專利名稱：風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風能發(fā)電系統(tǒng)，也涉及一種地熱能發(fā)電系統(tǒng)，特別是一種風能與 地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
據(jù)國家發(fā)展和改革委員會公布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》了解到，“能源是 經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。工業(yè)革命以來，世界能源消費劇增，煤炭、石油、天然氣 等化石能源資源消耗迅速，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，特別是溫室氣體排放導致日益嚴峻的全球 氣候變化，人類社會的可持續(xù)發(fā)展受到嚴重威脅。目前，我國已成為世界能源生產(chǎn)和消費大 國，但人均能源消費水平還很低。隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，我國能源需求將持續(xù)增長。 增加能源供應、保障能源安全、保護生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展，是我國經(jīng)濟 和社會發(fā)展的一項重大戰(zhàn)略任務(wù)。，，當今無論從世界還是從我國來看，一次化石能源都是有限的，我國的一次化石能 源儲量遠遠低于世界平均水平，大約只有世界總儲量的10%。從長遠來看，新能源必將是未 來人類的主要能源來源。可再生能源資源潛力大，環(huán)境污染低，可永續(xù)利用，是有利于人與 自然和諧發(fā)展的重要能源。上世紀70年代以來，可持續(xù)發(fā)展思想逐步成為國際社會共識， 可再生能源開發(fā)利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發(fā)利用可再生能源作為能源戰(zhàn) 略的重要組成部分，提出了明確的可再生能源發(fā)展目標，制定了鼓勵可再生能源發(fā)展的法 律和政策，可再生能源得到迅速發(fā)展。當人類為化石能源的日漸枯竭和生態(tài)環(huán)境的不斷惡 化而憂心忡忡的時候，新能源讓我們看到了未來能源的希望之光。加大新能源的開發(fā)和利 用，建設(shè)資源節(jié)約型社會已經(jīng)成為全人類的共識?？稍偕茉粗械奶柲?、風能和地熱能就在新能源領(lǐng)域扮演著重要的角色，發(fā)揮 著積極、重要的作用。我國太陽能資源十分豐富，據(jù)估算，我國陸地表面每年接受的太陽輻 射能約為1.47X IO8億kWh，相當于4. 9萬億噸標準煤，我國的西藏、云南、青海、新疆、甘肅、 內(nèi)蒙古等地區(qū)的太陽輻射能量較大，屬于太陽能利用條件較好的地區(qū)。我國風能資源具有 良好的開發(fā)前景，發(fā)展?jié)摿薮?，?jù)最新風能資源普查初步統(tǒng)計成果，我國陸上離地IOm高 度風能資源總儲量約為43. 5億kW，居世界第1位。其中，技術(shù)可開發(fā)量為2. 5億kW，技術(shù) 可開發(fā)面積約20萬km2，此外，還有潛在技術(shù)可開發(fā)量約為7900萬kW。全國IOm高度可開 發(fā)和利用的風能儲量超過10億kW，僅次于美國、俄羅斯居世界第3位，主要分布在西藏、新 疆、青海、內(nèi)蒙古、甘肅及沿海等地區(qū)。另據(jù)初步勘探，我國地熱資源豐富，主要分布在藏南、 川西、滇西地區(qū)，可裝機潛力約為600萬千瓦。初步估算，全國可采地熱資源量約為33億噸 標準煤。在地熱能的開采利用方面，20世紀70年代初，在國家科委的支持下，我國各地涌 現(xiàn)出大量的地熱能電站，然而這些電站所在地區(qū)的地熱水溫度低、水量小，運行效果并不理 想。建于1977年的西藏羊八井地熱電站位于我國目前已探明的最大高溫地熱的西藏羊八 井地熱田，羊八井海拔4300米，其地熱田地下深200米，地熱蒸汽溫度高達172°C。自1977年羊八井電站第一臺機組投入運行，到1986年裝機容量已達到1. 3萬千瓦。它由5眼地熱 井供水，單井產(chǎn)量為75 160立方米/小時，水溫為145 170°C。每年二、三季度水量豐 富時靠水力發(fā)電，一、四季度靠水熱發(fā)電，能源互補。自1977年9月建成試驗發(fā)電以來，目 前裝機容量已達25. 15MW，占拉薩電網(wǎng)總裝機容量的41.5%，在冬季枯水季節(jié)，地熱發(fā)電出 力占拉薩電網(wǎng)的60.0%，成為其主力電網(wǎng)之一。