依山風助式太陽能沼氣氣流發電廠的製作方法

2023-10-12 00:21:19 1

專利名稱：依山風助式太陽能沼氣氣流發電廠的製作方法
技術領域：
新能源發電技術
背景技術：
第一，關於太陽能收集技術首先，目前人們已能夠利用塑料(或玻璃)大擁的透光保
溫作用來建造用於種菜的大擁(或溫室)，這實際上是利用塑料(或玻璃)大棚來收集利用太陽能；其 次，人們在利用太陽能熱水器時，把熱水器的集熱管組傾斜放置，是因為斜面比平面能更有效地吸收太 陽能。本發明引用這兩點，是為了說明——利用塑料(或玻璃)大棚的透光保溫作用來收集利用太陽能 的技術已經成熟；用斜面吸收太陽能比平面更有效。
第二，關於沼氣製取技術沼氣的製取和利用不論是在我國農村的小規模利用，還是在工業上大規模製 取利用技術已經成熟。中央電視臺第一套節目《新聞聯播》在2006年12月就曾經對我國第一座沼氣發 電廠在山東濟南成功建成並發電作過報導。本發明引用上述資料，在於說明——沼氣的大規模製取和利 用技術是成熟的。
第三，關於風力發電技術不論是建造大規模風力發電廠，還是小型戶用風力發電技術都已成熟。 第四，關於氣流發電技術在自然界中空氣對流時有很大的能量交換，那麼空氣對流的能量可以利用 嗎？其實，人們很早就已經利用空氣對流的能量了——在我國北方的黃土高原，人們住著土窯洞，窯洞 內有火炕，火炕的末端有從窯洞壁的土牆內穿至窯頂上的很高的煙囪，用這樣的設施，就可用煙囪的強 大的抽力把爐子生的很旺，大大縮短做飯時間(這裡煙囪的抽力就來自於空氣熱升冷降的能量)。當地還 有一句俗話"爐子不快是煙囪低"。這說明空氣對流的能量是可利用的，而且人們在長期的實踐中還總 結出了一條規律一煙囪的海撥高度或自身高度越高其抽力越大。其實，關於煙囪高度與抽力的關係有
273 屍
一個物理公式PA=H (1.2—psmo，l)^"其中，PA為煙囪抽力，H為煙囪高度。由此公式可看 出一_在設定其它條件相同的情況下，煙囪的高度H與抽力PA成正比。以上公式摘自《熱風爐原理與技 術》(化學工業出版社2004年9月出版)第155頁。
那麼，利用空氣對流的能量可以發電嗎？下面我摘錄《點對點 講與練雙向激活 九年級語文 下》 (吉林人民出版社2006年9月第一版，由許晶主編)這本練習冊中第113頁的一篇說明文《氣流功能充 滿奇妙》中的第三段
在現代科技發展的時代中，氣流的應用更是充滿神奇的色彩。20世紀80年代初，德國科學家首先提出並 付諸實踐，利用氣流發電。這種氣流電站的構造很奇特，外形象一個既髙又粗的大煙囪。大煙囪直徑10 米，髙200米，可以用來抽吸空氣而使熱氣流迅速排出。圍繞煙囪的是一個巨大的環形曲面透明塑料大 棚。大棚與煙囪連結部分髙約8米，邊緣高2米，方圓252米。煙囪的底部有發電機。由於塑料的透光 保溫作用，大棚內的空氣經太陽照射後便會逐漸升溫，使棚內溫度比擁外要高出201C左右。利用空氣熱 升冷降的特點，再加上髙大煙囪的急速排出作用，可以使熱空氣以每秒20"60米的速度，經由設在煙囪 底部的發電機，並驅動發電機進行工作。利用這種發電裝置，這座電站白天可以發電100兆瓦，夜間利 用餘熱也可以發電40千瓦。據推算，發電成本與核電站相似，利用起來十分合算。 我們先來分析一下這種發電技術的能量來源 一個來自太陽能——大棚內的空氣經太陽照射後便會逐漸 升溫，升溫後的熱空氣上升，這裡太陽能轉化成了熱空氣上升的動能，只不過這裡熱空氣上升的空氣對 流是經過太陽照射人為設施(曲面式塑料大棚)內的空氣而產生的；另一個來自於"大煙囪"的抽力一 一這種抽力來自於(在沒有經過人為設施產生的熱能加熱空氣的條件下)自然環境中其通風處熱空氣上 升或冷空氣下降的動能或勢能，在本發明中不妨把這些動能和勢能的總和叫作自然環境中空氣對流的能 量。可見在這兩種能量的共同作用下，使熱空氣以每秒20"60米的速度流動，驅動發電機發電。因此， 空氣對流的能量可以發電，這項技術在20多年前已經實施。
第五，關於計算機自動控制技術這項技術已經在工農業生產和其它領域廣泛應用*尤其是在電廠中利 用該技術可以大大提髙電廠經濟效益和資源利用效率.因此，本發明也採用了一些計算機技術. 第六，關於幾個術語的說明1、煙囪式氣道——由於在本發明中煙囪所抽拌的是熱空氣而不是煙氣，因 此把它叫做煙囪式氣道..
