CN103388560A - 大气压差风力高效集成发电装置及高效集成方法 - Google Patents

Abstract

一种大气压差风力高效集成发电装置及集成方法，包括引风塔管，内设狭管管段，与所述引风塔管底部相连万向导流室，所述万向导流室进风口设置狭管进风道，出口与引风塔管连通，形成狭管效应结构，底部设置加热室与加热装置，轴式螺旋叶叶轮安装于狭管中，连接发电机组。在大气压差与太阳能、地热辅助加热作用下，引风塔管内产生风，不同风向的风经过万向导流室得到导流、矫正风向，消除风向干扰，改变自然风特性，利用狭管效应产生高速风，作用于轴式螺旋叶叶轮，增加受风面积，延长风的作用时间，提高风能利用率，驱动发电机实现高效集成发电。本发明装置零消耗资源，发电效率高，建造运行成本低，结构简单，易产业化，可以建造大中小型发电站。

Description

大气压差风力高效集成发电装置及高效集成方法

技术领域

本发明涉及大气压差风力发电技术，具体涉及一种大气压差风力高效集成发电装置及高效集成方法。 

背景技术

电与人类社会发展密切相关，尤其是科技、人类社会高速发展的今天以及未来，将更加凸显电的重要性，随着人类社会发展，用电量在逐渐增加，十一五电力能源相关报告指出：我国十一五期间全国用电量年均增长约11%，预计2010年底，全国发电装机容量约9．5亿千瓦，其中，火电7亿千瓦，水电2．1亿千瓦，并网风电3000万千瓦。 

长期以来，我国电力获取方式主要是以煤炭为主的火力发电，十一五期间我国煤炭年产能近30亿吨，约70%以上用来燃烧发电，由于煤炭化石类能源不可再生，以其为主的发电方式没有可持续性，危机逐渐加剧，并且加剧的趋势不可逆转，随着大量煤炭化石类能源的应用，与之对应的是资源的急剧减少和环境恶化。 

“煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续。与此同时，大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气的成分。能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题”（普高物理教材2）。 

另外，煤炭化石类资源还是工业、农业、人类生存不可或缺的原料。 

现实告诉我们，人类解决能源可持续发展的问题已经刻不容缓。 

世界各国希冀找到一种解决未来能源的办法，国际热核聚变实验堆（ITER）合作计划是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划，该计划认为“聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一，也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续 发展的重要途径之一”，但是，要实现ITER计划还需要科学家们去攻克已知的、未知的众多难题，事实上，真正清洁、环保、可持续再生的能源就在我们身边，即太阳能、水能、生物质能、风能等，其能源储量完全能够满足人类需求，之所以还没有成为主导能源，原因在于还没有得到科学、充分、高效开发利用，尤其是大气压差风能。 

地球表面浩瀚的大气周而复始地吸收、储存、转换太阳能，是一个巨大的、无穷尽的“清洁可再生能源库”，同时，大气吸收太阳能辐射热时，由于受热不均产生风，风的形成为太阳能的转换利用提供了条件，如风力发电。 

现阶段，技术比较成熟的三叶式螺旋桨风叶水平轴风力发电技术，开发利用的主要是水平方向的风能，已成为当前风电技术开发利用的主流，但是，由于水平方向的风具有随机、间歇、紊流、不可调控、受资源制约等特性与缺陷，又制约着风电产业的发展：受风能资源制约，建设地点、建设位置受到限制，只有少数满足特定条件的风能得到开发利用； 

发电不稳定、持续性差、不可调控，影响上网；

受技术制约，螺旋桨风叶绝大多数采用化工轻质玻璃钢材质，受风化风蚀作用，影响使用年限，随着应用规模的增加，寿命期后会产生大量的污染物，存在潜在的使用与维护风险；

风叶受风面积率（风叶受风面积与扫风面积之比）低（一般低于10%），且阻力大，风能利用率低。

垂直方向大气压差风能，大气在垂直方向上，高度不同气压大小不同，存在着大气压差，随着高差增加压差增加，当达到一定值时，就像筑坝蓄水可以发电一样，就会产生剧烈的风，形成大气压差风力发电动力。 

