一种基于聚合物中空塔杆的风力发电方法及装置与流程

本发明涉及新能源发电技术领域，特别涉及一种基于聚合物中空塔杆的风力发电方法及装置。

背景技术：

目前，通过外接电线给道路照明、交通指示灯等供电是市场的主流，但是其安全隐患较大，人们的生活环境在不断变化的情况下，如道路改造、景观工程的施工，供电不正常，水煤气管道的交叉施工等都带来了诸多隐患。在此基础上，新能源发电装置和方法(如太阳能发电、风力发电、风光互补发电等)得到了快速的发展和应用。和传统的外接电线供电相比，新能源发电装置电压稳定，运行可靠，不存在安全隐患，安装时不用辅设复杂线路，不需消耗大量人力、物力，由于线路简便，不产生维护费用，不产生昂贵电费，可省去市电电费高昂，线路复杂，需长期不间断的对线路进行检修等问题。

烟囱效应是指如果烟囱底部的空气温度高于烟囱顶部的烟囱口的空气温度，则烟囱中的空气上升，烟囱发电是利用烟囱效应进行发电，它的发电过程不完全依赖于风力的大小和强弱，在有风和无风状态下都能持续不断地利用上升的气流发电。许多公共服务设备(如LED高杆灯、道路灯、交通信号灯、监控杆、新款异形管路灯、造型景观灯、庭院灯等)都具有形成烟囱效应的塔杆结构。目前，塔杆主要可分为三类：1、不锈钢塔杆，我国采取的方式是进行热镀锌表面处理，大多应用于庭院，小区，园区等场所；2、铁质塔杆：我国大部分是这种塔杆，只是表面做一下喷涂(刷漆或喷粉处理)，寿命是3～5年，一般道路照明主要使用铁质灯杆；3、铝合金塔杆：高强度铝合金制造，强度高，耐腐蚀性好。但是，这三种塔杆一般成本高、重量大，不利于运输和安装，因此，若能利用强度高、耐腐蚀性好的高分子材料及其复合材料制造塔杆，不仅成本低、加工制造工艺简单，而且质量轻，便于运输和安装，对新能源发电装置轻量化的推广和应用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于聚合物中空塔杆的风力发电方法，该方法利用塔杆结构形成烟囱效应，通过人造风和自然风耦合发电，发电不完全依赖于风力的大小和强弱，环境适应性强，发电稳定。

本发明的另一目的在于提供一种用于上述方法的基于聚合物中空塔杆的风力发电装置。

本发明的技术方案为：一种基于聚合物中空塔杆的风力发电方法，具体为：先架空聚合物中空塔杆的底部，建立由下而上的铅锤风道，利用聚合物中空塔杆吸收太阳光，加热聚合物中空塔杆内部的空气，使聚合物中空塔杆内部的空气产生烟囱效应，上升的热气流经过设于聚合物中空塔杆内部的风力涡轮机，将风能转换为机械能，再通过传动轴带动风力发电机旋转发电，将机械能转换为电能，通过蓄电池和控制器向负载供电，多余的电能通过控制器储存于蓄电池中。

所述聚合物中空塔杆的表面涂有太阳光选择吸收层，或者聚合物中空塔杆的原料中含有对太阳光具有选择吸收性的功能粉体。

所述太阳光选择吸收层的材料为碳纳米管、过渡金属、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种；功能粉体为碳纳米管、过渡金属、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种的粉状材料。

所述聚合物中空塔杆中，当风力不足以发电供负载使用时，通过蓄电池供电给负载，从而实现负载持续使用。

一种用于实现上述方法的基于聚合物中空塔杆的风力发电装置，包括聚合物中空塔杆、风力涡轮机、风力发电机、蓄电池、控制器、出风涡轮和底座，聚合物中空塔杆安装于底座上，底座上设有进风口，风力发电机安装于底座上并位于聚合物中空塔杆内，风力发电机的输入端设有传动轴，传动轴上设置风力涡轮机，底座上还设有控制箱，风力发电机、控制器和蓄电池设于控制箱内，风力发电机通过控制器与蓄电池连接，蓄电池与负载连接，聚合物中空塔杆顶部还设有出风涡轮，出风涡轮上设有出风口。其中，出风涡轮除了用于出风，使聚合物中空塔杆内部形成由下至上的铅垂风道外，也起到了防止雨雪进入聚合物中空塔杆内部，对其内部各部件起保护作用。

所述聚合物中空塔杆内部形成由下至上的铅垂风道，铅锤风道呈渐收型、平直型或渐扩型。

所述负载为路灯或交通信号灯。

所述风力涡轮机包括多个轮叶，各轮叶在传动轴上由上至下均匀分布，各轮叶的外侧边沿靠近于聚合物中空塔杆的内壁。

所述底座包括相连接的上安装部和下安装部，上安装部呈倒置的漏斗状结构，下安装部呈法兰状结构，上安装部和下安装部的相接处设有进风口，聚合物中空塔杆的底部穿过上安装部后，固定安装于下安装部上。根据实际需要，还可在底座下方安装工业脚轮，从而实现整个风力发电装置的移动，非常适用于海岛、偏远山区、农村等地区及道路维修、施工工地等场所。另外，还可在控制箱上开设检修门，以便工作人员随时进行检修或维护。

