專利名稱：綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，特別是一種結(jié)合太陽能、地?zé)崮艿木C合能源風(fēng)道井發(fā)電站。
背景技術(shù)：
人類對化石燃料，如石油、煤炭等的攫取所造成的環(huán)境影響日趨擴大，且這類能源供應(yīng)有限，亦日趨枯竭。因此，利用風(fēng)能、太陽熱能的發(fā)電系統(tǒng)在世界范圍都已被高度重視，近年來亦獲得了突飛猛進的發(fā)展。常見的以自然風(fēng)力驅(qū)動槳葉的風(fēng)力發(fā)電機、以太陽能作為熱源再轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動發(fā)電機，都已進入產(chǎn)業(yè)利用階段。但上述利用風(fēng)能及太陽能的形式均存在對風(fēng)力、日照等自然條件過度依賴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投入產(chǎn)出效率低下的缺陷。 針對上述不足，將風(fēng)能與太陽熱能相結(jié)合，取長補短的能源利用手段亦見諸公開。其基本原理是以太陽能加熱空氣，通過垂直于地面的風(fēng)道形成上升氣流來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生電能。例如，國際公開W001/96740A所描述的煙囪形太陽能風(fēng)輪機，即公開了通過太陽能溫室將空氣預(yù)熱，再導(dǎo)入垂直于地面的風(fēng)道形成上升氣流，驅(qū)動風(fēng)道中的渦輪機帶動發(fā)電機工作，其通過復(fù)雜的計算機控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、力矩等參數(shù)控制；又如中國專利申請 CN101487452A、CN102U8150A，公開了太陽能與風(fēng)能綜合利用的基本原理與結(jié)構(gòu)，以及考慮到通過光伏電池、導(dǎo)熱管等結(jié)構(gòu)實現(xiàn)熱能、光能綜合利用的形式。如前例舉的已公開技術(shù)方案，均采用了前述的基本原理，太陽能預(yù)熱的空氣在垂直風(fēng)道中上升，并在風(fēng)道中適當(dāng)?shù)奈恢抿?qū)動渦輪、葉輪帶動發(fā)電機發(fā)電。但實踐證明，僅僅根據(jù)上述基本原理，并不能實現(xiàn)具有產(chǎn)業(yè)利用價值的有效產(chǎn)能，且已公開的技術(shù)方案，如上述TO01/96740A所描述的，仍存在效率低下、控制原理復(fù)雜的缺陷。究其原因，首先，眾所周知，空氣的熱容量和熱傳導(dǎo)效率并不高，且高度透明，并不利于熱能的積蓄，加上后段風(fēng)道的導(dǎo)流作用，空氣流速很大，僅僅通過一段溫室型空倉，流動的空氣便不可能被加熱到足夠的溫度，不能形成與周圍環(huán)境足夠的溫差，使風(fēng)道中的上升氣流不能產(chǎn)生足夠的速度與壓強。再者，已公開的技術(shù)方案對輸出電能的調(diào)峰處理均顯不足，而利用太陽能、風(fēng)能等不穩(wěn)定自然能源來發(fā)電，目前最棘手的技術(shù)問題就是無法得到穩(wěn)定的電能產(chǎn)出，尤其是與公共電網(wǎng)并網(wǎng)時，該缺陷更為突出。如前例舉的已公開技術(shù)方案，并不能實現(xiàn)具有產(chǎn)業(yè)利用價值的有效產(chǎn)能，除不能充分挖掘自然能源的潛在能量外，作為主要發(fā)電部件的風(fēng)力發(fā)電裝置也沒有考慮到此類系統(tǒng)的特殊性而加以特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此，均無法充分利用可做功的能量。上述發(fā)電方式中，在一定范圍內(nèi)，風(fēng)道井越高，越容易獲得穩(wěn)定、強力的上升氣流； 風(fēng)道井的直徑越大，越易于采用大直徑、相對低速、高效的發(fā)電機系統(tǒng)。但建造大直徑且相對較高的風(fēng)道井，已屬巨大工程，其投資很難通過后期的產(chǎn)能有效地收回。據(jù)此，雖有用以克服該缺陷的技術(shù)方案公開，例如中國專利公開CN201246272Y和C擬851632Y，前者提供了以輕型拼接結(jié)構(gòu)構(gòu)建風(fēng)道井的技術(shù)方案，但其結(jié)構(gòu)強度尚嫌不足，無法承擔(dān)高速氣流可能引起的諧振，因而不能投入高強度的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；后者則在盡可能擴大斷面直徑的前提下犧牲了必要的高度，使氣流速度和平順性都無法有效提高。