本发明涉及一种风力发电模式的改进，特别涉及一种装机容量大、占地面积小、发电效率高的三维立体聚能风道垂直轴大功率高效风力发电系统。
背景技术：
风力发电系统作为将风力转化为旋转力而生产电的技术，是将风能转化为机械能并驱动发电机而生产电的系统。中国国家电网统计全球清洁能源市场有50万亿美元的市场份额。
发展中高空风力发电具有强大的优势，中高空人类力所能及的三维空间所蕴藏电能可供地球人类现在所需电能的100倍之多，并且“水平轴”模式发电远远不能满足人类对电力需求。
风力发电系统一般分为水平轴风力发电和垂直轴风力发电。水平轴风力发电效率高，但是受高度影响很大；垂直轴风力发电虽然受风向影响不大，但是与水平轴相比效率不高。因此，在垂直轴风力发电中，如何提高其发电效率，是急需解决的问题。
传统的垂直轴风力发电机机组为桅杆结构，通过一个长立杆将风力发电机举高到空中，为了保持长立杆在强风作用下还具有足够的强度，往往还需要在长立杆顶端和地面之间用数条与地面倾斜的钢缆加固。如果应用小型风力发电机来获取较高的发电功率时，就需要安装较多的小型风力发电机以增加总的风力发电机风轮扫风面积。为了减少风力发电机之间在风场中的互相干扰，还需要使他们之间具有适当的间隔，占地面积很大。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种新的风力发电模式,装机容量大、占地面积小、发电效率高的三维立体聚能风道垂直轴大功率高效风力发电系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三维立体聚能风道垂直轴大功率高效风力发电系统，包括：垂直设置的圆柱形聚风塔；所述聚风塔内垂直方向上设有多层平台；每层平台上均设有核心区风力发电机组和环形区风力发电机组；所述核心区风力发电机组设置在环形区风力发电机组中心区；所述核心区风力发电机组与环形区风力发电机组之间设有环形风道导流承重墙；所述核心区风力发电机组包括：多个风力发电机组；所述风力发电机组外围设有核心区气流导流室；所述核心区气流导流室外部设有核心区承重导风墙；所述风力发电机与风力发电机组之间设有多个核心区承重导风墙；所述核心区承重导风墙与核心区承重导风墙相交形成多个平行四边形的第一风道；所述风力发电机组设置在第一风道的角上；所述环形区风力发电机组包括：呈环形均匀分布的多个主风道承重墙；所述主风道承重墙之间形成第二风道；所述第二风道靠近外部的一端设有呈由内向外呈喇叭口状的进风口；所述进风口既是聚能腔，也是消能腔；所述第二风道内设有两个前后设置的垂直轴大功率发电机组；所述靠近聚能腔的垂直轴大功率发电机组的一端设有进风口挡风板，另一端与后方的垂直轴大功率发电机组之间设有环形区隔离承重墙；所述环形区隔离承重墙将两个垂直轴大功率发电机组和第二风道一分为二；所述后方的垂直轴大功率发电机组的另一端设有出风口挡风板。
优选的，所述垂直轴大功率发电机组的前端和后端均设有环形区隔离承重墙；所述环形区隔离承重墙将第二风道一分为二，使得左侧风道成为第一进风风道，右侧风道成为第一出风风道；所述垂直轴大功率发电机组包括：风力涡轮机；所述风力涡轮机通过风力涡轮机帆板组成环形；所述风力涡轮机中间设有环形分布的发电模块；所述发电模块的中间设有中央承重导流墙，位于中央承重导流墙的两侧设有半月形导流承重墙；所述半月形导流承重墙与中央承重导流墙之间形成两个内部风道；靠左的内部风道为第二进风风道，靠右的内部风道为第二出风风道；所述第二进风风道与第一进风风道相通；所述第一出风风道与第二出风风道相通；所述第二进风风道和第二出风风道的出风口均设有弧形导流墙。
优选的，所述第一进风风道和第一出风风道在垂直轴大功率发电机组处呈半圆弧形。
优选的，所述聚风塔的顶端设有光伏发电系统。
优选的，所述聚风塔的顶端设有雨水收集系统；所述雨水收集系统设置在光伏发电系统的下方。
