[发明专利]太阳能-风能联用系统及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及利用较高楼宇或高塔设置太阳能-风能联用系统，用于发电、除尘排热。其核心原理是以太阳能加热上升风管内气流，使其温度上升和密度下降，在风管顶端的气流处理室内使气流温度骤降和密度加大而进入下降风管形成高速气流，这不仅强化了上升风管底部进风口对空气的吸入能力，也形成对位于下降风管底部的风力发电机更大的驱动力。具体是利用楼宇或高塔的向阳面为基础安装薄形上升风管，在阳光照射到的表面为黑化处理过的铝合金薄板，这些黑化表面接受太阳的幅射热后加热管内空气，产生“烟囱效应”而使热气流上升，将上升风管下部进风口附近的空气“吸”上来。气流进入楼宇或高塔顶部的气流处理室后经冷水喷淋和气水分离后，迅速变为低温的较高密度的清新空气排入下降风管，在其下部出口处驱动风力发电机组。为防止迎面风干扰风力发电机的正常运转，距风力发电机排风口一定距设有挡风墙。为强化太阳光对上升风管内气流加热，在上升风管下面部位安装平板空气加热器。为增加其吸尘效果，上升管底部进气口优先设置在马路二侧，这里是汽车尾气污染最严重地带；也是产生“热岛效应”最集中地带，因为这里不仅有黑色路面，更有汽车排出的大量热量。

当建造的太阳能-风能联用系统附近是建筑群时，可将风力发电机排出口的清新排风经活性碳层吸附处理除去残留的有害物后，作为新风补入空调送风管。这不仅有高品质的新风而且节能。

工厂的烟囱是重要的大气污染源。利用上述原理，以烟囱代替太阳能加热的上升风管，只要再建造下降风道、对烟气进行水喷淋净化和降温的气流处理室、配有风力发电机的下降风道就不仅能更彻底净化烟气，而且能利用其能量发电、节能。

此外，城市是“寸金地”，利用高架路上空建造本系统是一种很好的选择。

背景技术

随着国民经済快速发展，使我国能源需求大幅增加和生态环境受到严重损害。对于这二大亟待解决的难题，应采取有效而低成本的应对措施。

当前为缓解能源需求的增长，采用了光伏发电和风力发电等措施，但往往受掣于投资巨大，成本回收期长，抵消了利用太阳能和风能带来的经济效益。本案采用太阳能-风能联用发电模式，是一种可广为布点的小电站，其成本的投入较低，有助于解决上述难题。

经济发展对生态环境造成的负面影响是众所周知的。发达国家以数十年投入巨资和转移污染源才达到当前优化的生态环境。面对当前我国严重的空气污染问题，本案所述太阳能和风能联用系统设计凸显其优越的除尘降温效能。如能广泛实施将对肆虐半个中国、每年超过半年的大气严重污染具有较强的压制作用。

发明内容

本发明提出一个全新的太阳能-风能联用系统，它是集太阳能-风能联用发电、污浊空气净化、降低城市“热岛效位”于一体的低投入技术方案。该系统主要由上升风管、气流处理室、下降风管、风力发电机组、挡风墙组成。

当本系统可依托楼宇建造，上升风管贴楼宇向阳外墙安装，其黑化后的管壁受阳光幅照后管内空气被加热而上升，进入与其顶端相连的气流处理室而受到水的喷淋清洗使其温度和尘埃大幅下降，经汽水分离后气流进入下降风管，由于上升风管和下降风管内气流密度有较大的差异，使二管内空气流速很大，足以驱动下降风管末端设置的风力发电机组，而源源不断的风量是靠上升风管下方设置的进风口把其四周的污浊空气吸入而補充。为加强上升风管内气流的加热，在适当部位敷设了太阳能加热器件。在气流处理室水箱二侧按气流的流向安装有导风板和气水分离器。它们保障气流被高效淋洗和气水分离；气流处理室下部水箱内装有水-水换热器，它将受热空气加热的循环喷淋水迅速冷却，保证喷淋水温恒定和防止喷淋水大量汽化。同时换热器内的冷却水被加热后供用户使用。进入下降风管末端的气流驱动风力发电机发电后，一部分经吸附处理后除去气流中残存的有害物质成为高质量的新风供楼宇内人群呼吸，一部分向外排放。为此挡风墙迎风面设有吸附层和新风机。

工厂烟囱排烟是大气污染的重要根源。把烟囱作为塔体和上升风管建造本系统不仅较彻底净化烟气，而且可利用下降风管气流发电。但需建造水处理系统，防止对大气的污染转嫁为对地表水体污染。本模型有可能使许多烟囱变为无排烟烟囱。

在城市高架路上方空间建造太阳能除尘和发电系统，能有效降低机动车对环境的污染，因为高架路沿线是车流最大的地方，汽车尾汽不仅排出大量有害气体，也排出大量热量。这一方案有效地利用了城市的可利用空间资源。

由上概述可知，本发明具有以下特点：

1、提出了太阳能-风能联用系统。可建造低成本的太阳能-风能发电站。