本发明公开了一种由风能发电系统和地热能热管发电系统构成的风能与地热能组合发电系统，风能发电系统由叶轮和机舱构成，机舱内部设置有传动系统和发电机组，地热能热管发电系统由地热能热管和涡轮发电系统构成，地热能热管的本体由管壁、吸液芯和工质构成，地热能热管的腔体由蒸发腔、冷凝腔、渐缩型管腔、真空绝热腔和喷口构成，涡轮发电系统由多级叶片、支撑机构、轴承、转轴、磁流体密封装置和发电机组构成。它不用抽取和回灌地热资源，对风能和地热能均进行了有效地利用，运维绿色环保成本低、发电连续稳定效率高，并且可以在新能源开发利用以及节能减排等方面做出实际的贡献，推动循环经济的可持续发展和低碳经济、绿色经济的长足发展。
1.风能与地热能组合发电系统，包括风能发电系统和地热能热管发电系统，风能发电系统由叶轮和机舱(13)构成，地热能热管发电系统由地热能热管和涡轮发电系统构成，风能发电系统的叶轮由叶片(12)和轮毂(11)构成，叶片(12)设置在轮毂(11)上；机舱(13)内部设置有传动系统(14)和发电机组II(10-2)，叶轮的轮毂(11)通过机舱(13)内的传动系统(14)与发电机组II(10-2)相连接；机舱(13)水平设置于地热能热管的发电机组I(10-1)的上部；地热能热管的本体由管壁(20)、吸液芯(4)和工质(3)构成，地热能热管的腔体由蒸发腔(1)、冷凝腔(16)、渐缩型管腔(19)、真空绝热腔(5)和喷口(17)构成，在热管的管壁(20)的内表面设置有吸液芯(4)，热管下部的内腔为蒸发腔(1)，蒸发腔(1)内填充有工质(3)，由蒸发腔(1)到喷口(17)的内腔为横截面积逐渐减小的渐缩型管腔(19)，渐缩型管腔(19)的上部设置有一个呈喇叭形的所述喷口(17)，渐缩型管腔(19)与喷口(17)平滑过渡连接，喷口(17)水平截面的最小直径大于或者等于渐缩型管腔(19)水平截面的最小直径，渐缩型管腔(19)和喷口(17)的外部设置有真空绝热腔(5)，喷口(17)上部的内腔和真空绝热腔(5)外部的内腔为冷凝腔(16)，涡轮发电系统由多级叶片(7)、支撑机构II(6-2)、轴承(8)、转轴(9)、磁流体密封装置(15)和发电机组I(10-1)构成，在喷口(17)内水平设置有所述多级叶片(7)，多级叶片(7)与转轴(9)的一端相连接，转轴(9)的另一端穿过轴承(8)和磁流体密封装置(15)与设置在冷凝腔(16)上部的发电机组I(10-1)相连接，磁流体密封装置(15)设置在冷凝腔(16)上部的管壁(20)上，转轴(9)的轴心线与喷口(17)的中心线重合。
2.根据权利要求1所述的风能与地热能组合发电系统，其特征在于：地热能热管的管壁(20)为由底部至顶部水平截面逐渐变小的圆台型管壁。
3.根据权利要求1所述的风能与地热能组合发电系统，其特征在于：在蒸发腔(1)腔体的管壁(20)和吸液芯(4)上设置有热管吸热鳍片(2)，在冷凝腔(16)腔体的管壁(20)和吸液芯(4)上设置有热管散热鳍片(18)。
4.根据权利要求1所述的风能与地热能组合发电系统，其特征在于：在真空绝热腔(5)和管壁(20)之间水平设置有支撑机构I(6-1)。
5.根据权利要求1所述的风能与地热能组合发电系统，其特征在于：设置在管壁(20)的内表面的吸液芯(4)为体积、表面积和渗透率均较大以及毛细孔有效半径小的吸液芯。
6.根据权利要求1所述的风能与地热能组合发电系统，其特征在于：设置在蒸发腔(1)的管壁(20)内表面的吸液芯(4)和设置在冷凝腔(16)上部的管壁(20)内表面的吸液芯(4)的轴向垂直截面均大于其他部位的吸液芯(4)的轴向垂直截面。
7.根据权利要求1所述的风能与地热能组合发电系统，其特征在于：在喷口(17)上部的冷凝腔(16)内水平设置有所述支撑机构II(6-2)，所述支撑机构II(6-2)的中部设置有与转轴(9)相匹配的所述轴承(8)。
8.根据权利要求1所述的风能与地热能组合发电系统，其特征在于：涡轮发电系统的多级叶片(7)的直径小于其所在平面与喷口(17)相交处截面管腔的直径。
风能与地热能组合发电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种风能发电系统，也涉及一种地热能发电系统，特别是一种风能与地热能组合发电系统。
背景技术
[0002] 据国家发展和改革委员会公布的《可再生能源中长期发展规划》了解到，“能源是经济和社会发展的重要物质基础。工业革命以来，世界能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等化石能源资源消耗迅速，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展受到严重威胁。目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，但人均能源消费水平还很低。随着经济和社会的不断发展，我国能源需求将持续增长。增加能源供应、保障能源安全、保护生态环境、促进经济和社会的可持续发展，是我国经济和社会发展的一项重大战略任务。”