风力发电大气参数风级、风速、风压对照表 

从表中得知，飓风产生的风压为664.2—851.0Pa(牛顿／米²)。

在海拔3000m以内，大约每升高10米，大气压减小100Pa(牛顿／米²)（初中物理教材），即产生100Pa(牛顿／米²)的压差；每升高100米产生的大气压差约为1000Pa(牛顿／米²)，形成持续稳定的压差，产生持续稳定的风压，约是6级强风风压的10倍。每升高1000米产生的大气压差约为10000Pa(牛顿／米²)，形成持续稳定的压差，产生持续稳定的风压，约是12级飓风风压的11-15倍。因此理论上，一定高差形成的大气压差，在一定条件下会产生持续剧烈的风，形成足够的发电动力。 

垂直方向大气压差蕴藏着巨大的、无限量的风能资源，其蕴藏量远远大于水平方向的风能资源，且存在于地球表面任何地方，具有开发利用的广泛性，然而，迄今为止还没有得到有效开发利用，其原因在于，所属领域已公开技术存在以下问题：1）结构复杂，建造、安装、维修困难；2）借助消耗常规能源，结构不安全、不能产业化应用；3）多数技术方案只是叙述利用了压差温差风力发电原理，没有从根本上改变风随机、紊流、不可调控的特性，不能消除风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，发电效率低。 

发明内容

本发明的目的是提供一种大气压差风力高效集成发电装置及高效集成方法，高效集成大气压差产生的风，改变自然风随机、间歇、紊流、不可调控等特性与缺陷，消除自然风具有的风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，解决现有风电技术受风能 资源制约、发电不稳定、效率低、不可调控问题，实现大气压差风力持续、稳定、安全、高效发电。 

为实现上述目的，本发明提供了一种大气压差风力高效集成发电装置及高效集成方法，其特征包括：引风塔管，所述引风塔管是由底部喇叭状管段和上部直管管段构成的中空圆管，所述直管管段包括聚风增速狭管管段，在所述狭管管段安装轴式螺旋叶叶轮，连接发电机；与所述引风塔管底部相连万向导流室，所述万向导流室由引风塔管底部喇叭状管段结构而成，在引风塔管底部喇叭状管段，由管壁与半径线隔断分割形成若干个相互独立、均匀分布的空间，与每个空间对应在管壁开设进风口，形成若干个相互独立、互不干扰、均匀分布的导流风室，在管壁构筑的圆截面内，由若干个导流风室构成了一个万向导流室，所述导流风室进风口设置狭管进风道，出口向上与引风塔管连通，其中，导流风室的容积大于狭管进风道的容积，构成狭管效应结构，在所述狭管进风道安装轴式螺旋叶叶轮，连接发电机组；所述轴式螺旋叶叶轮采用横端面100%全面积无间隙受风、轴向螺旋延长螺旋叶长度的设计，有效增加受风面积，延长风的作用时间，提高风能利用率；在所述万向导流室底部设置加热室与加热装置，所述加热装置与太阳能、地热集热储热系统相连。 

大气压差风力高效集成原理方法：在大气压差与太阳能、地热辅助加热作用下，引风塔管内形成抽拔力“气柱”，产生风，不同风向的风经过万向导流室得到导流、矫正方向，消除风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，减少风能损失，改变自然风随机、间歇、紊流、不可调控特性，形成持续稳定的风，在狭管效应作用下，狭管中产生高速风，高速风作用于横端面100%全面积无间隙受风、轴向螺旋延长螺旋叶长度的轴式螺旋叶叶轮，有效增加受风面积，延长风的作用时间，且有利于风的导出，减少阻力，提高风能利用率，驱动发电机组实现大气压差风力高效集成发电。 