再者，如前例舉的已公開技術(shù)方案，均采用了前述的基本原理，太陽能預(yù)熱的空氣在垂直風(fēng)道中上升，在風(fēng)道中適當(dāng)?shù)奈恢抿?qū)動渦輪、葉輪帶動發(fā)電機發(fā)電。但均沒有涉及風(fēng)塔頂部尾氣流的處理方式。實踐證明，風(fēng)道井中的做功氣流尾氣在塔頂排放到大氣環(huán)境中時，由于還具有一定的流速，與外界靜止或僅具有水平流速的空氣相碰撞，會產(chǎn)生巨大的排氣噪音，并在塔頂端產(chǎn)生湍流，這種湍流還影響了排氣的順暢程度，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)λ斀Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。上述公知的技術(shù)方案均沒有考慮到這種潛在的威脅。為此，本申請的發(fā)明人針對上述傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，通過本申請?zhí)靥岢鲇行У慕鉀Q方案。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于，提供一種綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，以克服上述傳統(tǒng)技術(shù)方案所存在的太陽能預(yù)加熱效率不高，電能輸出不夠穩(wěn)定的的缺陷。本實用新型目的還在于，提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，以克服上述傳統(tǒng)技術(shù)方案所存在的能源利用率不高，發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)不合理的缺陷。本實用新型目的還在于，提供一種風(fēng)塔結(jié)構(gòu)，針對公知技術(shù)方案的缺陷加以改進， 從而為綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站提供高強度、高穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，為充分利用綜合能源產(chǎn)生高強、高平順性的做功氣流提供了基本的保障。本實用新型目的還在于，提供一種消音器，以克服上述傳統(tǒng)技術(shù)方案所存在的排氣噪音巨大、排氣不暢及影像塔頂結(jié)構(gòu)安全的缺陷。一種綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，具有一垂直于地面的風(fēng)塔，其包括一承重結(jié)構(gòu)同軸圍繞并支撐一風(fēng)道井，風(fēng)道井基部具有四個進氣道，該基部周圍環(huán)繞有可覆蓋所述進氣道的太陽能預(yù)熱室，風(fēng)道井中設(shè)置一個以上帶有氣流驅(qū)動裝置的風(fēng)力發(fā)電機，采用上述風(fēng)塔結(jié)構(gòu)。通過上述結(jié)構(gòu)，承重結(jié)構(gòu)通過對稱分布的支撐桿將風(fēng)道井支撐于承重結(jié)構(gòu)之中并牢固地構(gòu)成一整體，承重結(jié)構(gòu)采用鋼桁架結(jié)構(gòu)使組裝更容易，對稱分布的支撐桿提供了各向穩(wěn)定均衡的支撐，而風(fēng)道井由于無需承重，可采用分段預(yù)制的鋼筋混凝土圓管拼接，極大地提高了施工效率并降低了施工難度，還可保證風(fēng)道井內(nèi)壁的光滑標(biāo)準(zhǔn)，十分有利于高氣壓、 高流速的大功率風(fēng)道井發(fā)電站建設(shè)。根據(jù)上述目的，本實用新型提供一種綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，包括一垂直于地面并在基部設(shè)置有數(shù)個進氣道的風(fēng)道井，所述基部周圍環(huán)繞有底面與風(fēng)道井底面齊平且頂面高于所述進氣道的太陽能預(yù)熱室，所述風(fēng)道井中設(shè)置一個以上帶有氣流驅(qū)動裝置的風(fēng)力發(fā)電機，所述太陽能預(yù)熱室具有集熱裝置，及用于將陽光聚集到集熱裝置的聚光裝置；一調(diào)峰裝置，包括連接到所述風(fēng)力發(fā)電機的電動空氣壓縮機、充放電裝置和配電控制裝置，該空氣壓縮機與一組儲氣罐通過管道相連接；所述太陽能預(yù)熱室的周邊設(shè)置有對應(yīng)于所述進氣道的進風(fēng)口，其通過主風(fēng)道連通于上述進氣道；該進風(fēng)口處還設(shè)置有向該太陽能預(yù)熱室內(nèi)壓送空氣的送風(fēng)機。優(yōu)選的是，所述太陽能預(yù)熱室的頂面為透明的玻璃頂面，所述底面為可將光線向內(nèi)反射的反射鏡面。