专利名称：一种太阳能烟囱发电装置的建造方法
技术领域：
本发明涉及太阳能发电领域，特别涉及一种太阳能烟囱发电装置的建造方法。
背景技术：
太阳能烟囱发电技术是被许多能源专家看好的一项新技术。建造太阳能烟囱电站的设想是由来自斯图加特大学的乔根·施莱奇教授提出的。太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮机发电机组3个基本部分所构成。太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上；集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统；集热棚中心离地面一定距离处装着高大的烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热土地和集热棚覆盖层之间的空气，使集热棚内空气温度升高密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机带动发电机发电。
经申请人进行的资料检索与本发明相关的技术有以下几篇法国专利第2,307,982号给出了一种太阳能烟囱，其烟囱周围环绕着环形的水池，水池起着吸热和储热的作用。利用换热形成的气流推动装在烟囱底部的涡轮机带动发电机发电。
法国专利第2,436,268号给出了一种太阳能烟囱，它由环绕烟囱基部的太阳能板构成空气加热室，推动装在烟囱底部的涡轮机带动发电机发电。
美国专利第4,452,046号给出了一种太阳能烟囱，它至少连接有一个单独的水温室(hydric hothouse)，各水温室水面上的热空气由管道输送到烟囱中，推动装在烟囱底部的涡轮机带动发电机发电。
中国专利94190117.3给出了一种太阳能烟囱，它利用太阳能收集器中可蒸发区水的蒸发来提高流过涡轮机的空气的温度和湿度，以提高系统效率。
在上述公知的太阳能烟囱中，烟囱周围是大面积的接近水平面布置的太阳能空气集热棚，集热棚中的空气被加热，热空气流向中央的烟囱，推动烟囱底部的风力涡轮机运转，涡轮机带动发电机发电。这种发电系统的集热棚面积越大系统发电功率越大，烟囱越高系统发电效率越高，而系统的主要成本在于大面积的集热棚和高大的烟囱，水平布置的集热棚在高纬度地区单位集热面积所截获的太阳光较少，因而集热效率较低，尤其是在冬季。提高集热效率可以减小集热棚的面积，提高烟囱的有效高度可以提高系统效率，提高系统效率也可以减小集热棚的面积，也就可以降低系统成本。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种太阳能烟囱发电装置的建造方法，该太阳能烟囱发电装置由太阳能集热棚、太阳能烟囱和安装在太阳能烟囱内的涡轮机发电机组组成；其特征在于，包括以下步骤1)将上述集热棚建造在倾斜阳面自然斜坡上，太阳能烟囱建造在斜坡的坡顶上，并使集热棚的上部与太阳能烟囱的底部连通，涡轮机发电机组安装在太阳能烟囱的底部；2)集热棚由透明覆盖层、透明覆盖层下地面和前两者中间空气夹层构成，透明覆盖层由钢结构框架和紧固在框架上的透明盖板组成，覆盖层是玻璃或其它透明板材，集热棚的空气夹层分割成不低于2个集热区，每个集热区的顶部靠近烟囱入口处设有可以开关的门；3)集热棚的集热区地面均匀地铺满石头或绝热保温层；石头的上表面喷涂有黑色的太阳能吸热涂层，绝热保温层上有喷涂黑色的太阳能吸热涂层的吸热板；4)集热棚的每个集热区形成一个集热气流通道，气流从低端入口进入，在该集热区加热后沿集热通道上升，最后进入烟囱底部，推动安装在烟囱底部的涡轮机发电机组发电。