其中，所述引风塔管底部喇叭状管段和上部直管管段由半径为Υ的圆弧（或斜直线）过渡相连，上部直管管段主要由整流管段、聚风增速狭管管段、挡风环、引风管段组成，在 聚风增速狭管管段安装轴式螺旋叶叶轮，连接发电机组。在大气压差作用下，引风塔管内形成抽拨力“气柱”，产生风，风经过整流管段得到整流调整，使叶轮获得最佳受力风，在聚风增速狭管管段，由于狭管效应产生高速风，高速风作用于轴式螺旋叶叶轮驱动发电机组发电，引风管段与大气连通，将风持续不断地引向大气，在引风塔管内形成连续稳定的风。 

所述万向导流室，由引风塔管底部喇叭状管段结构而成，在引风塔管底部喇叭状管段，由管壁与半径线隔断分割形成若干个相互独立、均匀分布的空间，与若干个相互独立、均匀分布的空间对应在引风塔管管壁开设进风口，形成若干个相互独立、互不干扰、均匀分布的导流风室，在管壁构筑的圆截面内，由若干个相互独立、互不干扰、均匀分布的导流风室构成了一个万向导流室。万向导流室能够导流、矫正风向，将水平方向360°不同风向的风导流、矫正为垂直风向，消除不同风向的风汇聚时的风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，减少风能损失。在所述每个导流风室进风口设置狭管进风道，出口向上与引风塔管连通，其中，导流风室的容积大于狭管进风道的容积，构成狭管效应结构，利用狭管效应，产生高速风，在所述每个狭管进风道安装轴式螺旋叶叶轮，连接发电机组，高速风作用于轴式螺旋叶叶轮，驱动发电机组发电。所述万向导流室分旋切与不旋切两种，旋切时每个导流风室的中线与万向导流室的中心线成α旋切角，左旋或右旋，旋切角α在0＜α＜90°范围选择，不旋切时α等于0，导流风室的中线与万向导流室的中心线重合。所述万向导流室的半径线隔断既起到分割区域空间的作用，又可在建造中作为装置的承重基础，结构具有安全稳定性，具有抗震作用，利于建设大型发电装置。在所述万向导流室的底部设置加热室与加热装置。 

所述轴式螺旋叶叶轮，包括螺旋叶与叶轮轴，叶轮一般由2个以上多螺旋叶组成，螺旋叶与叶轮轴轴纵向成θ夹角（0＜θ＜90）、以β螺旋升角（β=90-θ）左旋或右旋、垂直或利于受风受力的角度固定于叶轮轴上，叶轮采用横端面100%全面积无间隙受风，轴向螺旋延长螺旋叶长度的设计，有效增加受风面积，单元受风面积（风叶有效受风面积占其扫风面 积的比重）是三叶式螺旋桨风叶的数倍，延长风对叶轮的作用时间，且利于风的导出，减少阻力，提高风能利用率与效率，是风压级与风速级叶轮的有效结合，可以根据集成装置发电功率大小，设计螺旋风叶数量、尺寸面积，选择最佳受力螺旋升角β（β=90-θ）。 

所述太阳能、地热集热加热系统，在所述万向导流室的底部设置加热室与加热装置，其中，加热装置是由若干加热单元组组成的圆盘状加热装置，加热室由万向导流室半径线隔断分割构成的多腔加热室，所述圆盘状加热装置的加热单元组与多腔加热室、导流风室对应安装布置，均匀加热导流风室中的空气，辅助提高风的动力性。所述太阳能、地热集热储热系统包括在万向导流室外侧与狭管进风道并接太阳能温室、以及与本发明装置结合一体建造或独立建造的太阳能、地热集热储热系统（或企业余热）。 

本发明突出优点； 

能够消除风的风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，减少风能损失，改变自然风随机、间歇、紊流、不可调控、受资源限制的特性与缺陷，实现大气压差风力高效集成发电；

