一种太阳能加热风力发电循环系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种发电设备，特别涉及到一种太阳能加热风力发电循环系统及其控制方法。

背景技术：

目前可再生新能源发电发展迅速，在偏远地区开始逐渐采用可再生新能源发电尤其是太阳能发电作为主要发电手段，但是，目前包括太阳能发电在内的可再生新能源发电目前最大的问题是发电不稳定、可调度性低，使得可再生新能源发电接入电网后，会影响电网稳定性，甚至会让电网系统崩溃，这一问题影响了可再生新能源发电的可用性。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术存在的缺陷，提出一种太阳能加热风力发电循环系统及其控制方法，通过在太阳光照充足且发电量大的情况下，将部分电能转化为机械能，在太阳光照不足的情况下，将转化的能量用于发电，让系统继续发电，不会让电压突然发生变化，避免电压突然变化对电网造成伤害，保证了供电的稳定性，确保了用电单位尤其是偏远地区的用电单位对电能的需求，提高了可再生新能源发电的可用性。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提出一种太阳能加热风力发电循环系统及其控制方法，包括：太阳能聚能装置、热风塔装置、发电机组和蓄能装置，所述热风塔装置包括烟囱和通风管道，所述烟囱外围设置有所述太阳能聚能装置，所述通风管道设于所述烟囱的进气口；所述发电机组包括设于通风管道中的发电机组一和设于烟囱的出风口的发电机组二；所述蓄能装置包括空气压缩装置和连接所述空气压缩装置的压缩空气蓄能库，所述空气压缩装置与所述发电机组电连接，所述压缩空气蓄能库的排气端连接所述通风管道。

优选地，所述空气压缩装置、所述压缩空气蓄能库分别连接一用于控制空气压缩装置和压缩空气蓄能库开关的处理器，所述处理器电连接有光照探测器，处理器控制空气压缩装置的开关以及压缩空气蓄能库的排气端、进气口的开关，所述光照探测器设于外部空旷处，处理器依据光照探测器的探测值，判断当前的光照强度。

优选地，所述烟囱由呈喇叭形缩小的收缩段、喉道段和一呈喇叭形扩大的扩散段组成。白天，太阳光经由太阳能聚光镜片组聚集，这些光线给烟囱加热，烟囱内空气在热能作用下变成热空气；烟囱内的热空气与外部常温空气之间形成温差，热空气进行上升运动，烟囱内的热空气上升后，需要进行补充，通风管道内的常温空气被吸入烟囱中，常温空气被烟囱加热、上升，形成循环；而被加热的空气在上升过程中产生文丘里效应，该效应表现在气流在通过呈喇叭形缩小的收缩段和喉道时出现流速增大的现象，即加热空气在烟囱的进气口附近会产生低压，从而产生吸附作用，把通风管道内的常温空气快速吸入烟囱，使得烟囱内与通风管道中的空气运动加快，通风管道中的发电机组更快旋转，从而实现发电功能。

