[其他]用于發電的高空采風方法及其設備

無效

• 申請號: 88101846
• 申請日: 1988-03-31
• 公開（公告）號: CN88101846A
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發明（設計）人: 余新河
• 申請（專利權）人: 余新河
• 主分類號: F03D1/04
• 分類號: F03D1/04;F03D3/04;F03D5/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 樓垂品

本發明涉及一種用于發電的高空采風方法及其裝置，利用本方法所產生的風能也可用來驅動其他工作機械。

風是存在于地球表面的自然現象。地球上近地面層每年的風能總量約為1.3×10¹²千瓦，可利用的風能量至少為10⁹千瓦，約10倍于地球上可利用的水能總量。中國的風能資源十分豐富，年風能總儲量估計為16億千瓦。由于風是一種取之不盡的能量，所以很早以來就利用風力作為驅動發電機和其他工作機械的動力，用于發電、提水灌溉、碾米等。隨著人類文明的進步和科學技術的發展，應用風力發電的技術取得了很大發展，收到十分顯著的經濟效果。

但多數利用風力的方法均脫胎于原始的風單，世界各國的風力發電裝置均是在自然風場中架設風力發電機，塔高數米至數十米，風力發電機轉子葉片長達數米至十多米，有效運轉風速為3-20米/秒，退出運行風速為28-30米/秒。這些風力發電機組存在以下的根本性缺點：1.不能充分應用各種速度的風力，如對3米/秒以下的風速及30米/秒以上的風速不能應用，只好棄風停運;2.轉子葉片由于長度大，且受不同大小的沖域負荷，受力狀況差，常發生斷裂事故;3.風力發電機組必須安裝在很高的塔架上，安裝困難，機械磨損嚴重，使用壽命短，一般不到兩年。

因此，近年來，多數風力發電機的研究只好著眼于地面的風力，放棄離地十米或幾十米以上高空的強盛風力的優勢。如中國實用新型專利CN????86201785U各為“風力發電機風道”，是由一垂直風筒塔和十六堵聚風墻面上刷一層太陽能吸收率的涂料，藉“熱氣流上升”的原理來集風。美具專利4406579（1983年9月27日），也是一種利用地面風力的發電裝置，它是用一個很長的抽風道，在風道外側涂黑以吸收陽光，用于加熱管道內空氣，產生“熱氣流上升”效應，對地面的空氣產生一向上抽力，而在進風口產生風流。此氣流推動連接在進風口的風輪轉動，風輪軸帶動同軸發電機，將風能轉變為機械能，再變為電能。這類風力發電的最大缺點是不能應用高空的優勢風力。

因此，本發明的任務是要提供一種用于發電的高空采風的方法及其裝置，達到可以利用高空優勢風力，使風力發電裝置改善其工作條件和延長設備壽命，以及加工精度要求低，安裝方便，維修簡單，大大降低設備制造保養的費用。

本發明的任務是通過下述的技術方案來解決的：將高空具有不同速度的空氣流，通過一個或數個采風口匯集于進風口，通過直徑漸縮的風道自行加速，在近地面處的出風口達到進行發電和驅動其他工作機械所需的工作速度。

本發明的構思基于柏努利方程。根據柏努利方程，空氣在自然風場中不斷運動，其運動的動能即風能密度為：

W＝ 1/2 ρV³A， （1）

W-風能;

ρ-空氣密度;

V-風速;

A-單位截面積。

設風通進風口的截面積為A₁，風速為V₁，出風口的截面積為A₂，風速為V₂，則在單位時間內通過風道進風口截面的風能為W₁＝ 1/2 ρA₁V³₁同樣在風道出風口截面的風能為：W₂＝ 1/2 ρA₂V³₂。

假設是理想的漸縮風道，風能在風道中的損失略而不計，根據能量不滅定理，則：

W₁＝W₂即 (A₁)/(A₂) ＝ (V₂³)/(V₁³)

（2）

由式（2）可知，大截面處的風速小，而小截面處的風速大。當然，A₁的尺寸是根據機組容量而定，A₂的尺寸是根據風力渦輪機的設計風速來選擇。風道長度則按最佳增速比來選擇。

根據流體力學空氣動力理論，風道的軸向截面形狀為雙曲線，風能損失最小，其增益因子在4-5。實際應用中，采用直線或其他近似雙曲線也是可以的。

本發明主要采用于離地十多米乃至數十米的采風方式，用于取代現有的在自然風場中架設風車式的采風方式，主要優勢是在高空，因為地面風由于摩擦而變弱之故。當然，本發明對于地面氣流頻繁的地區，也可使用于地面，此時宜采用臥式或傾斜式風道。