利用持续稳定的大气压差与太阳能、地热辅助加热作动力，实现主动“造风”稳定发电，能够保持发电的连续性与稳定性，可以一年365天、每天24小时不间断发电；

利用大气层垂直方向空间风能资源，资源丰富、储量量巨大、利用空间广阔；

垂直方向大气压差存在于地球表面大气任何地方，受风能资源、地域约束小，具有建设的自主性、灵活性及广泛性，发电可以直接上网，可以建立独立的发电站，例如，沿着高速公路建设独立的充电站，如同电动汽车的“加油站”，解决电动汽车不能持续运行问题，促进电动汽车产业发展；以村、农场、兵团哨所等任何独立单元建设独立发电站，以城镇、城市集群或产业集群为单元建设大型、巨大型上网或独立运行的发电站；

发电装置单机功率、发电站建设规模选择范围宽，小型的可几千瓦，大型的可达几百兆瓦；装置结构简单，容易加工制造，使用寿命长、环保、便于维护、易产业化； 

万向导流室结构具有稳定性与安全性，可提高装置的抗震能力，利于建设大型发电装置；

本发明利用了资源丰富、永续不竭的大气压差与太阳能辐射热作动力发电，符合未来理想能源的几个条件：第一，足够丰富，可以保证长期使用；第二，可以达到足够便宜，保证多数人用得起；第三，相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；第四，必须足够安全、清洁、可以保证不会影响环境（初中物理教材）。

附图说明

本发明装置技术特征以8导流风室组成的万向导流室、4螺旋叶组成的轴式螺旋叶叶轮构成的集成装置为例，附图说明： 

附图1、2为本发明装置的主、俯视图；

附图3、4为本发明装置实施方案一结构剖面示意图，此方案万向导流室旋切，旋切角为α，α在0＜α＜90°范围选择；

附图5、6为本发明装置实施方案二结构示意图，此方案万向导流室不旋切，即旋切角α等于零(α=0），导流风室的中线与万向导流室的中心线重合；

附图7、8为本发明装置万向导流室的结构剖面示意图，本示例导流风室有旋切方向,，旋切角α＞0（0＜α＜90°）；

附图9、10、11为本发明装置轴式螺旋叶叶轮主视图、俯视图、轴侧展开图；

附图12、13为本发明装置加热室、加热装置结构示意图；

附图14为太阳能、地热（未示例）集热储热系统与本发明装置一体建造示例示意图；

附图标记表：1、引风塔管，2、引风管段，3聚风增速狭管管段，4、挡风环，5、整流管段，6、导流风室，7、狭管进风道，8、轴式螺旋叶叶轮，9、螺旋叶，10、叶轮轴，11、发电机组，12、圆盘状加热装置，13、加热室，14、加热室隔断连通门，15、太阳能集热温室，16、万向导流室，17、太阳能、地热（未示例）集热储热系统，18、热交换循环泵。

具体实施方式

结合说明书附图进一步阐明本发明装置具体实施方式。 

附图3、4为本发明装置实施例一结构示意图，该发电装置包括引风塔管1，万向导流室16，轴式螺旋叶叶轮8，发电机组11，加热室13与圆盘状加热装置12。其中，所述引风塔管1是由底部喇叭状管段和上部直管管段构成的中空圆管，上部直管管段包括引风管段2、聚风增速狭管管段3、挡风环4、整流管段5。其中，整流管段5将汇聚时紊乱的风进行整流，聚风增速狭管管段3根据狭管原理制作，轴式螺旋叶叶轮8安装于狭管3中，连接发电机组11，利用狭管效应，产生高速风，作用于轴式螺旋叶叶轮8，驱动发电机组11发电。引风管段2与大气导通，具体实施中具有一定的高度，以获取一定的压差动力，高度与发电装置功率大小相匹配。为了便于狭管管段3内的轴式螺旋叶叶轮8与发电机组11的安装与维护，采取以下措施：①螺旋叶9与叶轮轴10散件加工，现场组装，②万向导流室16某一导流风室6的底部设计为可拆卸组装结构，便于设备、构配件的吊装。 

