CN113279821B - 一种塔式综合能源利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塔式综合能源利用系统，包括能源收集塔以及与该能源收集塔连接的热能发电系统和风能发电系统；其中能源收集塔包括集光热部、集风部和冷凝塔；通过将冷凝塔、集风部和集光热部集成到一个塔身上，充分利用了其塔身的整体结构，节约了占地空间，节约的整体的建设成本；通过本身塔式的结构，以及集风部对于迎风面的应力减小，提高了整体塔身的稳定性，提高其使用寿命；通过集光热部和集风部的集成，使得对于风能和光热能均能利用，提高了能源利用率，降低了单位电能的成本，通过汽轮机和低压保温储汽罐的设计，提高了蒸汽能源的利用率；单位电能成本低易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及新能源利用技术领域，具体涉及一种塔式综合能源利用系统。
背景技术
能源是作为现代社会进步必不可少的资源，随着不可再生能源的日渐消耗，人们迫切的寻求新的能源来替代，其中光能和风能是现阶段人们研究和运用较为成熟的方向。
我国作为世界上能源消耗大国，对于能源的需求迫切，在高海拔以及戈壁或沙漠地区有着丰富的可再生能源亟待开发利用，为了解决这些问题通常需要耗费大量的人力物力来建设；现有的熔盐塔式电站或风力发电机以及地热电站为解决这一问题提供了一个方向，但现有的熔盐塔在修建时功能单一，且单位电能的成本高，使得推广起来困难，地热电站也是如此，而风力发电机由于其叶片巨大，使得转动不能过快，造成转化效率低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种塔式综合能源利用系统，以提高能源利用率，降低单位电能的成本。
为达到上述目的，本发明提供了：一种塔式综合能源利用系统，包括：
能源收集塔，用于收集风能和光热能，所述能源收集塔从上至下依次包括集光热部、集风部和冷凝塔；所述集光热部上具有介质入口和介质出口，所述集风部包括设置在塔身主体的四周的若干集风口，若干集风口通过一通风管道连通，该通风管道内径逐步缩小，所述通风管道延伸至冷凝塔底部并伸出冷凝塔身；
储能罐，用于存储集光热部产生的热能，所述储能罐与所述介质出口连通；
蒸汽发生器，用于将集光热部的热能转化为蒸汽，所述蒸汽发生器与所述储能罐连通；
汽轮机，用于将蒸汽能转化为汽轮机的机械能，所述汽轮机与所述蒸汽发生器连通，在汽轮机的排汽口处连通有一闭环能源利用系统，在汽轮机的输出端上连接有一电机；
介质存储罐，用于冷却介质的存储，所述介质存储罐分别与所述介质入口连通以及蒸汽发生器连通；
冷凝塔，用于对蒸汽进行冷却，所述冷凝塔与所述汽轮机和一低压保温储汽罐连通(冷凝塔或与低压保温储汽罐合并成低压保温储汽罐)；
风力发电机，所述通风管道末端出风口处设置有一风力发电机，以使得通过该通风管道出口的风驱动该风力发电机发电。
进一步地，所述闭环能源利用系统包括与所述汽轮机连通的一低压保温储汽罐，所述低压保温储汽罐的输出端与一气体射流泵连通，所述气体射流泵的输出端与所述蒸汽发生器连通。
进一步地，所述汽轮机的动力输出端连接有一电机。
进一步地，所述汽轮机包括转子与定子，所述定子内部加工有密闭腔室，所述定子上等距连接有若干叶轮，所述叶轮将了密闭腔室分割为若干个驱动腔室，其中在相邻的两驱动腔室对应的定子上分别滑动连接有两个隔板，所述隔板伸入到驱动腔室内并与转子接触，所述隔板分别贯穿定子并指向转子中心，两隔板之间的角度为两相邻叶轮之间角度的一半；每一个隔板分别与一控制器总成连接，所述控制器总成固定连接在定子外壳上；每一控制器总成位置处均设置有进汽孔，所述进汽孔与驱动腔室连通，所述控制器总成控制隔板的移动以及进汽孔的进汽。
