太陽能和地熱能互補的熱氣流發電系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種太陽能和地熱能互補的熱氣流發電系統，包括太陽能熱氣流發電系統和地熱能熱管發電系統。太陽能熱氣流發電系統由太陽能煙囪、太陽能集熱棚和渦輪發電機組構成，地熱能熱管發電系統由地熱能熱管和渦輪發電系統構成。太陽能煙囪的底部設置有渦輪發電機組，太陽能煙囪的下部為太陽能集熱棚，太陽能集熱棚的下部設置有地熱能熱管發電系統。渦輪發電系統由渦輪葉片、渦輪軸、磁流體密封裝置和發電裝置構成。它不用抽取和回灌地熱資源，對太陽能和地熱能均進行了有效地利用，運維綠色環保成本低、發電連續穩定效率高，并且可以在節能減排等方面做出實際的貢獻，推動循環經濟的可持續發展和低碳經濟、綠色經濟的長足發展。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種太陽能熱氣流發電系統，也涉及一種地熱能發電系統，特別 是一種太陽能和地熱能互補的熱氣流發電系統。
技術介紹
據國家發展和改革委員會公布的《可再生能源中長期發展規劃》了解到，“能源是 經濟和社會發展的重要物質基礎。工業革命以來，世界能源消費劇增，煤炭、石油、天然氣 等化石能源資源消耗迅速，生態環境不斷惡化，特別是溫室氣體排放導致日益嚴峻的全球 氣候變化，人類社會的可持續發展受到嚴重威脅。目前，我國已成為世界能源生產和消費大 國，但人均能源消費水平還很低。隨著經濟和社會的不斷發展，我國能源需求將持續增長。 增加能源供應、保障能源安全、保護生態環境、促進經濟和社會的可持續發展，是我國經濟 和社會發展的一項重大戰略任務。，，當今無論從世界還是從我國來看，一次化石能源都是有限的，我國的一次化石能 源儲量遠遠低于世界平均水平，大約只有世界總儲量的10%。從長遠來看，新能源必將是未 來人類的主要能源來源。可再生能源資源潛力大，環境污染低，可永續利用，是有利于人與 自然和諧發展的重要能源。上世紀70年代以來，可持續發展思想逐步成為國際社會共識， 可再生能源開發利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發利用可再生能源作為能源戰 略的重要組成部分，提出了明確的可再生能源發展目標，制定了鼓勵可再生能源發展的法 律和政策，可再生能源得到迅速發展。當人類為化石能源的日漸枯竭和生態環境的不斷惡 化而憂心忡忡的時候，新能源讓我們看到了未來能源的希望之光。加大新能源的開發和利 用，建設資源節約型社會已經成為全人類的共識。可再生能源中的太陽能、風能和地熱能就在新能源領域扮演著重要的角色，發揮 著積極、重要的作用。我國太陽能資源十分豐富，據估算，我國陸地表面每年接受的太陽輻 射能約為1.47X IO8億kWh，相當于4. 9萬億噸標準煤，我國的西藏、云南、青海、新疆、甘肅、 內蒙古等地區的太陽輻射能量較大，屬于太陽能利用條件較好的地區。我國風能資源具有 良好的開發前景，發展潛力巨大，據最新風能資源普查初步統計成果，我國陸上離地IOm高 度風能資源總儲量約為43. 5億kW，居世界第1位。其中，技術可開發量為2. 5億kW，技術 可開發面積約20萬km2，此外，還有潛在技術可開發量約為7900萬kW。全國IOm高度可開 發和利用的風能儲量超過10億kW，僅次于美國、俄羅斯居世界第3位，主要分布在西藏、新 疆、青海、內蒙古、甘肅及沿海等地區。另據初步勘探，我國地熱資源豐富，主要分布在藏南、 川西、滇西地區，可裝機潛力約為600萬千瓦。