熱能造風輔助的風力耦合衡定發電方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及新能源發電技術領域，特別涉及一種熱能造風輔助的風力耦合衡定發電方法及系統。
【背景技術】
[0002]能源是國民經濟發展和人民生活必須的重要物質基礎。在過去的200多年里，建立在石油、天然氣、煤炭等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動了人類社會的發展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環境污染和生態破壞，嚴重威脅著人類的可持續發展。風能作為一種清潔的可再生能源，它取之不盡，用之不竭，分布廣泛，越來越受到世界各國的重視，是解決石化類能源枯竭危機的最好替代能源之一。我國風能資源豐富，絕大多數地區的平均風速都在每秒3米以上，特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼，平均風速更大。因此，利用風能資源的風力發電系統是具有較高性價比的一種新型能源發電系統，具有很好的應用前景。
[0003]目前，現有的風力發電系統主要有水平軸風力發電機和垂直軸風力發電機兩類，大體可分為風輪(包括尾舵)、鐵塔、發電機三個部分，其工作原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。而由于自然界的風力是非恒定的，風力發電機組的發電效率很低，受環境影響較大，其需要復雜的結構才能在一定的條件下實現穩定的發電，一方面，當風速過大時，風力發電機組需要利用剎車系統剎車制動以防損壞葉片，另一方面，因風量不穩定，風力發電機輸出的是13?25V變化的交流電，須經充電器整流后利用蓄電池儲能，然后用逆變器逆變為交流220V市電，才能保證穩定使用，而且風力發電機組的風能利用率較低，造成了多余風能的浪費。因此，現有的風力發電系統存在著很大的不足。
[0004]由此可見，針對現有風力發電系統存在的不足，開發一種環境適應性強、結構安全可靠、應用范圍廣、發電穩定的風力衡定發電系統對新能源發電技術的發展和應用具有重要意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種環境適應性強、發電穩定的熱能造風輔助的風力耦合衡定發電方法。
[0006]本發明的另一目的在于提供一種用于實現上述方法的熱能造風輔助的風力耦合衡定發電系統，該系統結構安全可靠，可有效克服現有風力發電系統環境適應性差、結構復雜、發電不穩定等問題。
[0007]本發明的技術方案為:一種熱能造風輔助的風力耦合衡定發電方法，在煙囪的鉛垂風道中設置具有固定導向葉片的組合風力渦輪，在鉛垂風道外周設置儲能水箱，組合風力渦輪利用恒壓溢流的控制方式，通過液力偶合器維持發電機的轉速穩定，組合風力渦輪中多余的機械能耗散成熱能并儲存于儲能水箱中，以供鉛垂風道中風力不足以維持發電機轉速穩定時使用。
[0008]所述儲能水箱外周還設有太陽能集熱器，太陽能集熱器收集的熱能也儲存于儲能水箱中。
[0009]所述鉛垂風道中風力不足以維持發電機轉速穩定時，儲能水箱中儲存的熱能傳遞至鉛垂風道上方的管道中，加熱鉛垂風道上方的空氣產生煙囪效應，上升的熱氣流使鉛垂風道中的風速增大，保持液力偶合器輸出轉速穩定，實現發電機的轉速衡定，從而使電網輸出穩定的純正弦交流電。
[0010]一種熱能造風輔助的風力耦合衡定發電系統，包括煙囪、組合風力渦輪、液力偶合器、儲能水箱和熱管組件，煙囪包括由上至下依次連接的出風段、擴散管、鉛垂風道和進風段，擴散管的直徑大于鉛垂風道的直徑，擴散管與出風段的連接處形成第二收斂區間；組合風力渦輪設于鉛垂風道內，儲能水箱設于鉛垂風道外周，熱管組件連接于儲能水箱和擴散管之間，組合風力渦輪的輸出端與液力偶合器連接，液力偶合器的輸出端與發電機連接。
