CN102410141B - 风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明的风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统涉及净化式太阳能空气集热和储流子系统、太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统、太阳塔热气流辅助加热子系统、阻力式环流无轴风力发电子系统、太阳能气流引导功能塔子系统多项重大核心技术电力输出优化集成系统。包括太阳塔塔体、钢拉缆紧固件、钢拉缆、抗震防裂护罩、避雷防撞装置、轮式支撑环、钢制筒圈、疏水管道、太阳能塔塔内平面基台、太阳塔塔基座、上拽热气流通道、机械及操控工作室、变速电机、阻力式调风盖、太阳能塔热气流辅助加热子系统、净化式太阳能空气集热和储流子系统、太阳能管流式空气涡轮发电机组子系统和阻力式环流无轴风力发电子系统。

Description

风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统

技术领域

本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统涉及的是净化式太阳能空气集热和储流子系统、太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统、太阳塔热气流辅助加热子系统、阻力式环流无轴风力发电子系统、太阳能气流引导功能塔子系统多项重大核心技术电力输出优化集成系统，属风力发电和太阳能热气流发电及辅助燃气加热持续电力输出技术领域。

背景技术

20世纪80年代，由斯图加特大学的乔根·施莱奇教授及其合作者首先提出太阳能烟囱式热力发电，并进行了长期的实验研究，其基本原理是通过太阳能集热棚加热棚内空气，以烟囱产生上拽气流效应，驱动空气涡轮机并带动发电机发电。这种发电方式无需常规能源，其动力供给完全来自于集热棚内因太阳辐射所产生的热气流，这种全新的热发电模式取得了巨大成功。即使这样，近三十多年来，普及率甚低，究其原因，主要存在以下明显缺陷，集热棚占地面积大，集热温度低，散热大，昼夜温差大，热能转换电能率低（仅10%左右），设备安装、维护困难，设备易损，使用寿命短。尽管近几年在此基础上进行了改进及创新，但仅以加高烟囱，增加涡轮机数量来提高发电效率，上述致命缺陷并没有完全突破，反而新增如系统造价高，塔身安全性差，机械设备利用率低，投资回收期长，上网供电稳定性差的矛盾再次凸显。我国在太阳塔热气流发电领域起步较晚，目前也只停留在理论研究、实验室推理及小模量试验。经检索，目前可见的专利，如：“一种太阳能全天候温差发电装置系统”、“太阳能驱动气流发电装置”、“山体竖井式烟囱高效太阳能热气流发电系统”、“一种地热能和太阳能互补的热气流发电系统”等，都不同程度的存在各种问题，如：热能利用率低，有的甚至无热可用（由于热气流发电需较高且持续的温差及充足的流量及流速），因此，调峰能力低、难以实现并网发电。更有学者提出以改进蓄热介质来提高系统运行的稳定性，但大家试想，没有太阳就是改进了蓄热介质又有何用？

到目前为止，太阳塔热气流发电系统仍缺失专业先进的空气涡轮发电机组、高效太阳能空气集热装置、新型功能性太阳塔及均匀昼夜供应电力，满足目标客户用电需求的清洁可再生能源辅助热力装置，充分利用太阳塔塔身的专职阻力式环流无轴风力发电子系统及能担当系统化、智能化、人性化控制及环保、安全、高效、低投入、高回报、可以和现有任何电力系统相竞争并替代的关键制作工艺及核心技术。为此，本发明提供一种风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统，为人类社会提供一种全新的电力输出系统典范，保障社会发展的可持续性。

经进一步检索及对市场的调查，未见与本发明完全一致或相类似的专家文献及专利报告。

发明内容

本发明的目的是针对国内外已知市场及各种太阳能热气流发电塔涉及的专家文献及专利报告存在的不足，特别是上述所列出的众多难解之题，而提供一种风光兼备辅助热力成机制太阳能塔式电力输出优化集成系统，该系统最大的特点之一是创造性地把阻力式环流无轴风力发电和光热气流发电有机结合成一体，充分利用太阳塔自身的高度和强度，使电力成倍输出，保障电力供应；特点之二是通过真空直通式太阳能管极大地提高太阳能的聚热质量，提升空气涡轮机进口温度与太阳塔出口温度的温度差，反差率越大，负吸率越强，上拽气流越密集，热电转换就越发理想；特点之三是采用新型管流式多级空气涡轮发电机组，来保证电力输出的最大化（达35%以上），创造性的利用优秀的专职工作者来完成电力制造任务；特点之四是充分利用世界燃烧器先进技术之首的多孔渗浸式界面燃烧技术，并结合可再生能源或清洁可燃气体作为辅助加热子系统，担当提升温差的工作大师，使电力输出更持久，解决了热气流发电上网的不稳定性；特点之五是有一套先进的智能控制和完美的工艺流程，从而达到人性化管理，精准操作，不需要占用很大人力，就可确保子系统之间的协调运作，保障大系统的高效运行，综合发电量达到60%以上（风电+热气流+辅助热力发电），体现了超凡的专业性和稳定性。

风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统是采用以下技术方案实现的：风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统包括太阳塔塔体、钢拉缆紧固件、钢拉缆、抗震防裂护罩、避雷防撞装置、轮式支撑环、钢制筒圈、疏水管道、太阳能塔塔内平面基台、太阳塔塔基座、上拽热气流通道、机械及操控工作室、变速电机、阻力式调风盖、太阳能塔热气流辅助加热子系统、净化式太阳能空气集热和储流子系统、太阳能管流式空气涡轮发电机组子系统和阻力式环流无轴风力发电子系统。

风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统还配套有风光兼备辅助热力电力输出工艺流程和智能控制子系统。

