CN103670969A - 多能源发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多能源发电装置，为一种将太阳能、风能和热空气能进行综合利用的多能源发电技术，其中，太阳能发电子系统包括反射镜镜场与安装在塔顶的太阳能接收器，风力发电子系统包括风轮和发电机，热能发电子系统包括设在承载塔内部的流通通道、与流通通道相通的热能收集装置、设置在承载塔内的风轮以及发电机。相对于现有技术，本发明的多能源发电装置，通过合理的布局及设计，能够综合利用太阳能、风能和热能中至少两个能源形成组合以进行联合发电，有效解决单独一种新能源发电技术因受自然因素限制而出现的工作不稳定与供电不足的问题，大幅提高新能源技术供电的稳定性以及能源资源的综合利用效率。

Description

多能源发电装置

技术领域

本发明涉及新能源发电领域，尤其涉及一种综合利用太阳能、风能和热能等多种能源集成发电的系统。

背景技术

最近几年，新能源的利用技术有了长足的发展，随着世界各国的大力提倡，利用新能源太阳能、风能、潮汐能、地热能等进行发电的技术逐渐得到了实际应用。虽然如此，但是上述新能源形式在实际的应用过程中仍然存在着各种各样的局限性。例如：目前，太阳能发电的成本较高，受天气制约严重，导致其只能在白天工作，阴雨天或夜晚就不能供电；风力虽然发电环境效益较好，不收白天黑夜的限制，只要风力强就可以工作，但风速的随时变化，致使其供电的稳定性受到严重的影响；其余如潮汐能、地热能受到时间和地域的限制也十分严重。为了摆脱资源的不确定性对新能源推广应用的制约，现有系统大多借助储能系统来稳定供电。但是在这种长期亏电状态下工作的电池组工作寿命很短，成本很高，并不能经济有效的解决新能源系统稳定供电的问题。

鉴于各个新能源发电形式之间存在互补性，近来新能源发电的发展逐渐从单向的发展方式走向相互集成，出现了各种新能源形式之间以及新能源与传统能源之间的相互集成的技术形式。例如风一个风光互补系统综合考虑系统工作地点的资源情况、系统负载情况，来设计互补发电系统结构，可以在一定程度上弥补光电和风电单独作业时出现的资源不稳定所导致的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合利用太阳能、风能和热能中至少两种能源进行联合发电的多能源发电装置，用于解决现有单独使用的新能源发电系统受自然因素限制工作不稳定、影响储能系统的使用寿命等问题。

本发明提供的多能源发电装置，，包括：承载塔；多能源发电系统，所述多能源发电系统包括如下三种发电子系统中的至少两种：太阳能发电子系统，包括：反射镜镜场，设置在所述承载塔的就近区域；太阳能转换器，设置在所述承载塔上且面对所述反射镜镜场、用于吸收经由所述反射镜镜场反射过来的太阳光并将所述太阳光转化为电能和热能；与所述反射镜镜场和所述太阳能转换器相连的管理控制装置；风力发电子系统，包括：设置在所述承载塔的顶部或侧部的风轮以及与所述风轮相关联的发电机；热能发电子系统，包括：设置在所述承载塔的内部、供热空气上升流动的流通通道；设置在所述承载塔的底部并与所述流通通道相通的热能收集装置，用于收集热气流；设置在所述承载塔的流通通道的顶部的风轮以及与所述风轮相关联的发电机；所述热气流自所述承载塔的内部上升流动形成烟囱效应，带动所述风轮转动；电力子系统，与所述多能源系统中的各个发电子系统相连，用于接收所述多能源系统中各个发电子系统所产生的电能并将所述电能进行转换。