近幾年隨著能源的緊缺，羊八井電站開始發(fā) 揮越來越重要的作用。從世界范圍來看，地熱開發(fā)利用的步伐從20世紀70年代初開始加 快，1975 1995年的20年間，全球范圍內(nèi)地熱發(fā)電每年大約以9%的速率增長，若以此增 長速率來測算，到2020年全球地熱發(fā)電量將達到318kWh/a。地熱能電站要想利用地下熱能，首先需要有合適的載熱體將地下的熱能帶到地面 上來。目前，能夠被地熱能電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。但是，地熱 能電站在利用地下天然蒸汽和熱水的過程中，地熱資源中所含的礦物質(zhì)或雜質(zhì)等就會對與 其直接接觸的相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生一定的腐蝕和破壞作用，不利于設(shè)備的長期穩(wěn)定運行，并且不 斷抽取和回灌地熱資源，還會影響和破壞其所在區(qū)域的地熱資源分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況以及 生態(tài)環(huán)境等，造成系列的問題。另一方面，隨著地下水資源保護的不斷加強，地熱水資源的 直接利用也將會受到更多的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)，它結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高、抗外界 干擾性強、操控難度系數(shù)低，不用抽取和回灌地熱資源，對風能和地熱能均進行了有效地利 用，運維綠色環(huán)保成本低、發(fā)電連續(xù)穩(wěn)定效率高，并且可以在新能源開發(fā)利用以及節(jié)能減排 等方面做出實際的貢獻，推動循環(huán)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟的長足發(fā)展。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)，包括風能發(fā)電系統(tǒng)和地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)。所述的 風能發(fā)電系統(tǒng)由葉輪和機艙構(gòu)成；所述的發(fā)電系統(tǒng)由地熱能熱管和渦輪發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成。所述的風能發(fā)電系統(tǒng)的葉輪由葉片和輪轂構(gòu)成，葉片設(shè)置在輪轂上；機艙內(nèi)部設(shè) 置有傳動系統(tǒng)和發(fā)電機組，葉輪的輪轂通過機艙內(nèi)的傳動系統(tǒng)與發(fā)電機組相連接；機艙水 平設(shè)置于地熱能熱管的發(fā)電機組的上部。所述的地熱能熱管的本體由管壁、吸液芯和工質(zhì)構(gòu)成；地熱能熱管的腔體由蒸發(fā) 腔、冷凝腔、漸縮型管腔、真空絕熱腔和噴口構(gòu)成。在熱管的管壁的內(nèi)表面設(shè)置有吸液芯，熱 管下部的內(nèi)腔為蒸發(fā)腔，蒸發(fā)腔內(nèi)填充有工質(zhì)，由蒸發(fā)腔到噴口的內(nèi)腔為橫截面積逐漸減 小的漸縮型管腔，漸縮型管腔的上部設(shè)置有一個呈喇叭形的噴口，漸縮型管腔與噴口平滑 過渡連接，噴口水平截面的最小直徑大于或者等于漸縮型管腔水平截面的最小直徑，漸縮 型管腔和噴口的外部設(shè)置有真空絕熱腔，噴口上部的內(nèi)腔和真空絕熱腔外部的內(nèi)腔為冷凝 腔。所述的渦輪發(fā)電系統(tǒng)由多級葉片、支撐機構(gòu)、軸承、轉(zhuǎn)軸、磁流體密封裝置和動力 輸出系統(tǒng)構(gòu)成，在噴口內(nèi)水平設(shè)置有多級葉片，多級葉片與轉(zhuǎn)軸的一端相連接，轉(zhuǎn)軸的另一 端穿過軸承和磁流體密封裝置與設(shè)置在冷凝腔上部的動力輸出系統(tǒng)相連接，磁流體密封裝 置設(shè)置在冷凝腔上部的管壁上，轉(zhuǎn)軸的軸心線與噴口的中心線重合。本發(fā)明的目的還可以通過下述的技術(shù)措施來實現(xiàn)