2、 煙囪的抽力~~ffl氣(在本發明中指熱空氣)溫度比環境溫度髙，密度比冷空氣小，因此，煙氣具有 上 H^.其鵬的壓興叫娜囪的抽力或自4i1^.(摘自朱文學著《^!^尿理與^t)第155頁).
3、 煙囪式氣道的相對海撥商度——在本發明中指煙囪式氣道的自身離度加上它所處的山坡(或山頂)的 海撥商度，
4、 自然環境中空氣對流的能Jl^~煙囪式氣道的自生通風力(或抽力〉在自然條件下，來自於其通風處 的熱空氣上升或冷空氣下降的動能或勢能，把這些動能或勢能的總和稱為自然環境中空氣對流的能量
(這裡的自然條件是指在沒有人為設施產生的熱能加熱空氣的情況下，煙囪式氣道所處的自然環境).

發明內容
包括基本原理，電廠構造，工作過程，技術優點四部分*
一、 基本原理 利用太陽能或沼氣糖燒產生的熱能加熱曲面式塑料大棚內的空氣，同時利用空氣對 流時熱空氣上升的原理，加上煙囪式氣道的抽動作用使熱空氣急速流動從而驅動發電機組工作，把太陽
能和沼氣能以及自然環境中空^wm的能量轉化成電能，
利用風能驅動安裝在山頂(或山坡〉上的風力發電機組工作，其電能作為電廠總電能的一部分輸出；在 霈要時其電能為安裝在煙囪式氣道頂靖的引^l提供動力，以增強煙囪式氣道的抽力.
二、 電廠構逸 位於山頂(或山坡)上的煙囪式氣道(如說明書附圖中圖1中圓0和圖2中H所 示)；位於煙囪式氣道下方山坡上的曲面式塑料大棚(如說明書附圖中，圖1中梯形A' B' G' D'和圖2 中四邊形ABCD所示)位於曲面式塑料大棚內靠山腳"Ht4的地面下的沼氣池(如說明書附圖2中厶BEF所 示)；安裝在曲面式塑料大擁內山坡中下部位的沼氣燃燒加熱器組(如說明書附圖2中EG線段所示),安 ^煙囪式^ii^部的氣atS電機組(如說明書附圖2中K4t^示〉安裝在煙囪式^il頂端的引風機(如說 明書附圖2中1旨示)^g在山頂(或山坡〉fSa皿的風力發電機組^TiW機自^S制系統等.-由於山體的地理環境和氣候環境有很大差異，因此在設計建造發電廠時一定要因地制宜，充分利用山地 富集的太陽能和風能資涯以及山地海撥布的特點來確定電廠各構成部分的具體數據和電廠規模.
三、工作過程(如說明書附圖3所示)
第一，有陽光有風時，利用陽光照射加熱曲面式塑料大擁內空氣，並通過煙囪式氣道的強大抽排作用， 抽動上升的熱空氣，產生急速流動的熱氣流驅動氣流發電機組發電並把風力發電機組生產的電能作為電廠總電能的一部分同太陽能生產的電能一併輸出.