进一步地，还包括若干的反光板，所述反光板朝向所述集光热部。
进一步地，所述叶轮为三个，相应的两所述隔板之间间隔为60°。
进一步地，所述风力发电机的产生电能和所述电机产生的电能分别接入到电网中。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明通过将冷凝塔、集风部和集光热部集成到一个塔身上，充分利用了其塔身的整体结构，节约了占地空间，节约的整体的建设成本；
2、通过本身塔式的结构，即由下至上逐渐减小的方式，提高了整体塔身的稳定性，提高其使用寿命；
3、通过集光热部和集风部的集成，使得对于风能和光热能均能利用，提高了能源利用率，降低了单位电能的成本，且集风部的设置使得将强风引导至地面，减小了建筑高层的迎风应力，进一步提高了其塔身的稳定性；
4、在汽轮器的蒸汽排出端上连接低压保温装置以及气体射流泵，通过低压保温装置将原本排出大气的蒸汽回收储存，并通过气体射流泵返回到锅炉中二次加热形成高温高压蒸汽，使得蒸汽形成一闭环，且使得排出的蒸汽重复利用，提高了蒸汽能源的利用率；
5、汽轮机不采用传统汽轮机结构复杂的叶片结构，而是通过在驱动腔室上设置蒸汽喷射口，通过间歇的喷射驱动叶片转动，一方面通过隔板将原来大的腔室活动分割为小的腔室，通过在小的腔室内喷射蒸汽来驱动叶片转动能量需求更小，能量利用率更高，另一方面该结构简单，易于制造，成本低易于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的能源利用系统的流程图；
图2为本发明中汽轮机的结构图。
附图中，能源收集塔1、集光热部11、集风部12、冷凝塔13、储能罐2、蒸汽发生器3、汽轮机4、定子41、转子42、叶轮43、驱动腔室44、第一隔板45、第一控制器总成46、第一进汽孔47、第二隔板48、第二控制器总成49、第二进汽孔410、低压保温储汽罐5、射流泵6、介质存储罐7、风力发电机8、反光板9。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本发明的一实施例为：一种塔式综合能源利用系统，包括用于收集风能和光热能的能源收集塔1，所述能源收集塔1从上至下依次包括集光热部11、集风部12和冷凝塔13，所述集光热部11上具有介质入口和介质出口，其中介质选用熔盐；
所述介质出口通过保温管道连通有一用于存储集光热部11产生的热能的储能罐2；与所述储能罐2连通有一用于将集光热部11的热能转化为蒸汽的蒸汽发生器3；与所述蒸汽发生器3连通有一用于将蒸汽内能转化为汽轮机4的机械能的汽轮机4，其中在汽轮器的排汽口处连通有一闭环能源利用系统，在汽轮机4的输出端上连接有一电机，通过该电机发电并将该电能输入至电网中；
所述介质入口通过管道连通有用于冷却介质存储的介质存储罐7，介质存储罐7还与所述蒸汽发生器3连通，通过将冷却的介质存储并进行重复加热利用，提高了介质的利用率，降低成本；
所述集风部12包括设置在塔身主体的四周的若干集风口，若干集风口通过一通风管道连通，该通风管道内径逐步缩小，所述通风管道延伸至冷凝塔13底部并伸出冷凝塔13身，所述通风管道末端出风口处设置有一风力发电机8，以使得通过该通风管道出口的风驱动该风力发电机8发电，并将该电能输入至电网中；所述冷凝塔13与所蒸汽发生器3连通；一方面通过通风管道的逐步缩小，使得通风管道末端的风速流量增大，使得大流量风速驱动风力发电机8高速转动，提高了风能的利用率；另一方面通过通风管道将吹向塔身风力引导至地面，塔身的迎风应力减小，提高了塔身的稳定性，进而提高能源收集塔1的使用寿命，在一方面由于通风管道经过冷凝塔13，为冷凝塔13带走热量，提高了冷凝效率。