優(yōu)選的是，所述太陽能預(yù)熱室包括同心環(huán)形布置的三層周壁，形成三組同心環(huán)狀的間隔空間，每組所述間隔空間又被所述頂面、底面，以及位于頂面、底面之間的兩層由聚光裝置構(gòu)成的隔板分隔成三層；各環(huán)形通道均具有與主風(fēng)道連通的熱氣流通道。優(yōu)選的是，所述聚光裝置為聚光透鏡。優(yōu)選的是，所述集熱裝置為連通并充滿液態(tài)集熱介質(zhì)的循環(huán)集熱管。優(yōu)選的是，所述太陽能預(yù)熱室之外還設(shè)置有太陽能液體集熱器，其連接于所述循環(huán)集熱管。優(yōu)選的是，所述循環(huán)集熱管還連接于空氣壓縮機的液冷散熱系統(tǒng)。優(yōu)選的是，所述循環(huán)集熱管還連接于地下熱水供熱系統(tǒng)的地?zé)岜谩?yōu)選的是，一個以上用于驅(qū)動所述風(fēng)力發(fā)電機的氣動馬達設(shè)置于所述風(fēng)道井中， 并連接于所述儲氣罐；所述氣動馬達通過機械或電力傳動裝置連接于所述風(fēng)力發(fā)電機。優(yōu)選的是，所述送風(fēng)機與一氣壓馬達和一電動馬達連接在一起；該氣壓馬達連接于所述儲氣罐；該電動馬達連接于充放電裝置。根據(jù)上述目的，本實用新型還提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，所述風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)置于風(fēng)道井內(nèi)部，其包括一具有縮徑部的變徑涵道裝置；一發(fā)電機設(shè)置于該涵道裝置內(nèi)；一用以驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)動的葉輪設(shè)置于所述涵道裝置內(nèi)縮徑部的最小直徑處，并連接于發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上；所述轉(zhuǎn)子軸穿過該發(fā)電機，其穿出端連接有一壓氣渦輪，其相對于所述葉輪位于所述涵道裝置的進風(fēng)方向。優(yōu)選的是，所述涵道裝置入口與涵道裝置出口口徑相同，其外壁呈圓柱形。優(yōu)選的是，所述涵道裝置側(cè)壁縱截面兩側(cè)為凸部向內(nèi)的對稱的平滑漸變曲線，并由該平滑漸變曲線形成所述縮徑部。優(yōu)選的是，所述對稱的平滑漸變曲為對稱的雙曲線。優(yōu)選的是，所述風(fēng)力發(fā)電裝置橫截面積小于等于風(fēng)道井橫截面積的50%。優(yōu)選的是，所述涵道裝置與風(fēng)道井同軸設(shè)置。優(yōu)選的是，所述葉輪、發(fā)電機、壓氣渦輪的組合結(jié)構(gòu)整體全部包容在所述涵道裝置的外輪廓線之內(nèi)。優(yōu)選的是，所述葉輪通過一用以增速的變速裝置與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸相連接。優(yōu)選的是，所述壓氣渦輪于轉(zhuǎn)子軸之間也具有用以調(diào)節(jié)壓氣渦輪轉(zhuǎn)速的變速裝置。優(yōu)選的是，所述發(fā)電機為變頻永磁發(fā)電機。根據(jù)上述目的，本實用新型還提供一種風(fēng)塔結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)道井外壁自上而下設(shè)置有數(shù)組圍繞在風(fēng)道井外壁的風(fēng)道井支撐環(huán)，各組風(fēng)道井支撐環(huán)上沿圓周均勻分布有數(shù)個風(fēng)道井連接點；承重結(jié)構(gòu)的壁面在對應(yīng)于所述風(fēng)道井支撐環(huán)的位置上也設(shè)有數(shù)組承重結(jié)構(gòu)支撐環(huán)，所述承重結(jié)構(gòu)支撐環(huán)上沿圓周也設(shè)有均勻分布的承重結(jié)構(gòu)連接點；所述風(fēng)道井連接點與等高的所述承重結(jié)構(gòu)連接點之間通過支撐桿相連接，所述支撐桿一端連接于所述風(fēng)道井連接點，另一端連接于承重結(jié)構(gòu)側(cè)壁上的承重結(jié)構(gòu)連接點，各支撐桿在平面上對稱分布。優(yōu)選的是，所述風(fēng)道井支撐環(huán)上分別具有沿圓周均勻分布的八個風(fēng)道井連接點； 所述承重結(jié)構(gòu)支撐環(huán)上分別具有沿圓周均勻分布的十二個承重結(jié)構(gòu)連接點；在同一高度上相對應(yīng)的兩支撐環(huán)上，對稱分布的四個風(fēng)道井連接點與相對應(yīng)的四個承重結(jié)構(gòu)連接點通過沿徑向分布的四條直支撐桿形成一十字形，所述承重結(jié)構(gòu)連接點與風(fēng)道井連接點之間并通過斜支撐桿連接構(gòu)成一對稱的八角形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，所述承重結(jié)構(gòu)為鋼桁架結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；所述風(fēng)道井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，所述風(fēng)道井為分段預(yù)制鋼筋混凝土管拼接結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，所述鋼桁架結(jié)構(gòu)外圍包裹有輕質(zhì)復(fù)合板。