專利名稱：自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電方法，尤其是一種自然風能和太陽能熱氣流風能 互補風力發(fā)電方法。
背景技術：
隨著工業(yè)的發(fā)展各國對能源的需求日益增大， 一次性能源的消耗也越來越 大，而且對全球的環(huán)境影響也越來越大，溫室效應，地球變暖，為此，人們正 在大力發(fā)展可再生的清潔能源，如風能?，F有的風力發(fā)電技術已經比較成熟， 即利用風力推動風葉轉動，產生的機械能帶動連接的發(fā)電裝置動作而產生可供 利用的電能；這種風車式的風力發(fā)電裝置已經得到了廣泛應用。
然而，傳統的風力發(fā)電裝置都是依靠自然風運作的，因此，這種風力發(fā)電 裝置必須建設在風力資源豐富的地方，對風場選址要求較高；此外，自然風的 風力時強時弱，常常是在陰雨天氣時伴隨有強風，而在天氣晴好的時候風力較 弱，有時甚至會停止。這種風力的間歇性使得發(fā)電機的輸出波動很大，嚴重影 響了發(fā)電機的暫態(tài)穩(wěn)定、系統頻率控制和負荷潮流，同時，其發(fā)電效率及設備 的利用率也不高，造成了資源浪費。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種自然風能和太陽能熱氣流風能 互補風力發(fā)電方法，不僅能夠利用自然風力發(fā)電，而且還可在天氣晴好的時候 利用太陽能集熱裝置和塔架內腔產生的熱氣流驅動風力發(fā)電機發(fā)電。天氣晴好 伴有較強風時， 一方面自然風驅動塔架頂部中空的葉片旋轉，抽出葉片內一直 通到塔內部的空氣，在塔架內腔產生高速的上升氣流；另一方面，位于塔架下 端的太陽能集熱裝置加熱集熱裝置內部的空氣，同時利用塔架和中空葉片的拔 風效應，在塔架內腔會形成高速上升的熱氣流。由自然風在塔架內腔形成的高 速上升的氣流和和由太陽能集熱裝置加熱空氣在塔架內腔形成的高速上升的熱
氣流可同時驅動位于塔架內腔的渦輪發(fā)電機發(fā)電。在建造風電站時，有時甚至 可降低對風場的苛刻要求。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是自然風能和太陽能熱氣流風 能互補風力發(fā)電方法，包括如下步驟
1) 風力發(fā)電機系統在自然風能驅動發(fā)電的基礎上，還可以利用太陽能集 熱裝置加熱空氣產生的熱氣流驅動發(fā)電機發(fā)電。
2) 自然風能驅動風力發(fā)電機發(fā)電，主要是安裝于塔架頂部的葉片是中空 的，葉片尖端有開口。當葉片轉動時，根據空氣動力學原理，在開口處產生低 壓，抽出葉片內一直通到塔內部的空氣。塔的下面的太陽能集熱裝置底端設有 進風口，空氣可不斷地從底部向上流，從而塔內安裝的風力渦輪發(fā)電機發(fā)電。
3) 熱氣流風能是利用太陽光照射，加熱太陽能集熱裝置內部空間的空氣， 同時利用筒狀塔架和中空葉片的拔風效應，熱空氣上升流動形成風。溫度越高， 風速越大；塔架越高，塔架內腔的風速也越大。
4) 利用上述自然風驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直 通到塔架內部的空氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機發(fā) 電；利用太陽能集熱裝置加熱空氣產生的上升熱氣流驅動位于塔架內部渦輪， 帶動發(fā)電機發(fā)電。根據外部自然天氣情況，兩種氣流可分別驅動渦輪發(fā)電，也 可同時驅動渦輪發(fā)電。
上述技術方案中，當天氣遇強風或天氣不太晴好時主要是自然風力驅動位 于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直通到塔架內部的空氣，形成的上 升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電，太陽能集熱裝置加熱空氣產 生的上升的熱氣流驅動渦輪帶動發(fā)電機輔助發(fā)電；當天氣晴好的風力較弱，有 時風力甚至會停止時，系統主要是利用太陽能集熱裝置加熱空氣產生的上升的 熱氣流驅動塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電，此時如果有較弱的風力，自然 風力驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直通到塔架內部的空 氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，，帶動發(fā)電機輔助發(fā)電；夜間無 太陽光時，主要是自然風力驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一 直通到塔架內部的空氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機 發(fā)電。不僅進一步充分利用自然資源，還提高了本裝置的利用率。