上述结构中，通过将冷凝塔13、集风部12和集光热部11集成到一个塔身上，充分利用了其塔身的整体结构，节约了占地空间，节约的整体的建设成本；通过本身塔式的结构，即由下至上逐渐减小的方式，提高了整体塔身的稳定性，提高其使用寿命；通过集光热部11和集风部12的集成，使得对于风能和光热能均能利用，提高了能源利用率，降低了单位电能的成本，且集风部12的设置使得将强风引导至地面，减小了建筑高层的迎风应力，进一步提高了其塔身的稳定性。
进一步地，所述闭环能源利用系统包括与所述汽轮机4连通的一低压保温储汽罐5，所述低压保温储汽罐5的输出端与一气体射流泵6连通，所述气体射流泵的输出端与所述蒸汽发生器3连通，通过射流泵将低压保温储汽罐5内的汽体输入到蒸汽发生器3中循环利用。
进一步地，所述汽轮机4包括转子42与定子41，所述定子41内部加工有密闭腔室，所述定子41上等距连接有三个叶轮43，三个叶轮43将了密闭腔室分割为三个驱动腔室44，其中在相邻的两驱动腔室44对应的定子41上分别滑动连接有第一隔板45和第二隔板48，所述第一隔板45与第二隔板48均可伸入到驱动腔室44内并与转子42接触，第一隔板45与第二隔板48分别贯穿定子41并指向转子42中心，第一隔板45与第二隔板48之间的角度为60°，所述隔板分别贯穿定子41并指向转子42中心，第一隔板45上传动连接有第一控制器总成46，第二隔板48上传动连接有第二控制器总成49，第一控制器总成46和第二控制器总成49分别固定连接在定子41外壳上；在第一控制器总成46位置处连接有第一进汽孔47，在第二控制器总成49位置处连接有第二进汽孔410，第一进汽孔47和第二进汽孔410分别与驱动腔室44连通，在第一进汽孔47和第二进汽孔410上连接有电控阀，所述控制器总成控制隔板的移动以及进汽孔的进汽，其中进汽通过控制电控阀的开闭实现。
上述结构中，在汽轮器的蒸汽排出端上连接低压保温装置以及气体射流泵6，通过低压保温装置将原本排出大气的蒸汽回收储存，并通过气体射流泵6返回到锅炉中二次加热形成高温高压蒸汽，使得蒸汽形成一闭环，且使得排出的蒸汽重复利用，提高了蒸汽能源的利用率；汽轮机4不采用传统汽轮机4结构复杂的叶片结构，而是通过在驱动腔室44上设置蒸汽喷射口，通过间歇的喷射驱动叶片转动，一方面通过隔板将原来大的腔室活动分割为小的腔室，通过在小的腔室内喷射蒸汽来驱动叶片转动能量需求更小，能量利用率更高。
进一步地，还包括若干的反光板9，所述反光板9朝向所述集光热部11；通过若干反光板9将太阳光反射到集光热部11，通过集光热部11将能量进行转换，并通过转换的热量通过介质转移至储能罐2内。
其工作过程为，热能利用：通过集光热部11对介质进行加热为高温，高温的介质通过保温管道进入到储能罐2中，储能罐2与蒸汽发生器3连通，蒸汽发生器3通过该热能加热并产生高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入到汽轮机4中，驱动汽轮机4做功并伴随着蒸汽的能量消耗，接着通过蒸汽排出，将排出的蒸汽接入到低压保温储汽罐5中，使得对排出的蒸汽起到缓冲作用并保存，在低压保温储汽罐5的出气口上连通有一气体射流泵6，通过气体射流泵6对蒸汽加压使得蒸汽输入到蒸汽发生器3中进行再次加热，以此实现了蒸汽的全闭环；而蒸汽法发生器中的介质冷却后通过管道进入到介质存储罐7中，通过介质存储罐7再介入到集光热部11内，形成闭环，而蒸汽发生器3中的一部分蒸汽通过管道进去冷凝塔13进行冷凝，最后将冷凝水接入到蒸汽发生器3中进行再次的加热利用，形成闭环；其中汽轮机4做功的过程为：首先通过第一控制器总成46控制第一隔板45移动，使得第一隔板45与转子42接触并将驱动腔室44分割，接着通过控制器总成控制第一进汽孔47接通高温高压蒸汽，使得高温高压蒸汽进入到被隔板分割后的驱动腔室44中，有第一隔板45不能转动，高温高压蒸汽驱动叶