優(yōu)選的是，所述輕質(zhì)復(fù)合板為彩鋼-聚氨酯泡沫復(fù)合板。優(yōu)選的是，所述風(fēng)道井由鋼筋混凝土預(yù)制管拼接構(gòu)成。優(yōu)選的是，所述風(fēng)道井支撐環(huán)、所述承重結(jié)構(gòu)支撐環(huán)、支撐桿全部或之一，由工字型鋼構(gòu)成。根據(jù)上述目的，本實用新型還提供一種消音器，其設(shè)置于該發(fā)電站的風(fēng)道井頂端， 該消音器遮蓋在該風(fēng)道井的出氣口上，并與所述風(fēng)道井相連通。優(yōu)選的是，所述消音器具有一端帽，扣置在風(fēng)塔頂端，該消音器上具有數(shù)個分散設(shè)置的排氣孔。優(yōu)選的是，所述消音器包括數(shù)組相間隔并同軸設(shè)置的圓柱狀消音筒，消音筒上具有數(shù)個水平排氣孔；所述端帽相間隔地包覆在所述消音筒的最外側(cè)；消音筒的下開口與風(fēng)道井的上端相連通。優(yōu)選的是，所述相鄰消音筒上開設(shè)的水平排氣孔相互錯開設(shè)置。優(yōu)選的是，所述消音筒具有三層以上的圓筒結(jié)構(gòu)，分別與風(fēng)道井同軸設(shè)置。優(yōu)選的是，每層消音筒上的排氣孔面積總和，均大于等于風(fēng)道井的出口橫截面積。優(yōu)選的是，所述排氣孔為圓孔。優(yōu)選的是，所述排氣孔為槽縫。根據(jù)所述消音器，所述消音器上具有一空心圓錐端，數(shù)個排氣孔設(shè)置在該圓錐端的錐面上。優(yōu)選的是，所述空心圓錐端的頂端設(shè)置有避雷裝置或警示、信號裝置。本實用新型的工作原理及有益效果如下風(fēng)道井基部的進氣道位于環(huán)繞其四周的太陽能預(yù)熱室中，陽光通過棱鏡、凸透鏡構(gòu)成的聚光裝置加熱充填有集熱介質(zhì)的管道，根據(jù)設(shè)計溫度要求，該管道可多重環(huán)繞或盤結(jié)于該太陽能預(yù)熱室中以獲得足夠的溫度，同時，更可連接于另外設(shè)置的具有更高加熱效能的太陽能集熱器、空氣壓縮機的液冷散熱系統(tǒng)、地下熱水供熱系統(tǒng)等以充分利用周圍環(huán)境的熱能，進而使管道達到比直接照射空氣高得多的溫度，在管道以一定密集度排列的情況下，管道周邊的空氣就會比僅僅接受陽光照射時具有更高的溫度。加熱的空氣進入風(fēng)道井基部的進氣道，在風(fēng)道井中產(chǎn)生更高的氣流速度和壓力。當(dāng)風(fēng)力、陰晴、日照等自然條件的改變等而導(dǎo)致氣流波動時，例如，自然條件良好使發(fā)電量過剩時，調(diào)峰裝置即可通過配電控制系統(tǒng)的調(diào)配向蓄電池存儲多余的電能或帶動空氣壓縮機向儲氣罐中存儲壓縮空氣；反之，當(dāng)發(fā)電量不足時，調(diào)峰裝置即可釋放上述存儲的電能向送風(fēng)機供電提供有效的補充氣流流量，而儲氣罐則可驅(qū)動風(fēng)道井中的氣動馬達輔助發(fā)電機的運轉(zhuǎn)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)峰容量，便可實現(xiàn)日夜、四季的均衡發(fā)電。風(fēng)道井中的平順上升氣流在涵道裝置處，其沿風(fēng)道井壁較近的氣流仍按原行進方向和速度向上流動，風(fēng)道井中心部分的氣流進入涵道裝置，在正常運轉(zhuǎn)情況下，壓氣渦輪將進入涵道入口的氣流加壓、加速沖向上方的葉輪，氣流進一步被涵道縮徑部壓縮，形成更快、壓力更大的順流，此時推動葉輪運轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機發(fā)電，同時，葉輪輸出的部分功率反饋施加于壓氣渦輪，帶動渦輪運轉(zhuǎn)繼續(xù)對入射的氣流進行增壓、加速。根據(jù)流體力學(xué)原理，具有對稱雙曲線截面的內(nèi)輪廓是使流體流動最順暢的截面形狀，其“煙 ”效應(yīng)最強，具有較大的開口形狀，最大限度減小了入射、出射氣流在涵道入口、出口處與周邊氣流的速度和壓力差，不易產(chǎn)生湍流，即對氣流整體流動性的擾動最小，同時也消除了主要的噪音源。因此， 優(yōu)選將涵道側(cè)壁縱截面設(shè)計成對稱的雙曲線輪廓。