本發(fā)明的地熱能熱管的管壁為由底部至頂部水平截面逐漸變小的圓臺型管壁。本發(fā)明在蒸發(fā)腔腔體的管壁和吸液芯上設(shè)置有熱管吸熱鰭片，在冷凝腔腔體的管 壁和吸液芯上設(shè)置有熱管散熱鰭片。本發(fā)明在真空絕熱腔和管壁之間水平設(shè)置有支撐機構(gòu)。本發(fā)明設(shè)置在管壁的內(nèi)表面的吸液芯為體積、表面積和滲透率均較大以及毛細孔 有效半徑小的吸液芯。本發(fā)明設(shè)置在蒸發(fā)腔的管壁內(nèi)表面的吸液芯和設(shè)置在冷凝腔上部的管壁內(nèi)表面 的吸液芯的軸向垂直截面均大于其他部位的吸液芯的軸向垂直截面，可設(shè)置成軸向垂直截 面呈彎月型的吸液芯。本發(fā)明在噴口上部的冷凝腔內(nèi)水平設(shè)置有支撐機構(gòu)，支撐機構(gòu)的中部設(shè)置有與轉(zhuǎn) 軸相匹配的軸承。本發(fā)明的渦輪發(fā)電系統(tǒng)的多級葉片的直徑小于其所在平面與噴口相交處截面官 腔的直徑。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明的風能發(fā)電系統(tǒng)較常規(guī)的風力發(fā)電方式省卻 了風電筒塔等設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單且節(jié)約了成本；同時，地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)的地熱能熱管可直 接吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化地熱能，即地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電過程僅有地熱能量的吸收、傳遞 與轉(zhuǎn)化，沒有物質(zhì)的交換與傳遞，不影響或破壞其所在區(qū)域的地熱資源分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況 以及生態(tài)環(huán)境等，因此本發(fā)明的發(fā)電過程是清潔、綠色、環(huán)保和高效的。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。附圖是本發(fā)明風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式附圖所示風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)，包括風能發(fā)電系統(tǒng)和地熱能熱管發(fā)電系 統(tǒng)。風能發(fā)電系統(tǒng)由葉輪和機艙13構(gòu)成；所述的地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)由地熱能熱管和渦輪 發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成。風能發(fā)電系統(tǒng)的葉輪由葉片12和輪轂11構(gòu)成，葉片12設(shè)置在輪轂11上； 機艙13內(nèi)部設(shè)置有傳動系統(tǒng)14和發(fā)電機組10-2，葉輪的輪轂11通過機艙13內(nèi)的傳動系 統(tǒng)14與發(fā)電機組10-2相連接；機艙13水平設(shè)置于地熱能熱管的發(fā)電機組10-2的上部。 地熱能熱管的本體由管壁20、吸液芯4和工質(zhì)3構(gòu)成，地熱能熱管的腔體由蒸發(fā)腔1、冷凝 腔16、漸縮型管腔19、真空絕熱腔5和噴口 17構(gòu)成。地熱能熱管的管壁20為由底部至頂 部水平截面逐漸變小的圓臺型管壁。在熱管的管壁20的內(nèi)表面設(shè)置有體積、表面積和滲透 率均較大以及毛細孔有效半徑小的吸液芯4，設(shè)置在蒸發(fā)腔1的管壁20內(nèi)表面的吸液芯4 和設(shè)置在冷凝腔16上部的管壁20內(nèi)表面的吸液芯4的軸向垂直截面均大于其他部位的吸 液芯4的軸向垂直截面，可設(shè)置成軸向垂直截面呈彎月型的吸液芯。熱管下部的內(nèi)腔為蒸 發(fā)腔1，蒸發(fā)腔1內(nèi)填充有工質(zhì)3，由蒸發(fā)腔1到噴口 17的內(nèi)腔為橫截面積逐漸減小的漸縮 型管腔19，漸縮型管腔19的上部設(shè)置有一個呈喇叭形的噴口 17，漸縮型管腔19與噴口 17 平滑過渡連接，噴口 17水平截面的最小直徑大于或者等于漸縮型管腔19水平截面的最小 直徑，漸縮型管腔19和噴口 13的外部設(shè)置有真空絕熱腔5，在真空絕熱腔5和管壁20之間水平設(shè)置有支撐機構(gòu)6-1，噴口 17上部的內(nèi)腔和真空絕熱腔5外部的內(nèi)腔為冷凝腔16。在 蒸發(fā)腔1腔體的管壁20和吸液芯4上設(shè)置有熱管吸熱鰭片2，在冷凝腔16腔體的管壁20 和吸液芯4上設(shè)置有熱管散熱鰭片18。渦輪發(fā)電系統(tǒng)由多級葉片7、支撐機構(gòu)6-2、軸承8、轉(zhuǎn)軸9、磁流體密封裝置15和 發(fā)電機組10-1構(gòu)成，在噴口 17內(nèi)水平設(shè)置有多級葉片7，渦輪發(fā)電系統(tǒng)的多級葉片7的直 徑小于其所在平面與噴口 17相交處截面官腔的直徑。