CN103174593B - 多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，以解决目前风力发电风能利用率低、适用范围小的问题，涉及可再生能源领域，包括基座以及垂直设置的四面风墙，风墙两面均排列有风门，所述风墙内设置有聚风通道，所述涡轮聚风通道下方设置有蓄热池，蓄热池通过光伏电池发电系统获取能量初步加热基座底部的空气，所述基座底部还设置有太阳能热力装置对空气进行二次加热，所述涡轮聚风通道内设置有磁悬浮多级异步涡扇，磁悬浮多级异步涡扇通过垂直轴连接发电机。本发明结构设计合理、性能稳定、价格低廉、生产成本低、风电效率高，多台这样的发电装置并联就能达到煤电的装机容量；资源永不枯竭，环保节能，是可再生能源的创新之路，缓解人类对稀缺能源的需求，减缓全球气侯变暖的问题。

Description

多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置

技术领域：

本发明涉及可再生能源领域，尤其涉及一种多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置。

背景技术：

进入21世纪，石化能源的短缺和煤炭资源的匮乏，同时又造成了电力资源的紧张，而遍及各地的火力发电排放、汽车尾气排放及工业污染这三大排放又促使空气环境的急剧恶化，并已严重的威胁着国家能源的安全和国民赖以生存的空气环境质量。这种状况已到了非解决不可的地步。

所以充分利用可再生的太阳能源、风力资源以及地下能源，并将其转化成洁净环保的新能源，已成为全体国民的当务之急。但实际情况并不乐观，例如，太阳能源和风力资源的利用现状，虽有一定的起色却成效渺茫……

大自然的各种资源都是可以开发的，包括太阳能热力的开发和储存、太阳能源智能利用、太阳能量的激光转化、自然风能的可控控制利用和人造风能、地球引力的借助和储存、雷电（闪）电力资源的收集、自然（环境）灾害状况的控制和利用等等，如何充分利用这些资源已成为人类不懈努力的方向。

例如风能发电项目，现有技术始终未能突破几兆瓦的装机容量，更由于自然环境的无法控制，使得项目投资成本和运行成本大大提高，设备运行安全和并网质量很难如愿。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种能全方位人造聚风的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置。

该聚风发电装置改变了投入和产出不成比例、投资预期效果不好、产品的商业化非常困难的现状。同时也改变了我国现有的发电方式，不消耗稀缺能源和石化能源，却又能实现零碳排放，还会提升国家节能减排的国际位阶。给广大的贫风带地区带来能够实用的清洁能源和巨大的经济效益，采用这种新技术，从根本上突破了过去的种种制约，基本上贫风地区及内陆风资源难以利用的地区均可使用本裝置。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：包括基座以及垂直设置的四面风墙，风墙两面均排列有风门，所述风墙内设置有聚风通道，所述四面风墙围绕基座中间设置的涡轮聚风通道均匀对称分布，所述基座下端设置有透光屋顶，所述涡轮聚风通道下方设置有蓄热池，蓄热池通过光伏电池发电系统获取能量初步加热基座底部的空气，所述基座底部还设置有太阳能热力装置对空气进行二次加热，所述涡轮聚风通道内设置有磁悬浮多级异步涡扇，磁悬浮多级异步涡扇通过垂直轴连接发电机。

所述聚风通道共设置八个，其中每面风墙内设置两个。

所述聚风通道为外大内小的锥形体，风进入涡轮机聚风通道被压缩后，在排风口形成风速大于每秒几十米的“聚风”使涡轮机叶片凹形面受力旋转。

所述聚风通道外低内高倾斜40度，聚风通道连续排列，围绕在磁悬浮多级异步涡扇的周围，形成一个外大内小的锥形园环体。

所述磁悬浮多级异步涡扇设置在聚风通道的排风口处。

所述聚风通道的排风口处，设置可调垂直排风门。

所述涡轮聚风通道上端设置有可调泄风门，按发电机的额定转速75转/分， 调节排风门、泄风门以获得50Hz的发电频率满足并网要求。

所述涡轮聚风通道上小下大，喇叭形涡轮聚风通道能全方位将200m高空数万平方米的风能聚集起来，保证了风能的来源。

该太阳能热力聚风发电装置顶端的涡轮聚风通道外围设置有休闲观光平台，由于该太阳能热力聚风发电装置建成以后有200米高，会成为坐标式建筑。该装置不冒烟无污染又是国内新能源发电的第一个项目，可在该聚风发电装置顶端建成旋梯攀登式旅游景点项目或休闲娱乐项目。