轮43转动，当叶轮43转动60°后到达第二隔板48位置处，当叶轮43继续转动时，第二隔板48通过第二控制器总成49驱动，使得第二隔板48与转子42接触并再次将驱动腔室44分割，然后通过第二控制器总成49控制第二进汽孔410与高压高温蒸汽接通，实现对该叶轮43的进一步驱动，当该叶轮43再次转动60°后，下一叶轮43便到达第一隔板45位置处，依次循环，保证了叶轮43的转动；一方面通过隔板将原来大的腔室活动分割为小的腔室，通过在小的腔室内喷射蒸汽来驱动叶片转动能量需求更小，能量利用率更高；
风能利用：通过集风口将四面的风收集起来并通过通风管道向下导出，通风管道经过冷凝塔13，由于通风管道口径逐渐变小，使得通风管道后段的风速流量增大，从而驱动风力发电机8的高速转动，由此产生电能，使得在风力大或天气不好没有阳光以及夜晚时，该能源收集塔1也能进行工作发电，进而降低了单元电能单价。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种塔式综合能源利用系统，其特征在于，包括：
能源收集塔，用于收集风能和光热能，所述能源收集塔从上至下依次包括集光热部、集风部和冷凝塔；所述集光热部上具有介质入口和介质出口，所述集风部包括设置在塔身主体的四周的若干集风口，若干集风口通过一通风管道连通，该通风管道内径逐步缩小，所述通风管道延伸至冷凝塔底部并伸出冷凝塔身；
储能罐，用于存储集光热部产生的高温介质，所述储能罐与所述介质出口连通；
蒸汽发生器，用于将集光热部的热能转化为蒸汽，所述蒸汽发生器与所述储能罐连通；
汽轮机，用于将蒸汽能转化为汽轮机的机械能，所述汽轮机与所述蒸汽发生器连通，在汽轮机的排汽口处连通有一闭环能源利用系统，在汽轮机的输出端上连接有一电机；
介质存储罐，用于低温介质的存储，所述介质存储罐分别与所述介质入口连通以及蒸汽发生器连通；
冷凝塔，用于对蒸汽进行冷却，所述冷凝塔与所述汽轮机和一低压保温储汽罐连通；
风力发电机，所述通风管道末端出风口处设置有一风力发电机，以使得通过该通风管道出口的风驱动该风力发电机发电。
2.根据权利要求1所述的一种塔式综合能源利用系统，其特征在于：所述闭环能源利用系统包括与所述汽轮机连通的一低压保温储汽罐，所述低压保温储汽罐的输出端与一射流泵连通，所述射流泵的输出端与所述蒸汽发生器连通。
3.根据权利要求1所述的一种塔式综合能源利用系统，其特征在于：所述汽轮机的动力输出端连接有一电机。
4.根据权利要求1所述的一种塔式综合能源利用系统，其特征在于：所述汽轮机包括转子与定子，所述定子内部加工有密闭腔室，所述定子上等距连接有若干叶轮，所述叶轮将了密闭腔室分割为若干个驱动腔室，其中在相邻的两驱动腔室对应的定子上分别滑动连接有两个隔板，所述隔板伸入到驱动腔室内并与转子接触，所述隔板分别贯穿定子并指向转子中心，两隔板之间的角度为两相邻叶轮之间角度的一半；每一个隔板分别与一控制器总成连接，所述控制器总成固定连接在定子外壳上；每一控制器总成位置处均设置有进汽孔，所述进汽孔与驱动腔室连通，所述控制器总成控制隔板的移动以及进汽孔的进汽。
5.根据权利要求1所述的一种塔式综合能源利用系统，其特征在于：还包括若干的反光板，所述反光板朝向所述集光热部。
6.根据权利要求4所述的一种塔式综合能源利用系统，其特征在于：所述叶轮为三个，相应的两所述隔板之间间隔为60°。
7.根据权利要求4所述的一种塔式综合能源利用系统，其特征在于：能够将地热电站的蒸汽热源接入到系统，进而综合利用可再生能源。
8.根据权利要求1所述的一种塔式综合能源利用系统，其特征在于：所述风力发电机的产生电能和所述电机产生的电能分别接入到电网中。
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