根據(jù)所選用發(fā)電機的工作轉(zhuǎn)速或頻率， 結(jié)合涵道設(shè)計，其葉輪和壓氣渦輪的合理轉(zhuǎn)速很難相互協(xié)調(diào)，可通過加入適當(dāng)?shù)淖兯贆C構(gòu)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速，使它們都達到最佳的運轉(zhuǎn)效率。涵道裝置盡可能同軸設(shè)置于風(fēng)道井的中心部位，且其截面面積不大于風(fēng)道井截面面積的50%，對周邊氣流的干擾相對較小，利于做功氣流流速和壓力的恢復(fù)，以保障下一級發(fā)電裝置的有效運轉(zhuǎn)。選用結(jié)構(gòu)較簡單的變頻永磁發(fā)電機，可使維護工作簡化，且易于適應(yīng)相對不穩(wěn)定的功率輸入條件。通過上述結(jié)構(gòu)，承重結(jié)構(gòu)通過對稱分布的支撐桿將風(fēng)道井支撐于承重結(jié)構(gòu)之中并牢固地構(gòu)成一整體，承重結(jié)構(gòu)采用鋼桁架結(jié)構(gòu)使組裝更容易，對稱分布的支撐桿提供了各向穩(wěn)定均衡的支撐，而風(fēng)道井由于無需承重，可采用分段預(yù)制的鋼筋混凝土圓管拼接，極大地提高了施工效率并降低了施工難度，還可保證風(fēng)道井內(nèi)壁的光滑標(biāo)準(zhǔn)，十分有利于高氣壓、高流速的大功率風(fēng)道井發(fā)電站建設(shè)。風(fēng)道井中的平順上升氣流在出口處進入消音器，通過消音器中分散的多個排氣孔發(fā)散排出，不再與外界的大氣劇烈相撞，使排氣更加順暢，并不再產(chǎn)生排氣噪音，也降低了對風(fēng)塔頂端結(jié)構(gòu)的直接沖擊。以下，通過具體實施方式
結(jié)合附圖詳細地進一步描述本實用新型的技術(shù)特征。
圖1是按照本實用新型的綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站的一優(yōu)選實施例的整體配置示意圖；圖2是按照本實用新型的綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站的太陽能預(yù)熱室的一優(yōu)選實施例的橫截面的框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電裝置剖視示意圖；圖4是圖3中葉輪立體示意圖；圖5是圖3中壓氣渦輪立體示意圖；圖6是圖1中風(fēng)塔某一橫截面，展示連接結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是本實用新型發(fā)電站的消音器結(jié)構(gòu)的一優(yōu)選實施例的剖視示意圖。附圖標(biāo)記說明風(fēng)塔10，承重塔架11，風(fēng)道井12，承重結(jié)構(gòu)支撐環(huán)110，承重結(jié)構(gòu)連接點111，風(fēng)道井支撐環(huán)120，風(fēng)道井連接點121，風(fēng)力發(fā)電裝置支撐架122，消音器13，圓錐端131，排氣孔132，端帽133，消音筒134，排氣孔135，太陽能預(yù)熱室20，進風(fēng)口 21，熱氣流通道210，主風(fēng)道211，玻璃棚頂22，周壁220，立柱221，反射鏡面23，聚光透鏡M，循環(huán)集熱管25，太陽能液體集熱器沈，地?zé)岜?7，調(diào)峰系統(tǒng)30，配電控制裝置31，儲氣罐32，充放電裝置33，控制電纜34，電動馬達35，空氣壓縮機36，送風(fēng)機37，氣壓馬達38，送氣管道39，風(fēng)力發(fā)電機40，發(fā)電機401，葉輪402，壓氣渦輪403，變速器404，涵道裝置內(nèi)壁405，涵道裝置外壁406，涵道裝置出口 407，涵道裝置入口 408，發(fā)電機支撐架409，涵道裝置縮徑部H，電纜管41，充電電纜42，氣動馬達43，直支撐桿50，斜支撐桿51。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，具有一垂直于地面的風(fēng)塔10，其包括一鋼架結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承重塔架11圍繞并支撐一風(fēng)道井12，風(fēng)道井12基部具有四個進氣道，該基部周圍環(huán)繞有可覆蓋所述進氣道的太陽能預(yù)熱室20，其具有與所述進氣道相對應(yīng)的進風(fēng)口 21 ；風(fēng)道井12中設(shè)置一個以上帶有氣流驅(qū)動裝置的風(fēng)力發(fā)電機40，通過設(shè)置在風(fēng)道井12外側(cè)的電纜管41中的電纜將電力輸出；太陽能預(yù)熱室20具有透明的玻璃棚頂22，太陽能預(yù)熱室20環(huán)繞在風(fēng)道井12的基部，其玻璃棚頂22高于風(fēng)道井12的進氣道；相應(yīng)于該進氣道，太陽能預(yù)熱室20周邊的四個進風(fēng)口 