第二，無陽光有風時，用沼氣燃燒產生的熱能通過燃燒器加熱曲面式塑料大棚內的空氣，並通過煙囪式 氣道的強大抽排作用，抽動上升的熱空氣，產生急速流動的熱氣流驅動氣流發電機組發電並把風力發 電機組生產的電能作為電廠總電能的一部分同沼氣能生產的電能一併輸出。 第三，無風時，只用太陽能或沼氣能發電。
第四，引風機的作用就是在氣候條件不利於煙囪式氣道發揮最佳抽力時，以機械抽動的方式增強煙囪式 氣道的抽力。其動力通常情況下由風力發電機組提供.比如，當風速過大，出現"壓風頭"的情況時， 就需開動引風機。
第五，引風機在相應氣候條件下的自動開關，沼氣燃燒加熱器的自動開關和加熱時間的長短均由計算機 自動控制。
四、技術優點第一，相對背景技術中煙囪式氣道而言，把煙囪式氣道建在山坡(或山頂上)上， 大大提髙了煙囪式氣道的相對海撥高度，從而大大增強了煙囪式氣道的抽力，增強了發電能力. 第二，相對於背景技術中的曲面式塑料大棚而言，把曲面式塑料大擁建在山坡上，山坡的傾斜坡面能更 有效地吸收太陽能；同時山坡也是太陽能富集的地方，山坡的坡面對被加熱上升的熱空氣有一定的抬升 作用，使熱空氣上升速度加快。這些優點大大增強了發電能力。
第三，相對於背景技術中的氣流發電而言，增加利用沼氣燃燒的熱能加熱曲面式塑料大棚內的空氣，使 電廠在無陽光時或夜間都可發電，實現了多能互補，大大增強了電廠的總供電能力和持續供電能力把 沼氣池建在曲面式塑料大栩內靠山腳的地面下，由於大棚的增溫保溫作用，因而提高了沼氣池內相對溫 度，增加了沼氣池的產氣能力。
第四，相對於背景技術中的氣流發電而言，增加使用風力發電機組並把它們安裝在山坡(或山頂)上， 充分利用了山坡(或山頂)風能富集這一有利條件，為電廠提供了又一個能量來源，同樣實現了多能互 補，提高了電廠的總供電能力和持續供電能力。
第五，把煙囪式氣道建在山坡(或山頂)上，提髙了它的相對海撥高度，增強了它的抽力，也就是增強 了利用自然環境中空氣對流的能量的能力，為電廠生產電能提供了又一種新的能量來源，實現了多能互 補。同時也為利用自然環境中空氣對流的能量發電找到了一種有效方法。
第六，相對於背景技術中的煙囪式氣道而言，在煙囪式氣道頂端安裝引風機並利用風力發電機組為其提 供動力，巧妙地解決了由於風速過大而對煙囪式氣道產生"壓風頭"等由於氣候環境而對煙囪式氣道的 抽力產生不利影響的難通，比如說，在額定電壓下，風速越大，風力發電機組提供的電能越大，引風機 的抽力也it^大，煙囪式氣道的抽力也就越大。這樣，風速過大不但沒有產生"壓風頭"的現象，反而 增強了煙囪式氣道的抽力。
第七，把電廠建在山坡上，不佔用或少佔用耕地，節約了土地資源，減少了投資成本。
第八，在發電的整個過程中，無需使用水參與熱交換，節約了寶貴的水資源，減少了投資成本。
第九，利用太陽能、沼氣能、風能以及自然環境中空氣對流的能量發電對環境無汙染，而且利用沼氣發
電還可以處理城市汙水和人畜糞便等有機垃圾並生產優質有機肥料，變廢為寶.