所述休闲观光平台为多层，平台内设置有恒温游泳池、休闲歌厅和/或旋转餐厅。

多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电系统项目，充分利用巨型对接式双喇叭口状元型太阳能塔所产生的虹吸原理，结合太阳能热力加速形成的可控人造聚风上升动力，推动系统设置的磁悬浮多级异步涡扇，并驱动垂直轴发电机的转子，进行发电。系统杜绝了火力发电厂传统的烧煤发电污染空气环境模式。

本项目不烧煤不冒烟无污染，不存在空气环境污染及煤电价格倒挂涨电价等问题，因为该发电设备只“烧”太阳能，所以每度电几分钱的特低发电运行成本，又是该项目的特有亮点。

本项目的科技创新成果在于——充分利用取之不尽用之不竭的太阳能这一可再生清洁能源，利用垂直设立的巨型塔式有型气道特有的虹吸增压原理，通过高科技手段实现的逆卡诺能量转化产生的巨大太阳能热力和空气温差增速上浮动力，实现大功率太阳能热力聚风发电。

如何规避太阳的实际有效日照限制，并将系统发电时间延长几倍，是该系统运行成本降低几倍的关键所在。系统特设的热相变储热功能和热能远程超导传递功能，在本项目中起到了关键作用。在以上所诉功能的基础上，系统充分利用合理设置的多级异步组合涡扇强大的上浮和驱动功能，实现全年有没有太阳日照都可以正常运行，全天候平衡巨能发电的功能。除设定的年维修保养四十天外，系统全年可高效无污染的运行七千多小时，实属洁净廉价的新能源巨能发电系统设备。

本项目优于国内外所有火力水利发电项目、优于国家目前倡导的分布式光伏发电项目，优于分布式天然气发电项目，更优于国内外所有风力发电项目。与我们已完成的混合动力汽车尾气减排发电项目的科研成果一样，均属于可全民参与的节能减排的（空气）环境治理项目，环保型重大新能源科技成果项目。如能得到国家的重视和普及，又是从根本上彻底根治雾霾问题的有效措施和必经之路，是拯救人类赖以生存的地球环境的首选项目，是利国利民的循环经济产业链的特好朝阳产业项目。

本发明提供的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其结构设计合理、性能稳定、价格低廉、生产成本低、风电效率高，多台这样的发电装置并联就能达到煤电的装机容量；资源永不枯竭，环保节能，是可再生能源的创新之路，将彻底摆脱燃煤发电价格倒挂的困竟，彻底缓解人类稀缺能源的利用和大大减缓全球气侯变暖的问题。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视示意图；

图3为图1的剖视图；

图4为聚风发电装置顶端设置有休闲观光平台的结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实施例，进一步阐述本发明。

如图1-4所示，

多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，包括基座3以及垂直设置的四面风墙1，风墙1两面均排列有风门2，风墙1内设置有聚风通道8，四面风墙1围绕基座3中间设置的涡轮聚风通道11均匀对称分布，基座3下端设置有透光屋顶，涡轮聚风通道11下方设置有蓄热池5，蓄热池5通过光伏电池发电系统7获取能量初步加热基座3底部的空气，基座3底部还设置有太阳能热力装置4对空气进行二次加热，涡轮聚风通道11内设置有磁悬浮多级异步涡扇10，磁悬浮多级异步涡扇10通过垂直轴9连接发电机6，聚风通道8为外大内小的锥形体，风进入涡轮机聚风通道11被压缩后，在排风口形成风速大于每秒几十米的“聚风”使涡轮机叶片凹形面受力上浮并旋转，聚风通道8外低内高倾斜40度，聚风通道8连续排列，围绕在磁悬浮多级异步涡扇10的周围，磁悬浮多级异步涡扇10设置在聚风通道8的排风口处，聚风通道8的排风口处，设置可调垂直排风门，涡轮聚风通道11上端设置有可调泄风门，按发电机6的额定转速需求自动调节排风门、泄风门以获得50Hz的发电频率满足并网要求。该太阳能热力聚风发电装置顶端的涡轮聚风通道11外围设置有休闲观光平台12，休闲观光平台12为多层，平台内设置有恒温游泳池、休闲歌厅和/或旋转餐厅等休闲、娱乐、观光项目设施。

