CN1221855A - 山坡太阳能温室造风发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出的山坡太阳能温室造风发电系统是利用太阳能进行发电的一种方法。在向阳山坡或丘陵坡地上顺坡建造带状太阳能温室,温室内安装数台风力发电机,利用被太阳能加热而流动的空气发电;在数个或数十个这样的温室造风发电系统的上部建造一个抽风高塔,利用塔内强大的高速气流带动大功率发电机发电。这种太阳能发电系统,结构简单,运行安全,可以不用外设储能装置,系统造价和运行成本低廉,易于实现大规模开发利用。

Description

山坡太阳能温室造风发电系统

本发明提出了一种利用太阳能进行发电的方法。

目前世界各国都很重视利用太阳能进行发电的研究，并取得了许多重要的成果，但由于太阳能的分散性和间断性，加之光电转换和储能装置造价昂贵，现有太阳能发电方法的系统造价和运行成本远高于常规发电方法，制约了利用太阳能进行发电的广泛推广应用。

本发明的目的在于找到一种装置简单，造价和运行成本低廉的太阳能发电方法，这种方法能大规模开发利用，可逐步取代常规发电，为子孙后代保留更多的矿物资源和良好的自然环境。

实现上述目的的方法是：在向阳山坡或丘陵坡地上顺坡建造带状太阳能温室，温室上下两端分别在坡地的上部和下部，温室内安装两台以上风力发电机，利用被太阳能加热的空气沿温室向上流动产生的动能发电；气流速度大时，多开几台风力发电机，气流速度小时，少开几台风力发电机；每台风力发电机前后分别置有气流收缩道和气流扩大道，以增大风速，减小气流阻力；气流收缩道两侧设有风门，当某台风力发电机停止工作时，该气道两侧风门打开，以减小气流在该段的阻力；温室上端可以建造抽风高塔，既能提高温室内气流的速度，又能带动塔内安装的大功率风力发电机发电。

这里所述的温室造风发电系统，可以是单个温室也可以是数个或数十个温室。对于数个或数十个温室造风发电系统可以共建一个抽风高塔，利用塔内强大高速气流带动塔内缩口部位风力发电机发电。温室和高塔之间连通方式，可以有多种形式，各温室气流可以分别从四周进入高塔，也可以在高塔周围建成内高外低的环状的气流通道，来自各温室的气流在此汇聚并从四周自由进入高塔。这种环状气流通道的顶蓬可用玻璃或透明玻璃钢制成。塔内中央底部是圆台状机房，机房上面是风力发电机的叶轮，由于塔内气流经高塔收缩口加速，速度较高，所以该处风力发电机叶轮可以选用涡轮。为进一步提高风力发电机效率，在高塔内壁和圆台状机房之间安装有一定倾角的导流片，使气流在向上运动过程中有一定的旋转角度，尽量使气流垂直作用于风力发电机的叶轮叶片。抽风高塔最好用混凝土材料建造，对地基条件欠佳的地方，可考虑用钢结构建造，也可以用联结为圆筒状的许多充气橡胶柱建造。对后两种轻型塔体，应考虑用拉索四周牵引，以增强抗风能力。

太阳能温室是整个发电系统的基础。首先要选择合适坡地。选择坡地要考虑以下几个方面：坡地要有足够大的面积，相对平坦，朝向以南为佳，偏东西、西南也可，坡度以与当地地理纬度相当为宜，一般在15°-50°即可用，能便于运输、施工、输电更好。其次要设计温室的布局和造型。温室要根据坡地情况合理布局。理想的布局形式应为数十个温室呈扇面状排列，上部窄，下部宽，下部三五个温室逐步汇合为一个温室，所有温室气流汇聚后进入抽风高塔。由于坡地实际状况是沟壑纵横，高低不平，所以温室气流在实际建造时，可宽可窄，可弯可曲，可分可合，可高可低，只要大致符合流体力学特性要求即可。温室宽度在便于施工、建造、排水、除污、除雪等前提条件下，尽量宽一些，一般以不超过40米、不小于10米为宜；如果地理条件许可，温室长度越长越好，短则二、三百米，长则上万米，均在可选范围；温室高度受气流速度、温室宽度，造价多方面因素制约，需认真具体分析确定。温室上面的透明盖层，要选用太阳光透过率高，低温光透过率低，不易污染，耐老化，抗风、雨、雪、雹、冰能力强的材料，以后应考虑专门生产；现有的聚胺酯、绦纶、环氧树脂簿膜均可使用。温室内收缩气道、扩大气道、风门一般都用透明材料制作。这种透明材料、光学性能要求不高，但机械性能要好，用胶粘方式固定在外面的支撑骨架上。

为提高温室效果，有必要做两项技术处理。在温室地面上涂以黑漆之类选择性吸收涂层，以提高地面对太阳光的吸收能力；在地表履盖一层透光性能好的塑料薄膜，可以增强地表储热能力。