与引风塔管1底部相连万向导流室16，在引风塔管1底部喇叭状管段、管壁构成的圆范围，由若干个相互独立、互不干扰、均匀分布的导流风室6构成一个万向导流室16，万向导流室16用来导流、矫正风向，将水平方向360°风向的风矫正为垂直风向，消除不同风向的风汇聚时的风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，减少风能损失。其中，导流风室6的顶为引风塔管喇叭状管段的管壁，由半径为Υ的圆弧（或斜直线）与引风塔管直管管段过渡相连，底的轮廓与顶随同。在每一个导流风室6的进风口设置狭管进风道7，在每个狭管进风道7安装轴式螺旋叶叶轮8，连接发电机组11，其中，导流风室6的容积大于狭管进风道7的容积，构成狭管效应结构，利用狭管效应产生高速风，高速风作用于狭管进风道中横端面100%全面积无间隙受风，轴向螺旋延长螺旋叶长度的轴式螺旋叶叶轮8，有效增加受风面积，延长风的作用时间，提高风能利用率，驱动发电机组11实现高效集成发电，由于发电机组处于较低位置，便于安装维修。本实施例万向导流室16产生旋切，旋切角α在0＜α＜90°范围选择，旋切方向与轴式螺旋叶叶轮8的旋向相适应。另外，导流风室6的半径线隔断既发挥分割区域空间的作用，又作为装置的承重基础，结构具有稳定性， 大大提高了装置的安全性与抗震性能，利于建设大型发电装置。 

轴式螺旋叶叶轮8，由多螺旋叶（2个以上）组成，采用横端面100%全面积无间隙受风，轴向螺旋延长螺旋叶9长度的设计，增加受风面积，延长风的作用时间，且利于风的导出，减少阻力，有效提高风能利用率。 

加热室13与加热装置12，在万向导流室16底部设置加热室13与加热装置12，加热室13由半径线隔断分割形成多腔加热室，在每一半径隔断墙设置连通门14，便于安装维修。在加热室13中安装加热装置12，加热装置12是由若干加热单元组组成的圆盘状加热装置，加热单元组与万向导流室16的导流风室6对应布置，均匀加热导流风室6中的空气，以增强风的动力性与稳定性，由于加热室处于地下，有利于保存热量，克服了冬季防冻问题，另外，在万向导流室16外侧、与狭管进风道7并接太阳能集热温室15，集热温室15建造可根据地理位置、环境气候条件选择添加吸热储热材料、蓄水储热等方式，利用已成熟技术。加热装置12与太阳能、地热（未示例）集热储热系统17相连，获得持续稳定的辅助热源。 

方案实施原理：在持续稳定的大气压差与太阳能、地热辅助加热作用下，引风塔管1内形成抽拔力“气柱”，像筑坝蓄水使水具有了势能可以发电一样，在引风塔管内形成大气压差，达到一定值时，就会产生剧烈的风，万向导流室16导流、矫正风向，将水平方向360°不同风向的风导流、矫正为垂直风向，并且有效地消除了风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，减少了风能损失，改变了自然风随机、间歇、紊流、不可调控的特性，形成持续稳定的风。利用狭管效应产生高速风，高速风作用于横端面100%全面积无间隙受风，轴向螺旋延长螺旋叶长度的轴式螺旋叶叶轮8，有效增加受风面积，延长风的作用时间，提高风能利用率，驱动发电机组11实现高效集成发电。 

附图5、6为本发明装置实施例二结构示意图，与实施方案一的主要区别在于万向导流室16的旋切角α等于零，不产生旋切，引风塔管1内的叶轮8与发电机组11安装于万向导流室半径线隔断汇聚的中心位置，引风塔管1直管管段由引风管段2、挡风环3、整流管段 5构成，其余结构原理与实施方案一相同。 