上述技術方案中，所述步驟1中的風力發(fā)電機系統的將自然風能通過塔架 頂部的旋轉的中空葉片轉化為塔架內腔高速上升氣流。位于塔架底部的太陽能 集熱裝置加熱其內部的空氣和塔架內腔和中空葉片的煙囪效應在塔架內腔形 成高速的上升氣流。兩種氣流可同時驅動位于塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā) 電，也可分別驅動塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電。
上述技術方案中，所述步驟3中的太陽能集熱裝置由太陽能集熱板組成的 上下開口呈圓臺錐面結構；其頂部開口與塔架內腔的下端開口匹配相連，集熱 板經太陽光照射，將太陽能轉化為熱能，加熱集熱板下面周圍的空氣。
本發(fā)明的技術構思是天氣遇強風時，風力發(fā)電系統主要是自然風發(fā)電； 天氣晴好無風的時，風力發(fā)電系統主要是利用太陽能集熱裝置加熱空氣，同時 利用塔架內腔和中空葉片的拔風效應產生的熱氣流驅動渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電； 天氣晴好伴有較強風時，自然風和導風筒內部的熱氣流同時驅動渦輪，帶動發(fā) 電機發(fā)電；夜晚，風力發(fā)電系統主要是自然風發(fā)電。
由于上述技術方案的使用，本發(fā)明與現有技術相比，具有下列優(yōu)點
1. 由于本發(fā)明將利用自然風發(fā)電和利用風力發(fā)電系統塔架下面的太陽能 集熱裝置和塔架內腔所形成的熱氣流發(fā)電在風力發(fā)電系統塔架內部進行疊加， 可保證發(fā)電裝置穩(wěn)定運行，提高發(fā)電效率。
2. 本發(fā)明同時以自然風力發(fā)電和以太陽能熱氣流發(fā)電為主，因此其裝置 的建設選址不受地域的限制，有利于推廣應用。
3. 本發(fā)明在一天中的大部分自然天氣條件下發(fā)電系統均可以發(fā)電，不僅 充分利用了清潔的自然資源，還大大提高了設備的利用率，具有良好的經濟效
4. 克服了小型風力機對風時電纜纏繞的煩惱。


圖1是本發(fā)明實施例一的側視圖； 圖2是本發(fā)明實施例一的正視圖； 圖3是本發(fā)明實施例一的剖視圖； 圖4是本發(fā)明實施例二的剖視圖。 其中
圖1: 1、塔架；6、支撐裝置；7、太陽能集熱裝置；8、 回轉體；12、尾舵。
圖2: 1、塔架；6、支撐裝置；7、太陽能集熱裝置；8、 回轉體。
圖3: 1、塔架；2、位于塔架內部的渦輪；3、傳動軸； 電機；6、支撐裝置；7、太陽能集熱裝置；8、中空葉片；9、 體；11、軸承；12、尾舵。
圖4: 1、塔架；2、位于塔架內部的渦輪；3、傳動軸； 電機；6、支撐裝置；7、太陽能集熱裝置；8、中空葉片；9、 體；11、軸承；12、偏航驅動裝置；13、增速齒輪箱。
中空葉片；10、
中空葉片；10、
4、支架；5、發(fā) 軸承；10、回轉
4、支架；5、發(fā) 軸承；10、回轉
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述 實施例一
一種小型自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，包括如下步
驟
1) 風力發(fā)電機系統在自然風能驅動發(fā)電的基礎上，還可以利用太陽能集 熱裝置加熱空氣產生的熱氣流驅動發(fā)電機發(fā)電。
2) 自然風能驅動風力發(fā)電機發(fā)電，主要是安裝于塔架頂部的葉片是中空 的，葉片尖端有開口。當葉片轉動時，根據空氣動力學原理，在開口處產生低 壓，抽出葉片內一直通到塔內部的空氣。塔的下面的太陽能集熱裝置底端設有 進風口，空氣可不斷地從底部向上流，從而塔內安裝的風力渦輪發(fā)電機發(fā)電。
3) 熱氣流風能是利用太陽光照射，加熱太陽能集熱裝置內部空間的空氣， 同時利用筒狀塔架和中空葉片的拔風效應，熱空氣上升流動形成風。溫度越高， 風速越大；塔架越高，塔架內腔的風速也越大。