优选地，所述烟囱外部设有吸热保温层，使太阳能聚能加热效果保持更久。

优选地，所述太阳能聚能装置为太阳能聚光镜片组，太阳能聚光镜片组即可以吸收太阳能的直射光也可以吸收散射光线，因此，本太阳能加热风力发电循环系统可以在阴天使用。

优选地，所述电机组一为一个或若干个风力发电机，通过通风管道中的空气流动向外发电，其中，部分电能输出至空气压缩装置，将部分电能转化为机械能。

优选地，所述发电机组二为汽轮发电机，通过烟囱中逸出的加热空气进行发电。

优选地，所述压缩空气蓄能库的排气端设于所述通风管道中靠近烟囱的进气口附近的位置，保证烟囱中的空气继续产生文丘里效应，以实现发电效率的最大化。

优选地，所述压缩空气蓄能库的排气端设于所述发电机组一的下方。

上述太阳能加热风力发电循环系统的控制方法，当所述光照探测器探得外部光照强度由强转弱且低于预设的临界值时，所述处理器关闭所述空气压缩装置，处理器关闭所述压缩空气蓄能库的进气口，处理器打开压缩空气蓄能库的排气端，所述压缩空气蓄能库往通风管道排气，通过压缩空气蓄能库的排气，所述通风管道内空气保持运动状态，使所述发电机组继续发电；当所述光照探测器探得外部光照强度由弱转强且高于预设的临界值时，所述处理器关闭所述压缩空气蓄能库的排气端，处理器开启所述空气压缩装置，处理器开启所述压缩空气蓄能库的进气口，通过聚集的太阳能热量带动所述通风管道内的空气运动，使所述发电机组向外发电，部分电量电能输出至空气压缩装置，在向外发电的同时通过空气压缩装置将部分电能转化为机械能；其中，由于地理位置与光线条件不同，太阳落山时，太阳光的辐射强度范围为320W/m²～380W/m²，故所述预设的临界值可设为320W/m²～380W/m²。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出一种太阳能加热风力发电循环系统及其控制方法，通过在太阳光照充足且发电量大的情况下，在向外发电的同时将部分电能转化为机械能，在太阳光照不足的情况下，将转化的能量用于发电，让系统继续发电，不会让电压突然发生变化，避免电压突然变化对电网造成伤害，保证了供电的稳定性，确保了用电单位尤其是偏远地区的用电单位对电能的需求，提高了可再生新能源发电的可用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的示意图；

图2为本发明实施例2的示意图；

图3为本发明实施例3的示意图；

图4为本发明实施例4的示意图；

图中，1为太阳能聚光镜片组，2为烟囱，201为收缩段，202为喉道段，203为扩散段，204为吸热保温层，3为通风管道，4为风力发电机，5为空气压缩装置，6为压缩空气蓄能库，601为压缩空气蓄能库的排气端，7为处理器，8为光照探测器。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

参见图1，本发明提出一种太阳能加热风力发电循环系统，包括太阳能聚能装置、热风塔装置、发电机组和蓄能装置，所述热风塔装置包括烟囱2和通风管道3，所述烟囱2外围设置有所述太阳能聚能装置，所述通风管道3设于所述烟囱2的进气口；所述发电机组包括设于通风管道3中的发电机组一和设于烟囱2的出风口的发电机组二；所述蓄能装置包括空气压缩装置5和连接所述空气压缩装置的压缩空气蓄能库6，所述空气压缩装置5与所述发电机组电连接，所述压缩空气蓄能库6的排气端601连接所述烟囱2的进气口；

烟囱2由呈喇叭形缩小的收缩段201、喉道段202和一呈喇叭形扩大的扩散段203组成，以保证烟囱2内的空气可以产生文丘里效应。

太阳能聚能装置为太阳能聚光镜片组1，太阳能聚光镜片组1既可以吸收太阳能的直射光也可以吸收散射光线，因此，本太阳能加热风力发电循环系统可以在阴天使用。

发电机组一为三个风力发电机4，通过通风管道3中的空气流动进行发电。

发电机组二为汽轮发电机9，通过烟囱2中的排出的热空气进行发电。

所述压缩空气蓄能库6的排气端601设于所述通风管道3中靠近烟囱2的进气口附近的位置，保证烟囱2中继续产生文丘里效应，以实现发电效率的最大化。

工作原理为：

太阳光经由太阳能聚光镜片组1聚集，这些光线给烟囱2加热，烟囱2内空气在热能作用下变成热空气；烟囱2内的热空气与外部常温空气之间形成温差，热空气进行上升运动，烟囱2内的热空气上升后，需要进行补充，通风管道3内的常温空气被吸入烟囱2中，常温空气被烟囱2加热、上升，形成循环；而被加热的空气在上升过程中产生文丘里效应，该效应表现在气流在通过呈喇叭形缩小的收缩段201和喉口段202时出现流速增大的现象，即加热空气在烟囱2的进气口附近会产生低压，从而产生吸附作用，把通风管道3内的常温空气快速吸入烟囱2，使得烟囱2内与通风管道3中的空气运动加快，通风管道3中的风力发电机4更快旋转，烟囱2内的热空气上升后，到达汽轮发电机9，汽轮发电机9开始发电，从而实现系统的向外发电功能；