可选地，所述反射镜镜场包括一个或多个的反射镜；每一个所述反射镜都配置有对应的跟踪装置，以驱动所述反射镜调整跟踪太阳光的反射角度。

可选地，所述反射镜为平面反射镜或曲面反射镜，所述反射镜的形状为三角形、四边形或多边形。

可选地，所述跟踪装置采用一维、准二维、二维、准三维、三维跟踪方式中的任一种。

可选地，所述太阳能转换器采用太阳能光伏发电转换器、太阳能热电转换器、太阳能热光伏转换器、太阳能集热发电转换器以及上述多种太阳能转换器的任意组合中的任一者。

可选地，所述热能收集装置采用的是原地收集热能方式或直接引入外来热能方式。

可选地，所述原地收集热能方式采用温室大棚式设计；包括：

热量收集通道，近地设置并具有与所述承载塔的底部的流通通道相通的接口；

覆于所述热量收集通道的热量收集覆盖物，用于在太阳光照射下收集热量并利用所述热量收集通道将所述热量传输至所述承载塔的塔内。

可选地，所述热量收集覆盖物包括透明薄膜或者玻璃。

可选地，所述直接引入外来热能方式采用的热能工业生产、电力发电、采矿或者自然热源。

可选地，所述承载塔内部具有适于气流做上升运动的流通通道。

通过合理的布局及设计，本发明提供的多能源发电装置能够实现太阳能、风能和热能中至少两个能源形成组合以进行联合发电。相较于各个发电子系统单独使用的现有技术，可以防止其中一种发电子系统因受自然因素限制而出现工作不稳定、供电不足等现象，并提高各种能源资源的综合利用效率。

附图说明

图1是本发明的多能源发电装置在第一实施方式中的功能框图。

图2是本发明的多能源发电装置在第二实施方式中的功能框图。

图3是本发明的多能源发电装置在第三实施方式中的功能框图。

图4是本发明的多能源发电装置在第四实施方式中的功能框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明对现有新能源发电技术进行了改进，提出了一种综合利用太阳能、风能和热能中的至少两种能源形成组合以进行联合发电的多能源发电装置，不仅可获得稳定的供电电源，更可以进一步提高各种能源资源的综合利用效率。以下将通过具体实施例来对本发明所提出的多能源发电装置进行详细说明。

第一实施方式：

图1是本发明的多能源发电装置在第一实施方式中的功能框图。如图1所示，所述在多能源发电装置包括：承载塔11，构建于承载塔11上的太阳能发电子系统、风力发电子系统、热能发电子系统，以及用于接收上述各个发电子系统所产生的电能并将所述电能进行转换的电力子系统19。

以下对上述各个部分进行详细描述。

承载塔11是主要起到承载作用的结构。所述承载塔11为高塔、高层建筑、住宅。承载塔11一般设计得具有一定的高度，并可以获得较大的和较均匀的风力。

太阳能发电子系统，包括：反射镜镜场12、太阳能转换器13以及管理控制装置14。

反射镜镜场12设置在承载塔11的就近区域（例如距离承载塔11一定范围的地面）。进一步地，在本实施方式中，反射镜镜场12进一步包括用于反射太阳光的一个或多个的反射镜121，每一个反射镜121都配置有对应的跟踪装置123。利用跟踪装置123，可以驱动对应的反射镜121调整跟踪太阳光的反射角度，即：根据季节、时日、天气阴晴等条件下太阳的运转规律，实时驱动反射镜121调整反射角度。

太阳能转换器13设置在承载塔11的顶部且面对反射镜镜场12，用于吸收经由反射镜镜场12反射过来的太阳光并将所述太阳光转化为电能和热能。在本实施方式中，太阳能转换器13可以采用包括例如太阳能光伏发电转换器、太阳能热电转换器、太阳能热光伏转换器或太阳能集热发电转换器等在内的能实现光-电直接或者间接转换的各种转换器单体或转换器组合，即，太阳能转换器13既可以是太阳能光伏发电转换器、太阳能热电转换器、太阳能热光伏转换器和太阳能集热发电转换器中的任一者，也可以是由太阳能光伏发电转换器、太阳能热电转换器、太阳能热光伏转换器和太阳能集热发电转换器所构成的任意组合（两个转换器的组合、三个转换器的组合、以及四个转换器的组合）中的任一者。管理控制装置14与反射镜镜场12和太阳能转换器13相连，用于控制整个太阳能发电子系统的运作。

风力发电子系统，包括：设置在承载塔11的顶部（风轮轴平行于塔）或侧部（风轮轴垂直于塔）的风轮15和与风轮15相连的发电机17。风轮15是用于把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两个（或更多个）螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向叶轮时，叶轮上产生气动力驱动风轮15转动，利用发电机17，将风轮15转动得到的机械能转换为电能。在本实施方式中，风轮15的数量可以是一个或多个，例如当有多个风轮15时，各个风轮15可以设置在承载塔11的不同高度处和/或不同的周壁上。由于风力发电子系统中的风轮15和所述发电机的构造及其工作原理已为本领域技术人员所熟知的现有技术，故不在此赘述。

