專利名稱：噴射式渦輪增壓大型發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用清潔無盡可再生能源風(fēng)能與太陽熱能互補(bǔ)、冷熱氣流聚合， 通過噴射式渦輪增壓加速產(chǎn)生人造颶風(fēng)大型發(fā)電的新能源技術(shù)。
背景技術(shù)：
全球致力發(fā)展清潔可再生能源，目前的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，自然風(fēng)速常態(tài)lOM/s，可利 用風(fēng)壓動(dòng)力在600/m2左右，全年可發(fā)電時(shí)間在5000h、而等額滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)間僅為2000h左 右，單機(jī)大功率發(fā)電成為一個(gè)重點(diǎn)開發(fā)方向，目前最大達(dá)到6MW，風(fēng)輪直徑126M。太陽光伏、 包括風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)發(fā)電則需要大量單(多)晶硅和蓄電池載體，而太陽光熱發(fā)電幾乎空白。 無論風(fēng)力或太陽光伏發(fā)電，都受自然環(huán)境弱風(fēng)、無風(fēng)，弱照和無日照的影響，普遍面臨發(fā)電 單機(jī)功率小，上網(wǎng)電量、波幅不穩(wěn)定和造價(jià)高等等難題。人造颶風(fēng)技術(shù)在國(guó)外有近30年歷史，被成熟應(yīng)用在模擬高空運(yùn)動(dòng)，風(fēng)速達(dá)到67M/ s，相當(dāng)于5級(jí)強(qiáng)烈颶風(fēng)。在開發(fā)大型風(fēng)力和太陽能發(fā)電方面，人類積極開展各種創(chuàng)新嘗試國(guó)際間合作“人造太陽”，核能通過裂變和聚變兩種方式，產(chǎn)生巨大能量，目前成熟 的核能發(fā)電是通過地球十分稀奇的鈾裂變反應(yīng)。而聚變是利用氫同位元素氚核聚變，可用 海水為原料，在超高溫達(dá)到1億攝氏C狀態(tài)下，1公升的海水，通過受控聚變反應(yīng)，可產(chǎn)生相 當(dāng)于300公升的汽油能量。這是人類探索新能源的龐大工程，全球各國(guó)政府和科學(xué)家都致 力研究，目前歐盟、美、中、日、俄、印、韓七方從2008年開始，用35年時(shí)間，投入100億歐元， 其中中國(guó)投入100億元人民幣，這是迄今為止中國(guó)國(guó)際能源合作的最大一筆投入。由于涉 及的仿太陽超高溫技術(shù)復(fù)雜，從實(shí)驗(yàn)堆到預(yù)研堆需要二三十年，從預(yù)研堆到商業(yè)運(yùn)行堆需 要四五十年，需要近百年漫長(zhǎng)的開發(fā)時(shí)間(摘引《廣州日?qǐng)?bào)》2008年1月23日)。中國(guó)更多的研發(fā)，致力開拓替代新能源大型發(fā)電技術(shù)《一種煙囪式太陽能和風(fēng) 能聚合發(fā)電裝置》專利號(hào)CN200820047332. 5，《利用太陽能發(fā)電的裝置及方法》專利號(hào) ZL00123704. 7，《人造臺(tái)風(fēng)強(qiáng)流大型發(fā)電系統(tǒng)》專利號(hào)CN200810220322. 1，《電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)》專 利號(hào)ZL200720158003. 3，《杯式密封加速導(dǎo)管風(fēng)輪機(jī)》專利號(hào)2008200868486. 2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種綜合利用風(fēng)能、太陽能和冷熱氣流動(dòng)能，通過大容積聚合，噴射式渦 輪增壓產(chǎn)生高速氣流大型發(fā)電技術(shù)。本系統(tǒng)裝置由太陽光熱氣流大容積聚合容器、渦輪增 壓氣輪發(fā)電機(jī)組和發(fā)電輸送控制中心三部分組成。本發(fā)明提出的利用自然風(fēng)光熱互補(bǔ)和冷熱氣流聚合發(fā)電方法在沒有風(fēng)力第一動(dòng) 能、或沒有太陽光照第二動(dòng)能的環(huán)境下，依然可以通過靜止空氣產(chǎn)生冷熱對(duì)流作用，作為第 三動(dòng)能繼續(xù)維持發(fā)電，達(dá)到全天候、滿負(fù)荷、全年發(fā)友好供電上網(wǎng)。運(yùn)用愛恩斯坦相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系E = mc2原理，通過噴射高速氣流提高速度c，在一 定的單位容積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電能量E的大幅增加。
