一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统，其包括太阳能热气流发电装置和冷风发电装置，太阳能热气流发电装置包括集热风棚、涡轮发电机组Ⅰ和设置在山体顶部的太阳能烟囱，集热风棚设置在斜坡上部，并与太阳能烟囱相连，涡轮发电机组Ⅰ设置在太阳能烟囱与集热风棚交界处；冷风发电装置包括集风棚、涡轮发电机组Ⅱ和设置在山体底部的排风短烟囱，集风棚设置在斜坡下部，涡轮发电机组Ⅱ设置在排风短烟囱与集风棚交界处，斜坡位于集风棚与集热风棚之间的部分裸露在外。本发明专利技术利用太阳辐射加热气体并依靠烟囱产生浮升力发电的基础上，有效利用山体地形产生的山谷风效应，实现高效率持续发电，具有发电成本低、适用性广等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能热气流发电领域，更具体地，涉及一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统。
技术介绍
随着社会的飞速发展，人类对能源的需求越来越大，可传统的化石燃料(煤、石油、天然气)日渐枯竭，化石燃料燃烧过程还会产生严重的环境问题，人类面临日趋严重的能源危机与环境污染，因此迫切需要寻找可行的大规模的可再生清洁能源利用技术。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，其中，太阳能热气流发电技术作为一种利用太阳能发电的技术手段，正受到国内外学者越来越多的研究，在我国山地占全国陆地面积的1/3，并且有许多山脉位于中高玮度且太阳辐射多的地区，因此有效利用山地地形条件结合太阳能热气流发电技术提高发电效率成为国内外学者研究的热点。现有技术中对于如何将太阳能利用技术与山地的地形相结合已经做出一些设计方案。例如，CN200410073048.1公开了一种太阳能烟囱发电装置的建造方法，并涉及一种太阳能烟囱发电装置，该发电装置将太阳能烟囱建造在斜坡的坡顶上，并将集热棚建造在山体倾斜阳面的斜坡上，利用太阳能实现发电；此外，CN201320304454.9公开了一种应用于山体的太阳能风力发电装置，其包括顺着山势设置的对流管、设于对流管顶端和底端的加热单元、风力发电单元以及控制单元，通过该装置可实现持续供电。然而，进一步的研究，上述现有技术仍然存在以下的缺陷或不足:上述的太阳能烟囱发电装置只能利用集热棚内被加热的空气实现太阳能发电，其发电效率低、无法满足大功率发电要求；而上述太阳能风力发电装置，虽然可实现白天与晚上的持续发电，但其需额外设置加热单元、控制单元和温度传感器，整体结构复杂，投资成本高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统，其中结合太阳能热气流发电技术并利用山体地形产生的山谷风效应，相应设计了适用于不同山体结构的太阳能热气流冷风复合发电系统，并对其关键组件如太阳能热气流发电装置、冷风发电装置的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效利用山体地形产生的自然山谷风以及太阳辐射实现白天太阳能热气流发电以及晚上的冷风发电，具有发电效率高、发电可持续性强、适用性广等优点，因而尤其适用于中高玮度地区山体等场合。为实现上述目的，本专利技术提出了一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统，其特征在于，该发电系统包括太阳能热气流发电装置和冷风发电装置，其中:所述太阳能热气流发电装置包括太阳能烟囱、集热风棚和涡轮发电机组I，所述太阳能烟囱设置在山体的顶部；所述集热风棚沿着所述山体的斜坡设置在该斜坡的上部，并与所述太阳能烟囱相连；所述涡轮发电机组I设置在所述太阳能烟囱与所述集热风棚的交界处；所述冷风发电装置包括排风短烟囱、集风棚和涡轮发电机组II，其中，所述排风短烟囱设置在所述山体的底部，其与所述集风棚相连；所述集风棚沿着所述斜坡的下部向上延伸，而所述斜坡位于所述集风棚与所述集热风棚之间的部分则裸露在外，以此使得所述山体中的自然山谷风作为所述集风棚与所述集热风棚的入口风；所述涡轮发电机组II设置在所述排风短烟囱与所述集风棚的交界处；以此方式，利用太阳能辐射以及山体中的自然山谷风实现高效率持续发电。作为进一步优选的，白天，所述斜坡位于所述集热风棚和集风棚之间的部分吸收太阳辐射以形成谷风热气流，该谷风热气流沿着所述斜坡进入集热风棚中，以增加所述集热风棚进风的热量和风量，进而实现太阳能热气流增效发电；晚上，所述斜坡位于所述集热风棚和集风棚之间的部分快速冷却以形成山风，该山风沿着所述斜坡进入所述集风棚中，进而实现冷风发电。