21，分別通過一主風(fēng)道211連通于上述進氣道；參見圖2，太陽能預(yù)熱室20橫截面的框架結(jié)構(gòu)包括同心環(huán)形布置的周壁 220，通過垂直于地面的立柱221支撐，周壁220與上、下間隔設(shè)置的數(shù)層隔板形成數(shù)條環(huán)形氣流通道，本實施例中設(shè)置有三層同心環(huán)狀的周壁220，各周壁220之間，除頂、底面外，還設(shè)置有兩層隔板，據(jù)此形成三層環(huán)形通道，每層又通過周壁220分成同心的三圈環(huán)形通道； 各環(huán)形通道均具有與主風(fēng)道211連通的熱氣流通道210;本實施例中，各層隔壁均由聚光透鏡M組成，聚光透鏡M的焦點位置處設(shè)有連通的循環(huán)集熱管25，循環(huán)集熱管25沿環(huán)形通道布置，其中充填有熱容量較大的液體，例如水；太陽能預(yù)熱室20的底面為可向內(nèi)反射陽光的反射鏡面23 ；太陽能預(yù)熱室20之外，還設(shè)有大致朝向陽光方向的太陽能液體集熱器沈，例如，可采用常見的太陽能熱水器，其與循環(huán)集熱管25相連通，以進一步加熱循環(huán)集熱管25中的集熱介質(zhì)；進一步地，循環(huán)集熱管25還與后述的空氣壓縮機36的液體冷卻散熱系統(tǒng)相連接，以充分利用壓縮空氣時產(chǎn)生的余熱；據(jù)此，太陽能預(yù)熱室20中的空氣由傳統(tǒng)的陽光直射加熱，變?yōu)橹饕ㄟ^循環(huán)集熱管25烘烤加熱，大大提高了加熱的效率，可獲得比傳統(tǒng)方式更高的氣溫，也進一步穩(wěn)定了氣溫隨環(huán)境變化的波動。為了調(diào)節(jié)由于外界環(huán)境變化，如晝夜、四季、風(fēng)力、陰晴等引起的發(fā)電量峰谷變化，本實用新型發(fā)電站進一步包括一組調(diào)峰裝置30，其進一步包括連接到所述風(fēng)力發(fā)電機40的電動空氣壓縮機36和充放電裝置33，例如連接有充放電管理器的蓄電池組，均通過一配電控制裝置31來調(diào)度管理，其屬于常用的公知技術(shù)，本實用新型中無須贅述?？諝鈮嚎s機通常都帶有氣冷或液冷的散熱裝置，其工作原理作為慣用技術(shù)手段，本實用新型也不予贅述，根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，采用具有液冷散熱裝置的空氣壓縮機，更利于廢熱的回收利用。本實用新型的工作原理如下當(dāng)環(huán)境具有良好的發(fā)電條件時，多余的電量通過配電控制裝置31的調(diào)度啟動空氣壓縮機36向儲氣罐32充氣，同時，通過連接于風(fēng)力發(fā)電機 40的充電電纜42向充放電裝置33供電，優(yōu)選地，該充放電裝置33為帶有充放電控制器的一組蓄電池；當(dāng)環(huán)境的發(fā)電條件不佳時，風(fēng)力發(fā)電機40無法獲得足夠的驅(qū)動能量，調(diào)峰裝置30通過配電控制裝置31的調(diào)度，使儲氣罐32向位于風(fēng)道井12中一個以上的氣動馬達 43提供動力，其以機械或電傳動方式輔助驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機運轉(zhuǎn)，同時，也可通過送氣管道 39驅(qū)動氣壓馬達38以機械傳動方式帶動送風(fēng)機37向主風(fēng)道211補充進氣；送風(fēng)機37也可選擇以電動方式通過控制電纜34由充放電裝置33放電來驅(qū)動電動馬達35帶動運轉(zhuǎn)。進一步地，在有條件的情況下，上述循環(huán)集熱管25還可連接到地下熱水供熱系統(tǒng)的地?zé)岜?7 上，通過地下熱水補充集熱介質(zhì)的熱量。參見圖3，風(fēng)力發(fā)電裝置40同軸設(shè)置于風(fēng)道井12的中央部位，通過數(shù)條風(fēng)力發(fā)電裝置支撐架122固定在風(fēng)道井12的內(nèi)壁上。風(fēng)力發(fā)電裝置40包括一變徑的涵道裝置，其具有一縮徑部H ；—發(fā)電機401設(shè)置于該涵道裝置內(nèi)；一用以驅(qū)動發(fā)電機401轉(zhuǎn)動的葉輪402 設(shè)置于所述涵道裝置內(nèi)縮徑部H的最小直徑處，并連接于發(fā)電機401的轉(zhuǎn)子軸上；所述轉(zhuǎn)子軸穿過該發(fā)電機401，其穿出端連接有一壓氣渦輪403，其相對于所述葉輪402位于所述涵道裝置的進風(fēng)方向。涵道裝置的進風(fēng)口，即涵道裝置入口 408與涵道裝置出口 407 口徑相同，其涵道裝置外壁406呈圓柱形。優(yōu)選地，涵道裝置內(nèi)壁405縱截面縮頸部位H的內(nèi)輪廓線為對稱的雙曲線。