太阳塔塔体、太阳塔塔内平面基台、上拽热气流通道设置在太阳塔塔基座上；轮式支撑环设置在太阳塔塔体环向内壁上，可预防负压吸变形；钢制筒圈布置在太阳塔塔体外壁面上，根据需求决定布置高度和数量；钢拉缆、钢拉缆紧固件布置在太阳塔塔体外侧顶部和中段，可极大的提高抗风抗震能力；太阳塔塔体顶部设置有抗震防裂护罩、避雷防撞装置；变速电机、阻力式调风盖、太阳能塔热气流辅助加热子系统设置在太阳塔塔内平面基台上；太阳塔塔基座空隙中设置有机械操控工作室；净化式太阳能空气集热和储流子系统布置在太阳塔塔基座外侧周向空地上，有利于更多采集阳光；上拽热气流通道内布置有太阳能管流式空气涡轮发电机组子系统；阻力式环流无轴风力发电子系统设置在钢制筒圈上；智能控制子系统设置在太阳塔塔体内侧工作室内；疏水管道设置在阻力式环流无轴风力发电子系统的下端，有助于雨水排出，保护装置正常运行。

其中所述的净化式太阳能空气集热和储流子系统由空气净化器、冷空气分流管、环形固定扣、玻璃膨胀节、直通式真空太阳能集热管、热空气收集分流管、热空气输送连接管、热空气储流室、保温层、管筒法兰、支架组成。空气净化器安装固定在冷空气分流管上，有利于经净化好的冷空气直接进入；冷空气分流管与热空气收集分流管之间布置有直通式真空太阳能集热管；直通式真空太阳能集热管与支架之间设置有环形固定扣；热空气收集分流管与热空气储流室之间设有热空气输送连接管和管筒法兰；玻璃膨胀节布置在直通式真空太阳能集热管的任何一端或两端，也可设置在中段，有利于消除轴向膨胀量；冷空气分流管、热空气收集分流管、热空气输送连接管、管筒法兰、热空气储流室安装固定在支架上；支架固定在地基上，增强安装固定性和抵抗风暴的能力；热空气收集分流管、热空气输送连接管、管筒法兰、热空气储流室环向布置有保温层。从而形成一套完整的净化式太阳能空气集热和储流子系统。

其中所述的太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统由热气流发电机、发电机工作室、引风套管、上拽热气流通道、制式引风隧道、自检元件组件、定向派风板固定环、空气涡轮桨叶、定向派风板、向心环、八字形热气流通量管、轴承、限位法兰、涡轮机基台、定位基架、空气涡轮机壳体、连接固定螺钉、对接法兰、升降台、维修间、空心递级轴、空气涡轮机工作室组成。制式引风隧道设置在太阳塔塔基座内；引风套管套装在制式引风隧道内，形成上拽热气流通道；八字形热气流通量管一头与热空气储流室对接，另一头与空气涡轮机壳体法兰对接；空气涡轮机壳体两头设置有限位法兰；定向派风板向心一端布置在向心环上，另一端布置在定向派风板固定环上；空气涡轮桨叶设置在空心递级轴上；第一级空气涡轮机与第二级空气涡轮机之间布置有对接法兰和连接固定螺钉，可以保持紧密结合，达到动平衡一致的效果；空气涡轮机安装在空气涡轮机工作室内；轴承布置在空心递级轴两头；热气流发电机设置在空心递级轴尾端，安装在发电机工作室内；自检元件组件布置在空气涡轮机壳体开孔处或符合观察、检查的位置上，有利于自检工作进行；定位基架一端铆焊在空气涡轮机壳体上，另一端安装固定在涡轮机基台上；维修间设置在太阳塔塔基座内；升降台安置在维修间内，便于维修空气涡轮机时使用。从而形成一套完整的太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统。

其中所述的太阳塔热气流辅助加热子系统由混合燃料输送支管、混合燃料控量管A、一级燃烧器、混合燃料控量管B、二级燃烧器、抽风调温器、风机房温度调控流道管、太阳塔塔内平面基台、风机房、风机、基架、混合燃料总管、流量控制器组成。风机布置在风机房内；风机上设置有混合燃料总管；混合燃料控量管A、混合燃料控量管B与混合燃料总管之间设置有混合燃料支管；流量控制器布置在混合燃料控量管A、混合燃料控量管B上，利用电磁智控进行控制；一级燃烧器布置在混合燃料控量管A上；混合燃料控量管B上布置有二级燃烧器；一级燃烧器、二级燃烧器、混合燃料控量管B设置在基架上；太阳塔塔内平面基台上设置有基架、混合燃料控量管A；抽风调温器设置在风机房温度调控流道管上。从而形成一套完整的太阳塔热气流辅助加热子系统。

其中所述的阻力式环流无轴风力发电子系统由变速齿轮、传动连轴、轴承B、传动齿轮、环形动力齿轮圈、凹凸镶嵌组合件、C型扣件、金属加固件、C型叶片嵌入固定件、C型动态主件、轴承A、条孔限位滚珠、蛏壳式叶片、监控探头、重力担当杆、动态调控拉杆、风电室顶棚、动态球杆、引导杆、风帆式迎风板、电磁限位、安全栅栏、安装维护基台、支撑立柱、变速箱箱体、风力发电机组成。安装维护基台设置在太阳塔塔体上；轴承A布置在C型扣件内；C型扣件固定在钢制筒圈上；条孔限位滚珠布置在C型动态主件两端内；蛏壳式叶片设置在C型叶片嵌入固定件上，采用铆接或螺钉固定；环形动力齿轮圈设置在凹凸镶嵌组合件上；变速齿轮、轴承B、传动齿轮、传动连轴设置在变速箱箱体内；金属加固件设置在钢制筒圈内侧，有利于提高钢制筒圈与太阳塔塔体结合强度和牢固度；重力担当杆、动态调控拉杆设置在风电室顶棚上；风帆式迎风板设置在蛏壳式叶片外侧；动态球杆、引导杆设置在风帆式迎风板上、下两端；电磁限位设置在引导杆槽内；支撑立柱设置在安装维护基台上；监控探头设置在太阳塔塔体外侧环向合适位置；安装维护基台周向设置有安全栅栏，以确保安装维护人员安全；风力发电机设置在安装维护基台上。从而形成一套完整的阻力式环流无轴风力发电子系统。