热能发电子系统，包括：设置在所述承载塔11的内部、适于气流做上升运动的流通通道21；设置在承载塔11的底部并与承载塔11的流通通道21相通的热能收集装置，设置在承载塔11的流通通道21的顶部的风轮18以及与风轮18相连的发电机17。

在本实施方式中，流通通道21是设置在承载塔11的内部空间中用于形成气流上升流动的结构。优选地，流通通道21上下贯通。在这里，流通通道21的截面呈圆形或矩形，较佳地，呈圆形。特别地，流通通道21自底部至顶部呈由宽变窄的渐缩结构（大致呈圆锥体）。当然，流通通道21的结构并不以此为限，在其他实施例中，流通通道21的结构仍可有其他变化，例如：在一个实施例中，流通通道21可以是上下等宽的直筒结构；而在另一实施例中，流通通道21可以是直筒结构和渐缩结构相结合，例如，可以是下半部为等宽结构而上半部为渐缩结构的结合，或者也可以是下半部为渐缩结构而上半部为等宽结构的结合，在此不一而足。承载塔11可以是砖砌、混凝土浇筑或者金属架构。

所述热能收集装置采用的是原地收集热能方式或直接引入外来热能方式（所述直接引入外来热能方式采用的热能工业生产、电力发电、采矿或者自然热源）。现以原地收集热能方式为例进行说明，特别地，在本实施方式中，热能收集装置采用在塔周围的任意空闲区域设置温室大棚的设计。所述温室大棚式设计进一步包括：热量收集通道20，近地设置并具有与承载塔11的底部的流通通道21相通的接口；覆于热量收集通道20的热量收集覆盖物16（例如透明薄膜或者玻璃）。在实际应用中，上述热能收集装置可以通过如下方式设计：将例如为透明薄膜或者玻璃的热量收集覆盖物16在支撑物的协助下覆盖于底面，这样，就使得热量收集覆盖物16与地面之间构成热量收集通道。在实际应用中，热量收集覆盖物16在太阳光的照射下收集热量（即使得热量收集空间中的空气受热）并利用热量收集通道20将所述受热气体传输至承载塔11的塔内，利用承载塔11中流通通道21的底部与顶部的温度差推动气流由流通通道21的底部向流通通道21的顶部流动，即，所述热气流自所述承载塔11的内部上升流动形成烟囱效应，流动的气流驱动设置在塔内顶部的风轮18以及与风轮18相连的发电机17实现空气热动力发电。另外，由上可知，流通通道21设计为自所述底部至顶部呈由宽变窄的渐缩结构，达·芬奇-卡斯特里原理揭示，在这个上升过程中热空气的流速会逐渐增加，提高资源的利用率。

再有，在本实施方式中，太阳能转换器13背部与流通通道21内的热气流直接或者间接接触，这样，这些上升的气流会经过太阳能转换器13的背表面时还可以带走太阳能转换器13产生一部分热量，对太阳能转换器13起到被动式散热的作用。

还有，发电机17是风力发电子系统和热能发电子系统共用的，当然，并不以此为限，在其他情形下，风力发电子系统和热能发电子系统也可以分别使用各自的发电机。

电力子系统19，与所述太阳能发电子系统、所述风力发电子系统、以及所述热能发电子系统相连，用于接收所述太阳能发电子系统、所述风力发电子系统、以及所述热能发电子系统所产生的电能并将所述电能进行转换。

第二实施方式：

图2是本发明的多能源发电装置在第二实施方式中的功能框图。

与第一实施方式相比，在第二实施方式中，多能源发电系统中所包括的发电子系统的组合不相同。

具体而言，在第一实施方式中，多能源发电装置中的多能源发电系统包括了三种发电子系统：太阳能发电子系统、风力发电子系统以及热能发电子系统；而在第二实施方式中，多能源发电装置中的多能源发电系统包括了太阳能发电子系统和风力发电子系统在内的两种发电子系统。