其實(shí)施方式通過直接收集自然風(fēng)力作為第一動(dòng)能，在大容積密封透明的容器內(nèi)吸 收太陽光熱，形成源源不斷的溫差強(qiáng)對(duì)流第二動(dòng)能，以上兩種動(dòng)能通過加速噴射器加速，導(dǎo) 入渦輪增壓氣輪封閉室，形成高速氣流達(dá)到60M/S以上，驅(qū)動(dòng)氣輪轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電功 率與風(fēng)速三次方成正比的原理，風(fēng)壓動(dòng)力達(dá)到P = 0.5X1.2(空氣質(zhì)量)X60~3(風(fēng)速)= 130Kff/m2,明顯高于自然風(fēng)速常態(tài)下lOM/s、風(fēng)壓動(dòng)能600W/m2的217倍，為單機(jī)大功率滿負(fù) 荷發(fā)電提供了足夠的工況動(dòng)能。本發(fā)明創(chuàng)新采用渦輪增壓氣輪內(nèi)置封閉室裝置，驅(qū)使進(jìn)入渦輪增壓氣輪封閉室內(nèi) 的氣流高速單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高速噴射氣流驅(qū)動(dòng)氣輪的同時(shí)，氣輪又推動(dòng)了氣流加速旋轉(zhuǎn)，兩 種動(dòng)能的相互循環(huán)驅(qū)動(dòng)作用，最大限度地反復(fù)多次利用動(dòng)能，從而突破了 BETZ —次風(fēng)能轉(zhuǎn) 化機(jī)械能系數(shù)< 0. 59的極限。由于加速噴射器人造颶風(fēng)的形成，加上內(nèi)置渦輪增壓氣輪結(jié)構(gòu)和封閉室動(dòng)能的相 互反復(fù)利用，有效控制了氣輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的額定勻速，提高了功率轉(zhuǎn)化率，降低了氣輪機(jī)噪 音，保證發(fā)電機(jī)保持大功率、滿負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，很好地解決了風(fēng)力發(fā)電面臨的種種難 題風(fēng)力不穩(wěn)定、風(fēng)向偏航、風(fēng)輪外置噪音、發(fā)電機(jī)失速與超速、功率轉(zhuǎn)化率低、發(fā)電量不均 衡、單機(jī)功率小和供電上網(wǎng)不穩(wěn)定等等不利因素。本發(fā)明所述的渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組裝置，為旋轉(zhuǎn)自動(dòng)追風(fēng)直立圓柱形，設(shè)置在 大容積氣流聚合容器的頂部或內(nèi)部，包括風(fēng)力導(dǎo)風(fēng)管、多點(diǎn)加速噴射器、密封橫臥圓柱形渦 輪增壓氣輪室、平臺(tái)座和圓柱形外罩六部分。本發(fā)明所述的太陽能大容積聚合氣流容器裝置，通過透明玻璃吸收光熱，在地面 設(shè)置吸熱發(fā)熱材料，容器內(nèi)置若干立式錐形氣流導(dǎo)風(fēng)管。容器內(nèi)溫差高于外部10°c以上，隨 著冷氣流不斷補(bǔ)充，熱氣流上升，形成冷熱氣流對(duì)流動(dòng)能，通過導(dǎo)風(fēng)管輸送到頂層，經(jīng)過加 速噴射器進(jìn)入本發(fā)明所述的渦輪增壓氣輪封閉室。噴射鼓風(fēng)機(jī)在抽取熱氣流的同時(shí)，拉動(dòng) 聚合容器內(nèi)的冷熱氣流對(duì)流速度。在無日照的環(huán)境下，利用聚合容器內(nèi)積聚余熱和發(fā)熱材 料發(fā)熱，繼續(xù)保持容器內(nèi)溫差產(chǎn)生冷熱對(duì)流動(dòng)能。發(fā)電控制輸送中心包括發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置和變壓上網(wǎng)輸送裝置。本技術(shù)可設(shè)置多組噴射式氣輪發(fā)電機(jī)，并可將系統(tǒng)多組合成大型發(fā)電站，也可以 建造小型發(fā)電機(jī)組，適應(yīng)不同的商業(yè)要求。本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)裝置完全可以替代煤炭能源發(fā) 電，突顯結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單可靠、占地空間少、抗天災(zāi)能力強(qiáng)、成本低和易維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，具有顯 著的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。