所述的风光兼备辅助热力电力输出工艺流程和智能控制子系统是采用以下步骤来实现的：

热气流发电子系统工艺流程如下：

环境空气在太阳塔塔体烟囱效应抽吸作用下，主动从空气净化器（进口）进入，并填充满冷空气分流管；设置在冷空气分流管一侧的多支直通式真空太阳能集热分流加热，使冷空气逐渐演变为上升热空气流，统一向热空气收集分流管运动，达到一定的热能后，通过热空气输送连接管进入热空气储流室，以供使用。当指令通流信号发出后，热气流通过八字形热气流通量管，沿上拽热气流通道管上升，此时强大的热气流冲动套装在上拽热气流通道内的空气涡轮机，使空气涡轮机带动热气流发电机发电，而上拽热气流继续在太阳塔塔体内上升，至出口排出。

辅助热力子系统工艺流程：

当设置在上拽热气流通道内的温度传感器发现温度下降，太阳塔塔体出口流量降低时，指令指示打开设置在太阳塔塔内平面基台上的燃烧装置，此时风机房风机启动，燃料电磁阀开启，混合燃料输送支管充实有足够的混合燃料，经混合燃料控量管A、混合燃料控量管B进入一级燃烧器，也可同时启动二级燃烧器，从而使太阳塔内始终保持目标设定温差，有足够的升力使热气流发电机保持常态电力输出，尾烟随上升热气流从太阳塔顶部出口排出。

风力发电子系统工艺流程：

充足的风力通过风帆式迎风板，冲撞到蛏壳式叶片上，产生强大的旋转推力，将风能转换成机械能，C形动态主件带动环形动力齿轮圈顺时针转动，启动传动齿轮，传动连轴，经变速齿轮加速变量（是原来转速的100-200倍，甚至可达300倍），促使连接在变速齿轮另一头的风力发电机高速旋转，产生电力，并输出上网，完成机械能向电能转换的过程。离开蛏壳式叶片的余风，继续作环形运动，风能再一次得到利用，使旋转能力不断上升，从而达到风能转换机械能，机械能转换电能的最大化，尾风从尾风出口排出，回归大自然。

智能控制系统采用DCS智能控制系统，由ECS和BCS、FSSS等系统合力控制配合，也可采用市售与大系统完全匹配的感知式大型互联集群精准I/O控制系统，主要由温度传感器、流量检测器、监视传感器、异常传感器、照明控制器、压力传感器、转速传感器、启闭控制元件、电流电压检测元件、过载保护元件、比例阀控制元件、防回火控制元件等传感元件组成。空气净化器、热空气输送连接管、太阳塔出口、热空气储流室、八字形热气流通量管、一级燃烧器、二级燃烧器、上拽热气流通道口上设置有温度传感器，便于实时掌握温度变化；空气净化器、太阳塔出口、八字形热气流通量管、风帆式迎风板、风机进口、混合燃料控量管A、混合燃料控量管B上设置有流量检测器；空气涡轮机壳体内侧、钢制筒圈环向外侧、太阳塔塔内平面基台一侧，太阳能集热场布置有监视传感器，其他无人值守的区域根据需要也可进行布控监视；空气涡轮机壳体内侧、空心递级轴、热气流发电机、C型动态主件、传动连轴、变速箱箱体内、风机房布置有异常传感器；空气涡轮机壳体内侧、钢制筒圈环向外侧，太阳塔塔内平面基台一侧设置有照明控制器，有利于使监视影像清晰；热空气储流室、八字形热气流通量管、风压开关、混合燃料输送支管设置有压力传感器；空心递级轴、C型动态主件、传动连轴、变速齿轮、风机、抽风调温器上布置有转速传感器；阻力式调风盖、热气流发电机、电磁限位、风帆式迎风板、风力发电机、风机电磁阀上设置有启闭控制元件；热气流发电机、风力发电机上安装有电流电压监测元件；热气流发电机、传动连轴、C型动态主件、风力发电机设置有过载保护元件；风帆式迎风板上安装有风力流速检测元件；混合燃料输送支管上设置有比例阀控制元件；一级燃烧器、二级燃烧器上安装有防回火控制元件。

从而完成一套完整的风光兼备辅助热力成机制太阳塔电力输出优化集成系统。

按顺序将上述所述子系统装配完成后，形成一套完整的风光兼备热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统。

工作原理：

太阳光照射在直通式真空太阳能集热管上，经太阳能选择性吸收涂层强力吸收，将光能迅速转换为热能，快速热交换加热管内空气，冷空气受热使温度升高，密度下降，在太阳塔烟囱效应的抽吸作用下形成一股势不可挡的上升热气流，并以50-55km/h的速度有序进入上拽热气流通道，强大的冲击力使设置在该通道内的空气涡轮机旋转，从而带动热气流发电机发电，作用后的热气流继续从太阳塔塔体内上升，直至顶部出口排出，进入大自然。当温度传感器、转速传感器、流速传感器探测到温差降低，空气涡轮机转速减慢，热气流流量不足时，主控室下达指令，开启辅助加热装置，根据温差开启一级燃烧器或二级燃烧器同开，落实补差，使太阳塔塔体内上拽热气流与环境温差始终保持在30-80℃的较高温差率，低碳燃烧尾烟随同上拽热气流从太阳塔塔顶出口排出。

