30年历史，被成熟应用在模拟高空运动，风速达到67M/s，相当于5级强烈飓风。

在开发大型风力和太阳能发电方面，人类积极开展各种创新尝试：

国际间合作“人造太阳”，核能通过裂变和聚变两种方式，产生巨大能量，目前成熟的核能发电是通过地球十分稀奇的铀裂变反应。而聚变是利用氢同位元素氚核聚变，可用海水为原料，在超高温达到1亿摄氏C状态下，1公升的海水，通过受控聚变反应，可产生相当于300公升的汽油能量。这是人类探索新能源的庞大工程，全球各国政府和科学家都致力研究，目前欧盟、美、中、日、俄、印、韩七方从2008年开始，用35年时间，投入100亿欧元，其中中国投入100亿元人民币，这是迄今为止中国国际能源合作的最大一笔投入。由于涉及的仿太阳超高温技术复杂，从实验堆到预研堆需要二三十年，从预研堆到商业运行堆需要四五十年，需要近百年漫长的开发时间(摘引《广州日报》2008年1月23日)。

中国更多的研发，致力开拓替代新能源大型发电技术：《一种烟囱式太阳能和风能聚合发电装置》专利号：CN200820047332.5，《利用太阳能发电的装置及方法》专利号：ZL00123704.7，《人造台风强流大型发电系统》专利号：CN200810220322.1，《电动发动机》专利号：ZL200720158003.3，《杯式密封加速导管风轮机》专利号：2008200868486.2。

发明内容

本发明是一种综合利用风能、太阳能和冷热气流动能，通过大容积聚合，喷射式涡轮增压产生高速气流大型发电技术。本系统装置由太阳光热气流大容积聚合容器、涡轮增压气轮发电机组和发电输送控制中心三部分组成。

本发明提出的利用自然风光热互补和冷热气流聚合发电方法：在没有风力第一动能、或没有太阳光照第二动能的环境下，依然可以通过静止空气产生冷热对流作用，作为第三动能继续维持发电，达到全天候、满负荷、全年发友好供电上网。

运用爱恩斯坦相对论质能关系E＝mc2原理，通过喷射高速气流提高速度c，在一定的单位容积内，实现发电能量E的大幅增加。

其实施方式通过直接收集自然风力作为第一动能，在大容积密封透明的容器内吸收太阳光热，形成源源不断的温差强对流第二动能，以上两种动能通过加速喷射器加速，导入涡轮增压气轮封闭室，形成高速气流达到60M/s以上，驱动气轮转动。根据风力发电功率与风速三次方成正比的原理，风压动力达到P＝0.5X1.2(空气质量)X60^3(风速)＝130KW/m²，明显高于自然风速常态下10M/s、风压动能600W/m²的217倍，为单机大功率满负荷发电提供了足够的工况动能。

本发明创新采用涡轮增压气轮内置封闭室装置，驱使进入涡轮增压气轮封闭室内的气流高速单向旋转运动，高速喷射气流驱动气轮的同时，气轮又推动了气流加速旋转，两种动能的相互循环驱动作用，最大限度地反复多次利用动能，从而突破了BETZ一次风能转化机械能系数＜0.59的极限。

由于加速喷射器人造飓风的形成，加上内置涡轮增压气轮结构和封闭室动能的相互反复利用，有效控制了气轮机与发电机的额定匀速，提高了功率转化率，降低了气轮机噪音，保证发电机保持大功率、满负荷长时间匀速运转，很好地解决了风力发电面临的种种难题：风力不稳定、风向偏航、风轮外置噪音、发电机失速与超速、功率转化率低、发电量不均衡、单机功率小和供电上网不稳定等等不利因素。

本发明所述的涡轮增压气轮发电机组装置，为旋转自动追风直立圆柱形，设置在大容积气流聚合容器的顶部或内部，包括风力导风管、多点加速喷射器、密封横卧圆柱形涡轮增压气轮室、平台座和圆柱形外罩六部分。

本发明所述的太阳能大容积聚合气流容器装置，通过透明玻璃吸收光热，在地面设置吸热发热材料，容器内置若干立式锥形气流导风管。容器内温差高于外部10℃以上，随着冷气流不断补充，热气流上升，形成冷热气流对流动能，通过导风管输送到顶层，经过加速喷射器进入本发明所述的涡轮增压气轮封闭室。喷射鼓风机在抽取热气流的同时，拉动聚合容器内的冷热气流对流速度。在无日照的环境下，利用聚合容器内积聚余热和发热材料发热，继续保持容器内温差产生冷热对流动能。