所述聚合物中空塔杆、出风涡轮和底座的材料均采用强度高、耐候性好的高分子材料及其复合材料，如PBT、PA、PET、PC、尼龙玻纤复合材料或聚丙烯玻纤复合材料中的一种。

上述于聚合物中空塔杆的风力发电装置使用时，其原理是：利用聚合物中空塔杆内部形成的铅垂风道，使其内部空气由下至上流动，同时利用聚合物中空塔杆吸收太阳光，加热聚合物中空塔杆内部的空气，使聚合物中空塔杆内部的空气产生烟囱效应，上升的热气流经过设于聚合物中空塔杆内部的风力涡轮机时，将风能转换为机械能，再通过传动轴带动风力发电机旋转发电，将机械能转换为电能，通过蓄电池和控制器向负载供电，多余的电能通过控制器储存于蓄电池中。该过程通过人造风(即通过烟囱效应所形成的风)和自然风(即外界环境的风力)耦合发电，发电不完全依赖于自然风的大小和强弱，环境适应性强，发电稳定。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本聚合物中空塔杆的风力发电方法及装置利用了LED高杆灯、道路灯、交通信号灯等的塔杆结构形成烟囱效应，通过人造风和自然风耦合发电，发电不完全依赖于风力的大小和强弱，环境适应性强，发电稳定。

2、本聚合物中空塔杆的风力发电装置利用强度高、耐候性好的高分子材料或其复合材料代替传统的不锈钢、铁和铝合金等材料制造塔杆，其加工成本低、质量轻，有利于实现新能源发电装置的轻量化。

3、本聚合物中空塔杆的风力发电装置的各部件均安装于中空塔杆内部，解决了现有新能源发电装置需要进行电池组件支架或风力组件支架的抗风设计问题，结构安全可靠。

附图说明

图1为本聚合物中空塔杆的风力发电装置应用于路灯时的结构示意图。

图2为本聚合物中空塔杆的风力发电装置应用于交通信号灯时的结构示意图。

上述各图中，1为出风涡轮，2为聚合物中空塔杆，3为风力涡轮机，4为传动轴，5为控制箱，6为风力发电机，7为底座，8为负载，9为进风口，10为出风口。控制器和蓄电池在图中未示出。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种基于聚合物中空塔杆的风力发电装置，应用于道路照明用的LED灯具，其结构如图1所示。

基于聚合物中空塔杆的风力发电装置包括聚合物中空塔杆、风力涡轮机、风力发电机、蓄电池、控制器、出风涡轮和底座，聚合物中空塔杆安装于底座上，底座上设有进风口，风力发电机安装于底座上并位于聚合物中空塔杆内，风力发电机的输入端设有传动轴，传动轴上设置风力涡轮机，底座上还设有控制箱，风力发电机、控制器和蓄电池设于控制箱内，风力发电机通过控制器与蓄电池连接，蓄电池与负载连接，聚合物中空塔杆顶部还设有出风涡轮，出风涡轮上设有出风口。其中，出风涡轮除了用于出风，使聚合物中空塔杆内部形成由下至上的铅垂风道外，也起到了防止雨雪进入聚合物中空塔杆内部，对其内部各部件起保护作用。其中，聚合物中空塔杆、出风涡轮和底座均采用强度高、耐候性好的高分子材料或其复合材料制造而成。

聚合物中空塔杆的表面涂有太阳光选择吸收层，或者在制造聚合物中空塔杆的材料中加入对太阳光具有选择吸收性的功能粉体，用以吸收太阳光加热聚合物中空塔杆内部的空气，其中，太阳光选择吸收层的材料为碳纳米管、过渡金属、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种；功能粉体为碳纳米管、过渡金属、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种的粉状材料。

中空塔杆根据需要可以采用渐收型、平直型、渐扩型等形状。如图1所示，本实施例采用平直型。

风力涡轮机固定安装于聚合物中空塔杆的内部，其输出端通过传动轴与底座上方的风力发电机相接。

风力发电机、蓄电池和控制器安装于底座上方(即聚合物中空塔杆底部)的控制箱内，控制箱上设有检修门以便于后期的检修和维护。

根据需要可以在底座的下方安装工业脚轮，能实现路灯的移动，非常适用于海岛、偏远山区、农村等地区及道路维修、施工工地等场所。

本实施例利用上述基于聚合物中空塔杆的风力发电装置连接LED灯具用于道路照明的方法为：通过架空聚合物中空塔杆的底部建立由下而上的铅垂风道，利用聚合物中空塔杆中的太阳光选择吸收层或对太阳光具有选择吸收性的功能粉体吸收太阳光，加热聚合物中空塔杆内部的空气，产生烟囱效应，上升的热气流通过塔杆内部的风力涡轮机，将风能转换为机械能，再通过传动轴带动塔杆底部的风力发电机旋转发电，将机械能转换为电能，通过蓄电池和控制器向LED灯具供电，多余的电能通过控制器储存于蓄电池中。当聚合物中空塔杆内部的风力不足以发电供LED灯具发光照明时，利用控制器控制蓄电池对LED灯具供电，从而实现路灯的持续使用。

实施例2

本实施例一种基于聚合物中空塔杆的风力发电装置，应用于交通信号灯上，其结构如图2所示。与实施例1相比较，其不同之处在于，交通信号灯的中空塔杆固定安装于道路旁，或者在底座上安装工业脚轮用于道路维修或交通拥堵时段，无需外接电源，实现在有风和无风条件下交通信号灯均能持续使用。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。