圖1噴射式渦輪增壓大型發(fā)電系統(tǒng)整體圖。圖2封閉式渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6正視圖。圖3封閉式渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6側(cè)視圖。圖4封閉式渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6透視圖。以下根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和發(fā)電過程圖1是噴射式渦輪增壓大型發(fā)電系統(tǒng)主體，由大容積太陽能聚合氣流收集容器1， 容器1外頂部裝置多組封閉式渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6以及發(fā)電控制輸送中心22三部分 組成。大容積太陽能聚合氣流容器1頂層采光玻璃3吸收太陽光熱8，使容器1內(nèi)的空氣加熱達(dá)到高于外部10-45°C，并使吸熱材料4加熱，隨著冷氣流2的補(bǔ)充，大容積形成冷熱氣流 對(duì)流動(dòng)能，熱氣流11上升，通過錐形立式熱氣流導(dǎo)風(fēng)管5、加速噴射器12高速進(jìn)入渦輪增壓 氣輪封閉室10。在無日照的狀態(tài)下，利用吸熱發(fā)熱材料4余熱、發(fā)熱，使聚合容器1內(nèi)的空氣溫度 高于外部溫度10°c以上，隨著冷氣流的不斷補(bǔ)充，容器1內(nèi)產(chǎn)生冷熱氣流運(yùn)動(dòng)，形成熱氣流 11上升通過導(dǎo)風(fēng)管5，繼續(xù)經(jīng)過加速噴射器12導(dǎo)入渦輪增壓氣輪封閉室10。圖2、圖3為封閉式渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6結(jié)構(gòu)圖，自然風(fēng)9直接進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)管7， 通過內(nèi)置鼓風(fēng)機(jī)加速噴射器13導(dǎo)入渦輪增壓氣輪封閉室10，此為第一動(dòng)能加速噴射點(diǎn)13 ； 同時(shí)聚合容器1內(nèi)的熱氣流5通過噴射輸送到渦輪增壓氣輪封閉室10，為第二動(dòng)能加速噴 射點(diǎn)12 ；加上室內(nèi)10設(shè)置的若干噴射器17噴射，使室內(nèi)10內(nèi)高速氣流18保持在60M/s 以上，驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)16勻速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)主、被動(dòng)軸14、15，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)19運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。平臺(tái)座20 支撐封閉式渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6總承，并由外殼21罩住，整套總成6設(shè)置在太陽能聚 合容器1頂部或內(nèi)部，并可自動(dòng)追風(fēng)定向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4封閉式渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6透視圖，由多點(diǎn)加速噴射器12、13和17噴射 室內(nèi)的高速氣流18，呈單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)兩種作用力高速氣流18與氣輪16轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的 氣流，相互循環(huán)驅(qū)動(dòng)，使氣輪葉16勻速旋轉(zhuǎn)，最大限度地反復(fù)利用動(dòng)能資源。
具體實(shí)施例方式以建造4X7萬KW人造颶風(fēng)噴射式大型發(fā)電站計(jì)算根據(jù)風(fēng)壓動(dòng)力發(fā)電功率計(jì)算公式P = 1/2ρ Π r"2v"3Cp式中，空氣密度ρ按1.2KG/M3計(jì)，迎風(fēng)半徑r設(shè)定為16M，風(fēng)速ν額定60M/s，功率 轉(zhuǎn)化系數(shù)Cp為0.7，則P = 1/2X1. 2X3. 14X16"2X60"3X0. 7 = 72，924KW,即本技術(shù)發(fā)電機(jī)單機(jī)額定功率為 7 萬 KW。總裝機(jī)容量4X7萬KW =觀萬KW，減去維修保養(yǎng)時(shí)間，全年滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)間以 8400小時(shí)計(jì)，總發(fā)電量為 28 萬 KWX8400h = 235，200 萬 KW. h (23. 52 億度)加速噴射器內(nèi)的電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和發(fā)熱材料發(fā)熱，年平均耗電按總發(fā)電量的30%計(jì)， 可上網(wǎng)供電量235，200X70%= 164，640KW. h(16. 46 億度)，每年可減排二氧化碳 230 萬噸。
權(quán)利要求