方案一、二具体实施中，引风塔管1需要一定的高度，产生垂直方向的抽拨力，高差越大产生的压差、抽拨力越大，高度可根据发电装置功率的大小在50米—1000米范围选择，小型的可以在50米以下选择，同时还可以采用增加太阳能、地热集热热量降低引风塔管1高度的方法获得相应的发电动力，根据引风塔管高度、直径参数，太阳能、地热集热大小优化确定装置发电功率大小。引风塔管1材质可以根据高度选择，较大型采用钢筋混凝土建造，或者底部采用钢筋混凝土建造上部采用金属或其他材质预制构配件组装，小型的可采用金属或其他材质材料制造，为了减少摩擦阻力，引风塔管内表面需进行光滑处理。 

附图7、8为万向导流室的结构示意图，由引风塔管1底部喇叭状管段结构而成，在引风塔管1底部喇叭状管段，由管壁与半径线隔断分割形成若干个相互独立、均匀分布的空间，与每个空间对应在管壁开设进风口，形成若干个相互独立、互不干扰、均匀分布的导流风室6，在管壁构筑的圆截面内，由若干个导流风室构成了一个万向导流室16，导流风室6进风口设置狭管进风道7，出口向上与引风塔管1连通，其中，导流风室6的容积大于狭管进风道7的容积，构成狭管效应结构，在狭管进风道7安装轴式螺旋叶叶轮8，连接发电机组11。万向导流室16导流、矫正风向，将水平方向360°不同风向的风矫正为垂直风向，消除不同风向的风汇聚时产生的风向干扰、紊流干扰、不平衡干扰以及干扰产生的风能消耗，减少风能损失，形成持续稳定的风，利用狭管效应产生高速风，高速风作用于轴式螺旋叶叶轮8，驱动发电机组11发电。构成万向导流室16的半径线隔断既发挥了分割空间的作用，同时又构成了发明装置的承重基础，结构具有稳定性与安全性，利于建设大型发电装置。在万向导流室16底部设置地下加热室13，加热室13由半径线隔断分割成多腔室，在半径线隔断开设连通门14，便于加热装置的安装与检修，由于加热室13设置于地下，有利于热能的保存与利用，解决了冬季防护问题。万向导流室16建造时，中型、大型、超大型可用混凝土建造，小型可用金属或其他材质材料制造，为了减少摩擦阻力，导流风室6表面需进行光滑 处理。 

附图9、10、11分别为轴式螺旋叶叶轮8的主视图、俯视图、轴侧展开图，所述轴式螺旋叶叶轮8由螺旋叶9与叶轮轴10组成，叶轮8一般由2个以上多螺旋叶9组成，螺旋叶9与叶轮轴10轴纵向成θ夹角（0＜θ＜90）、以β螺旋升角（β=90-θ）左旋或右旋、垂直或利于螺旋叶9受风受力的角度固定于叶轮轴10上，叶轮8采用横端面100%全面积无间隙受风，轴向螺旋延长螺旋叶9长度的设计，增加受风面积，单元受风面积是三叶式螺旋桨风叶的数倍，延长风对叶轮的作用时间，且有利于风的导出，减少阻力，提高风能利用率。根据装置发电功率大小，设计螺旋叶数量、尺寸面积，选择最佳夹角θ或螺旋角升β（β=90-θ）。螺旋叶9、叶轮轴10用金属材料制造，为了减轻叶轮重量，叶轮轴10可采用空心轴。 

附图12、13为太阳能、地热（未示例）加热系统示意图，在万向导流室16外侧、与狭管进风道7并接太阳能集热温室15，底部设置加热室13安装加热装置12。其中，集热温室15建造可根据地理位置、环境气候选择添加吸热储热材料、蓄水储热等方式吸热储热，利用已成熟技术，加热装置12是由若干个加热单元组组成的圆盘状加热装置，利用金属碳钢管道现场制作，加热单元组与多腔加热室13、导流风室6对应布置，均匀加热导流风室6中的空气，圆盘状加热装置12与太阳能、浅表地热（未示例）集热储热系统17相接。 

