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刘胜臣(美国)(0级持证会员) 发表于 2013-4-22 16:24:45

太阳能热气流电站技术可行分析

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           <SPAN style="FONT-SIZE: 18pt; COLOR: black; LINE-HEIGHT: 170%; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: Verdana; mso-hansi-font-family: Verdana; mso-bidi-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 0pt; mso-bidi-font-size: 12.0pt">《太阳能通天塔发电系统》<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /><o:p></o:p>
                <SPAN style="FONT-SIZE: 18pt; COLOR: black; LINE-HEIGHT: 170%; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: Verdana; mso-hansi-font-family: Verdana; mso-bidi-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 0pt; mso-bidi-font-size: 12.0pt">可行性分析报告<o:p></o:p>
                                            专利申请号：200810002820.9<o:p></o:p>
    技术背景<o:p></o:p>
   能源是关乎一个国家、一座城市未来的根本大计。任何经济实体的高速发展都离不开强大的能源支持！当前世界能源体系正面临着实现向低碳、高效、环保的能源供应体系的迅速转变。能否成功解决这个问题，将决定未来人类社会的繁荣与否，不在危机中死亡，就在危机中涅槃重生。就在全球都忙于应付经济危机的时候，一场也许是划时代的变化正在悄然进行，那就是新一轮国家竞争力的战略制高点：绿色经济。联合国秘书长潘基文指出：“在过去一个多世纪中，人类社会曾目睹三次经济转变：第一次是工业革命，随后是技术革命，之后是全球化时代。现在人类正面临着另一次巨大变革，这就是绿色能源的革命。<o:p></o:p>
     太阳能通天塔造风发电系统由通天塔主体、套管基座、空气加热室、进风通道、风力发电机、反射镜六大部分组成。烟囱可根据需要修建高达500—20000米之间，直径10-60米，烟囱越高，直径越大，其发电能力越强，通天塔主体由薄而轻的防弹纤维布料制成，不需要人工修建，内部涂有防腐耐磨涂层，外部涂有黑色吸热材料，通天塔通过内部的特殊结构及穿行内部的高速气流，可使烟囱悬浮耸立高空而不倾倒。套管高30-60米，直径9-59米，可用高强度水泥掺防强纤维制成。基座通过套管与通天塔主体相连，基座底部设有一条与通天塔垂直的进风通道，进风通道可随意延伸数千米，在基座周围安装巨大的聚光反射镜，聚焦到通天塔下部，以便加热通天塔内部空气，此时可在进风通道内部安装上百个风力发电机组，因为通天塔自身有比普通烟囱大十几倍对空气的抽吸能力，再加上自身吸热涂层、反射镜、进风通道顶部的吸热涂层、温室对空气的加热作用，此时，可在进风通道及通天塔内部形成每秒90-150米的高速气流，其风速相当于台风3倍以上，从而带动上百个风力发电机组满负荷高速运转，发出可观的电力，其发电量可与一座大型的火电站相比，其造价不及火电站的1/10，不足风力发电投资的1/50,而且不受区域限制，从而取代矿物燃料发电。