第十，太陽能、沼氣能、風能以及自然環境中空氣對流的能量都是可持續利用的清潔能源，對解決能源 危機和開發新能源都有重要意義。
總之，本發明把發電廠依託山體而建，充分利用了山地太陽能和風能富集以及海撥高度大等有利條件， 把太陽能、沼氣能、風能以及自然環境中空氣對流的能量綜合利用，多能互補，從而大大提高了電廠的 總供電能力和持續供電能力。是一項節能環保，清潔低成本的可持續利用的新能源發電技術。


第一，說明書附圖中圖l所示的是電廠主要構成部分的俯視圖，其中圓O所示的為煙囪式氣道 的頂端梯形A'B'C'D'所示的為曲面式塑料大擁的頂擁，其中梯形的上底邊A'B'長度為80米，下底
邊C' D'長度為120米，直線OO'是從俯視的角度觀察時，電廠主要構成部分的中心軸線。
第二.說明書附圖中圖2所示的是電廠主要構成部分的左視中心軸線縱切面圖，在這裡設定圖2中所有 的點都在同一平面內。其中，H所示的為煙囪式氣道的左視中心軸線縱切面圖，MN為煙囪式氣道的中心 軸線，其箭頭所示方向是由它的頂端至底部的方向，其長度為100米；其中，四邊形ABCD所示的是曲面 式塑料大栩的左視中心軸線縱切面圖，直線AD所示的為它的頂栩的中心軸線，BC線段所示的為它的底面 的中心軸線，其長度為130米；其中，點B、 E、 G、 C、 N所.在、的直線為山坡坡面的中心軸線，其箭頭所 示方向是由山腳到山頂的方向厶BEF所示的是沼氣池所處的位置，其中線段BE為沼氣池頂部的中心軸 線，其長度為40米；EG線段為沼氣燃燒加熱器組所處的部位，其長度為25米;點K所示為氣流發電機 組安裝的部位；點I所示的是引風機安裝的部位。
第三，說明書附圖中的比例尺為1: 1000,單位是釐米。其中所有的數據都是為了繪圖規範而設定的， 不做為具體實施數據.
第四，把說明書附圖中的圖2作為摘要附圖，第五，說明書附圖中的圖3是電廠工作流程圖。 具體實施方法 第一，關於電廠廠址的選擇選坡面朝東南方向，有一定海撥髙度的山體；山坡要
有足夠大的坡度和坡面面積山體的地質狀況要適宜建造髙大的煙囪式氣道，選風能和太陽能富集的山 地；山體所處的氣候環境要有利於發揮煙囪式氣道的抽力；選擇靠近城鎮或養殖場等能為生產沼氣提供 有機廢物並且方便把這些有機廢物運入電廠的地方等等.第二，關於煙囪式氣道的建築產用鋼筋混凝 土結構要有足夠的髙度，使它的抽力達到電廠設計規模的相應要求為準；形狀為下粗上細有足夠大的 截面面積的煙囪狀(如說明書附圖中，圖2中H所示)；煙囪式氣道的內壁應產用相應的建築工藝，使其 光潔平整如果山體的地質狀況不適宜建造高大的建築物，則可建造髙度比較低的兩個或多個煙囪式氣 道，只要它們的總抽力達到相應的要求即可。第三，關於曲面式塑料大栩的建造產用抗老化，有一定 抗拉能力，透光保溫性能好並有一定厚度的塑料，有條件的可以產用雙層鍍胰深色中空玻璃建造；產用 水泥柱和鋼架作支架其立體形狀為上髙下低的曲面式大擁狀(如說明書附圖中，圖1中梯形A'B'C'D' 和圖2中四邊形ABCD所示)它.的空氣總容積應當能保證在被加熱的空氣被抽走後有後繼的空氣供應， 以達到持續循環的目的；大棚所佔的坡面相對於煙囪式氣道至山腳要有足夠長的距離，以便空氣在向上 流動時有足夠的時間被加熱；它所佔的坡面應當平整光潔，有利於吸收和反射陽光t它靠山腳的一邊. 應當留有進氣口等等；第四，關於沼氣池的建造建在曲面式塑料大棚內靠山腳一邊的地面下 <如說明 書附圖中，圖2中厶BEF所示)；其產沼氣能力應當能夠滿足電廠在無陽光時(或夜間)發電所需燃燒的 沼氣量；沼氣燃燒加熱器組應當安裝在曲面式塑料大棚內山坡坡面的中下部位(如說明書附圖中，圖2 中GE線段所示)；以利於把從棚下部進氣口流入的冷空氣逐漸加熱。第五，關於引風機引風機安裝在 煙囪式氣道頂端(如說明書附圖中，圖2中I處所示)， 一般由風力發電機組為其提供動力。