附图14为太阳能、地热（未示例）集热储热系统17结构示意图，本示例为与发明装置结合一体建造，节省占地，本系统可以独立或借助其他建筑物建造，利用现阶段先进技术，热量循环由循环泵18来完成。 

发电机组11，包括发电机、电气控制装置、联轴器、轴承支撑固定装置、惯性平衡装置、制动装置等全套配置，利用现有先进技术。 

本发明装置建设位置与环境选择，垂直方向大气压差存在于地球表面任何地方，具有开发利用的广泛性，建造位置选择范围广，为了减少占用耕地，保护生态环境，建造时选择土地贫瘠位置，在我国，尤其是西北地区新疆、甘肃、内蒙、宁夏等广袤的沙化戈壁区域， 以及东部沿海1.8万公里海岸线滩涂区域，日照充足蕴藏着巨大的大气压差风能，据有关资料统计新疆沙化戈壁面积占45%，约72万平方公里，甘肃沙化戈壁面积占31%，约14万平方公里，在我国内蒙及其他地区，沙化戈壁滩、贫瘠岭地等不可耕种地区，所蕴藏的大气压差风能（根据有关资料推算适宜开发的大气压差风能在50亿千瓦以上），一旦得到科学开发利用，完全能够满足我国电力需求，同时进行综合规划，在获取太阳能、风能清洁能源的同时，使戈壁滩、贫瘠荒地得到综合利用。 

利用本发明，在我国东部沿海1.8万公里海岸线滩涂区域，建造大型大气压差风力高效集成发电装置，在获得电力的同时将蒸发的海水抽送到大气，起到海水淡化调节大气的作用。据有关资料计算，一个直径50米左右，高800米的大型圆筒，底部风速可达40米/秒以上，每秒可抽送约3.5×10⁵M³的空气，每天可抽送3.5×10⁵×60×60×24=3024×10⁷M³空气，沿海岸线区域按80%的相对湿度计算，每天抽送的空气所含的水约120万吨。如果在沿海1.8万公里海岸线滩涂区域，建造1000座直径50米左右，高800米的引风塔管大气压差风力高效集成发电装置（根据相关资料推算可获得2亿千瓦以上的发电装机容量），不仅可获得巨大的电能，而且每天可向大气层输送约12亿吨的淡化水，对改善我国内陆地区的空气质量与生态环境产生积极影响，另外，在南方沿海或内陆具有热岛效应的城市建造本装置，在获得电能的同时将水蒸汽送入大气，减弱热岛效应。 

本发明装置原理明确、结构简单、安全性高、易实现产业化，大大提高了大气压差发电效能，发电不需要消耗任何资源，没有任何排放物、不产生任何污染，化解了对化石类能源的依赖，节约了煤炭化石类资源，利用风能资源丰富，一旦得到广泛应用，将从根本上改变我国电力获取方式，改变能源结构，走上绿色能源可持续发展之路。 

上述实施方式是对本发明进一步的阐述和说明，并不局限于所阐述的具体形式，凡在此基础上对本发明的任何改进均被视为本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种大气压差风力高效集成发电装置及高效集成方法，其特征包括：引风塔管（1），所述引风塔管（1）是由底部喇叭状管段和上部直管管段构成的中空圆管，所述直管管段包括聚风增速狭管管段（3），在所述聚风增速狭管管段（3）安装轴式螺旋叶叶轮（8），连接发电机（11），与所述引风塔管（1）底部相连万向导流室(16)，所述万向导流室(16)由引风塔管（1）底部喇叭状管段结构而成，在引风塔管（1）底部喇叭状管段，由管壁与半径线隔断分割形成若干个相互独立、均匀分布的空间，与每个空间对应在管壁开设进风口，形成若干个相互独立、互不干扰、均匀分布的导流风室(6)，在管壁构筑的圆截面内，由若干个导流风室(6)构成一个万向导流室(16)，所述导流风室(6)进风口设置狭管进风道（7），出口向上与引风塔管（1）连通，其中，导流风室(6)的容积大于狭管进风道（7）的容积，构成狭管效应结构，在所述狭管进风道(7)安装轴式螺旋叶叶轮(8)，连接发电机组(11)，所述轴式螺旋叶叶轮（8）采用横端面100%全面积无间隙受风、轴向螺旋延长螺旋叶长度的设计，有效增加受风面积，延长风的作用时间，提高风能利用率，在所述万向导流室(16)底部设置加热室（13）与加热装置（12），所述加热装置（12）与太阳能、地热集热储热系统（17）相连；