初步估算，全國可采地熱資源量約為33億噸 標準煤。在地熱能的開采利用方面，20世紀70年代初，在國家科委的支持下，我國各地涌 現出大量的地熱能電站，然而這些電站所在地區的地熱水溫度低、水量小，運行效果并不理 想。建于1977年的西藏羊八井地熱電站位于我國目前已探明的最大高溫地熱的西藏羊八 井地熱田，羊八井海拔4300米，其地熱田地下深200米，地熱蒸汽溫度高達172°C。自1977年羊八井電站第一臺機組投入運行，到1986年裝機容量已達到1. 3萬千瓦。它由5眼地熱 井供水，單井產量為75 160立方米/小時，水溫為145 170°C。每年二、三季度水量豐 富時靠水力發電，一、四季度靠水熱發電，能源互補。自1977年9月建成試驗發電以來，目 前裝機容量已達25. 15MW，占拉薩電網總裝機容量的41.5%，在冬季枯水季節，地熱發電出 力占拉薩電網的60.0%，成為其主力電網之一。近幾年隨著能源的緊缺，羊八井電站開始發 揮越來越重要的作用。從世界范圍來看，地熱開發利用的步伐從20世紀70年代初開始加 快，1975 1995年的20年間，全球范圍內地熱發電每年大約以9%的速率增長，若以此增 長速率來測算，到2020年全球地熱發電量將達到318kWh/a。地熱能電站要想利用地下熱能，首先需要有合適的載熱體將地下的熱能帶到地面 上來。目前，能夠被地熱能電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。但是，地熱 能電站在利用地下天然蒸汽和熱水的過程中，地熱資源中所含的礦物質或雜質等就會對與 其直接接觸的相關設備產生一定的腐蝕和破壞作用，不利于設備的長期穩定運行，并且不 斷抽取和回灌地熱資源，還會影響和破壞其所在區域的地熱資源分布、地質結構狀況以及 生態環境等，造成系列的問題。另一方面，隨著地下水資源保護的不斷加強，地熱水資源的 直接利用也將會受到更多的限制。
技術實現思路
本技術提供一種太陽能和地熱能互補的熱氣流發電系統，它結構簡單、自動 化程度高、抗外界干擾性強、操控難度系數低，不用抽取和回灌地熱資源，對太陽能和地熱 能均進行了有效地利用，運維綠色環保成本低、發電連續穩定效率高，并且可以在節能減排 等方面做出實際的貢獻，推動循環經濟的可持續發展和低碳經濟、綠色經濟的長足發展。本技術解決其技術問題所采取的技術方案是一種太陽能和地熱能互補的熱氣流發電系統，包括太陽能熱氣流發電系統和地熱 能熱管發電系統。所述的太陽能熱氣流發電系統由太陽能煙囪、太陽能集熱棚和渦輪發電 機組構成；所述的地熱能熱管發電系統由地熱能熱管和渦輪發電系統構成。所述的太陽能煙囪的煙囪壁為絕熱煙囪壁，煙囪壁的內表面為光滑內壁，煙囪壁 的外表面設置有斜拉索網；太陽能煙囪的底部設置有渦輪發電機組，渦輪發電機組由渦輪 葉片、渦輪軸和發電裝置構成，渦輪軸的一端與渦輪葉片相連接，另一端與發電裝置相連 接；太陽能煙 的下部為太陽能集熱棚，太陽能集熱棚由棚頂和支撐機構構成，棚頂為高分 子透明材料，支撐機構為混凝土梁或鋼構支架，支撐機構上設置有從地面通往棚頂的軌道； 太陽能煙 底部和太陽能集熱棚中部之間的收縮流道由規則流線型曲面光滑過渡連接。所述的地熱能熱管是由熱管的蒸發段、絕熱段和冷凝段組成的亞葫蘆型的真空密 閉管。亞葫蘆型熱管的下部為蒸發段，亞葫蘆型熱管的上部為冷凝段，亞葫蘆型熱管的中部 為絕熱段；亞葫蘆型熱管下部的內腔為蒸發腔，蒸發腔內有適量的液態工質；亞葫蘆型熱 管上部的內腔為冷凝腔，是地熱能轉化為電能的場所；絕熱段的上部為亞葫蘆型熱管的喉 部；由蒸發腔到喉部的亞葫蘆型熱管的內腔為橫截面積逐漸減小的漸縮型管腔，是地熱能 快速高效傳遞的通道；由喉部到冷凝腔的亞葫蘆型熱管的內腔為橫截面積逐漸增大的突放 型管腔，是地熱能快速高效轉化的通道。