优选的，所述主风道承重墙内部还设有控制室和电梯。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种三维立体聚能风道垂直轴大功率高效风力发电系统，新的风力发电模式,装机容量大，占地面积小，发电效率高，且使用寿命长，具有广泛的应用前景；利用高空空间的强劲风力和年长风时，也可在高原和高山使用；同时，采用喇叭口状的进风口，由于狭管效应，风从进风口进入后，气流经快速升级、升压、提高风速和空气密度；第一进风风道和第一出风风道在垂直轴大功率发电机组处呈半圆弧形，可以使来风仅从环形的一侧穿过，另一侧没有风，因而不会产生反面旋翼涡流的牵扯反作用力，进而可以提高发电效率。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的三维立体聚能风道垂直轴大功率高效风力发电系统的结构示意图。
附图2为本发明所述的环形区风力发电机组的结构示意图。
附图3为本发明所述的聚风塔的外部结构示意图。
其中：1、聚风塔；2、平台；3、环形风道导流承重墙；4、风力发电机组；5、核心区承重导风墙；6、第一风道；7、主风道承重墙；8、第二风道；9、进风口；10、垂直轴大功率发电机组；11、进风口挡风板；12、环形区隔离承重墙；13、出风口挡风板；14、第一进风风道；15、第一出风风道；16、风力涡轮机；17、风力涡轮机帆板；18、发电模块；19、中央承重导流墙；20、半月形导流承重墙；21、第二进风风道；22、第二出风风道；23、弧形导流墙；24、光伏发电系统；25、核心区气流导流室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图3，本发明包括：
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是一种三维立体聚能风道垂直轴大功率高效风力发电系统，包括：垂直设置的圆柱形聚风塔1；所述聚风塔1内垂直方向上设有多层平台2；每层平台2上均设有核心区风力发电机组和环形区风力发电机组；所述核心区风力发电机组设置在环形区风力发电机组中心区；所述核心区风力发电机组与环形区风力发电机组之间设有环形风道导流承重墙3；所述核心区风力发电机组包括：多个风力发电机组4；所述风力发电机组4外围设有核心区气流导流室25；所述核心区气流导流室25的外部设有核心区承重导风墙5；所述风力发电机4与风力发电机组4之间设有多个核心区承重导风墙5；所述核心区承重导风墙5与核心区承重导风墙5相交形成多个平行四边形的第一风道6；所述风力发电机组4设置在第一风道6的角上；所述环形区风力发电机组包括：呈环形均匀分布的多个主风道承重墙7；所述主风道承重墙7之间形成第二风道8；所述第二风道8靠近外部的一端设有呈由内向外呈喇叭口状的进风口9；所述进风口9既是聚能腔，也是消能腔；所述第二风道8内设有两个前后设置的垂直轴大功率发电机组10；所述靠近聚能腔的垂直轴大功率发电机组10的一端设有进风口挡风板11，另一端与后方的垂直轴大功率发电机组10之间设有环形区隔离承重墙12；所述环形区隔离承重墙12将两个垂直轴大功率发电机组10和第二风道8一分为二；所述后方的垂直轴大功率发电机组10的另一端设有出风口挡风板13。
所述垂直轴大功率发电机组10的前端和后端均设有环形区隔离承重墙12；所述环形区隔离承重墙12将第二风道8一分为二，使得左侧风道成为第一进风风道14，右侧风道成为第一出风风道15；所述垂直轴大功率发电机组10包括：风力涡轮机16；所述风力涡轮机16通过风力涡轮机帆板17组成环形；所述风力涡轮机16中间设有环形分布的发电模块18；所述发电模块18的中间设有中央承重导流墙19，位于中央承重导流墙19的两侧设有半月形导流承重墙20；所述半月形导流承重墙20与中央承重导流墙19之间形成两个内部风道；靠左的内部风道为第二进风风道21，靠右的内部风道为第二出风风道22；所述第二进风风道21与第一进风风道14相通；所述第一出风风道15与第二出风风道22相通；所述第二进风风道21和第二出风风道22的出风口均设有弧形导流墙23。