大气压差风力高效集成原理方法：在大气压差与太阳能、地热辅助加热作用下，引风塔管（1）内形成抽拔力“气柱”，产生风，不同风向的风经过万向导流室（16）得到导流、矫正风向，消除风向干扰，减少风能损耗，改变自然风随机、间歇、紊流、不可调控特性，形成持续稳定的风，利用狭管效应产生高速风，高速风作用于横端面100%全面积无间隙受风、轴向螺旋延长螺旋叶长度的轴式螺旋叶叶轮（8），有效增加受风面积，延长风的作用时间，且利于风的导出，减少阻力，提高风能利用率，驱动发电机组（11）实现大气压差风力高效集成发电。

2.根据权利1要求所述大气压差风力高效集成发电装置，其特征在于，所述万向导流室(16)分旋切与不旋切两种情况，旋切时每个导流风室（6）的中线与万向导流室(16)的中心线成α旋切角左旋或右旋，旋切角α在0＜α＜90°范围选择，不旋切时α等于0，即导流风室（6）的中线与万向导流室（16）的中心线重合。

3.根据权利1要求所述大气压差风力高效集成发电装置，其特征在于，在引风塔管（1）直管管段设置聚风增速狭管（3）、与导流风室（6）对应设置狭管进风道（7），构成狭管效应结构，所述导流风室（6）与狭管进风道（7）其形状、设置角度、尺寸参数、数量任意优化改变。

4.根据权利1要求所述大气压差风力高效集成发电装置，其特征在于，所述轴式螺旋叶叶轮（8）包括螺旋叶（9）与叶轮轴（10），螺旋叶（9）与叶轮轴（10）轴纵向成θ夹角（0＜θ＜90）以β螺旋升角（β=90-θ）左旋或右旋、垂直或利于螺旋叶（9）受风受力的角度固定于叶轮轴（10）上，采用横端面100%全面积无间隙受风、轴向螺旋延长螺旋叶（9）长度的设计，有效增加受风面积，延长风的作用时间，且利于风的导出，减少阻力，提高风能利用率，其中，螺旋叶（9）数量、规格尺寸、夹角θ（0＜θ＜90）与螺旋升角β（β=90-θ）任意优化改变。

5.根据权利1要求所述大气压差风力高效集成发电装置，其特征在于，所述万向导流室(16)的半径线隔断既发挥分割区域空间的作用又发挥承重基础的作用，结构具有安全稳定性，具有抗震作用，利于建设大型发电装置。

6.根据权利1要求所述大气压差风力高效集成发电装置，其特征在于，所述万向导流室(16)底部设置加热室（13）与加热装置（12），所述加热装置（12）是由若干加热单元组组成的圆盘状加热装置，加热单元组与万向导流室(16)的导流风室（6）对应布置，均匀加热导流风室（6）中的空气，与太阳能、地热集热储热系统（17）相连，所述太阳能、地热集热储热系统包括与万向导流室(16)外侧相连、与狭管进风道（7）并接的太阳能集热储热温室（15），以及与发明装置结合一体建造或独立建造的太阳能、地热集热储热系统（17）。

7.根据权利1要求所述大气压差风力高效集成发电装置，其特征在于，万向导流室(16)与轴式螺旋叶叶轮（8）分别作为独立装置应用。

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