4) 利用上述自然風驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直 通到塔架內部的空氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)
電；利用太陽能集熱裝置加熱空氣產生的上升熱氣流驅動位于塔架內部渦輪， 帶動發(fā)電機發(fā)電。根據外部自然天氣情況，兩種氣流可分別驅動渦輪發(fā)電，也 可同時驅動渦輪發(fā)電。
上述方法使用的裝置如下參見圖l至圖3所示， 一種自然風能和太陽能 熱氣流風能互補風力發(fā)電裝置，包括豎直設置的用于支撐中空葉片和回轉體塔 架1。所述塔架l底部和底座支架4之間密封固定連接有圓臺形的太陽能集熱 裝置7,渦輪2設置于塔架內部，渦輪2與發(fā)電機5采用直接驅動連接。
上述技術方案中，當天氣遇強風或天氣不太晴好時主要是自然風力驅動位 于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直通到塔架內部的空氣，形成的上 升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電，太陽能集熱裝置加熱空氣產 生的上升的熱氣流驅動渦輪帶動發(fā)電機輔助發(fā)電；當天氣晴好的風力較弱，有 時風力甚至會停止時，系統主要是利用太陽能集熱裝置加熱空氣產生的上升的 熱氣流驅動塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電，此時如果有較弱的風力，自然 風力驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直通到塔架內部的空 氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，，帶動發(fā)電機輔助發(fā)電；夜間無 太陽光時，主要是自然風力驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一 直通到塔架內部的空氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機 發(fā)電。不僅進一步充分利用自然資源，還提高了本裝置的利用率。
上述技術方案中，所述步驟1中的風力發(fā)電機系統的將自然風能通過塔架 頂部的旋轉的中空葉片轉化為塔架內腔高速上升氣流。位于塔架底部的太陽能 集熱裝置加熱其內部的空氣和塔架內腔和中空葉片的煙囪效應在塔架內腔形 成高速的上升氣流。兩種氣流可同時驅動位于塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā) 電，也可分別驅動塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電。
上述技術方案中，所述步驟3中的太陽能集熱裝置由太陽能集熱板組成的 上下開口呈圓臺錐面結構；其頂部開口與塔架內腔的下端開口匹配相連，集熱 板經太陽光照射，將太陽能轉化為熱能，加熱集熱板下面周圍的空氣。
本發(fā)明的技術構思是天氣遇強風時，風力發(fā)電系統主要是自然風發(fā)電； 天氣晴好無風的時，風力發(fā)電系統主要是利用太陽能集熱裝置加熱空氣，同時 利用塔架內腔和中空葉片的拔風效應產生的熱氣流驅動渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電；
天氣晴好伴有較強風時，自然風和導風筒內部的熱氣流同時驅動渦輪，帶動發(fā) 電機發(fā)電；夜晚，風力發(fā)電系統主要是自然風發(fā)電。
由于上述技術方案的使用，本發(fā)明與現有技術相比，具有下列優(yōu)點
1. 由于本發(fā)明將利用自然風發(fā)電和利用風力發(fā)電系統塔架下面的太陽能 集熱裝置和塔架內腔所形成的熱氣流發(fā)電在風力發(fā)電系統塔架內部進行疊加， 可保證發(fā)電裝置穩(wěn)定運行，提高發(fā)電效率。
2. 本發(fā)明同時以自然風力發(fā)電和以太陽能熱氣流發(fā)電為主，因此其裝置 的建設選址不受地域的限制，有利于推廣應用。
3. 本發(fā)明在一天中的大部分自然天氣條件下發(fā)電系統均可以發(fā)電，不僅 充分利用了清潔的自然資源，還大大提髙了設備的利用率，具有良好的經濟效 益。
4. 克服了小型風力機對風時電纜纏繞的煩惱。 實施例二
一種中、大型自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，包括如下 步驟