1.一種綜合利用風(fēng)能、太陽能和冷熱氣流動(dòng)能，通過大容積聚合加速噴射產(chǎn)生高速氣 流，導(dǎo)入封閉式渦輪增壓氣輪室發(fā)電的噴射式渦輪增壓大型發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)，本系統(tǒng)由太陽 光熱氣流大容積聚合容器1、渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6和供電輸送控制中心22三部分組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射式渦輪增壓大型發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電原理，其特征在于運(yùn) 用愛恩斯坦相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系E = mc2原理，通過采用多點(diǎn)噴射12、13、17高速氣流18方式提 高速度c，在一定的單位容積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)能量E的大幅增加；所述的高速氣流18速度達(dá)到60M/ s以上，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電功率與風(fēng)速三次方成正比的原理，風(fēng)壓動(dòng)力可達(dá)到P = O. 5X1.2(空氣 質(zhì)量)X60~3(風(fēng)速)=130KW/m2，明顯高于自然風(fēng)速9常態(tài)下10M/s、600W/m2的217倍，為 單機(jī)大功率發(fā)電提供了足夠的工況動(dòng)能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電方法采用封閉式渦輪增壓氣輪室10裝置，氣輪機(jī)16內(nèi) 置室內(nèi)10，加速噴射器12、13、17驅(qū)使進(jìn)入室內(nèi)10的氣流高速單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高速氣流18 驅(qū)動(dòng)氣輪16的同時(shí)，氣輪16又推動(dòng)氣流18加速單向旋轉(zhuǎn)，兩種動(dòng)能相互循環(huán)驅(qū)動(dòng)，最大限 度地反復(fù)利用動(dòng)能，突破了 BETZ —次風(fēng)能轉(zhuǎn)化發(fā)電功率系數(shù)< 0. 59的極限。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電方法其特征在于利用自然風(fēng)光熱互補(bǔ)和冷熱氣流聚 合發(fā)電，在沒有風(fēng)力9第一動(dòng)能、或沒有太陽光照8第二動(dòng)能的環(huán)境下，依然可以通過空氣 產(chǎn)生冷熱對(duì)流作用，作為第三動(dòng)能9、11繼續(xù)維持發(fā)電，達(dá)到全天候、滿負(fù)荷、全年友好供電 上網(wǎng)；所述的發(fā)電過程全部利用自然清潔無盡可再生能源大型發(fā)電，整個(gè)發(fā)電過程達(dá)到0 排碳、0排硫、0排塵和低噪音的環(huán)保狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能大容積聚合氣流容器1裝置，其特征在于金屬框架 結(jié)構(gòu)，可選擇設(shè)置不同形狀、容積和高度，頂層設(shè)置透明玻璃3吸收光熱8，在地面設(shè)置吸熱 發(fā)熱材料4，容器1內(nèi)置若干立式錐形氣流導(dǎo)風(fēng)管5，側(cè)面設(shè)立冷空氣采風(fēng)口 2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6裝置，為可旋轉(zhuǎn)自動(dòng)追風(fēng)直立圓柱 外形21結(jié)構(gòu)，設(shè)置在大容積氣流聚合容器1的頂部或內(nèi)部，包括風(fēng)力導(dǎo)風(fēng)管7，加速噴射器 12、13、17，密封橫臥圓柱形渦輪增壓氣輪室10，氣流發(fā)電機(jī)19，平臺(tái)座20和圓柱形外罩21 六部分；自然風(fēng)9第一動(dòng)能通過導(dǎo)風(fēng)管7，由加速噴射器13進(jìn)入渦輪增壓氣輪封閉室10，熱 氣流11第二動(dòng)能通過聚合容器1頂部立式導(dǎo)風(fēng)管5、從氣輪室10底部加速噴射器12進(jìn)入 渦輪增壓氣輪室10，兩種動(dòng)能噴射合力，驅(qū)動(dòng)氣輪16呈單向勻速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)不斷吹進(jìn)的高 速氣流18與氣輪16轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的氣流，相互作用下，使氣輪16維持勻速旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣流加速噴射器裝置12、13、17，其特征在于將風(fēng)能9、太陽 