風(fēng)力發(fā)電裝置40盡可能同軸設(shè)置于風(fēng)道井12的中心部位，且其截面面積不大于風(fēng)道井12截面面積的50%，對周邊氣流的干擾相對較小，利于已做功氣流流速和壓力的恢復(fù)，以保障下一級發(fā)電裝置的有效運轉(zhuǎn)。參見圖3-5，葉輪402、發(fā)電機401、壓氣渦輪403的組合結(jié)構(gòu)整體通過數(shù)條發(fā)電機支撐架409固定在涵道壁上，并全部包容在所述涵道裝置的外輪廓線之內(nèi)，即涵道裝置入口 408與涵道裝置出口 407之間，可最大限度減小對周邊氣流的擾動。葉輪402的有效做功轉(zhuǎn)速相對于發(fā)電機401的工作轉(zhuǎn)速較低，通過一用以增速的變速器404與發(fā)電機401的轉(zhuǎn)子軸相連接，使發(fā)電機401獲得相對較高的轉(zhuǎn)速。壓氣渦輪403的有效做功轉(zhuǎn)速通常與發(fā)電機401的工作轉(zhuǎn)速相同或更高，也需在轉(zhuǎn)子軸與之間設(shè)置變速器404來增速，以調(diào)節(jié)壓氣渦輪403的有效轉(zhuǎn)速。發(fā)電機401優(yōu)選結(jié)構(gòu)相對簡單的變頻永磁發(fā)電機，以便于維護并易于適應(yīng)相對不夠穩(wěn)定的功率輸入條件。參見圖6，風(fēng)道井12位于該承重結(jié)構(gòu)11之內(nèi)并與該承重結(jié)構(gòu)11同軸；風(fēng)道井12 外壁自上而下設(shè)置有數(shù)組圍繞在風(fēng)道井12外壁的風(fēng)道井支撐環(huán)120，各組風(fēng)道井支撐環(huán) 120上沿圓周均勻分布有八個風(fēng)道井連接點121 ；承重結(jié)構(gòu)11的壁面在對應(yīng)于所述風(fēng)道井支撐環(huán)120的位置上也設(shè)有數(shù)組承重結(jié)構(gòu)支撐環(huán)110，承重結(jié)構(gòu)支撐環(huán)110上沿圓周也設(shè)有均勻分布的十二個承重結(jié)構(gòu)連接點111 ；風(fēng)道井連接點121與等高的承重結(jié)構(gòu)連接點 111之間連接有支撐桿，所述支撐桿一端連接于風(fēng)道井連接點121，另一端連接于承重結(jié)構(gòu) 11壁面的承重結(jié)構(gòu)連接點111，各支撐桿在平面上對稱分布。其中，四個對稱分布的風(fēng)道井連接點121與相對應(yīng)的四個承重結(jié)構(gòu)連接點111通過沿徑向分布的四條直支撐桿50形成一十字形，其余連接點之間通過斜支撐桿51連接構(gòu)成一對稱的八角形結(jié)構(gòu)。綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站的風(fēng)塔結(jié)構(gòu)中，所述承重結(jié)構(gòu)11為鋼桁架結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；所述風(fēng)道井12為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別優(yōu)選以預(yù)制鋼筋混凝土管拼裝構(gòu)成。進一步，所述承重結(jié)構(gòu)11采用鋼桁架結(jié)構(gòu)時包裹有輕質(zhì)復(fù)合板，除增加美觀外， 亦可減小側(cè)風(fēng)對風(fēng)道井12的影響。優(yōu)選地，所述輕質(zhì)復(fù)合板為彩鋼-聚氨酯泡沫復(fù)合板。為了增加結(jié)構(gòu)強度，所述各支撐環(huán)和支撐桿全部或之一，優(yōu)選以工字型鋼構(gòu)成。參見圖7，所述消音器13具有一端帽133，連接在風(fēng)塔10頂端，該消音器13上具有數(shù)個分散設(shè)置的排氣孔132。
9[0081]消音器13包括數(shù)組相間隔并同軸設(shè)置的圓柱狀消音筒134，優(yōu)選地，消音筒134由三個不等徑的圓筒結(jié)構(gòu)相互相隔一間隙地套疊并同軸設(shè)置在風(fēng)道井12的出口處；各消音筒134均開設(shè)有數(shù)個水平排氣孔135 ；所述端帽133相間隔地包覆在所述消音筒134的最外側(cè)；消音筒134的下開口與風(fēng)道井12的上端相連通。相鄰消音筒134上開設(shè)的水平排氣孔135相互錯開設(shè)置，亦即各排氣孔135的孔心相互不對齊。優(yōu)選地，設(shè)置三層消音筒134。消音器13上具有一空心圓錐端131，數(shù)個排氣孔132設(shè)置在該圓錐端131的錐面上。每層消音筒上的排氣孔135的面積總和，均大于等于風(fēng)道井12的出口橫截面積。排氣孔135的形狀除圓孔外，亦可采用槽縫結(jié)構(gòu)，同樣使各層的槽縫相互錯開，以避免氣流直接同時穿過相鄰的消音筒134。通常，圓錐端131的頂端設(shè)置有避雷裝置，也可根據(jù)需要設(shè)置警示、信號裝置。