1) 風力發(fā)電機系統在自然風能驅動發(fā)電的基礎上，還可以利用太陽能集 熱裝置加熱空氣產生的熱氣流驅動發(fā)電機發(fā)電。
2) 自然風能驅動風力發(fā)電機發(fā)電，主要是安裝于塔架頂部的葉片是中空 的，葉片尖端有開口。當葉片轉動時，根據空氣動力學原理，在開口處產生低 壓，抽出葉片內一直通到塔內部的空氣。塔的下面的太陽能集熱裝置底端設有 進風口，空氣可不斷地從底部向上流，從而塔內安裝的風力渦輪發(fā)電機發(fā)電。
3) 熱氣流風能是利用太陽光照射，加熱太陽能集熱裝置內部空間的空氣， 同時利用筒狀塔架和中空葉片的拔風效應，熱空氣上升流動形成風。溫度越高， 風速越大；塔架越高，塔架內腔的風速也越大。
4) 利用上述自然風驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直 通到塔架內部的空氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機發(fā) 電；利用太陽能集熱裝置加熱空氣產生的上升熱氣流驅動位于塔架內部渦輪， 帶動發(fā)電機發(fā)電。根據外部自然天氣情況，兩種氣流可分別驅動渦輪發(fā)電，也 可同時驅動渦輪發(fā)電。
上述方法使用的裝置如下參見圖l至圖3所示， 一種自然風能和太陽能 熱氣流風能互補風力發(fā)電裝置，包括豎直設置的用于支撐中空葉片和回轉體塔 架1。所述塔架l底部和底座支架4之間密封固定連接有圓臺形的太陽能集熱 裝置7，渦輪2設置于塔架內部，渦輪2與發(fā)電機5通過增速齒輪箱13驅動 連接。
上述技術方案中，當天氣遇強風或天氣不太晴好時主要是自然風力驅動位 于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直通到塔架內部的空氣，形成的上 升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電，太陽能集熱裝置加熱空氣產 生的上升的熱氣流驅動渦輪帶動發(fā)電機輔助發(fā)電；當天氣晴好的風力較弱，有 時風力甚至會停止時，系統主要是利用太陽能集熱裝置加熱空氣產生的上升的 熱氣流驅動塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電，此時如果有較弱的風力，自然 風力驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一直通到塔架內部的空 氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，，帶動發(fā)電機輔助發(fā)電；夜間無 太陽光時，主要是自然風力驅動位于塔架頂部的中空葉片旋轉，抽出葉片內一 直通到塔架內部的空氣，形成的上升氣流驅動位于塔架內部渦輪，帶動發(fā)電機 發(fā)電。不僅進一步充分利用自然資源，還提高了本裝置的利用率。
上述技術方案中，所述步驟1中的風力發(fā)電機系統的將自然風能通過塔架 頂部的旋轉的中空葉片轉化為塔架內腔高速上升氣流。位于塔架底部的太陽能 集熱裝置加熱其內部的空氣和塔架內腔和中空葉片的煙囪效應在塔架內腔形 成高速的上升氣流。兩種氣流可同時驅動位于塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā) 電，也可分別驅動塔架內部的渦輪，帶動發(fā)電機發(fā)電。
上述技術方案中，所述步驟3中的太陽能集熱裝置由太陽能集熱板組成的 上下開口呈圓臺錐面結構；其頂部開口與塔架內腔的下端開口匹配相連，集熱 板經太陽光照射，將太陽能轉化為熱能，加熱集熱板下面周圍的空氣。
本發(fā)明的技術構思是天氣遇強風時，風力發(fā)電系統主要是自然風發(fā)電； 天氣晴好無風的時，風力發(fā)電系統主要是利用太陽能集熱裝置加熱空氣，同時 利用塔架內腔和中空葉片的拔風效應產生的熱氣流驅動渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電； 天氣晴好伴有較強風時，自然風和導風筒內部的熱氣流同時驅動渦輪，帶動發(fā)
電機發(fā)電；夜晚，風力發(fā)電系統主要是自然風發(fā)電。
由于上述技術方案的使用，本發(fā)明與現有技術相比，具有下列優(yōu)點