同时，通天塔的进风通道还可与高污染的大型企业的排烟通道相连，在利用余热加温空气的同时，把污染空气净化后排入高空，从而降低企业限污减排的压力，为保护环境做出积极贡献。太阳能通天塔是太阳能、风能、温差、气压差以及地球离心力的完美结合与综合利用。直径40米、高3000米的太阳能通天塔，其装机容量高达600万千瓦，发电量相当于6座大型核电站，同等投资规模，其综合效益是如今火力发电厂的200倍，风力发电的300倍，是太阳能光伏发电的500倍！它的成功发电将标志着一次绿色能源的革命！    太阳能通天塔可以先小规模投资，然后再逐步扩大。太阳能通天塔发电系统70%的投资都在风力发电机部分，通天塔、基座、进风通道、反射镜等所占投资比例不足30%。要减小投资规模，我们可以通过减小装机容量、降低通天塔直径和高度，改变通天塔的制作材料等方面着手，就可以大幅度降低通天塔的投资规模！ 一、通天塔的操作及进风通道的风速计算     1、通天塔上升操作<o:p></o:p>
   通天塔直径4０米，高1000米，如果按照现在烟囱的修建方法，就需要投资10亿元人民币，通天塔由半圆形的顶盖和通天塔主体两部分组成，顶盖的下方设有四个可以开闭向下的排气口，整个通天塔可以在厂家订制完成，其外部涂有吸热涂层，可以充分吸收太阳能，加热烟囱中流通的空气，促进空气的高速上升。当通天塔制作完成后，把它套在基座中央的套管上，套管高30米，此时在基座的加热空气室点火加热套管下方的空气，同时利用四台大型鼓风机从顶部的排气口向通天塔内部充入热空气，此时整个烟囱就像一个巨大的热气球，缓缓上升到1000米的高空。<o:p></o:p>
2、通天塔的浮力计算<o:p></o:p>
处于悬浮状态时，它对底部的压力和拉力为零，它受到空气的浮力就是它排开空气的重量：<o:p></o:p>
通天塔体积=底面积×高度=1256×1000=1256000立方米，<o:p></o:p>
通天塔的浮力=体积×空气密度1.29千克/立方米=1256000×1.29=1620240千克，<o:p></o:p>
通过计算我们知道此时他的浮力为1620240千克，即约1620吨，如果我们继续对烟囱内部的空气加热到100度，空气就会迅速膨胀，假设此时空气膨胀一倍，它的密度就会降低一倍，空气的质量也会随之降低一倍，烟囱第二次获得的浮力就是空气减少的质量，也就810吨，那么这时烟囱受到的总浮力就是：<o:p></o:p>
通天塔的总浮力=1620+810=2430(吨)<o:p></o:p>
浮力是垂直向上的力，所以这个浮力会全部作用在烟囱的顶部。由于通天塔是固定在基座套管上的不会向上运动，所以2430吨的浮力就转化为通天塔内部空气向上的动力。<o:p></o:p>
3、进风通道的风速计算<o:p></o:p>
在通天塔的运营中，我们打开顶部的排气口，空气喷出量与进风通道的进风量是一致的，也就是说通天塔所排出多少风量，进风通道必须进入多少风量，具体公式为：<o:p></o:p>
T排=T进，<o:p></o:p>
如：通天塔内部的风速为10米／秒，排除的空气量=10米／秒×1256（通天塔的横截面积）=12560立方／秒，<o:p></o:p>
由于T排=T进，<o:p></o:p>
12560立方／秒=进风通道的横截面积（25平方米）×进风通道的进风速度，进风通道的进风速度=12560立方米／秒÷25平方米进风通道的横截面积=502.4米／秒<o:p></o:p>
又由于进风通道空气密度高，在进入空气加热室会产生膨胀，然后空气的体积会相应增大一倍，所以12560立方／秒在与进风通道空气密度相等的情况下应该减少一半：12560立方米÷2=6280立方／秒，这时进风通道的风速应该为6280÷25=251.2米／秒。进风通道时速=251.2×3600=904320米/小时=904公里/小时，这相当6倍台风的风速度。<o:p></o:p>
  也许很多人会质疑这个速度，进风通道能有这么高的速度吗？这里可以举例说明：高压水水射流技术与通天塔在原理上是一样的，都是利用了连通器的原理，水射流就是在一个密封容器内施加上百吨的压力，然后让水从针孔大小的喷头中喷出，从而使水流的速度瞬间达到每秒几百米的高速，它可以用来切割几毫米厚的钢板，对金属零件进行冷加工。通天塔与之相反，进风通道就相当于喷头，通天塔相当于密封的容器，通天塔内2430吨的浮力就相当于密封容器中施加的压力，只是它们的作用力是相反的，浮力促进通天塔内部的空气高速上升，从而使进风通道形成每秒251米的高速。<o:p></o:p>