发电机组发电时，部分电力传输至空气压缩装置5；

压缩空气蓄能库6的排气端601处于关闭状态；

空气压缩装置5将空气压缩至压缩空气蓄能库6，将发电机组部分的电能转化为机械能，实现在向外发电的同时进行电能的储存。

但是，当夜间没有太阳光照射时，虽然烟囱2存储了一部分热能，在晚上烟囱2将这些热能释放，也可以加热烟囱2内空气的温度，但这些热能不足以让烟囱2内的空气维持光照条件下烟囱2的温度，会导致烟囱2内空气上升速度放缓，通风管道3中的空气流动速度减慢，发电机组发电量降低。

此时，关闭压缩空气蓄能库6的进气口，打开压缩空气蓄能库6的排气端601，所述压缩空气蓄能库6往烟囱2的进气口排气，通过压缩空气蓄能库6的排气，所述烟囱2和通风管道3内空气保持运动状态，烟囱2中继续产生文丘里效应，使发电机组继续发电，保持电压稳定，避免电压突然变化对电网造成伤害。

实施例2

参见图2，本实施例与实施例1不同在于，所述空气压缩装置5、压缩空气蓄能库6分别连接一用于控制空气压缩装置5和压缩空气蓄能库6开关的处理器7，处理器7电连接有光照探测器8，处理器8控制空气压缩装置5的开关以及压缩空气蓄能库6的排气端601、进气口的开关，所述光照探测器8设于外部空旷处，处理器7依据光照探测器8的探测值或者依据处理器7内部的定时器，控制空气压缩装置5的开关以及压缩空气蓄能库6的排气端601、进气口的开关。

工作原理为：

在本实施例中，由于地理位置与光线条件不同，设太阳升起时间为6:00，太阳落山时间为18:00；太阳落山时，太阳光的辐射强度值的范围为320W/m²～380W/m²，故所述预设的临界值设为320W/m²～380W/m²。

当所述光照探测器8探得外部光照强度由强转弱，且光照强度低于320W/m²～380W/m²时，所述处理器7关闭所述空气压缩装置5，处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的进气口，处理器7打开压缩空气蓄能库6的排气端601，所述压缩空气蓄能库6往通风管道3排气，通过压缩空气蓄能库6的排气，所述通风管道3内空气保持运动状态，使所述发电机组继续发电；

在本实施例中，当所述光照探测器8探得光照强度由弱转强，且光照强度高于320W/m²～380W/m²时，所述处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的排气端601，处理器7开启所述空气压缩装置5，处理器7开启所述压缩空气蓄能库6的进气口，通过聚集的太阳能热量带动所述通风管道3内的空气运动，发电机组正常向外发电，同时，部分电能输出至空气压缩装置5，在向外发电的同时通过空气压缩装置5将部分电能转化为机械能。

或者，依据处理器7内部的定时器定时，在6:00时，处理器7关闭所述空气压缩装置5，处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的进气口，处理器7打开压缩空气蓄能库6的排气端601，所述压缩空气蓄能库6往烟囱2的进气口排气，通过压缩空气蓄能库6的排气，所述烟囱2和通风管道3内空气保持运动状态，使所述发电机组继续发电；

在18:00时，处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的排气端601，处理器7开启所述空气压缩装置5，处理器7开启所述压缩空气蓄能库6的进气口，通过聚集的太阳能热量带动所述烟囱2和通风管道3内的空气运动，发电机组正常发电。

实施例3

参见图3，本实施例与实施例2的不同在于，所述烟囱2外部设有吸热保温层204，使太阳能聚能加热效果保持更久，在无太阳光照射的情况下，保持较高的发电效率。

工作原理为：太阳光经由太阳能聚光镜片组1聚集，这些光线给烟囱2加热，烟囱2外部设有吸热保温层204将部分热量吸收保存；在夜间，烟囱2内部温度下降，吸热保温层204将保存的热量放出，加热烟囱2，烟囱2内部的空气被加热。

实施例4

参见图4，本实施例与实施例1不同在于，所述压缩空气蓄能库6的排气端601设于所述通风管道3的发电机组一的下方。

工作原理为：当夜间没有太阳光照射时，关闭压缩空气蓄能库6的进气口，打开压缩空气蓄能库6的排气端601，所述压缩空气蓄能库6往通风管道3排气，通过压缩空气蓄能库6的排气，所述通风管道3内空气保持运动状态，使发电机组继续发电，保持电压稳定，避免电压突然变化对电网造成伤害。

