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CN104929874A - 地热能水力、风力和温差多元发电站 - Google Patents

地热能水力、风力和温差多元发电站 Download PDF

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CN104929874A
CN104929874A CN201510216941.3A CN201510216941A CN104929874A CN 104929874 A CN104929874 A CN 104929874A CN 201510216941 A CN201510216941 A CN 201510216941A CN 104929874 A CN104929874 A CN 104929874A
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刘丙钧
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Abstract

本多元发电站主要特点是省去了传统地热发电的去污和加温加压等前处理过程，直接利用地热水(或汽)的原有热能，获得水力、风力和温度差，然后再利用它们作驱动力，完成水力风力及温差发电整个过程。地热能的利用是通过一根或三根从地壳下到地表上，再回到地壳下的全程封闭无泄漏、抗腐蚀的金属管道，将昼夜连续有的热能以传导和辐射的方式，输出到各发电单元的热功转换系统而完成。全程见不到点滴地热水或汽的踪影和污染，所以，它应是环保和安全的全天候发电站。将用之不竭的地热能与有无机械运动、体积小及寿命长等众多优点的温差发电结合，可有效加速温差发电优质电源，进入生活和工业用电领域的步伐。

Description

地热能水力、风力和温差多元发电站
1、技术领域
地热能水力、风力和温差发电站(简称多元发电站)，虽是人为的先用地热或汽制造了水力、风力和温度差，但最终仍是要用它们作为驱动源进行发电。所以，它应属于发电行业。
2、背景技术
现在常用的地热发电，是先对地热水或汽(简称地热能)，进行脱硫等去污处理和加温、加压，形成高温高压气体后，再去驱动汽轮机带动发电机发电。而本发明全部省去了上述前处理过程，直接用地热能的原有热能发电。这就使得地热能发电变得简单可行，廉价和更清洁。
因地热能是取之不尽、昼夜连续的资源，所以，多元发电站应是一输出稳定、安全的全天候发电站。
3、发明内容
多元发电站是根据热就是能量，有能量就可以做功的这一广义原理，利用地热能产生水力、风力和温度差，然后，再利用这三者做功发出电力。下面就他们各自的独有原理和结构分别予以述之。
3.1水力发电单元
结构主要由特殊结构的水箱、导流水管、回流水管和若干台水轮发电机等组成。
特殊水箱由一大一小两个(小水箱容量约为大水箱的五分之一)箱体，和一使两厢体在中下(小水箱在下，大水箱在中)部相联相通的回流水管及装设在小水箱内的地热能流通管道组成。在相互联通处设有一控制门，以控制开始用地热能加热水箱时，只加热小水箱而成为高温水箱，相应的大水箱不被地热能直接加热而成为低温水箱。
导流水管是安装在特殊水箱顶上的一个异形管道。管道内装有若干台水轮发电机的水轮(回流管内也有)，发电机装在对应的管外，导流管的始端固定在小水箱的出水口处，末端则固定在大水箱进水口的根部。为提高水流速度，小水箱出水口的高度应比大水箱进水口根部高。
上述各结构件按设计总装图要求组装完毕后，就可从大水箱进口处，对大、小水箱进行充水，准备发电。原理是：当水充满(以小水箱出水口标线为准)和把大小水箱间的控制门关闭后，就可以将地热水或汽通入加热管，对小水箱加热。当加热到小水箱的水开始膨胀并经导流管流向低温大水箱时，快速打开控制门。此时，高低温水箱的水就会出现“冷热循环对流”特性，经导流管和回流水管循环流动。随着地热不断的作用，这种循环流动就会一直持续下去，循环水流就会驱动水轮发电机不断发电。