环向设置在太阳塔塔体一定高度的风力发电子系统，当风进入风帆式迎风板环形通道时，智能控制系统确定风向后，及时调整风帆式迎风板的进风角度，同时关闭其他不进风方向的风帆式迎风板，留下出口后，关闭后的风帆式迎风板形成风洞过道，使风从最佳角度进入后冲撞在蛏壳式叶片上，带动C型动态主件及设置在C型动态主件下方的环形动力齿轮圈低速旋转，随传动齿轮、传动连轴，经变速齿轮变速后，将高速旋转动力传递给风力发电机，由风力发电机输出电力。冲撞后的余风继续顺风洞过道进一步作用在后续蛏壳式叶片上，成螺旋形旋转后，最后从出口排出进入大自然。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其它的目的、特征和优点将变得更为清晰。其中：

图1是本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统主视图；

图2是图1本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统A部放大图。

图3是图1本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统B部放大图。

图4是图1本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统C部放大图。

图5是图1本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统D部放大图。

图6是本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统DCS智能控制系统图。

图中序号：1.变速电机；2.阻力式调风盖；3.风力发电机；4.太阳塔塔体；5.钢拉缆；6.钢拉缆紧固件；7.抗震防裂护罩；8.避雷防撞装置；9.轮式支撑环；10.钢制筒圈；11.疏水管道；12.太阳塔塔内平面基台；13.太阳塔塔基座；14.上拽热气流通道；15.支架；16.冷空气分流管；17.空气净化器；18.环形固定扣；19.玻璃膨胀节；20.直通式真空太阳能集热管；21.热空气收集分流管；22.热空气输送连接管；23.保温层；24.热空气储流室；25.管筒法兰；26.热气流发电机；27.发电机工作室；28.引风套管；29.制式引风隧道；30.自检元件组件；31.定向派风板固定环；32.空气涡轮桨叶；33.定向派风板；34.向心环；35.八字形热气流通量管；36.轴承；37.限位法兰；38.涡轮机基台；39.定位基架；40.空气涡轮机壳；41.连接固定螺钉；42.对接法兰；43.升降台；44.维修间；45.空心递级轴；46.空气涡轮机工作室；47.混合燃料输送支管；48.混合燃料控量管A；49.一级燃烧器；50.混合燃料控量管B；51.二级燃烧器；52.抽风调温器；53.风机房温度调控流道管；54.基架；55.混合燃料总管；56.风机；57.风机房；58.变速齿轮；59.传动连轴；60.轴承B；61.传动齿轮；62.环形动力齿轮圈；63.凹凸镶嵌组合件；64.C型扣件；65.金属加固件；66.C型叶片嵌入固定件；67.C型动态主件；68.轴承A；69.条孔限位滚珠；70.蛏壳式叶片；71.监控探头；72.重力担当杆；73.动态调控拉杆；74.风电室顶棚；75.动态球杆；76.引导杆；77.风帆式迎风板；78.电磁限位；79.安全栅栏；80.安装维护基台；81.支撑立柱；82.变速箱箱体。

具体实施方式

结合图1至图6所示，本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统是采取以下技术方案实现的：

本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统包括太阳塔塔体4、钢拉缆紧固件6、钢拉缆5、抗震防裂护罩7、避雷防撞装置8、轮式支撑环9、钢制筒圈10、疏水管道11、太阳能塔塔内平面基台12、太阳塔塔基座13、上拽热气流通道14、机械及操控工作室、变速电机1、阻力式调风盖2、太阳能塔热气流辅助加热子系统、净化式太阳能空气集热和储流子系统、太阳能管流式空气涡轮发电机组子系统和阻力式环流无轴风力发电子系统。

风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统还配套有风光兼备辅助热力电力输出工艺流程和智能控制子系统。

太阳塔塔体4、太阳塔塔内平面基台12、上拽热气流通道14设置在太阳塔塔基座13上；轮式支撑环9设置在太阳塔塔体4环向内壁上，可预防负压吸变形；钢制筒圈10布置在太阳塔塔体4外壁面上，根据需求决定布置高度和数量；钢拉缆5、钢拉缆紧固件6布置在太阳塔塔体4外侧顶部和中段，可极大的提高抗风抗震能力；太阳塔塔体4顶部设置有抗震防裂护罩7、避雷防撞装置8；变速电机1、阻力式调风盖2、太阳能塔热气流辅助加热子系统设置在太阳塔塔内平面基台12上；太阳塔塔基座空隙中设置有机械操控工作室；净化式太阳能空气集热和储流子系统布置在太阳塔塔基座13外侧周向空地上，有利于更多采集阳光；上拽热气流通道14内布置有太阳能管流式空气涡轮发电机组子系统；阻力式环流无轴风力发电子系统设置在钢制筒圈10上；智能控制子系统设置在太阳塔塔体4内侧工作室内；疏水管道11设置在阻力式环流无轴风力发电子系统的下端，有助于雨水排出，保护装置正常运行。

其中所述的净化式太阳能空气集热和储流子系统由空气净化器17、冷空气分流管16、环形固定扣18、玻璃膨胀节19、直通式真空太阳能集热管20、热空气收集分流管21、热空气输送连接管22、热空气储流室24、保温层23、管筒法兰25、支架15组成。空气净化器17安装固定在冷空气分流管16上，有利于经净化好的冷空气直接进入；冷空气分流管16与热空气收集分流管21之间布置有直通式真空太阳能集热管20；直通式真空太阳能集热管20与支架15之间设置有环形固定扣18；热空气收集分流管21与热空气储流室24之间设有热空气输送连接管22和管筒法兰25；玻璃膨胀节19布置在直通式真空太阳能集热管20的任何一端或两端，也可设置在中段，有利于消除轴向膨胀量；冷空气分流管16、热空气收集分流管21、热空气输送连接管22、管筒法兰25、热空气储流室24安装固定在支架15上；支架15固定在地基上，增强安装固定性和抵抗风暴的能力；热空气收集分流管21、热空气输送连接管22、管筒法兰25、热空气储流室24环向布置有保温层23。从而形成一套完整的净化式太阳能空气集热和储流子系统。