多級葉片7與轉(zhuǎn)軸9的一端相連接， 轉(zhuǎn)軸9的另一端穿過軸承8和磁流體密封裝置15與設(shè)置在冷凝腔16上部的發(fā)電機組10-1 相連接，磁流體密封裝置15設(shè)置在冷凝腔16上部的管壁20上，磁流體密封裝置15具有保 持不變的零泄漏特性、不存在污染和停車失效問題，還可以使穿過它的轉(zhuǎn)軸9處于“懸浮” 的狀態(tài)，從而大大減小轉(zhuǎn)軸9在轉(zhuǎn)動過程中存在的摩擦，以保證其傳動效率并長期可靠的 工作。渦輪發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸9的軸心線與噴口 17的中心線重合。在噴口 17上部的冷凝腔 16內(nèi)水平設(shè)置有支撐機構(gòu)6-2，支撐機構(gòu)6-2的中部設(shè)置有與轉(zhuǎn)軸9相匹配的軸承8。本發(fā)明的風能發(fā)電系統(tǒng)較常規(guī)的風力發(fā)電方式省卻了風電筒塔等設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單 且節(jié)約了成本；同時，地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)的地熱能熱管可直接吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化地熱能， 即地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電過程僅有地熱能量的吸收、傳遞與轉(zhuǎn)化，沒有物質(zhì)的交換與 傳遞，不影響或破壞其所在區(qū)域的地熱資源分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況以及生態(tài)環(huán)境等，因此本發(fā) 明的發(fā)電過程是清潔、綠色、環(huán)保和高效的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高、抗外界干擾性強、操控難度系數(shù)低，不用抽取和 回灌地熱資源，對風能和地熱能均進行了有效地利用，運維綠色環(huán)保成本低、發(fā)電連續(xù)穩(wěn)定 效率高，并且可以在新能源開發(fā)利用以及節(jié)能減排等方面做出實際的貢獻，推動循環(huán)經(jīng)濟 的可持續(xù)發(fā)展和低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟的長足發(fā)展。
權(quán)利要求
1.風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)，包括風能發(fā)電系統(tǒng)和地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)，風能發(fā)電 系統(tǒng)由葉輪和機艙(13)構(gòu)成，地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)由地熱能熱管和渦輪發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成，風 能發(fā)電系統(tǒng)的葉輪由葉片(12)和輪轂(11)構(gòu)成，葉片(12)設(shè)置在輪轂(11)上；機艙(13) 內(nèi)部設(shè)置有傳動系統(tǒng)(14)和發(fā)電機組(10-2)，葉輪的輪轂(11)通過機艙(13)內(nèi)的傳動系 統(tǒng)(14)與發(fā)電機組(10- 相連接；機艙(1 水平設(shè)置于地熱能熱管的發(fā)電機組(10-1) 的上部；地熱能熱管的本體由管壁(20)、吸液芯(4)和工質(zhì)(3)構(gòu)成，地熱能熱管的腔體由 蒸發(fā)腔(1)、冷凝腔(16)、漸縮型管腔(19)、真空絕熱腔( 和噴口(17)構(gòu)成，在熱管的管 壁00)的內(nèi)表面設(shè)置有吸液芯G)，熱管下部的內(nèi)腔為蒸發(fā)腔(1)，蒸發(fā)腔(1)內(nèi)填充有工 質(zhì)(3)，由蒸發(fā)腔(1)到噴口(17)的內(nèi)腔為橫截面積逐漸減小的漸縮型管腔(19)，漸縮型 管腔(19)的上部設(shè)置有一個呈喇叭形的噴口(17)，漸縮型管腔(19)與噴口(17)平滑過渡 連接，噴口(17)水平截面的最小直徑大于或者等于漸縮型管腔(19)水平截面的最小直徑， 