在地熱能熱管的絕熱段的外管壁的外部設置有真 空絕熱腔。所述的渦輪發電系統由渦輪葉片、渦輪軸、磁流體密封裝置和發電裝置構成。在冷 凝腔的突放型管腔內安裝有水平設置的渦輪葉片，渦輪葉片與渦輪軸的一端相連接，渦輪 軸的另一端通過磁流體密封裝置與設置于冷凝腔上部的發電裝置相連接，磁流體密封裝置 設置在冷凝腔上部的管壁上，渦輪發電系統的渦輪軸的軸心線與喉部管腔的中心線重合， 渦輪發電系統的發電裝置設置在太陽能集熱棚的上部。本技術的目的還可以通過下述的技術措施來實現本技術的地熱能熱管發電系統設置至少為三組，且都以渦輪發電機組為中心 在太陽能集熱棚下部的周邊均勻對稱布置。本技術的太陽能煙囪的煙囪筒體為規則圓柱狀筒體，也可以是由底部往頂部 截面逐漸變小的亞圓臺狀筒體；煙囪內部的不同高度水平設置有圓形輻射狀本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種太陽能和地熱能互補的熱氣流發電系統，包括太陽能熱氣流發電系統和地熱能熱管發電系統，其特征在于：所述的太陽能熱氣流發電系統由太陽能煙囪（１）、太陽能集熱棚（３）和渦輪發電機組構成，所述的地熱能熱管發電系統由地熱能熱管和渦輪發電系統構成；所述的太陽能煙囪（１）的煙囪壁為絕熱煙囪壁，煙囪壁的內表面為光滑內壁，煙囪壁的外表面設置有斜拉索網（１９）；太陽能煙囪（１）的底部設置有渦輪發電機組，渦輪發電機組由渦輪葉片（２－１）、渦輪軸（１２－１）和發電裝置（１３－１）構成，渦輪軸（１２－１）的一端與渦輪葉片（２－１）相連接，另一端與發電裝置（１３－１）相連接；太陽能煙囪（１）的下部為太陽能集熱棚（３），太陽能集熱棚（３）由棚頂和支撐機構構成，棚頂為高分子透明材料，支撐機構為混凝土梁或鋼構支架，支撐機構上設置有從地面通往棚頂的軌道，太陽能煙囪（１）底部和太陽能集熱棚（３）中部之間的收縮流道由規則流線型曲面光滑過渡連接；所述的地熱能熱管是由熱管的蒸發段、絕熱段和冷凝段組成的葫蘆型的真空密閉管，葫蘆型熱管的下部為蒸發段，葫蘆型熱管的上部為冷凝段，葫蘆型熱管的中部為絕熱段；葫蘆型熱管下部的內腔為蒸發腔（１０），蒸發腔（１０）內填充有液態工質（１４）；葫蘆型熱管上部的內腔為冷凝腔（５），是地熱能轉化為電能的場所；絕熱段的上部為葫蘆型熱管的喉部（７）；由蒸發腔（１０）到喉部（７）的葫蘆型熱管的內腔為橫截面積逐漸減小的漸縮型管腔（１５）；由喉部（７）到冷凝腔（５）的葫蘆型熱管的內腔為橫截面積逐漸增大的突放型管腔；在地熱能熱管的絕熱段的外管壁（９）的外部設置有真空絕熱腔（８）；所述的渦輪發電系統由渦輪葉片（２－２）、渦輪軸（１２－２）、磁流體密封裝置（１７）和發電裝置（１３－２）構成，在冷凝腔（５）的突放型管腔內安裝有水平設置的渦輪葉片（２－２），渦輪葉片（２－２）與渦輪軸（１２－２）的一端相連接，渦輪軸（１２－２）的另一端通過磁流體密封裝置（１７）與設置于冷凝腔（５）上部的發電裝置（１３－２）相連接，磁流體密封裝置（１７）設置在冷凝腔（５）上部的管壁上，渦輪發電系統的渦輪軸（１２－２）的軸心線與喉部（７）管腔的中心線重合，渦輪發電系統的發電裝置（１３－２）設置在太陽能集熱棚（３）的上部。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：舒明，胡芳，舒海，
申請(專利權)人：舒明，
類型：實用新型
國別省市：42