其中所述的太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统由热气流发电机26、发电机工作室27、引风套管28、上拽热气流通道14、制式引风隧道29、自检元件组件30、定向派风板固定环31、空气涡轮桨叶32、定向派风板33、向心环34、八字形热气流通量管35、轴承36、限位法兰37、涡轮机基台38、定位基架39、空气涡轮机壳体40、连接固定螺钉41、对接法兰42、升降台43、维修间44、空心递级轴45、空气涡轮机工作室46组成。制式引风隧道29设置在太阳塔塔基座13内；引风套管28套装在制式引风隧道29内，形成上拽热气流通道14；八字形热气流通量管35一头与热空气储流室24对接，另一头与空气涡轮机壳体40法兰对接；空气涡轮机壳体40两头设置有限位法兰37；定向派风板33向心一端布置在向心环34上，另一端布置在定向派风板固定环31上；空气涡轮桨叶32设置在空心递级轴45上；第一级空气涡轮机与第二级空气涡轮机之间布置有对接法兰42和连接固定螺钉41，可以保持紧密结合，达到动平衡一致的效果；空气涡轮机安装在空气涡轮机工作室46内；轴承36布置在空心递级轴45两头；热气流发电机26设置在空心递级轴45尾端，安装在发电机工作室27内；自检元件组件30布置在空气涡轮机壳体40开孔处或符合观察、检查的位置上，有利于自检工作进行；定位基架39一端铆焊在空气涡轮机壳体40上，另一端安装固定在涡轮机基台38上；维修间44设置在太阳塔塔基座13内；升降台43安置在维修间44内，便于维修空气涡轮机时使用。从而形成一套完整的太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统。

其中所述的太阳塔热气流辅助加热子系统由混合燃料输送支管47、混合燃料控量管A48、一级燃烧器49、混合燃料控量管B50、二级燃烧器51、抽风调温器52、风机房温度调控流道管53、太阳塔塔内平面基台12、风机房57、风机56、基架54、混合燃料总管55、流量控制器组成。风机56布置在风机房57内；风机56上设置有混合燃料总管55；混合燃料控量管A48、混合燃料控量管B50与混合燃料总管55之间设置有混合燃料支管47；流量控制器布置在混合燃料控量管A48、混合燃料控量管B50上，利用电磁智控进行控制；一级燃烧器49布置在混合燃料控量管A48上；混合燃料控量管B50上布置有二级燃烧器51；一级燃烧器49、二级燃烧器51、混合燃料控量管B50设置在基架54上；太阳塔塔内平面基台12上设置有基架54、混合燃料控量管A48；抽风调温器52设置在风机房温度调控流道管53上。从而形成一套完整的太阳塔热气流辅助加热子系统。

其中所述的阻力式环流无轴风力发电子系统由变速齿轮58、传动连轴59、轴承B60、传动齿轮61、环形动力齿轮圈62、凹凸镶嵌组合件63、C型扣件64、金属加固件65、C型叶片嵌入固定件66、C型动态主件67、轴承A68、条孔限位滚珠69、蛏壳式叶片70、监控探头71、重力担当杆72、动态调控拉杆73、风电室顶棚74、动态球杆75、引导杆76、风帆式迎风板77、电磁限位78、安全栅栏79、安装维护基台80、支撑立柱81、变速箱箱体82、风力发电机3组成。安装维护基台80设置在太阳塔塔体4上；轴承A68布置在C型扣件64内；C型扣件64固定在钢制筒圈10上；条孔限位滚珠69布置在C型动态主件67两端内；蛏壳式叶片70设置在C型叶片嵌入固定件66上，采用铆接或螺钉固定；环形动力齿轮圈62设置在凹凸镶嵌组合件63上；变速齿轮58、轴承B60、传动齿轮61、传动连轴59设置在变速箱箱体82内；金属加固件65设置在钢制筒圈10内侧，有利于提高钢制筒圈10与太阳塔塔体4结合强度和牢固度；重力担当杆72、动态调控拉杆73设置在风电室顶棚74上；风帆式迎风板77设置在蛏壳式叶片70外侧；动态球杆75、引导杆76设置在风帆式迎风板77上、下两端；电磁限位78设置在引导杆76槽内；支撑立柱81设置在安装维护基台80上；监控探头71设置在太阳塔塔体4外侧环向合适位置；安装维护基台80周向设置有安全栅栏79，以确保安装维护人员安全；风力发电机3设置在安装维护基台80上。从而形成一套完整的阻力式环流无轴风力发电子系统。

所述的风光兼备辅助热力电力输出工艺流程和智能控制子系统是采用以下步骤来实现的：

热气流发电子系统工艺流程如下：

环境空气在太阳塔塔体4烟囱效应抽吸作用下，主动从空气净化器17（进口）进入，并填充满冷空气分流管16；设置在冷空气分流管16一侧的多支直通式真空太阳能集热管20分流加热，使冷空气逐渐演变为上升热空气流，统一向热空气收集分流管21运动，达到一定的热能后，通过热空气输送连接管22进入热空气储流室24，以供使用。当指令通流信号发出后，热气流通过八字形热气流通量管35，沿上拽热气流通道14管上升，此时强大的热气流冲动套装在上拽热气流通道14内的空气涡轮机，使空气涡轮机带动热气流发电机26发电，而上拽热气流继续在太阳塔塔体4内上升，至出口排出。