權(quán)利要求1.一種綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，包括一垂直于地面并在基部設(shè)置有數(shù)個進氣道的風(fēng)道井(12)，所述基部周圍環(huán)繞有底面與風(fēng)道井底面齊平且頂面高于所述進氣道的太陽能預(yù)熱室00)；所述風(fēng)道井(1 中設(shè)置一個以上帶有氣流驅(qū)動裝置的風(fēng)力發(fā)電機GO)；其特征在于所述太陽能預(yù)熱室00)具有集熱裝置，及用于將陽光聚集到集熱裝置的聚光裝置； 一調(diào)峰裝置(30)，包括連接到所述風(fēng)力發(fā)電機00)的電動空氣壓縮機(36)、充放電裝置 (33)和配電控制裝置(31)；該空氣壓縮機(36)與一組儲氣罐(3 通過管道相連接；所述太陽能預(yù)熱室00)的周邊設(shè)置有對應(yīng)于所述進氣道的進風(fēng)口(21)，其通過主風(fēng)道(211)連通于上述進氣道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于該進風(fēng)口處還設(shè)置有向該太陽能預(yù)熱室00)內(nèi)壓送空氣的送風(fēng)機(37)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述太陽能預(yù)熱室OO) 的頂面為透明的玻璃棚頂(22)，所述底面為可將光線向內(nèi)反射的反射鏡面03)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述太陽能預(yù)熱室 (20)包括同心環(huán)形布置的三層周壁020)，形成三組同心環(huán)狀的間隔空間，每組所述間隔空間又被所述頂面、底面，以及位于頂面、底面之間的兩層由聚光裝置構(gòu)成的隔板分隔成三層；各環(huán)形通道均具有與主風(fēng)道Oil)連通的熱氣流通道010)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述聚光裝置為聚光透鏡(24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述集熱裝置為連通并充滿液態(tài)集熱介質(zhì)的循環(huán)集熱管05)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述太陽能預(yù)熱室OO) 之外還設(shè)置有太陽能液體集熱器( )，其連接于所述循環(huán)集熱管O 。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述循環(huán)集熱管05)還連接于空氣壓縮機(36)的液冷散熱系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述循環(huán)集熱管05)還連接于地下熱水供熱系統(tǒng)的地?zé)岜?XT)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于一個以上用于驅(qū)動所述風(fēng)力發(fā)電機GO)的氣動馬達(39)設(shè)置于所述風(fēng)道井(12)中，并連接于所述儲氣罐(33)； 所述氣動馬達(39)通過機械或電傳動裝置連接于所述風(fēng)力發(fā)電機00)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，其特征在于所述送風(fēng)機(37)與一氣壓馬達(38)和一電動馬達(3 連接在一起；該氣壓馬達(38)連接于所述儲氣罐(32)； 該電動馬達(35)連接于充放電裝置(33)。
專利摘要一種綜合能源風(fēng)道井發(fā)電站，包括一垂直于地面并在基部設(shè)置有數(shù)個進氣道的風(fēng)道井，其基部周圍環(huán)繞有底面與風(fēng)道井底面齊平且頂面高于所述進氣道的太陽能預(yù)熱室，風(fēng)道井中設(shè)置一個以上帶有氣流驅(qū)動裝置的風(fēng)力發(fā)電機；所述太陽能預(yù)熱室具有集熱裝置及聚光裝置；一調(diào)峰裝置，包括連接到所述風(fēng)力發(fā)電機的電動空氣壓縮機、充放電裝置和配電控制裝置，該空氣壓縮機與一組儲氣罐通過管道相連接。據(jù)此可綜合利用多種自然能源發(fā)電，并具有調(diào)峰補償功能。
文檔編號F03G6/06GK202209253SQ20112033632
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者周劍, 周登榮 申請人:周劍, 周登榮