因上述不断循环的水流，只有在大小水箱中的水温保有一定的差距，才得以保证。所以，作为低温水箱的大水箱外表面和进水口处，应设计和设有高效的散热措施。相反，高温水箱表面则应设有隔热保温材料。
3.2风力发电单元
结构主要由4～6根1～1.5m高的支柱做支撑的垂直向上的圆柱型风筒、高温堆和2～3台先进的千瓦级升压型垂直轴风力发电机等组成。支柱之间是无遮拦的空档，以利大量冷空气流向高温堆与风筒。
风筒由砖和钢筋水泥砌成，他的主要功能一是完全挡住平流风的干扰，二是用它二十米高(或更高)的筒身形成的大气压差，保证使筒口周围和筒内的空气流加速垂直向上端的出风口流去。高温堆直接由带有散热片的地热管道构成，并置于风筒下端进风口附近。风筒下端口直径应大些，上端口直径应小些，以便更多更快的纳入由高温堆产生的温差风。2～3台风力发电机安装于风筒内的2～3个其间距十分合理之处。
当上述各结构件在发电站现场，按设计要求组装完毕后，就可开始风力发电了。其工作原理如下：开始时先向高温堆通入地热能，使高温堆被加热并及时将热能辐射给周围的冷空气，冷空气被加热后密度变小而上升，此时外围密度大的冷空气就会流过去补充，流过去的冷空气也会被加热而上升，冷空气再流过去补充。因高温堆是被地热能永久持续加热的，所以，这种接力式的热空气上升，冷空气流过去补充而形成的温差风，也会永久不断的持续下去。又因为高温堆就设在风筒下端的进风口处和风筒两种功能的作用下，上述温差风就会形成直接进入风筒，并沿风筒直往上端出风口流去的风力。显然，这风力就是驱动风力发电机不断发电的动力。
3.2温差发电单元
结构主要由流进流出的原始地热能的管道、地热墙和热电转换材料模块等组成。
地热能管道和地热墙均由吸热、传热性能良好的金属材料制成。地热墙的高度为2.5～3m为宜，宽度视站内面积而定。墙内壁应紧贴着地热能管道为准，便于地热能最有效的加热地热墙体。热电材料转换模块是由许多对两种不同的热电转换材料(半导体或金属)条组成，其中材料条联接起来的一端为高温端，开路的一端为低温端。当将它们全覆盖于高温墙时，将它们的高温端紧贴于高温墙四周的外壁，而低温端则朝向高温墙体周围环境的空气中。
上述构件在现场组装完毕后，就可以输入地热能实现温差发电了。工作原理如下：
当将地热能通入地热能管道时，地热能就会通过传导和辐射的方式，将地热墙四壁和墙内空间加热，使紧贴着高温墙壁的热电转换材料条高温端获得高温，产生热激发作用使空穴和电子的浓度比低温端高。在这种载流子浓度高低的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，在低温开路端形成电势差，将这电势差接入负载，它就会向负载提供连续不断的电功率，从而形成温差发电的全过程。
4、具体实施方式
4.1专利转让或合作试制生产均可。
4.2据有关资料介绍，我国现已发现地热田约有2000处，各田原有的温度，约在60℃～140℃范围内变动。目前传统的地热发电为降低成本都局限在100℃以上的地热田中开发。而本多元发电站除水力发电单元外，风力和温差发电在100℃以下也是能完成的。
4.3用地热管道方式：在100℃以上的地热田中，可用一根或三根管道组成串联或并联方式，从地壳内取出地热能，向各发电单元供热后再回流到地壳内。100℃以下则建议用三根管并联供热为好。
4.4尽量多的建立地温墙和在其上布置尽量多的温差发电模块，是可有效促进和加速温差发电进入生活和工业用电领域的最好方法。因地热能是地壳内取之不尽用之不竭的热能资源，可为足够多的地热墙轻松地提供用不完的廉价热能。
4.5如客观条件不允许“一热多电”，只能选一项或两项发电单元投资建设，也应是可行的选择之一。

Claims (1)

1.发明特点是：本多元发电站主要特点是省去了传统地热发电的去污和加温加压等前处理过程，直接利用地热水(或汽)的原有热能，获得水力、风力和温度差，然后再利用他们作为驱动力，完成水力风力及温差发电整个过程。
直接利用地热水或汽原有的热能，完成水力风力及温差发电的全部结构和原理。
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