熱能8和空氣冷熱對(duì)流動(dòng)能9、11，以及高速氣流18通過多點(diǎn)加速噴射器12、13、17噴射， 驅(qū)使進(jìn)入渦輪增壓氣輪封閉室10內(nèi)的氣流18維持高速單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的加速噴射器 12、13、17可調(diào)節(jié)風(fēng)速和流量，由加速導(dǎo)風(fēng)管和電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣輪機(jī)16裝置，其特征在于，內(nèi)置渦輪增壓氣輪封閉室10 內(nèi)，在60M/s以上的高速氣流18風(fēng)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，突破了風(fēng)力發(fā)電25M/s的運(yùn)轉(zhuǎn)極限，根據(jù)氣 (風(fēng))輪與風(fēng)速三次方同樣成正比的原理，氣輪16迎風(fēng)面積可大大減小，可輕易確定氣輪葉 片與氣流的最佳攻角，提高能量的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)不同需要，氣輪機(jī)16可選擇多方式結(jié)構(gòu)、設(shè) 置大小不同受風(fēng)面積、不同形狀氣輪葉。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣流發(fā)電機(jī)19裝置，其特征在于由于高速噴射氣流18(颶 風(fēng))的驅(qū)動(dòng)作用，發(fā)電機(jī)19單機(jī)功率大大提升，可達(dá)到7萬KW，突破了目前風(fēng)力發(fā)電單機(jī)5000KW的功率極限；所述的發(fā)電機(jī)傳動(dòng)裝置可直接由氣輪16同軸驅(qū)動(dòng)，也可通過齒輪或 傳動(dòng)軸14、15驅(qū)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5、6所述的加速噴射器12、13、17的電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，太陽能大容積聚合 氣流容器1的發(fā)熱材料4，全部耗電由本系統(tǒng)的發(fā)電供應(yīng)，全年平均耗電占本系統(tǒng)發(fā)電量的 30%左右。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電輸送控制中心22，包括兩部分發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置 和上網(wǎng)變壓輸送裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射式渦輪增壓大型發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)裝置，其特征在于所述 的渦輪增壓氣輪發(fā)電機(jī)組6，可設(shè)置多組合；本發(fā)電系統(tǒng)裝置可多單元組成大型發(fā)電站，也 可以建造小型發(fā)電機(jī)組，適應(yīng)不同的商業(yè)要求。
全文摘要
噴射式渦輪增壓大型發(fā)電系統(tǒng)，利用風(fēng)能、太陽能和冷熱氣流動(dòng)能互補(bǔ)聚合，通過加速噴射器導(dǎo)入渦輪增壓氣輪封閉室，形成高速氣流達(dá)到60m/s以上，產(chǎn)生人造颶風(fēng)，驅(qū)動(dòng)氣輪單向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，高速噴射氣流驅(qū)動(dòng)氣輪的同時(shí)，氣輪的轉(zhuǎn)動(dòng)又加速了氣流，最大限度地反復(fù)利用動(dòng)能，從而突破了自然風(fēng)速25m/s，功率轉(zhuǎn)換系數(shù)＜0.59定律的極限。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)單機(jī)大功率、全天候、滿負(fù)荷、勻速發(fā)電友好上網(wǎng)，其最大特點(diǎn)突破了目前風(fēng)力、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的局限，填補(bǔ)了光熱大型發(fā)電的空白，在利用清潔無盡可再生能源大型發(fā)電方面，開辟了人類替代能源的另一個(gè)全新領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F03G6/06GK102072104SQ201010564808
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
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