[0011]所述煙囪下部的進風段外周還設有外風罩，外風罩上方為進風口，煙囪頂部為出風口，外風罩與進風段之間形成第一收斂區間；外風罩外側分布有多個太陽能集熱器，各太陽能集熱器內側設有集熱器支撐桿，太陽能集熱器通過集熱器支撐桿傾斜固定于外風罩上，且各太陽能集熱器分別通過熱管與儲能水箱連接。其中，將進風口設置于儲能水箱的側面，通過第一收斂區間與儲能水箱包圍的鉛垂風道相通，風從進風口進入，經流第一收斂區間進入鉛垂風道中，經過組合風力渦輪將風能轉換為機械能，并經傳動軸輸出給液力偶合器。太陽能集熱器通過集熱器支撐桿呈一定角度傾斜固定安裝于外風罩上，通過熱管與儲能水箱相連，采用熱水向上、冷水向下的原理將熱能儲存于儲能水箱中。
[0012]所述煙囪的出風段上設有方向舵，外風罩上方與進風口相對的一側設有屏蔽罩(即進風口和屏蔽罩分別位于儲能水箱相對的兩外側)，方向舵通過方向舵支撐桿與屏蔽罩固定連接，通過方向舵控制屏蔽罩的位置，可使進風口總是正對著風向。
[0013]所述組合風力渦輪包括多組渦輪、傳動軸和出風整流罩，多組渦輪由上至下分布于傳動軸上，出風整流罩設于傳動軸的頂端，傳動軸下端與液力偶合器連接。
[0014]所述熱管組件包括蒸發器、冷凝器和比例調節閥，蒸發器、冷凝器和比例調節閥通過管道循環連接，蒸發器設于儲能水箱內，冷凝器設于擴散管內(冷凝器置于儲能水箱的上方，即由擴散管與煙囪所組成的第二收斂區間中)，蒸發器與冷凝器之間裝有對造風能力進行控制的比例流量閥。當鉛垂風道中風力充足時，比例流量閥處于關閉狀態，當鉛垂風道中風力不足以維持發電機轉速穩定時，比例流量閥打開，冷凝器中的制冷劑在重力作用下經比例流量閥進入蒸發器中吸收儲能水箱中的熱能氣化，氣化后的制冷劑進入冷凝器中再次冷凝，散發的熱量加熱第二收斂區間中的空氣，產生煙囪效應使得鉛垂風道中的風速增大。
[0015]所述儲能水箱為外側中部內凹的圓柱形箱體，儲能水箱中部設有與煙囪相對應的通道;通道的下部呈倒置的漏斗形，與進風段相對應;通道的中部呈圓柱形，與鉛垂風道相對應;通道的上部呈漏斗形，與擴散管的底部相對應。
[0016]所述液力偶合器外側還設有散熱箱體，液力偶合器底部設有溢流閥；儲能水箱中還設有內箱，內箱通過鉛垂風道中周向均布的四個中空支撐架與包圍鉛垂風道的儲能水箱相通。其中，液力偶合器置于組合風力渦輪的下方，其輸入端與組合風力渦輪的傳動軸相接，輸出端與液力偶合器下方的發電機相接。液力偶合器安裝有進行壓力控制的溢流閥，且增加了與溢流閥相通的旁路渠道，并在液力偶合器的栗輪上開孔，使其與旁路渠道相連，當液力偶合器中壓力恒定時，溢流閥關閉，當液力偶合器中壓力過大時，溢流閥打開，液力偶合器中用來驅動組合風力渦輪旋轉以外的多余液體通過栗輪上的孔流經旁路渠道從溢流閥中流出，從而保持液力偶合器輸出轉速衡定。散熱箱體外周為儲能水箱的內箱，儲能水箱的內箱通過鉛垂風道中周向均布的四個中空支撐架與包圍鉛垂風道的儲能水箱相通。
[0017]通過上述熱能造風輔助的風力耦合衡定發電方法及系統進行發電時，其原理是:當鉛垂風道中風力充足時，比例流量閥處于關閉狀態，風從進風口進入，經流第一收斂區間后進入鉛垂風道中，經過組合風力渦輪將風能轉換為機械能后，經傳動軸輸出給液力偶合器。其中，通過溢流閥控制液力偶合器輸出轉速穩定，多余的機械能耗散成熱能經液力偶合器外的散熱箱體儲存于儲能水箱中，太陽能集熱器產生的熱能也儲存于儲能水箱中。當鉛垂風道中風力不足以維持發電機轉速穩定時，比例流量閥打開，冷凝器中的制冷劑在重力作用下經比例流量閥進入蒸發器中，吸收儲能水箱中的熱能后氣化，氣化的制冷劑向上進入冷凝器中再次冷凝，散發的熱量加熱第二收斂區間中的空氣，使其產生煙囪效應，上升的熱氣流使風道中風速增大，保持液力偶合器輸出轉速穩定，實現發電機的轉速衡定并向負載或電網輸出穩定的純正弦交流電。
[0018]本發明相對于現有技術，具有以下有益效果:
[0019]1、本熱能造風輔助的風力耦合衡定發電方法及系統改變了現有風力發電系統中利用風機發電及利用蓄電池儲存多余能量的原理，通過利用系統自身儲能進行調節和利用，降低了生產成本，環境適應性強，結構安全可靠，發電衡