实施例5

一种太阳能加热风力发电循环系统的控制方法，包括：太阳能聚能装置、热风塔装置、发电机组和蓄能装置，所述热风塔装置包括烟囱2和通风管道3，所述烟囱2外围设置有所述太阳能聚能装置，所述通风管道3设于所述烟囱2的进气口；所述发电机组包括设于通风管道3中的发电机组一和设于烟囱2的出风口的发电机组二；所述蓄能装置包括空气压缩装置5和连接所述空气压缩装置的压缩空气蓄能库6，所述空气压缩装置5与所述发电机组电连接，所述压缩空气蓄能库6的排气端601连接所述烟囱2的进气口；空气压缩装置5、压缩空气蓄能库6分别连接一用于控制空气压缩装置5和压缩空气蓄能库6开关的处理器7，处理器7电连接有光照探测器8，处理器8控制空气压缩装置5的开关以及压缩空气蓄能库6的排气端601、进气口的开关。

所述光照探测器8探得外部光照强度由强转弱且低于预设的临界值时，所述处理器7关闭所述空气压缩装置5，处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的进气口，处理器7打开压缩空气蓄能库6的排气端601；所述光照探测器8探得外部光照强度由弱转强且高于预设的临界值时，所述处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的排气端601，处理器7开启所述空气压缩装置5，处理器7开启所述压缩空气蓄能库6的进气口，以实现依据光照强度控制空气压缩装置5的开关以及压缩空气蓄能库6的排气端601、进气口的开关，实现自动控制。

工作原理为：

太阳光经由太阳能聚光镜片组1聚集，这些光线给烟囱2加热，烟囱2内空气在热能作用下变成热空气；烟囱2内的热空气与外部常温空气之间形成温差，热空气进行上升运动，烟囱2内的热空气上升后，需要进行补充，通风管道3内的常温空气被吸入烟囱2中，常温空气被烟囱2加热、上升，形成循环；而被加热的空气在上升过程中产生文丘里效应，该效应表现在气流在通过呈喇叭形缩小的收缩段201和喉口段202时出现流速增大的现象，即加热空气在烟囱2的进气口附近会产生低压，从而产生吸附作用，把通风管道3内的常温空气快速吸入烟囱2，使得烟囱2内与通风管道3中的空气运动加快，通风管道3中的风力发电机4更快旋转，烟囱2内的热空气上升后，到达汽轮发电机9，汽轮发电机9开始发电，此时，发电机组正常向外发电，部分电能传输至空气压缩装置5；

此时，所述光照探测器8探得光照强度由弱转强，且光照强度高于320W/m²～380W/m²，所述处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的排气端601，处理器7开启所述空气压缩装置5，处理器7开启所述压缩空气蓄能库6的进气口，空气压缩装置5将空气压缩存储，在向外发电的同时通过空气压缩装置5将部分电能转化为机械能；

但是，当夜间没有太阳光照射时，虽然烟囱2存储了一部分热能，在晚上烟囱2将这些热能释放，也可以加热烟囱2内空气的温度，但这些热能不足以让烟囱2内的空气维持一定的温度，会导致烟囱2内空气上升速度放缓，通风管道3中的空气流动速度减慢，发电机组发电量降低。

此时，光照探测器8探得外部光照强度由强转弱，且光照强度低于320W/m²～380W/m²，所述处理器7关闭所述空气压缩装置5，处理器7关闭所述压缩空气蓄能库6的进气口，处理器7打开压缩空气蓄能库6的排气端601，所述压缩空气蓄能库6往烟囱2的进气口排气，通过压缩空气蓄能库6的排气，所述烟囱2和通风管道3内空气保持运动状态，使所述发电机组继续发电，保持电压稳定，避免电压突然变化对电网造成伤害。

综上所述，本发明的一种太阳能加热风力发电循环系统及其控制方法，通过在太阳光照充足且发电量大的情况下，在向外发电的同时将部分电能转化为机械能，在太阳光照不足的情况下，将转化的能量用于发电，让系统继续发电，不会让电压突然发生变化，避免电压突然变化对电网造成伤害，保证了供电的稳定性，确保了用电单位尤其是偏远地区的用电单位对电能的需求，提高了可再生新能源发电的可用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。