本发明的特点在于在高纬度地区，将集热棚建造阳坡面上有利于正对太阳，正对太阳可以增大集热棚截获太阳光的有效面积，从而提高集热棚的集热效率；坡顶建造烟囱在不增加或少增加建造成本的前提下提高了烟囱的有效高度，提高烟囱的有效高度就可以提高系统效率，进而降低系统的发电成本。分区的集热棚加上石头储能使装置能量可调度使用，装置可用做独立供电系统使用。采用集热棚的地面均匀地铺满绝热保温层可以获得最大发电量，可用于并网发电。
图1是本发明的太阳能烟囱发电系统的侧视剖面图；图2是图1的阳面正视图。
图3是根据本发明的太阳能烟囱发电系统另一实施例的阳面正视图。
图4是根据本发明的太阳能烟囱发电系统的烟囱底部涡轮发电机安装的结构示意图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施例方式
图1是根据本发明的太阳能烟囱发电系统的侧视剖面图；图2是图1的阳面正视图。
包括太阳能集热棚2、太阳能烟囱1和安装在太阳能烟囱1内的涡轮机发电机组3，集热棚2建造在高纬度地区的倾斜阳面自然坡度上，集热棚2可以被分割成不低于2个集热区，每个集热区均设有可以开关的门，集热区的地面均匀地铺满石头，石头的上表面喷涂有黑色的太阳能吸热涂层；太阳能烟囱1建造在坡顶上，以提高太阳能烟囱的有效高度。使集热棚2的上部与太阳能烟囱1的底部连通，涡轮机发电机组安装在太阳能烟囱的底部。
图2是根据本发明的太阳能烟囱发电系统实施例的阳面正视图。
太阳能烟囱1建在斜坡4的顶部，集热棚2依斜坡4而建，它的上部与烟囱的底部连通，在集热棚2里被加热的空气沿集热棚上升，进入烟囱1形成强大的上升气流，该气流推动安装在烟囱1底部的涡轮机发电机组中的风力涡轮机3旋转，涡轮机带动发电机发电。
集热棚2由透明覆盖层、覆盖层下地面和前两者中间空气夹层构成，覆盖层由钢结构框架和紧固在框架上的透明盖板组成，覆盖层是玻璃或其它透明板材，集热区的地面均匀地铺满石头，石头的上表面喷涂有黑色的太阳能吸热涂层，石头具有吸热和储热的双重作用。集热棚的空气夹层可以用钢板或其它板材分割成不低于2个集热区，每个集热区形成一个集热气流通道，气流可以从低端入口进入，在该集热区加热后沿集热通道上升，最后进入太阳能烟囱1的底部，每个集热区的顶部靠近烟囱入口处设有可以开关的门9，集热棚2分区可使系统能量调度使用，在没有其它储能措施的情况下，系统可用做独立供电系统使用。
集热棚2中的石头可以由装满水的容器替代。
集热棚2自上而下呈喇叭形张开，底部面积越大越好，具体形状依据当地地形形貌而定，发电功率50KW以上太阳能烟囱发电装置的集热棚的集热面积大小由下式估算(单位为平方米)发电功率(单位为KW)×面积系数，面积系数从50KW到10MW发电功率范围内的取值为600到100。
上述集热棚低端入口高度为1～2米，高端出口的截面积应大于烟囱截面积的1.5倍，高端出口的高度由其截面积决定，中间部分的高度以其截面积大于烟囱截面积的1.5倍为原则，并且不小于入口高度。
太阳能烟囱建在斜坡的顶部，烟囱的底部与集热棚的上端连通，集热棚的热气流可以直接进入烟囱，烟囱用水泥、砖头(石头)砌成，也可以用钢板直接焊接而成；烟囱的截面积大小为发电功率(单位为KW)乘以系数2～0.5，发电功率越大烟囱的截面积系数越小；烟囱的高度受斜坡顶部的地质状况制约，在地质允许的条件下烟囱越高越好，由发电功率、建造成本共同决定。
上述太阳能烟囱发电装置的发电功率(W)由下式估算集热面积×(烟囱的高度+斜坡高度)×系数集热面积的单位为m2，高度的单位为m，系数取0.005～0.01，功率越大系数越大。
太阳能烟囱底部安装涡轮机发动机组的部位设计成可以引导空气流动、减少紊流的导流结构。
涡轮机发电机组有水平安装的风力涡轮机和竖直安装的发电机组成，涡轮机和发电机之间由连接轴直接连接或通过齿轮增速机构连接，发电机的外部到涡轮机根部安装有空气导流罩，空气导流罩起到引导空气流动、减少紊流以及保护发电机等机械机构的作用，空气导流罩由玻璃钢或水泥砖混构成，导流罩开有可以开启的活动部件，便于内部机械部分的安装和检修。
