一种阶梯阵列风机式风能、太阳能联合利用发电站的制作方法

本发明涉及一种阶梯阵列风机式风能、太阳能联合利用发电站，将风能、太阳能两种自然能源相结合并转换成电能。

技术背景

随着燃烧化石燃料生产电力带来的污染越来越严重，自然能源的开发利用得到了长足发展，特别是风能、太阳能的利用取得了较多成果。

虽然风能、太阳能资源地球分布总量巨大，但分散到地球表面单位面积上却存在能量较小，收集困难，能量不稳定等缺陷，特别是单一能源能量的收集有限，且目前的风力发电机均存在一定缺陷，例如现在大型风力发电机，为要求输出电压稳定，在风力较大时均设有刹车装置，使风能能量白白浪费；风机扇叶一般为三个扇叶形式，扇叶间的风能没有得到利用；同时电能存储困难等。由此带来效率较低，风力发电经济效益不明显等不足。

为克服上述单一能源能量较少，能量不稳定，能量利用效率较低等缺点，将风能、太阳能两种能源同时联合开发利用，为实现较大稳定功率输出提供新的途径。

技术实现要素：

为了实现将风能、太阳能联合转变成电能，本发明提供一种将风能、太阳能联合利用，将两种自然能源同时转变成电能的一种阶梯阵列风机式风能、太阳能联合利用发电站。

为达到上述目的，本发明是通过以下措施实现的：一种阶梯阵列风机式风能、太阳能联合利用发电站。包括风能部分、太阳能部分、涡轮机、蓄能器、连管5个部分组成，是一种将自然能源转化成压缩空气能，通过压缩空气的能量带动涡轮机、电动机发出电力的装置。该装置风能部分通过风力机、空气压缩机、风筒结构为集气管提供压缩气源；太阳能部分通过槽式太阳能聚光板、集热管、换热器结构收集太阳能热量，加热进入换热器的压缩空气；压缩空气膨胀后进入涡轮机做功；蓄能器对整个系统起到调节稳定作用，在风能较大将超出涡轮机用量的部分压缩空气进行储存，待涡轮机气体流量不足时输出给涡轮机。

特别是，所述风能部分包括风机扇叶、风机及空压机轴、空气压缩机、风筒、风筒单向阀、空气压缩机进风口、空气压缩机出风口、集气管、管道构成。其自上而下连接方式依次为风机及空压机轴、空气压缩机、风筒、集气管。风筒为设置在水平设置的集气管上并通过风筒单向阀与集气管内部空间相通的垂直密闭圆筒，风流方向设置为只能从风筒到集气管；风机及空压机轴上设置风机扇叶；空气压缩机上设置空气压缩机进风口、空气压缩机出风口；风筒与空气压缩机出气口相连，空气压缩机气流方向设置为从外界大气吸入空气压入风筒。由自然风力驱动风机扇叶旋转，带动风机及空压机轴转动，空气压缩机将外界气体通过风筒单向阀压入集气管。

特别是，所述风能部分的风机布置为阶梯阵列形式，风机适宜采用垂直轴风机，后排风机的扇叶布置高度高出前排风机扇叶，以免后排风机的风能被前排风机所阻挡，从而较大提高整个风机阵列的风能捕捉能力。空气压缩机宜采用双螺杆、单螺杆、叶片式空压机。

特别是，所述太阳能部分包括槽式太阳能聚光板、集热管、传热介质管道、换热器、支架、传热介质、换热器外壳构成。集热管、管道、换热器构成密闭回路；密闭回路中充满传热介质，由槽式太阳能聚光板收集的太阳能热量传递到集热管，将集热管中的传热介质加热并输送至换热器，来自集气管的压缩空气进入气流管道与传热介质在换热器外壳的密闭空间内进行热交换，压缩空气被加热膨胀后进入涡轮机做功。支架支撑槽式太阳能聚光板。

特别是，所述涡轮机包括涡轮机、发电机，从换热器出来的压缩空气流过涡轮机上的叶片做功，带动涡轮机转动，将扭矩传递给发电机，发电机发出电力。根据该装置压缩空气压力、流量不大，但流量可以集中使用的特点，设想该装置的涡轮机是一种介于蒸汽机和风力机间的涡轮机，即可以适当加大涡轮机轮毂直径(增大力臂长度)，同时利用喷嘴在涡轮圆周扇叶上均布的n个点来达到气流的更有效利用。