作为进一步优选的，所述涡轮发电机组I设置在所述集热风棚靠近所述太阳能烟囱位置处，所述涡轮发电机组I中的涡轮为水平轴式。作为进一步优选的，所述涡轮发电机组I设置在所述太阳能烟囱靠近所述集热风棚位置处，所述涡轮发电机组I中的涡轮为垂直轴式。作为进一步优选的，所述涡轮发电机组II设置在所述集风棚靠近所述排风短烟囱位置处，所述涡轮发电机组II中的涡轮为水平轴式。作为进一步优选的，所述涡轮发电机组II设置在所述排风短烟囱靠近所述集风棚位置处，所述涡轮发电机组II中的涡轮为垂直轴式。作为进一步优选的，所述集热风棚贴覆所述斜坡的上部而建，所述集风棚贴覆所述斜坡的下部而建，所述集热风棚与集风棚之间有较长的裸露山体。作为进一步优选的，所述集热风棚的形状为矩形、梯形或局部圆锥形。作为进一步优选的，所述太阳能热气流发电装置为多组，所述冷风发电装置为一组，其中，上述多组太阳能热气流发电装置分设在所述冷风发电装置的多个方向上，并且所述冷风发电装置上设置有多个与所述太阳能热气流发电装置中的集热风棚相对的集风棚。作为进一步优选的，所述集热风棚内设有蓄热层；所述集热风棚的棚面形状为沿着所述斜坡表面向上收缩的曲面或向上收缩的斜面或与所述斜坡表面平行的平面；所述集风棚的棚面形状为沿着所述斜坡表面向下收缩的曲面或向下收缩的斜面或与所述斜坡表面平行的平面。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:1.本专利技术结合太阳能热气流发电技术并利用山体地形，设计获得发电效率高的太阳能热气流冷风复合发电系统，该系统在白天利用太阳辐射产生热气流发电，同时利用山体地形产生的谷风增加集热风棚入风口的温度和风量，提高了发电潜力；在晚上收集并利用山风进行风力发电。该太阳能热气流冷风复合发电系统在利用太阳辐射加热气体并依靠烟囱产生浮升力发电的基础上，有效利用特殊地形产生的自然山谷风增加风量和热量进而增加发电潜力，提高发电效率。2.本专利技术还对太阳能热气流冷风复合发电系统中的关键组件如太阳能热气流发电装置、冷风发电装置以及涡轮发电机组的具体结构与布置方式进行研究和设计，使得该发电系统可适用于单侧、双侧、三侧、四面环山以及不规则山体等各种不同山体结构，本专利技术还对集热风棚和集风棚的形状进行了设计研究，设计了多种适用于各种山体结构的不同形状的棚子，具有适用范围广的优点，相比传统的太阳能热气流发电系统，可显著提高昼夜发电效率，降低发电成本。【附图说明】图1是本专利技术太阳能热气流冷风复合发电系统的整体结构示意图；图2(a)和(b)分别是本专利技术太阳能热气流冷风复合发电系统在白天与夜晚的工作原理图；图3(a)和(b)分别是本专利技术太阳能热气流冷风复合发电系统的不同形状的集热风棚结构示意图；图4是用于四面环山的太阳能热气流冷风复合发电系统的结构示意图；图5(a)_(f)分别是本专利技术太阳能热气流冷风复合发电系统中涡轮发电机组的不同布置方式示意图；图6(a)_(f)分别是本专利技术集热风棚与集风棚棚面的不同形状示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统，其充分利用因山体地形所形成的自然山谷风以及太阳能辐射，以有效解决现有太阳能烟囱发电系统效率低的问题，同时降低成本，提高经济效益，该太阳能热气流冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于山体的太阳能热气流冷风复合发电系统，其特征在于，该发电系统包括太阳能热气流发电装置和冷风发电装置，其中：所述太阳能热气流发电装置包括太阳能烟囱(1)、集热风棚(3)和涡轮发电机组Ⅰ(2)，所述太阳能烟囱(1)设置在山体的顶部；所述集热风棚(3)沿着所述山体的斜坡(4)设置在该斜坡(4)的上部，并与所述太阳能烟囱(1)相连；所述涡轮发电机组Ⅰ(2)设置在所述太阳能烟囱(1)与所述集热风棚(3)的交界处；所述冷风发电装置包括排风短烟囱(9)、集风棚(8)和涡轮发电机组Ⅱ(6)，其中，所述排风短烟囱(9)设置在所述山体的底部，其与所述集风棚(8)相连；所述集风棚(8)沿着所述斜坡(4)的下部向上延伸，而所述斜坡(4)位于所述集风棚(8)与所述集热风棚(3)之间的部分则裸露在外，以此使得所述山体中的自然山谷风作为所述集风棚(8)与所述集热风棚(3)的入口风；所述涡轮发电机组Ⅱ(6)设置在所述排风短烟囱(9)与所述集风棚(8)的交界处；以此方式，利用太阳能辐射以及山体中的自然山谷风实现高效率持续发电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周新平，许洋洋，黄勇，袁硕，谭栋文，张浩，张飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42