019] 其中，本实用新型在利用高铁行进风的基础上，以改善风力发电机装置为途径，增 大风量，达到增大风力发电机的发电量，提高风能的利用率的光热电互补一体化技术；也可 用风力机代替风力发电机，将风能转换为除电能外其他可利用的清洁能源，一方面可以有 效的利用高铁停车行进过程中产生的风力，另一方面通过加速系统提高风能的利用率，增 大发电量，达到节约能源，充分利用可再生能源的目的，不仅具有广阔的实用价值，而且具 有新能源的前瞻性、引领性。
[0020] 高铁轨道处于空旷地带，大都平原，宽阔广袤，有足够的空间安装风力发电装置， 且东部城市居多，受温带海洋性气候的影响，有天然的风力资源，建设高铁大量采用高架桥 梁，以保证其平顺性，优越的地理位置有利于大型风力发电机的安放。又因其发车密度大， 停车次数多，车速快，工作连续，日复一日，不受时节的限制，提高了风能利用的周期性。利 用列车与自然风的共同作用进行风力发电，起到了一定的风能叠加作用，大大提高风能的 可利用率。
[0021] 本实用新型所需要的各种组成设备目前都已有着比较成熟的技术，喷管加速、光 能集热这两个重要组成部分都已经商业化，本实用新型所采用的参数也均来自目前两种设 备应用中所现有的实例。
[0022] 本实用新型从技术角度来讲，本系统存在着不小的优势，将光、电、热系统、理论、 巧妙的结合起来，主要加工工艺均符合行业标准。
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型利用高铁行进风光热电互补型风力发电系统的结构示意图；
[0024] 图2为本实用新型利用高铁行进风光热电互补型风力发电系统的俯视；
[0025] 图3为本实用新型利用高铁行进风光热点互补型风力发电系统喷管的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0026] 如图1、2和3所示，本实用新型一种利用高铁行进风光热电互补型风力发电系 统，其设在高铁轨道1旁侧，包括风力发电机2和喷管3。
[0027] 该风力发电机2设置于高铁轨道1旁侧（也可用风力机代替风力发电机，将风能 转换为除电能外其他可利用的清洁能源），当列车刚停车时（此时并不消耗系统内部的能 量），外部流场雷诺数Re>106,流场处于紊流状态。列车速度范围是200~350km/h，列车周 围诱导气流的速度小于0. 3倍当地音速，即平均风速为25m/s。由贝兹理论知，自由流场中 理想风力发电机2的理论输出功率的计算公式为
[0028]扫风面积S=Jrd2/4 =JrX42 + 4 = 12. 57m2;
[0029]取空气密度P= 1. 225kg/m3;
[0030] 风力发电机2输出功率：
[0031]P= 0. 296X1. 225X12. 57X253= 71216. 90625W= 71kff；
[0032] 因而，需选用功率范围包括71W的水平轴或垂直轴风力发电机2,扇叶大小4m，正 常风速允许范围为20m/s~40m/s。
[0033] 该喷管3采用渐缩式喷管，其匹配设于该风力发电机2的前侧，具体是通过三脚架 30固定于该风力发电机2的前侧地面，该三脚架30强度大，硬度高，稳定性强，加工工序相 对简单。
[0034] 由促进流速改变的力学和几何条件知，气体流经喷管，只要喷管进出口截面上有 足够的压差，气体流速总会增大。且当马赫数小于1时，即为亚声速流动，采用渐缩喷管。利 用维托辛斯基公式
[0036] 式中r(l、ri都是由计算得到的喷管进口和出口截面的半径，喷管长度1是选定的。 在大量试验研宄和风洞工作经验的基础上，一般取喷管长度等于出口直径的1. 5~2. 5倍， 即1 = (3~5)1^，通常取1 = 4;^.由上式看出。当1 = //万时，便有r=A。考虑了边界 层的修正，同时也为了保证出口速度场的均匀，通常设计的出口半径r'将大于计算的出口 半径;rj%~3%。
[0037] 由风力发电机2叶片知，喷管3的出口直径为4. 3m，根据上式原理及喷射器设计 手册知，喷管3的进口截面直径为5m，长度为6. 5m。
[0038] 同时为了增大进风量，在喷管3前端增设有喇叭31，以便于最大限度的收纳风量。 其次，为了降低侧向风的影响，在喷管3的曲面上还设有"鱼鳞"状的通风孔32。喷管3的 外部设有一层光能集热材料，可以收集光的热能并传递到内壁。
[0039] 本实用新型结构设计简单、合理，具有风能利用率高、成本低、节能环保等特点，一 方面可以有效的利用高铁行进过程中产生的风力，另一方面通过加速系统提高风能的利用 率，增大发电量，达到节约能源，充分利用可再生能源的目的，不仅具有广阔的实用价值，而 且具有新能源的前瞻性、引领性。
【主权项】
1. 一种利用高铁行进风光热电互补型风力发电系统，其特征在于：所述发电系统设在 高铁轨道旁侧，包括风力发电机和匹配设于所述风力发电机前侧的喷管；所述喷管采用渐 缩式喷管，其前端增设有喇叭且在曲面上设有"鱼鳞"状的通风孔；所述喷管的外部表面设 有一层光能集热材料，以收集光的热能并传递到所述喷管内壁。2. 如权利要求1所述的一种利用高铁行进风光热电互补型风力发电系统，其特征在 于：所述喷管是通过三脚架固定于所述风力发电机的前侧地面。3. 如权利要求1所述的一种利用高铁行进风光热电互补型风力发电系统，其特征在 于：所述风力发电机采用功率范围71kW的水平轴或垂直轴风力发电机，其扇叶大小4m，正 常风速允许范围为20m/s~40m/s。4. 如权利要求1所述的一种利用高铁行进风光热电互补型风力发电系统，其特征在 于：所述喷管的出口直径为4. 3m，进口截面直径为5m，长度为6. 5m。
【专利摘要】本实用新型涉及一种利用高铁行进风光热电互补型风力发电系统，其设在高铁轨道旁侧，包括风力发电机和匹配设于所述风力发电机前侧的喷管；所述喷管采用渐缩式喷管，其前端增设有喇叭且在曲面上设有“鱼鳞”状的通风孔；所述喷管的外部表面设有一层光能集热材料，以收集光的热能并传递到所述喷管内壁。本实用新型结构设计简单、合理，具有风能利用率高、成本低、节能环保等特点。
【IPC分类】F03D1/04
【公开号】CN204646532
【申请号】CN201520346668
【发明人】黄淑琼, 韩晓敏
【申请人】黄淑琼
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月26日