1. 由于本發(fā)明將利用自然風發(fā)電和利用風力發(fā)電系統塔架下面的太陽能 集熱裝置和塔架內腔所形成的熱氣流發(fā)電在風力發(fā)電系統塔架內部進行疊加， 可保證發(fā)電裝置穩(wěn)定運行，提高發(fā)電效率。
2. 本發(fā)明同時以自然風力發(fā)電和以太陽能熱氣流發(fā)電為主，因此其裝置 的建設選址不受地域的限制，有利于推廣應用。
3. 本發(fā)明在一天中的大部分自然天氣條件下發(fā)電系統均可以發(fā)電，不僅 充分利用了清潔的自然資源，還大大提高了設備的利用率，具有良好的經濟效 益。
4. 克服了風力機對風時電纜纏繞的煩惱。
權利要求
1.一種自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，風力發(fā)電機在自然風能驅動發(fā)電機發(fā)電的基礎上還可以利用太陽能集熱裝置產生的熱氣流風能驅動發(fā)電機發(fā)電。自然風能驅動風力發(fā)電機發(fā)電，主要是安裝于筒狀塔架頂部的葉片是中空的，葉片尖端有開口。當葉片轉動時，根據空氣動力學原理，在開口處產生低壓，抽出葉片內一直通到塔內部的空氣。塔的下面的太陽能集熱裝置底端設有進風口，空氣可不斷地從底部向上流，從而在塔架內部產生高速上升的氣流，該氣流驅動塔架內安裝的風力渦輪發(fā)電機發(fā)電。熱氣流的風能驅動發(fā)電機發(fā)電，主要是利用集熱裝置將太陽能轉換為熱能，該熱能對位于塔架下端的太陽能集熱裝置中的空氣加熱，空氣加熱形成熱氣流，熱氣流沿塔架內腔高速上升，高速上升的熱氣流驅動位于塔架內部的渦輪旋轉，旋轉的渦輪通過傳動軸驅動發(fā)電機發(fā)電。
2. 如權利要求1所述的自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，其特 征在是，所述的風力發(fā)電機系統的驅動發(fā)電機發(fā)電的渦輪安裝于塔架內部。 風力發(fā)電機系統中的發(fā)電機不僅可利用自然風能驅動發(fā)電，而且還可利用熱 氣流的風能驅動發(fā)電。
3. 如權利要求l所述的自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，其特 征在是，所述的風力發(fā)電機系統中塔架內部的渦輪旋轉軸線和塔架的軸心線 重合半.口 o
4. 如權利要求l所述的自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，其特 征在是，所述的風力發(fā)電機系統中渦輪驅動的發(fā)電機可安裝在位于塔架底部 的集熱裝置內部，或安裝于地面下。
5. 如權利要求l所述的自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，其特 征在是，所述的熱氣流是由位于塔架下端的上下開口呈圓臺錐面結構的太陽 能集熱裝置產生。
6. 如權利要求l所述的自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，其特 征是，所述的由位于塔架底部的太陽能集熱裝置產生的上升熱氣流，驅動渦 輪發(fā)電之后，通過塔架和位于塔架頂部的中空的葉片流出。
7. 如權利要求2所述的自然風能和太陽能熱氣流風能互補風力發(fā)電方法，其特 征是，所述的塔架內部驅動發(fā)電機發(fā)電的渦輪既可由位于塔架頂部的自然風 能驅動的中空葉片旋轉在塔架內部產生的上升氣流驅動，又可由太陽能集熱 裝置加熱空氣產生的高速上升的熱氣流驅動，或兩種氣流同時驅動渦輪，帶 動發(fā)電機發(fā)電。
全文摘要
一種自然風能和太陽能熱氣流風能互補發(fā)電方法。自然風發(fā)電主要是安裝于筒狀塔架頂部的葉片是中空的，葉片尖端有開口。當葉片轉動時，根據空氣動力學原理，在開口處產生低壓，抽出葉片內一直通到塔內部的空氣，塔下面的太陽能集熱裝置底端設有進風口，空氣可不斷地從底部向上流，從而驅動塔架內的渦輪發(fā)電機發(fā)電。塔架底端設置有太陽能集熱裝置，其頂部開口與塔架下端開口匹配相連，底部固定于底座或支架。太陽能集熱裝置將太陽能轉化為熱能，加熱塔架底部錐形塔內部的空氣，由于筒狀塔架和中空葉片的拔風效應，內部空氣越熱，塔架越高，塔架內腔的熱氣流風速也越大。該熱氣流產生的風力驅動位于塔架內部的渦輪發(fā)電機發(fā)電。
文檔編號F03D1/04GK101349244SQ20081006361
公開日2009年1月21日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權日2008年6月30日
發(fā)明者王瑞明 申請人:王瑞明