辅助热力子系统工艺流程：

当设置在上拽热气流通道14内的温度传感器发现温度下降，太阳塔塔体4出口流量降低时，指令指示打开设置在太阳塔塔内平面基台12上的燃烧装置，此时风机房57风机56启动，燃料电磁阀开启，混合燃料输送支管47充实有足够的混合燃料，经混合燃料控量管A48、混合燃料控量管B50进入一级燃烧器49，也可同时启动二级燃烧器51，从而使太阳塔内始终保持目标设定温差，有足够的升力使热气流发电机26保持常态电力输出，尾烟随上升热气流从太阳塔顶部出口排出。

风力发电子系统工艺流程：

充足的风力通过风帆式迎风板77，冲撞到蛏壳式叶片70上，产生强大的旋转推力，将风能转换成机械能，C形动态主件67带动环形动力齿轮圈62顺时针转动，启动传动齿轮61，传动连轴59，经变速齿轮58加速变量（是原来转速的100-200倍，甚至可达300倍），促使连接在变速齿轮58另一头的风力发电机3高速旋转，产生电力，并输出上网，完成机械能向电能转换的过程。离开蛏壳式叶片70的余风，继续作环形运动，风能再一次得到利用，使旋转能力不断上升，从而达到风能转换机械能，机械能转换电能的最大化，尾风从尾风出口排出，回归大自然。

智能控制系统采用DCS智能控制系统，由ECS和BCS、FSSS等系统合力控制配合，也可采用市售与大系统完全匹配的感知式大型互联集群精准I/O控制系统，主要由温度传感器、流量检测器、监视传感器、异常传感器、照明控制器、压力传感器、转速传感器、启闭控制元件、电流电压检测元件、过载保护元件、比例阀控制元件、防回火控制元件等传感元件组成。空气净化器17、热空气输送连接管22、太阳塔出口、热空气储流室24、八字形热气流通量管35、一级燃烧器49、二级燃烧器51、上拽热气流通道14口上设置有温度传感器，便于实时掌握温度变化；空气净化器17、太阳塔出口、八字形热气流通量管35、风帆式迎风板77、风机56进口、混合燃料控量管A48、混合燃料控量管B50上设置有流量检测器；空气涡轮机壳体40内侧、钢制筒圈10环向外侧、太阳塔塔内平面基台12一侧，太阳能集热场布置有监视传感器，其他无人值守的区域根据需要也可进行布控监视；空气涡轮机壳体40内侧、空心递级轴45、热气流发电机26、C型动态主件67、传动连轴59、变速箱箱体82内、风机房57布置有异常传感器；空气涡轮机壳体40内侧、钢制筒圈10环向外侧，太阳塔塔内平面基台12一侧设置有照明控制器，有利于使监视影像清晰；热空气储流室24、八字形热气流通量管35、风压开关、混合燃料输送支管47设置有压力传感器；空心递级轴45、C型动态主件67、传动连轴59、变速齿轮58、风机56、抽风调温器52上布置有转速传感器；阻力式调风盖2、热气流发电机26、电磁限位78、风帆式迎风板77、风力发电机3、风机56电磁阀上设置有启闭控制元件；热气流发电机26、风力发电机3上安装有电流电压监测元件；热气流发电机26、传动连轴59、C型动态主件67、风力发电机3设置有过载保护元件；风帆式迎风板77上安装有风力流速检测元件；混合燃料输送支管47上设置有比例阀控制元件；一级燃烧器49、二级燃烧器51上安装有防回火控制元件。

从而完成一套完整的风光兼备辅助热力成机制太阳塔电力输出优化集成系统。

按顺序将上述所述子系统装配完成后，形成一套完整的风光兼备热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统。

本发明风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统具有卓越的技术和性价优势，具体如下：

一、风、光耦合辅助热力三位一体创奇迹，绿色电力成倍增长功德优异启后人。

本发明创新性的充分利用了太阳塔的高度和强度，巧妙而又合理的把热气流发电和环太阳塔旋转的风力发电及可再生或清洁能源作为辅助热源耦合应用到一起，开创性的综合了太阳能直通式真空管集热效应、热气流上拽推动涡轮机气动效应、烟囱压差抽吸效应、帆式阻风发电风力效应以及清洁燃料辅助加热效应，实现了五位一体（即集热效应+气动效应+抽吸效应+风力效应+加热效应）高效发电，使电力24小时持续供应，综合发电效率达60%以上。

本发明与现有新能源电力系统及传统火电系统综合性能比较

本发明社会效益分析

由上表可知，本发明相较于传统火力发电系统，无论是从经济效益还是社会效益，存在的优势无懈可击，而与其他新能源发电系统相比，优势更是显而易见。

在调整电力结构及大力发展新能源发电系统的大背景下，本发明最大优势时为人类社会寻找到了一条稳定的可持续创造绿色电力的途径，解决了新能源发电系统供电的不稳定性、不可持续性、发电效率低、技术不成熟及其他综合性发展问题，从而为社会可持续发展提供一款新型高效绿色主力电力供应系统。

二、优质空气、优良集热、高效保温三者性能超群，抗自然灾害能力效果显著。

本发明第一阶段布置的净化式太阳能空气集热场具有“塑料大棚”、“玻璃大棚”、“PC大棚”无法企及的集热保温效果。通过空气入口处的净化装置对进入空气净化，雨水收集，阻隔了杂质进入，提升了空气净度，从而保护管流式空气涡轮发电机叶片免遭拉毛、撕裂等造成的过早损坏，延长了整个管流式空气涡轮发电机的使用寿命。由于采用双层真空玻璃管作为集热主力管件，集热温度可达30-150℃（传统集热棚仅25-65℃），极大的提升了太阳塔进口温度与太阳塔塔体出口温度的温度差。无论是集热、保温、抗冻、抗冰雹、自洁能力都大大优于传统集热棚。设置在尾端的热空气储流室就像是一个热空气仓库，可容纳收集足够多的热空气，起到合理分流供应功能，同时也起到调节温度的作用。因此可以毫不夸张的说，本发明中所采用的高效净化式太阳能集热和储流子系统，在未来太阳能空气加热领域一定会起到让人信服的技术引领和标杆作用。