发电控制输送中心包括发电系统自动控制装置和变压上网输送装置。

本技术可设置多组喷射式气轮发电机，并可将系统多组合成大型发电站，也可以建造小型发电机组，适应不同的商业要求。本发明发电系统装置完全可以替代煤炭能源发电，突显结构紧凑、简单可靠、占地空间少、抗天灾能力强、成本低和易维护的优势，具有显著的社会效益与经济效益。

附图说明

图1喷射式涡轮增压大型发电系统整体图。

图2封闭式涡轮增压气轮发电机组6正视图。

图3封闭式涡轮增压气轮发电机组6侧视图。

图4封闭式涡轮增压气轮发电机组6透视图。

以下根据附图详细描述本发明的结构和发电过程：

图1是喷射式涡轮增压大型发电系统主体，由大容积太阳能聚合气流收集容器1，容器1外顶部装置多组封闭式涡轮增压气轮发电机组6以及发电控制输送中心22三部分组成。大容积太阳能聚合气流容器1顶层采光玻璃3吸收太阳光热8，使容器1内的空气加热达到高于外部10-45℃，并使吸热材料4加热，随着冷气流2的补充，大容积形成冷热气流对流动能，热气流11上升，通过锥形立式热气流导风管5、加速喷射器12高速进入涡轮增压气轮封闭室10。

在无日照的状态下，利用吸热发热材料4余热、发热，使聚合容器1内的空气温度高于外部温度10℃以上，随着冷气流的不断补充，容器1内产生冷热气流运动，形成热气流11上升通过导风管5，继续经过加速喷射器12导入涡轮增压气轮封闭室10。

图2、图3为封闭式涡轮增压气轮发电机组6结构图，自然风9直接进入导风管7，通过内置鼓风机加速喷射器13导入涡轮增压气轮封闭室10，此为第一动能加速喷射点13；同时聚合容器1内的热气流5通过喷射输送到涡轮增压气轮封闭室10，为第二动能加速喷射点12；加上室内10设置的若干喷射器17喷射，使室内10内高速气流18保持在60M/s以上，驱动气轮机16匀速旋转，驱动主、被动轴14、15，带动发电机19运转发电。平台座20支撑封闭式涡轮增压气轮发电机组6总承，并由外壳21罩住，整套总成6设置在太阳能聚合容器1顶部或内部，并可自动追风定向转动。

图4封闭式涡轮增压气轮发电机组6透视图，由多点加速喷射器12、13和17喷射室内的高速气流18，呈单向旋转运动，同时两种作用力：高速气流18与气轮16转动产生的气流，相互循环驱动，使气轮叶16匀速旋转，最大限度地反复利用动能资源。

具体实施方式

以建造4X7万KW人造飓风喷射式大型发电站计算：

根据风压动力发电功率计算公式P＝1/2p∏r^2v^3Cp

式中，空气密度p按1.2KG/M3计，迎风半径r设定为16M，风速v额定60M/s，功率转化系数Cp为0.7，则：

P＝1/2X1.2X3.14X16^2X60^3X0.7＝72,924KW，即本技术发电机单机额定功率为7万KW。

总装机容量：4X7万KW＝28万KW，减去维修保养时间，全年满负荷发电时间以8400小时计，总发电量为：

28万KWX8400h＝235,200万KW.h(23.52亿度)

加速喷射器内的电动鼓风机和发热材料发热，年平均耗电按总发电量的30％计，可上网供电量：

235,200X70％＝164,640KW.h(16.46亿度)，每年可减排二氧化碳230万吨。

Claims

1.一种综合利用风能、太阳能和冷热气流动能，通过大容积聚合加速喷射产生高速气流，导入封闭式涡轮增压气轮室发电的喷射式涡轮增压大型发电系统技术，本系统由太阳光热气流大容积聚合容器1、涡轮增压气轮发电机组6和供电输送控制中心22三部分组成。