所述第一进风风道14和第一出风风道15在垂直轴大功率发电机组10处呈半圆弧形。
所述聚风塔1的顶端设有光伏发电系统24。所述聚风塔1的顶端设有雨水收集系统；所述雨水收集系统设置在光伏发电系统24的下方；
所述主风道承重墙7内部还设有控制室和电梯等。
本装置工作流程：
当外界气流从迎风口进入聚能腔，气流经快速升级、升压、提高风速后从进风口9处进入第一进风风道14，此时进风口挡风板11关闭第一出风风道15，防止第一出风风道15有强气流进入产生逆势作用，进风口挡风板11阻止了这种逆势后果产生；同时出风口挡风板13关闭第一出风风道15，因此整条第一出风风道15处于弱风状态，这种因风道设计产生的小开口环形风力涡轮机旋转正常而少量反向气流是微不足道的，所产生的逆势作用也是微乎其微的，不必予以重视；
环形区隔离承重墙12，主要功能是同条机组与风道一分为二，左侧为下行风道，右侧为上行风道，各行其道互不相扰，即使在半径反向半径风道工作原理也是相通的，既上行风道气流工作时，第一进风风道14的进风口挡风板11和出风口挡风板13同样要关闭，这种设计符合任意方向来风都不会影响单侧风道气流乱窜而影响垂直轴大功率发电机组10发电；除非因人为操作失误：环形风道导流承重墙3是整体平台2安全运行正常的关键，不可或缺的重要一环，以起到气流导向核心区机组，也起到将核心区气流导向环形区的双向导流作用，也起到因十几米的大跨度的承重安全作用，最重要的一项作用就是它可以采用全部或部分关闭，开启风门作用，因此地直径最小，在此地设置风门可以达到事半功倍效果，以付出最小的投入，换的最大效果；
风门设置可关整座“聚风塔1”运行安全，检修安全，否则在缺少风门的条件下，任何人都不敢进入风电平台检修，这种风门可部分风道关闭而不影响同平台2其他风道机组发电。
既是聚能区，也是消能区，当外界4-8级风进入时，因狭管效应原理产生聚能效应；当内部高压气流向外逸出时，因（13）从内向外呈喇叭口状，整体外观呈斗状逐渐扩大（扩散效应），如果是声音内小外大会起放大作用，而高压气流在这种斗状墙体内则起到的是消能作用，加之整座“聚风塔1”背面大气环流在高速前行遇阻后会在反向区域形成一股像山区江河激流冲击桥墩一样的下游低压涡流，这样低压涡流恰巧对“聚风塔1”内腔气流导出起到积极导流作用，它的作用是正面的。
核心区风力发电机组4采用圆形气流导流室25设计，核心区风力发电机组4每只装机可从1万kw/台~10万kw/台，气流导流室25为内圈风力发电机组4获得最大、高速、高压强劲气流，这样的设计在最大限度阻止逆势气流的反作用力；同时核心区承重导风墙5确保单向气流在第一风道6的作用下顺利进风力发电机组4，核心区设计做到科学合理，因为该装置承前启后，上承下达，风必须进的来出的去，还不能影响核心区布局机组，机组正常发电率，否则便导致失败。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种三维立体聚能风道垂直轴大功率高效风力发电系统，新的风力发电模式,装机容量大，占地面积小，发电效率高，且使用寿命长，具有广泛的应用前景；利用高空空间的强劲风力，也可在高原和高山使用；同时，采用喇叭口状的进风口，由于狭管效应，风从进风口进入后，气流经快速升级、升压、提高风速；第一进风风道和第二出风风道在垂直轴大功率发电机组处呈圆弧形，可以使来风仅从环形的一侧穿过，另一侧没有风，因而不会产生反面旋翼涡流的牵扯反作用力，进而可以提高发电效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。