特别是，所述蓄能器包括蓄能器单向阀、蓄能器、输出气流控制阀组成，电站运行过程中风力较大时，集气管中的压缩空气压强超过设定值时，气流进入蓄能器，待涡轮机气流流量不足时，蓄能器中的气体进入涡轮机，对系统压强、流量起到调节稳定作用，另一方面，蓄能器提高了能源的利用率。

特别是，所述电站系统中压缩空气及传热介质均由管道进行连接。且电站系统根据场地及输出功率需要，可以设置n个集体管，n组风机。

本发明一种阶梯阵列风机式风能、太阳能联合利用发电站，是将风能转换来的压缩空气能，通过太阳热能的进一步加热膨胀，推动涡轮机做功发出电力，是一种利用压缩空气做功的形式，同时在系统中设置蓄能器，对系统能量起到存储、调节作用。其与燃烧化石燃料的火力蒸汽发电、燃气轮机等都是通过气体转化为动力，符合由气体能转换为动力的这种较合理的能量转换方式。

附图说明

图1为本发明一种阶梯阵列风机式风能、太阳能联合利用发电站最佳实施例示意图。

图2为图1所示最佳实施例中a-a剖面示意图。

图3为图1所示最佳实施例中b-b剖面示意图。

图4为图1所示最佳实施例中风能部分示意图。

图5为图4所示一种叶片式空气压缩机为例c-c剖面示意图。

图6为图1所示最佳实施例的d-d剖面示例图。

图7为图1所示最佳实施例的e-e剖面示例图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。一种阶梯阵列风机式风能、太阳能联合利用发电站，包括风能部分、太阳能部分、涡轮机、蓄能器、连管5个部分组成。

特别是，所述风能部分包括风机扇叶5、风机及空压机轴4、空气压缩机6、风筒7、集气管8、、管道9、空气压缩机进风口16、空气压缩机出风口17、风筒单向阀18、定子壳体19、叶片20、转子21组成。风筒7为封闭的圆筒，垂直设置在水平放置的集气管8上并与集气管8通过风筒单向阀18内部空间相通，风筒7上部设置空气压缩机6，风机及空压机轴4上设置风机扇叶5；空气压缩机6的空气压缩机进风口16与大气相通，空气压缩机出风口17与密闭的风筒7内部相通；空气压缩机6包括定子壳体19、叶片20、转子21；风机扇叶5在自然风力作用下转动，带动风机及空压机轴4转动，通过空气压缩机6中的定子壳体19、叶片20、转子21将外界气体从空气压缩机进风口16吸入，从空气压缩机出风口17压入风筒7中；风筒7中设置风筒单向阀18，由于风筒7中气压上升，风筒单向阀18打开，将气体压入集气管8中。

特别是，所述太阳能部分包括槽式太阳能聚光板1、集热管2、管道9、换热器10、支架3、气流管道24、传热介质23、换热器外壳22组成。槽式太阳能聚光板1可将太阳能量聚焦在集热管2上，支架3对槽式太阳能聚光板1及集热管2进行支撑。换热器10由换热器外壳22、传热介质23、气流管道24构成；换热器外壳22、集热管2、管道9构成密闭空间；由槽式太阳能聚光板1、集热管2加热的传热介质23通过管道9进入并充满换热器外壳22所包围的密闭空间，与通过气流管道24流入的压缩空气进行热交换后，压缩空气被加热后进入涡轮机11。

特别是，所述涡轮机部分包括涡轮机11、发电机12组成，由换热器10流出的膨胀气体进入涡轮机11，涡轮机11是整个系统的做功部分，通过气流流过涡轮机11上的扇叶，将压缩空气的能量转变为扭矩，带动发电机12发出电力。

特别是，所述蓄能器部分包括输出气流控制阀13、蓄能器14、蓄能器单向阀15组成。蓄能器14为一个具有存储一定压强气体功能的封闭空间，由集气管8流出的压缩空气，当流量及压强超出涡轮机11的需要时，剩余部分气体通过蓄能器单向阀15进入蓄能器14；当涡轮机11气体流量或压力不足时，输出气流控制阀13打开，蓄能器14中的压缩空气流出补充进入涡轮机11，对整个系统流量及压强起到调节稳定作用。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。