4、排气口反作用力的计算<o:p></o:p>
    这么高大的烟囱在升入高空中由于外界自然风的作用下一定会来回摆动，但是由于内部热空气的巨大浮力作用，通天塔决不会倾倒，并且还会有自动辅正的功能。当通天塔达到1000米的高度后，通过遥控打开顶盖的排气口，顶部的高速气流就会向下喷出，一个排气口的直径为2米，此时四个排气口喷出的高速气流会给烟囱一个巨大的反作用力，就如同发射火箭时喷出的高温气体，会给火箭一个向上的巨大动力。我们知道，反作用力与气体喷出时的气压成正比，气压越高，反作用力越大。超高烟囱一个排气口的横截面积为3.14平方米，4个排气口面积为12.56平方米，我们知道一个大气压作用在一平方米的压力为10吨，也就是说，通天塔顶部为一个大气压时，4个排气口产生的反作用力为125600千克，即125.6吨，通天塔内部的空气在达到顶部时，空气流速达到最高，受到顶盖的阻力，会大量聚集在顶部，使通天塔顶部在短时间内会达到2个以上的大气压强，此时顶部的反作用力就可以高达250吨，而1000米通天塔的总重量不会超过40吨。<o:p></o:p>
5、通天塔顶部的拉力计算：<o:p></o:p>
通天塔顶部的拉力=通天塔的总浮力+排气口产生的反作用力<o:p></o:p>
=2430+250=2680（吨）<o:p></o:p>
通天塔顶部产生的反作用力，再加上通天塔的总浮力2430吨，通天塔在顶部产生的拉力就是2680吨，在这种拉力的作用下，通天塔上下就会成为铜墙铁壁，不惧怕任何风吹雨打！<o:p></o:p>
1000米高的通天塔就创造了一个世界奇迹！澳大利亚正在修建的1000米高的烟囱需要投资高达10亿美元，相同高度，通天塔要比它对空气的抽吸能力高出3倍以上，这是因为美国的烟囱都是用钢筋混凝土修建，其内部的空气不受外部大气压的影响，它是依靠加热使空气密度变小、重量变轻，从而克服了地球的吸引力才能上升。由于通天塔是用柔软的纤维制作，其内部的热空气在自身密度变小、重量变轻上升的同时，它还要受到外部大气压的挤压作用，我们知道大气压作用在每平方米上的力高达10吨，1000米高的通天塔，其表面积为12万多平方米，这种压力是随着通天塔的高度而逐渐降低的，外部大气压在其表面的作用力高达120万吨以上，大部分的压力被通天塔内部的气压抵消后，它形成的合力就是外部空气对通天塔的空气浮力，可以举例说明，我们用手握紧一个茶杯，想把茶杯中的水挤压出来，如果这个茶杯是玻璃钢制作的，茶杯自身就抵消了手紧握的压力，你想把茶杯中的水挤压出来是不可能的，但是，如果这个茶杯是用纸制作的，你想用手把水挤压出来就很容易了。通天塔外部的大气压就像一个无形的巨手一样，它对通天塔的作用力是自下而上，从大到小的，这种挤压作用会极大地促进通天塔内部的空气高速上升。以直径40、高1000米高的通天塔为例，在不加热的情况下，其内部的空气重量是1620吨，当加热后，我们假设空气膨胀一倍，密度降低一半，空气的重量就只有810吨，另外810吨就变成空气上升的动力。在同样的条件下，1000米高的通天塔排开空气的重量在1620吨，这就是外部空气对它的浮力，通天塔内部的热空气在自身上升的同时还会受到这个浮力的作用，它上升的动力就是1620吨再加上810吨，空气上升的总动力为2430吨。美国烟囱下方进入的空气温度最高为70度，所以它空气密度不会降低到一半的水平，空气上升的动力最多也只有空气总重量的三分之一。所以说通天塔内部空气上升的速度要比现在美国的烟囱内部的空气流速高出3倍以上，换句话说，通天塔1000米的高度，其抽吸空气的效果就相当于美国3000米高的烟囱。可以想象通天塔内部空气的流速之高。其发电能力也将是它的3倍以上！   二、通天塔的发电原理 <S

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