第三实施方式：

图3是本发明的多能源发电装置在第三实施方式中的功能框图。

与第一实施方式相比，在第三实施方式中，多能源发电系统中所包括的发电子系统的组合不相同。

具体而言，在第一实施方式中，多能源发电装置中的多能源发电系统包括了三种发电子系统：太阳能发电子系统、风力发电子系统以及热能发电子系统；而在第三实施方式中，多能源发电装置中的多能源发电系统包括了太阳能发电子系统和热能发电子系统在内的两种发电子系统。

第四实施方式：

图4是本发明的多能源发电装置在第四实施方式中的功能框图。

与第一实施方式相比，在第四实施方式中，多能源发电系统中所包括的发电子系统的组合不相同。

具体而言，在第一实施方式中，多能源发电装置中的多能源发电系统包括了三种发电子系统：太阳能发电子系统、风力发电子系统以及热能发电子系统；而在第四实施方式中，多能源发电装置中的多能源发电系统包括了风力发电子系统和热能发电子系统在内的两种发电子系统。

综上所述，本发明提供的多能源发电装置，通过合理的布局及设计，能够综合利用太阳能、风能和热能中至少两个能源形成组合以进行联合发电。相较于各个发电子系统单独使用的现有技术，本发明通过多种新能源发电子系统相结合，可以缓解单独一种发电子系统因受自然因素限制而出现的工作不稳定、供电不足等问题的影响，并提高各种能源资源的综合利用效率。

应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种多能源发电装置，其特征在于，包括：

承载塔；

多能源发电系统，所述多能源发电系统包括如下三种发电子系统中的至少两种：

太阳能发电子系统，包括：反射镜镜场，设置在所述承载塔的就近区域；太阳能转换器，设置在所述承载塔上且面对所述反射镜镜场、用于吸收经由所述反射镜镜场反射过来的太阳光并将所述太阳光转化为电能和热能；与所述反射镜镜场和所述太阳能转换器相连的管理控制装置；

风力发电子系统，包括：设置在所述承载塔的顶部或侧部的风轮以及与所述风轮相关联的发电机；

热能发电子系统，包括：设置在所述承载塔的内部、供热空气上升流动的流通通道；设置在所述承载塔的底部并与所述流通通道相通的热能收集装置，用于收集热气流；设置在所述承载塔的流通通道的顶部的风轮以及与所述风轮相关联的发电机；所述热气流自所述承载塔的内部上升流动形成烟囱效应，带动所述风轮转动；

电力子系统，与所述多能源系统中的各个发电子系统相连，用于接收所述多能源系统中各个发电子系统所产生的电能并将所述电能进行转换。

2.根据权利要求1所述的多能源发电装置，其特征在于，所述反射镜镜场包括一个或多个的反射镜；每一个所述反射镜都配置有对应的跟踪装置，以驱动所述反射镜调整跟踪太阳光的反射角度。

3.根据权利要求2所述的多能源发电装置，其特征在于，所述反射镜为平面反射镜或曲面反射镜，所述反射镜的形状为三角形、四边形或多边形。

4.根据权利要求2所述的多能源发电装置，其特征在于，所述跟踪装置采用一维、准二维、二维、准三维、三维跟踪方式中的任一种。

5.根据权利要求1所述的多能源发电装置，其特征在于，所述太阳能转换器采用太阳能光伏发电转换器、太阳能热电转换器、太阳能热光伏转换器、太阳能集热发电转换器以及上述多种太阳能转换器的任意组合中的任一者。

6.根据权利要求1所述的能源发电系统，其特征在于，所述热能收集装置采用的是原地收集热能方式或直接引入外来热能方式。

7.根据权利要求6所述的多能源发电装置，其特征在于，所述原地收集热能方式采用温室大棚式设计；包括：

热量收集通道，近地设置并具有与所述承载塔的底部的流通通道相通的接口；

覆于所述热量收集通道的热量收集覆盖物，用于在太阳光照射下收集热量并利用所述热量收集通道将所述热量传输至所述承载塔的塔内。

8.根据权利要求7所述的多能源发电装置，其特征在于，所述热量收集覆盖物包括透明薄膜或者玻璃。

9.根据权利要求6所述的多能源发电装置，其特征在于，所述直接引入外来热能方式采用的热能工业生产、电力发电、采矿或者自然热源。

10.根据权利要求1所述的多能源发电装置，其特征在于，所述承载塔内部具有适于气流做上升运动的流通通道。

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