温室外面两侧应设排水槽，防止雨水冲毁温室；拱形温室透光盖层的两侧密封并固定于排水槽上沿。为保持透明盖层的清洁，可采用农业喷灌方式清除透明材料上面的污物。在严寒地区，为便于清除积雪，可采用供热或明火帮助除雪；为防止夜间冷空气沿温室向下流动，各温室应设有截流风门，必要时可全部关闭，制止空气流动。即使风机能利用空气倒流的动能发电，这种截流风门仍然需要，在维修设备时以便制止空气流动。对温室下音坡度比较平缓的地段，在解决灌溉问题之后，可在温室内进行农业种植，对温室进行综合利用。

抽风高塔是提高发电效率的关键环节，在一定条件下，适当增加高塔直径和高度会大幅度提高发电效率。但塔越高，造价也随之大幅度提高。如果温室上部有较陡的山坡，可沿陡山坡建造抽风高塔。当然，这种抽风高塔可以使用能吸收太阳光的透明材料，还可用橡胶、塑料、钢板之类轻型材料，也可以用钢筋水泥材料建造。

山坡太阳能温室造风发电系统的优越性是显著的。首先利用山坡建造温室有利于空气靠其自身浮力沿温室向上运动，用其动能做功发电；其次，向阳山坡与平地相比可大大提高单位面积采光率；第三，利用地面作储热材料，使系统在夜间也能发电，部分解决太阳能的间断性问题；第四，利用荒山野岭发电，有利于保护耕地，帮助山区发展经经济；第五，山区远离城市、空气干净，有利于透光材料养护；第六系统造价低，装置简单，易于开发，便于管理；第七，这种发电系统规模越大，效果越好，而山坡、丘陵坡地占有很大陆地面积比例，有利于大规模开发利用。第八，这种发电方法，具有其它太阳能发电方法的全部优点：不耗用资源，不污染环境，不排放温室气体，有利于人类可持续发展，并且解决了其它太阳能发电方法的装置复杂、造价昂贵、技术含量高，一般人不能掌握利用等许多缺点。应该说，该方法有希望逐步取代目前的热电、火电、核电等常规发电方法。

附图给出了这种山坡太阳能温室造风发电系统原理示意图。图中，1为山坡，2为温室透明盖层，3为气流收缩气道，4为风力发电机，5为气流扩大道，6为温室总风门，7为抽气高塔，8为涡轮叶片，9为园台状机房，10为发电机。

实施例1，在一向阳山坡上建造长度为1200米温室，温室总高度差350米，温室下部有并排30米宽、200米长、顶高为5米的三个拱形温室，在该段温室内利用滴灌装置种植蔬菜，三个温室气流汇聚于宽30米，顶高6米的温室内，在该段温室内等距安装15台风力发电机，风力机叶片直径6米，每台发电机额定功率25千瓦缩口设计风速15米/秒。每平米温室采光率在700W以上时，风力发电机全部开动，总功率达375千瓦，太阳落山3小时后，有5台风力发电机开动，总功率近100千瓦。

实施例2，在地理纬度为35°的山包上，山坡平均坡度为30°，建有总面积为40万平方米的二十个温室，温室内共安装额定功率25千瓦风力发电机300台，山包上建有内径20米，高100米抽风高塔，塔内安装涡轮风力机，风机叶片直径12米，叶轮前设计风速为35米/秒，该叶轮带动6000千瓦发电机。

Claims (6)

1．山坡太阳能温室造风发电系统，由太阳能温室、抽风高塔和风力发电装置组成，其特征是在向阳山坡或丘陵坡地上顺坡建造带状太阳能温室，温室内安装两台以上风力发电机，利用被太阳能加热的空气沿温室向上流动产生的动能发电，每台风力发电机前后分别置有气流收缩道和气流扩大道，气流收缩道两侧设有风门温室上端可以建造抽风高塔，并在塔内缩口部位安装大功率风力发电机。

2．根据权利要求1所述的温室造风发电系统其特征是在数个或数十个温室造风发电系统的上部共建一个抽风高塔，利用塔内强大高速气流带动缩口部位风力发电机发电。

3．根据权利要求1所述的温室造风发电系统，其特征是在高塔周围建成内高外低环状的气流通道，来自各温室的气流在此汇聚并从四周自由进入高塔。

4．根据权利要求1所述的温室造风发电系统，其特征是在高塔内壁和圆台状机房之间安装有一定倾斜角度的导流片，使气流在向上运动过程中有一定的旋转角度，尽量使气流垂直作用于风力发电机的叶轮叶片。

5．根据权利要求1所述的温室造风发电系统，其特征是抽风高塔的塔体可用联结为圆筒状的许多充气橡胶柱建造而成。

6．根据权利要求1所述的温室造风发电系统，其特征是温室内地表涂以黑漆之类选择性涂层，可提高对太阳光的吸收能力，还可在地表履盖一层透光性好的塑料溥膜，以增强地表储热能力。

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