漸縮型管腔(19)和噴口(17)的外部設(shè)置有真空絕熱腔(5)，噴口(17)上部的內(nèi)腔和真空 絕熱腔(5)外部的內(nèi)腔為冷凝腔(16)，渦輪發(fā)電系統(tǒng)由多級葉片(7)、支撐機構(gòu)(6-2)、軸 承(8)、轉(zhuǎn)軸(9)、磁流體密封裝置(1 和發(fā)電機組(10-1)構(gòu)成，在噴口(17)內(nèi)水平設(shè)置 有多級葉片(7)，多級葉片(7)與轉(zhuǎn)軸(9)的一端相連接，轉(zhuǎn)軸(9)的另一端穿過軸承(8) 和磁流體密封裝置(1 與設(shè)置在冷凝腔(16)上部的發(fā)電機組(10-1)相連接，磁流體密封 裝置(15)設(shè)置在冷凝腔(16)上部的管壁00)上，轉(zhuǎn)軸(9)的軸心線與噴口(17)的中心 線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管循環(huán)動力機，其特征在于地熱能熱管的管壁00)為由 底部至頂部水平截面逐漸變小的圓臺型管壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于在蒸發(fā)腔(1)腔 體的管壁00)和吸液芯(4)上設(shè)置有熱管吸熱鰭片O)，在冷凝腔(16)腔體的管壁00) 和吸液芯(4)上設(shè)置有熱管散熱鰭片(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管循環(huán)動力機，其特征在于在真空絕熱腔( 和管壁 (20)之間水平設(shè)置有支撐機構(gòu)(6-1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管循環(huán)動力機，其特征在于設(shè)置在管壁00)的內(nèi)表面的 吸液芯(4)為體積、表面積和滲透率均較大以及毛細孔有效半徑小的吸液芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管循環(huán)動力機，其特征在于設(shè)置在蒸發(fā)腔(1)的管壁 (20)內(nèi)表面的吸液芯(4)和設(shè)置在冷凝腔(16)上部的管壁00)內(nèi)表面的吸液芯(4)的軸 向垂直截面均大于其他部位的吸液芯的軸向垂直截面，可設(shè)置成軸向垂直截面呈彎月 型的吸液芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管循環(huán)動力機，其特征在于在噴口(17)上部的冷凝腔 (16)內(nèi)水平設(shè)置有支撐機構(gòu)(6-2)，支撐機構(gòu)(6-2)的中部設(shè)置有與轉(zhuǎn)軸(9)相匹配的軸 承(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管循環(huán)動力機，其特征在于渦輪發(fā)電系統(tǒng)的多級葉片(7) 的直徑小于其所在平面與噴口(17)相交處截面官腔的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由風能發(fā)電系統(tǒng)和地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成的風能與地熱能組合發(fā)電系統(tǒng)，風能發(fā)電系統(tǒng)由葉輪和機艙構(gòu)成，機艙內(nèi)部設(shè)置有傳動系統(tǒng)和發(fā)電機組，地熱能熱管發(fā)電系統(tǒng)由地熱能熱管和渦輪發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成，地熱能熱管的本體由管壁、吸液芯和工質(zhì)構(gòu)成，地熱能熱管的腔體由蒸發(fā)腔、冷凝腔、漸縮型管腔、真空絕熱腔和噴口構(gòu)成，渦輪發(fā)電系統(tǒng)由多級葉片、支撐機構(gòu)、軸承、轉(zhuǎn)軸、磁流體密封裝置和發(fā)電機組構(gòu)成。它不用抽取和回灌地熱資源，對風能和地熱能均進行了有效地利用，運維綠色環(huán)保成本低、發(fā)電連續(xù)穩(wěn)定效率高，并且可以在新能源開發(fā)利用以及節(jié)能減排等方面做出實際的貢獻，推動循環(huán)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟的長足發(fā)展。
文檔編號F03D9/00GK102135072SQ20111005567
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者胡芳, 舒明, 舒海 申請人:舒明