三、新型管流式空气涡轮发电机显神威，多级串联高效产电无与伦比。

本发明第二阶段专门针对太阳能热流体发电设计的管流式空气涡轮发电机组，是整个大系统中的又一重要核心部件。科研人员充分考虑和运用了烟囱压差抽吸效应的产生，上拽热气流通道中形成巨大的抽吸力，热气流以15-18m/s的速度按规定的路线流动，流动至八字形热气流通量管时，容积缩小，空气受压缩，冲击力增强。设计在空气涡轮桨叶前的导风板将高速风能引导到空气涡轮桨叶最佳位置上，在热气流强烈的冲击下，空气涡轮桨叶带动空心递级轴高速运转，精准无误的完成风能到机械能，机械能转换到电力能的过程。特别优秀的是，当在第一级空气涡轮旋转产生电能的同时，尾风又作用在第二级，第三级空气涡轮桨叶上，由于整个空气涡轮机成渐缩状，后续旋转扭力不降反增，从而使整台空气涡轮发电机功率大增。经我科研人员采用电脑模研，在烟囱高度800M，热气流15m/s，采用三级空气涡轮串联，温差60℃时，单台套空气涡轮发电机热气流利用率达38%以上。综上所述，管流式空气涡轮发电机与大棚式周向布置的风力发电机和太阳塔塔底部布置的风力发电机相比具有无与伦比的超强优势，（大棚式和太阳塔底部安装的发电机发电效率在10-12%）。因此，管流式空气涡轮发电机必将成为太阳能热气流发电领域的不二选择。

四、独创环塔大转轮无轴风力发电先河，360°一年四季天天发电典范。

第三阶段设置的阻力式环流无轴风力发电子系统，是本发明中的一大亮点，也是太阳塔热气流发电与风力发电的双重电力输出，能效提升的核心点。目前国内外均未见采用此类结构的设计和应用。本发明充分利用资源，发挥太阳塔塔体功能结构的高度和强度优势，直接利用塔身和塔体外表面空间，以塔体为旋转中心，环绕塔体水平面旋转的原理，在周向增设独创的环塔转轮式无轴风力发电装置。该装置当遇到任意方向吹来的风时，风帆式迎风板均能精准的根据风向进行微调，从而达到最佳入风角度；而无风进入处，在留下风出口后，其余风帆式迎风板关闭，关闭后内部形成了环形尾风通道。由于开口处采用了外八字形，使风受压缩，力矩加大，冲撞在蛏壳式叶片上时，C型动态主件顺时针方向旋转，并带动环形动力齿轮圈，通过传动连轴，变速齿轮高速旋转，最后带动发电机输出电力。本发明又一特点是当风吹来时，并不是一次利用，而是成半环形在尾风通道内继续做功，使尾风得到再次利用，因此，风能转换成电能的转换率达到25%以上，大大优于传统风力发电的20%。更绝的是在同一塔体上可连续设置多层次相同款型的环塔大转轮无轴风力发电机，使电力倍增不再是设想。该装置建造在合适的地理位置，即可实现一年四季，天天发电，电力持续稳定供应的效果。

不难看出，阻力式环流无轴风力发电子系统是太阳塔未来实现风、光兼备合力电力制造无法攀比的优秀杰作，同时，又是降低电力成本创造理想投资回报的极佳途径。

五、先进的全预混燃烧技术，强风不灭，燃烬度高，碳排放低，为绿色电力补充持久能量。

本发明开拓性的把辅助热力和太阳能空气流体加热系统巧妙耦合，及时为拉大的温差给予补充热能，使上升气流充足饱满，充分发挥瞬间加热，随用随开，反应迅速，熄火冷却快，抗风能力强，安全无回火，耐热冲击，低压降，热惯性小等特点。采用可再生能源和清洁能源作为主燃料，在充分预混1:1、1:2的条件下，燃料利用率高达96%以上，在1000℃以上仍具有优良的抗氧化性能和热强度。燃烧产物中NO_X与CO含量仅为10ng/J及10ppm，远低于欧洲同类产品NO_x<4000ng/J和CO<1000ppm的排放标准。由此可见，本发明又一核心技术，辅助热力加热装置不但高效环保，同样在高热强度状况(900千瓦/平方米)时，表现能力相当惊人。先进的体内巡回预混及体外燃烧（全预混+螺旋形供料+表面燃烧）特种燃烧技术可谓是目前燃烧技术的“一枝独秀”，也为太阳塔热气流发电的可持续性及稳定性提供了一款理想化的装备，必将受到全行业的推崇。

Claims (1)

1.一种风光兼备辅助热力成机制太阳塔式电力输出优化集成系统，其特征在于：包括太阳塔塔体、钢拉缆紧固件、钢拉缆、抗震防裂护罩、避雷防撞装置、轮式支撑环、钢制筒圈、疏水管道、太阳能塔塔内平面基台、太阳塔塔基座、上拽热气流通道、机械及操控工作室、变速电机、阻力式调风盖、太阳能塔热气流辅助加热子系统、净化式太阳能空气集热和储流子系统、太阳能管流式空气涡轮发电机组子系统和阻力式环流无轴风力发电子系统；

