[实用新型]人工龙卷风热气流发电装置

说明书

技术领域

本实用新型属于一种龙卷风发电装置，尤其涉及一种可以利用人工温度场制造较高的热功转换率的人工龙卷风热气流发电装置。

背景技术

近年来新能源产业的蓬勃发展，使得风电规模、太阳能光伏发电规模快速递增，但是风电及光伏的随机性对电网的安全性稳定性带来了挑战，为应对不断升高的新能源上网比例，国家电网加快建设储能调峰电站，建设大型上下游调峰水电站；以及利用大规模的液流电池、锂离子电池进行储能调峰发电，来平抑电网的峰谷差；太阳能应用也向塔式或槽式储热均衡发电寻求突破，新能源产业正在克服自身的瓶颈向前发展。新能源产业需要储能调峰、需要自身均衡发电，而储能调峰不仅需要较高的能源效率，而且需要合理的投资成本和恰当的寿命期，才具有发展价值。同样太阳能热发电也必须具有同其他能源发电的竞争能力。前期国家补贴只能是导向性的临时措施，新能源虽然具有环境友好绿色低碳的特点，但也需要有较好的经济效益，才能做大做强。

龙卷风是自然界的一种气候现象，它是由两股空气强烈相向对流、相互摩擦而形成的空气漩涡。由于龙卷风是大气对流层下部热空气剧烈上升，上部冷空气急剧下降的强对流气候所致，其直径从几米到数百米不等，风速可以达到200m/s，具有强大的空气流和巨大的能量，因此，可以利用龙卷风发电装置进行发电。现有的龙卷风发电装置虽然能够利用大气对流层空气对流规律，通过自然环境的上升气流形成的高速气旋，从而产生龙卷风效应进行发电，然而，这种发电装置需要沿陡峭的山体建筑，达到一定高度的垂直高度差，从而获得足够的梯度温差动力，同时还需要利用间断性、不对称机翼形螺旋脊管道形成高速气旋，才能具备龙卷风发电装置发电的必备因素，因此，现有的龙卷风发电装置具有较大的局限性，无法在非高山的地方推广使用，此外，现有的龙卷风发电装置汇集能量不够稳定，能量转换率较低，无法实现全天候、全时段均衡发电。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种人工龙卷风热气流发电装置，充分利用了人工温度场，克服自然尘卷风汇集能量太小的缺点，提高了热功转换率，实现全天候、全时段均衡发电。

本实用新型的目的是这样实现的：一种人工龙卷风热气流发电装置，包括设置在地面上的负压涡轮机和设置在负压涡轮机下方的发电机，其特征在于：所述的负压涡轮机圆周内侧设置有叶片，叶片形成气流通道，气流通道顶部设置有短气囱，短气囱外侧设置有内圈玻璃大棚，内圈玻璃大棚外侧设置有外圈玻璃大棚，负压涡轮机外侧设置有固定导流板。

所述的内圈玻璃大棚和外圈玻璃大棚底部均通过大棚支柱与地面连接。

所述的内圈玻璃大棚内设置有环形燃烧带，环形燃烧带上设置有燃烧炬。

所述的气流通道半径与短气囱半径相等，故涡轮为大直径低速负压涡轮机。

    本实用新型的工作原理为：在地面上由内圈玻璃大棚和外圈玻璃大棚形成的热力大棚内，以空气为介质的热载体，太阳能透过双层玻璃大棚加热棚内空气，棚内被加热的空气受到热成风的机理作用，在固定导流板导引下，在科氏力、惯性离心力作用下，通过棚中央出口汇集旋升形成人造龙卷风。而成势龙卷风中心的低气压和较高风速为热气流作用负压涡轮机获得机械能提供了良好的技术条件，在热风场中央出口水平安装大型负压涡轮机，即可获取热气流的部分能量，实现热能-风能-电能的转换。在夜间或太阳能不足时，采用辅助能源—荒煤气，在棚内环形燃烧带上燃烧加热空气，热空气工作温度控制在65℃—95℃之间，完善的系统具备均衡发电和调峰发电的能力。

热成旋风的机理分为自然龙卷风和人工龙卷风，自然龙卷风如荒漠戈壁的尘卷风发生在夏季的午后时分，地表被阳光持续照射，加热地表的空气，并形成一定的热空气层厚度，当该空气层的温度达到门限值时，气体分子的热运动力克服气体的重力，气团瞬间向上运动，在某个随机地点以热空气层厚度8倍的半径形成上升气体柱，在科氏力和地球惯性离心力的作用下，上升气体柱快速起旋，热气体向相对低温低压的上层大气升旋排泄，在上升气体柱的底面形成低气压，外围热空气在前导气体的气流场的作用下，沿柱面近90度的角度被吸入形成龙卷风，龙卷风中心的低气压使得气体的热能转化为气体的动能，升旋中转化为势能，将地面能量向高层大气扩散，在龙卷风发展和成型阶段，地面热空气层形成水平涡旋。尘卷风的空气温度无法高于门限值，热空气层厚度小，水平涡旋直径有限，无法收集大范围内的太阳能。