2.根据权利要求1所述的喷射式涡轮增压大型发电系统的发电原理，其特征在于：运用爱恩斯坦相对论质能关系E＝mc2原理，通过采用多点喷射12、13、17高速气流18方式提高速度c，在一定的单位容积内，实现能量E的大幅增加；所述的高速气流18速度达到60M/s以上，根据风力发电功率与风速三次方成正比的原理，风压动力可达到P＝0.5X1.2(空气质量)X60^3(风速)＝130KW/m²，明显高于自然风速9常态下10M/s、600W/m²的217倍，为单机大功率发电提供了足够的工况动能。

3.根据权利要求1所述的发电方法：采用封闭式涡轮增压气轮室10装置，气轮机16内置室内10，加速喷射器12、13、17驱使进入室内10的气流高速单向旋转运动，高速气流18驱动气轮16的同时，气轮16又推动气流18加速单向旋转，两种动能相互循环驱动，最大限度地反复利用动能，突破了BETZ一次风能转化发电功率系数＜0.59的极限。

4.根据权利要求1所述的发电方法：其特征在于：利用自然风光热互补和冷热气流聚合发电，在没有风力9第一动能、或没有太阳光照8第二动能的环境下，依然可以通过空气产生冷热对流作用，作为第三动能9、11继续维持发电，达到全天候、满负荷、全年友好供电上网；所述的发电过程全部利用自然清洁无尽可再生能源大型发电，整个发电过程达到0排碳、0排硫、0排尘和低噪音的环保状态。

5.根据权利要求1所述的太阳能大容积聚合气流容器1装置，其特征在于：金属框架结构，可选择设置不同形状、容积和高度，顶层设置透明玻璃3吸收光热8，在地面设置吸热发热材料4，容器1内置若干立式锥形气流导风管5，侧面设立冷空气采风口2。

6.根据权利要求1所述的涡轮增压气轮发电机组6装置，为可旋转自动追风直立圆柱外形21结构，设置在大容积气流聚合容器1的顶部或内部，包括风力导风管7，加速喷射器12、13、17，密封横卧圆柱形涡轮增压气轮室10，气流发电机19，平台座20和圆柱形外罩21六部分；自然风9第一动能通过导风管7，由加速喷射器13进入涡轮增压气轮封闭室10，热气流11第二动能通过聚合容器1顶部立式导风管5、从气轮室10底部加速喷射器12进入涡轮增压气轮室10，两种动能喷射合力，驱动气轮16呈单向匀速旋转，同时不断吹进的高速气流18与气轮16转动产生的气流，相互作用下，使气轮16维持匀速旋转。

7.根据权利要求6所述的气流加速喷射器装置12、13、17，其特征在于：将风能9、太阳热能8和空气冷热对流动能9、11，以及高速气流18通过多点加速喷射器12、13、17喷射，驱使进入涡轮增压气轮封闭室10内的气流18维持高速单向旋转运动；所述的加速喷射器12、13、17可调节风速和流量，由加速导风管和电动鼓风机组成。

8.根据权利要求6所述的气轮机16装置，其特征在于，内置涡轮增压气轮封闭室10内，在60M/s以上的高速气流18风速下转动，突破了风力发电25M/s的运转极限，根据气(风)轮与风速三次方同样成正比的原理，气轮16迎风面积可大大减小，可轻易确定气轮叶片与气流的最佳攻角，提高能量的转化率，根据不同需要，气轮机16可选择多方式结构、设置大小不同受风面积、不同形状气轮叶。

9.根据权利要求6所述的气流发电机19装置，其特征在于：由于高速喷射气流18(飓风)的驱动作用，发电机19单机功率大大提升，可达到7万KW，突破了目前风力发电单机5000KW的功率极限；所述的发电机传动装置：可直接由气轮16同轴驱动，也可通过齿轮或传动轴14、15驱动。

10.根据权利要求5、6所述的加速喷射器12、13、17的电动鼓风机，太阳能大容积聚合气流容器1的发热材料4，全部耗电由本系统的发电供应，全年平均耗电占本系统发电量的30％左右。

11.根据权利要求1所述的发电输送控制中心22，包括两部分：发电系统自动控制装置和上网变压输送装置。

12.根据权利要求1所述的喷射式涡轮增压大型发电系统技术装置，其特征在于：所述的涡轮增压气轮发电机组6，可设置多组合；本发电系统装置可多单元组成大型发电站，也可以建造小型发电机组，适应不同的商业要求。