所述太阳塔塔体、太阳塔塔内平面基台、上拽热气流通道设置在太阳塔塔基座上；轮式支撑环设置在太阳塔塔体环向内壁上，可预防负压吸变形；钢制筒圈布置在太阳塔塔体外壁面上，根据需求决定布置高度和数量；钢拉缆、钢拉缆紧固件布置在太阳塔塔体外侧顶部和中段，可极大的提高抗风抗震能力；太阳塔塔体顶部设置有抗震防裂护罩、避雷防撞装置；变速电机、阻力式调风盖、太阳能塔热气流辅助加热子系统设置在太阳塔塔内平面基台上；太阳塔塔基座空隙中设置有机械操控工作室；净化式太阳能空气集热和储流子系统布置在太阳塔塔基座外侧周向空地上，有利于更多采集阳光；上拽热气流通道内布置有太阳能管流式空气涡轮发电机组子系统；阻力式环流无轴风力发电子系统设置在钢制筒圈上；智能控制子系统设置在太阳塔塔体内侧工作室内；疏水管道设置在阻力式环流无轴风力发电子系统的下端，有助于雨水排出，保护装置正常运行；

所述的净化式太阳能空气集热和储流子系统由空气净化器、冷空气分流管、环形固定扣、玻璃膨胀节、直通式真空太阳能集热管、热空气收集分流管、热空气输送连接管、热空气储流室、保温层、管筒法兰、支架组成；空气净化器安装固定在冷空气分流管上，有利于经净化好的冷空气直接进入；冷空气分流管与热空气收集分流管之间布置有直通式真空太阳能集热管；直通式真空太阳能集热管与支架之间设置有环形固定扣；热空气收集分流管与热空气储流室之间设有热空气输送连接管和管筒法兰；玻璃膨胀节布置在直通式真空太阳能集热管的任何一端或两端，或设置在中段，有利于消除轴向膨胀量；冷空气分流管、热空气收集分流管、热空气输送连接管、管筒法兰、热空气储流室安装固定在支架上；支架固定在地基上，增强安装固定性和抵抗风暴的能力；热空气收集分流管、热空气输送连接管、管筒法兰、热空气储流室环向布置有保温层；从而形成一套完整的净化式太阳能空气集热和储流子系统；

所述的太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统由热气流发电机、发电机工作室、引风套管、上拽热气流通道、制式引风隧道、自检元件组件、定向派风板固定环、空气涡轮桨叶、定向派风板、向心环、八字形热气流通量管、轴承、限位法兰、涡轮机基台、定位基架、空气涡轮机壳体、连接固定螺钉、对接法兰、升降台、维修间、空心递级轴、空气涡轮机工作室组成；制式引风隧道设置在太阳塔塔基座内；引风套管套装在制式引风隧道内，形成上拽热气流通道；八字形热气流通量管一头与热空气储流室对接，另一头与空气涡轮机壳体法兰对接；空气涡轮机壳体两头设置有限位法兰；定向派风板向心一端布置在向心环上，另一端布置在定向派风板固定环上；空气涡轮桨叶设置在空心递级轴上；第一级空气涡轮机与第二级空气涡轮机之间布置有对接法兰和连接固定螺钉，可以保持紧密结合，达到动平衡一致的效果；空气涡轮机安装在空气涡轮机工作室内；轴承布置在空心递级轴两头；热气流发电机设置在空心递级轴尾端，安装在发电机工作室内；自检元件组件布置在空气涡轮机壳体开孔处或符合观察、检查的位置上，有利于自检工作进行；定位基架一端铆焊在空气涡轮机壳体上，另一端安装固定在涡轮机基台上；维修间设置在太阳塔塔基座内；升降台安置在维修间内，便于维修空气涡轮机时使用；从而形成一套完整的太阳塔管流式空气涡轮发电机组子系统；

所述的太阳塔热气流辅助加热子系统由混合燃料输送支管、混合燃料控量管A、一级燃烧器、混合燃料控量管B、二级燃烧器、抽风调温器、风机房温度调控流道管、太阳塔塔内平面基台、风机房、风机、基架、混合燃料总管、流量控制器组成；风机布置在风机房内；风机上设置有混合燃料总管；混合燃料控量管A、混合燃料控量管B与混合燃料总管之间设置有混合燃料支管；流量控制器布置在混合燃料控量管A、混合燃料控量管B上，利用电磁智控进行控制；一级燃烧器布置在混合燃料控量管A上；混合燃料控量管B上布置有二级燃烧器；一级燃烧器、二级燃烧器、混合燃料控量管B设置在基架上；太阳塔塔内平面基台上设置有基架、混合燃料控量管A；抽风调温器设置在风机房温度调控流道管上；从而形成一套完整的太阳塔热气流辅助加热子系统；

所述的阻力式环流无轴风力发电子系统由变速齿轮、传动连轴、轴承B、传动齿轮、环形动力齿轮圈、凹凸镶嵌组合件、C型扣件、金属加固件、C型叶片嵌入固定件、C型动态主件、轴承A、条孔限位滚珠、蛏壳式叶片、监控探头、重力担当杆、动态调控拉杆、风电室顶棚、动态球杆、引导杆、风帆式迎风板、电磁限位、安全栅栏、安装维护基台、支撑立柱、变速箱箱体、风力发电机组成；安装维护基台设置在太阳塔塔体上；轴承A布置在C型扣件内；C型扣件固定在钢制筒圈上；条孔限位滚珠布置在C型动态主件两端内；蛏壳式叶片设置在C型叶片嵌入固定件上，采用铆接或螺钉固定；环形动力齿轮圈设置在凹凸镶嵌组合件上；变速齿轮、轴承B、传动齿轮、传动连轴设置在变速箱箱体内；金属加固件设置在钢制筒圈内侧，有利于提高钢制筒圈与太阳塔塔体结合强度和牢固度；重力担当杆、动态调控拉杆设置在风电室顶棚上；风帆式迎风板设置在蛏壳式叶片外侧；动态球杆、引导杆设置在风帆式迎风板上、下两端；电磁限位设置在引导杆槽内；支撑立柱设置在安装维护基台上；监控探头设置在太阳塔塔体外侧环向位置；安装维护基台周向设置有安全栅栏，以确保安装维护人员安全；风力发电机设置在安装维护基台上；从而形成一套完整的阻力式环流无轴风力发电子系统。

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