第六，關於 風力發電機組風力發電機組安裝在山坡(或山頂)風能富集的部位，它所生產的電能作為電廠總電能 的一部分輸出，並在需要時為引風機提供動力.第七，關於氣流發電機組氣流發電機組作為電廠的主 要發電設備安裝在煙囪式氣道底部熱氣流流動最快的部位(如說明書附圖中，圖2中K處所示')s它的總 發電功率由電廠設計規模而定。第八，關於計算機自動控制系統它們的主要作用是自動開關沼氣燃燒 加熱器和控制沼氣燃燒時間，自動控制曲面式塑料大栩內溫度，自動控制引風機開關和引風機工作時 間，自動控制風力發電機組，自動調節並調度太陽能、沼氣能、風能幾種能源所生產的電能。使電廠總 電能輸出穩定。總之，利用計算機自f控制系統能大大提髙電廠生產電能的能力和發電效率。 以上實施方案中電廠各組成部分和各工作運行部位的具體數據都應當在具體的勘察設計時根據電廠的總 規模和相應的地理條件和氣候條件來確定，總的原則是——應充分利用山地富集的太陽能和鳳能。充分 利用山地有比較髙的海撥髙度等等有利條件。
權利要求
1、把煙囪式氣道依託山坡(或山頂)而建；
2、 把曲面式塑料大棚依託山坡而建；
3、 在發電技術中增加利用山地富集的風能發電；
4、 在氣流發電技術中，增加利用沼氣燃燒加熱空氣發電；
5、 在煙囪式氣道頂端增加安裝引風機；本發明與現有的利用太陽能加熱空氣的氣流發電技術的共有特徵是都利用太陽能加熱曲 面式塑料大棚內的空氣，利用空氣熱升冷降的原理，加上煙囪式氣道的抽力，使加熱後的熱空 氣急速流動，驅動發電機發電。本發明與現有的利用太陽能加熱空氣的氣流發電技術相區別的最基本的幾個特徵是第一，把煙囪式氣道建在山坡(或山頂)上，依託山體的海拔高度，來提高煙囪式氣道的相對海拔髙度，增強其抽力，從而增強了電廠的發電能力；第二，把曲面式塑料大棚依託山坡而建， 利用山地的傾斜坡面，大大增加了有效吸收山地富集的太陽能的能力，同時山坡的坡度對被加 熱後上升的熱空氣有一定的抬升作用，加快了熱氣流的流速，這些技術特點都大大增強了電廠 發電能力；第三，把風力發電機組安裝在山坡(或山頂)上風能富集的地方，為電廠提供了新 的能量來源，實現了多能互補，這一技術方案大大增強了電廠的總供電能力和持續供電能力； 第四，在利用太陽能加熱空氣的氣流發電技術中增加使用沼氣燃燒加熱空氣發電，使電廠在無 陽光時(或夜間)也可以發電，為電廠提供了又一個新的能量來源，同樣實現了多能互補，大 大增加了電廠的總供電能力和持續供電能力；第五，在煙囪式道的頂端安裝引風機，以機械抽 動的方式增強煙囪式氣道的抽力，並用風力發電機組為其提供動力，解決了因風速過大而對煙 囪式氣道產生"壓風頭"的現象的難題，使風速過大不但不會產生"壓風頭"的現象，反而增 強了其抽力。
6、 引用第l項
權利要求
"把煙囪式氣道依託山坡(或山頂)而建。"其技術特徵是提出 把煙囪式氣道依託山坡(或山頂)而建，提髙了其相對海拔髙度增加了其抽力，同時也是增強 了利用自然環境中空氣對流的能量的能力這一技術觀點，為有效利用自然環境中空氣對流的能 量提供了一種方法。
全文摘要
依山風助式太陽能沼氣氣流發電廠。技術領域新能源發電技術。一、把電廠依託山體而建依託山體的海撥高度，來提高煙囪式氣道的相對海撥高度，增強它的抽力；把曲面式塑料大棚依託山坡而建，山坡的傾斜坡面增強了有效吸收太陽能的能力，同時山坡的坡度對上升的熱氣流有一定的抬升作用，加快了氣流流速。這些都增強了電廠發電能力。二、增加使用燃燒沼氣加熱空氣發電，使電廠在無陽光(或夜間)時都可發電，為電廠提供了新的能量來源。三、使用風力發電，為電廠提供了又一個能量來源。總之，本發明充分利用了山地太陽能和風能富集以及海撥高的特點，把幾種能源綜合利用，多能互補，增強了電廠的總供電能力和持續供電能力。
文檔編號F03D9/00GK101178054SQ20071009125
公開日2008年5月14日 申請日期2007年3月27日 優先權日2007年3月27日
發明者王文平 申請人:王文平