在本实施例中，集热棚2被分割成不少于2个集热区，各集热区的上部安装有可以开关的门9。集热区的地面均匀地铺满石头，石头的上表面喷涂有黑色的太阳能吸热涂层，石头具有吸热和储热的双重作用。本实施例可用做独立供电系统使用。
上述太阳能烟囱发电装置的另一种应用形式是，在其中的涡轮机的进气口安装有可以开关的门，集热棚不分区，集热棚的地面均匀地铺满绝热保温层，在保温层的上面是喷涂有黑色的太阳能吸热涂层的吸热板，这种系统可以获得最大发电量，可用于并网发电。
在另一个实施例中，烟囱5建在斜坡8的顶部，集热棚6依斜坡8而建，它的上部与烟囱的底部连通，在集热棚6里被加热的空气沿集热棚上升，进入烟囱5形成强大的上升气流，该气流推动安装在烟囱5底部的风力涡轮机7旋转，涡轮机带动发电机发电。涡轮机7的进气口安装有可以开关的门10。集热棚6不分区，集热棚的地面均匀地铺满绝热保温层，在保温层的上面是喷涂有黑色的太阳能吸热涂层的吸热板，本实施例可以获得最大发电量，可用于并网发电。
图4是根据本发明的太阳能烟囱发电系统的烟囱底部涡轮发电机安装的结构示意图，烟囱11的底部设计有可以引导空气流动、减少紊流的导流结构13，风力涡轮机12水平安装在竖直安装的发电机15的上边，发电机15固定在地基上，发电机15的外部到风力涡轮机12的根部安装有导流罩14。
权利要求
1.一种太阳能烟囱发电装置的建造方法，该太阳能烟囱发电装置由太阳能集热棚、太阳能烟囱和安装在太阳能烟囱内的涡轮机发电机组组成；其特征在于，包括以下步骤1)将集热棚建造在倾斜阳面自然斜坡上，太阳能烟囱建造在斜坡的坡顶上，并使集热棚的上部与太阳能烟囱的底部连通，涡轮机发电机组安装在太阳能烟囱的底部；2)集热棚由透明覆盖层、透明覆盖层下地面和前两者中间空气夹层构成，透明覆盖层由钢结构框架和紧固在框架上的透明盖板组成，覆盖层是玻璃或其它透明板材，集热棚的空气夹层分割成不低于2个集热区，每个集热区的顶部靠近烟囱入口处设有可以开关的门；3)集热棚的集热区地面均匀地铺满石头或绝热保温层；石头的上表面喷涂有黑色的太阳能吸热涂层，绝热保温层上喷涂有黑色的太阳能吸热涂层的吸热板；4)集热棚的每个集热区形成一个集热气流通道，气流从低端入口进入，在该集热区加热后沿集热通道上升，最后进入烟囱底部，推动安装在烟囱底部的涡轮机发电机组发电。
2.如权利要求1所述的太阳能烟囱发电装置的建造方法，其特征在于，所述集热区中的石头可以由装满水的容器替代。
3.权利要求1所述的太阳能烟囱发电装置的建造方法，其特征在于，所述集热棚低端入口高度为1～2米，高端出口的截面积大于烟囱截面积的1.5倍，高端出口的高度由其截面积决定，中间部分的高度以其截面积大于烟囱截面积的1.5倍，并且不小于入口高度。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能烟囱发电装置的建造方法，该太阳能烟囱发电装置由太阳能集热棚、太阳能烟囱和安装在太阳能烟囱内的涡轮机发电机组组成；上述集热棚建造在倾斜阳面自然斜坡上有利于正对太阳，正对太阳可以增大集热棚截获太阳光的有效面积，从而提高集热棚的集热效率；太阳能烟囱建造在斜坡的坡顶上，在不增加或少增加建造成本就可以提高烟囱的有效高度，就可以提高系统效率，进而降低系统的发电成本。使集热棚的上部与太阳能烟囱的底部连通，集热棚的地面均匀地铺满石头或绝热保温层，铺满绝热保温层可以获得最大发电量，可用于并网发电。铺满石头加上集热棚分区可以获得可调度发电量，装置可用做独立供电系统使用。
文档编号F03D9/00GK1587690SQ200410073048
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月2日 优先权日2004年9月2日
发明者黄国华, 施钰川 申请人:西安交通大学