48MW（单机）太阳能热力聚风发电装置主要结构，由聚风塔，风门控制系统、磁悬浮多级涡扇、垂直轴发电机，风能自动控制装置、太阳能热力聚风装置、太阳能光伏电池发电系统、太阳能集热系统、太阳光能自动跟踪系统、电能储存系统、超导热传输系统、太阳能储热池等系统组成。

1、聚风塔：

聚风塔由基座和8个聚风通道组成。

基座：48MW风力发电装置的基座采用直径150m，高200m的大型连续框架结构，8个170m高的垂直墙体及其之间的立柱、横梁为钢筋混凝土连续结构，能抗8.5级地震和12级台风。

聚风通道：是由8个聚风通道连续排列，围绕在风力涡轮机的周围，形成一个外大内小的锥形园环体，在基座70-200m高度之间，由外低内高40度斜度的仰视层和俯视层构成，在基座上半部空间形成喇叭形涡轮聚风通道。聚风塔和聚风通道实质是高层建筑的钢筋混凝土连续框架结构。

2、风力（磁悬浮）多级涡扇机组：

采用直径40m，高40至60m的园柱形框架制作，由6至12张直径40m的垂直涡轮片均匀分布，6张至12张垂直涡轮片按由下至上逐步增加叶片的方式排列，并依据在高度方向上由平面园板隔离。风力涡轮机设置在聚风通道排风口处，由基座立柱的轴承支撑。由巨大的磁悬浮多级磁场的相互推斥作用，将多级涡扇机组悬浮起来，以大大减轻或抵消多级涡扇以及垂直轴、发电机转子等配件的重量，减缓推力轴承的承受力。

3、垂直轴发电机：

采用48MW永磁发电机，有关数据：

电压：11kV

相数：3

电压调整率：23%

转速：75Rpm

频率：50Hz

功率因数：0.95

定子铁心外径：6350mm

铁心长：5800mm

4、风能自动控制装置：

在每个聚风通道的排风口处，设置可调垂直排风门。在聚风通道的仰视，设置可调泄风门，按发电机的额定转速75转/分，调节排风门、泄风门以获得50Hz的发电频率满足并网要求。

聚风塔由8个连续排列的喇叭形聚风通道，围绕在风力涡轮机周围，任何方向的自然风都能进入聚风通道，而排风口又对准涡轮机涡轮凹面受风片上。聚风通道位于聚风塔70-200m的高空位置，形成2万m2的聚风面积。聚风通道为外大内小的锥形体，风进入涡轮机聚风通道被压缩后，在排风口形成风速大于每秒几十米的“聚风”使涡轮机叶片凹形面受力旋转。

当风电场年玫瑰风向图、风能图定向较好时，圆筒式的聚风塔可改为椭园形聚风塔，同样水平面积的聚风塔，其聚风面积如180m×120m可达到2.5万m²，聚风效果大增。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：包括基座以及垂直设置的四面风墙，风墙两面均排列有风门，所述风墙内设置有聚风通道，所述四面风墙围绕基座中间设置的涡轮聚风通道均匀对称分布，所述基座下端设置有透光屋顶，所述涡轮聚风通道下方设置有蓄热池，蓄热池通过光伏电池发电系统获取能量初步加热基座底部的空气，所述基座底部还设置有太阳能热力装置对空气进行二次加热，所述涡轮聚风通道内设置有磁悬浮多级异步涡扇，磁悬浮多级异步涡扇通过垂直轴连接发电机。

2.根据权利要求1所述的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：所述聚风通道共设置八个，其中每面风墙内设置两个。

3.根据权利要求1所述的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：所述磁悬浮多级异步涡扇设置在聚风通道的排风口处。

4.根据权利要求1所述的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：所述聚风通道的排风口处，设置可调垂直排风门。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：所述涡轮聚风通道上端设置有可调泄风门。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：所述涡轮聚风通道上小下大。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：该太阳能热力聚风发电装置顶端的涡轮聚风通道外围设置有休闲观光平台。

8.根据权利要求7所述的多级异步涡扇式太阳能热力聚风发电装置，其特征在于：所述休闲观光平台为多层，平台内设置有恒温游泳池、休闲歌厅和/或旋转餐厅。