[0003] 当今无论从世界还是从我国来看，一次化石能源都是有限的，我国的一次化石能源储量远远低于世界平均水平，大约只有世界总储量的10％。从长远来看，新能源必将是未来人类的主要能源来源。可再生能源资源潜力大，环境污染低，可永续利用，是有利于人与自然和谐发展的重要能源。上世纪70年代以来，可持续发展思想逐步成为国际社会共识，可再生能源开发利用受到世界各国高度重视，许多国家将开发利用可再生能源作为能源战略的重要组成部分，提出了明确的可再生能源发展目标，制定了鼓励可再生能源发展的法律和政策，可再生能源得到迅速发展。当人类为化石能源的日渐枯竭和生态环境的不断恶化而忧心忡忡的时候，新能源让我们看到了未来能源的希望之光。加大新能源的开发和利用，建设资源节约型社会已经成为全人类的共识。
[0004] 可再生能源中的太阳能、风能和地热能就在新能源领域扮演着重要的角色，发挥着积极、重要的作用。我国太阳能资源十分丰富，据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐8
射能约为1.47×10 亿kWh，相当于4.9万亿吨标准煤，我国的西藏、云南、青海、新疆、甘肃、内蒙古等地区的太阳辐射能量较大，属于太阳能利用条件较好的地区。我国风能资源具有良好的开发前景，发展潜力巨大，据最新风能资源普查初步统计成果，我国陆上离地10m高度风能资源总储量约为43.5亿kW，居世界第1位。其中，技术可开发量为2.5亿kW，技术
2
可开发面积约20万km，此外，还有潜在技术可开发量约为7900万kW。全国10m高度可开发和利用的风能储量超过10亿kW，仅次于美国、俄罗斯居世界第3位，主要分布在西藏、新疆、青海、内蒙古、甘肃及沿海等地区。另据初步勘探，我国地热资源丰富，主要分布在藏南、川西、滇西地区，可装机潜力约为600万千瓦。初步估算，全国可采地热资源量约为33亿吨标准煤。
[0005] 在地热能的开采利用方面，20世纪70年代初，在国家科委的支持下，我国各地涌现出大量的地热能电站，然而这些电站所在地区的地热水温度低、水量小，运行效果并不理想。建于1977年的西藏羊八井地热电站位于我国目前已探明的最大高温地热的西藏羊八井地热田，羊八井海拔4300米，其地热田地下深200米，地热蒸汽温度高达172℃。自1977年羊八井电站第一台机组投入运行，到1986年装机容量已达到1.3万千瓦。它由5眼地热井供水，单井产量为75～160立方米/小时，水温为145～170℃。每年二、三季度水量丰富时靠水力发电，一、四季度靠水热发电，能源互补。自1977年9月建成试验发电以来，目前装机容量已达25.15MW，占拉萨电网总装机容量的41.5％，在冬季枯水季节，地热发电出力占拉萨电网的60.0％，成为其主力电网之一。近几年随着能源的紧缺，羊八井电站开始发挥越来越重要的作用。从世界范围来看，地热开发利用的步伐从20世纪70年代初开始加快，1975～1995年的20年间，全球范围内地热发电每年大约以9％的速率增长，若以此增长速率来测算，到2020年全球地热发电量将达到318kWh/a。
[0006] 地热能电站要想利用地下热能，首先需要有合适的载热体将地下的热能带到地面上来。目前，能够被地热能电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。但是，地热能电站在利用地下天然蒸汽和热水的过程中，地热资源中所含的矿物质或杂质等就会对与其直接接触的相关设备产生一定的腐蚀和破坏作用，不利于设备的长期稳定运行，并且不断抽取和回灌地热资源，还会影响和破坏其所在区域的地热资源分布、地质结构状况以及生态环境等，造成系列的问题。另一方面，随着地下水资源保护的不断加强，地热水资源的直接利用也将会受到更多的限制。
发明内容
[0007] 本发明提供一种风能与地热能组合发电系统，它结构简单、自动化程度高、抗外界干扰性强、操控难度系数低，不用抽取和回灌地热资源，对风能和地热能均进行了有效地利用，运维绿色环保成本低、发电连续稳定效率高，并且可以在新能源开发利用以及节能减排等方面做出实际的贡献，推动循环经济的可持续发展和低碳经济、绿色经济的长足发展。
[0008] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
[0009] 风能与地热能组合发电系统，包括风能发电系统和地热能热管发电系统。所述的风能发电系统由叶轮和机舱构成；所述的发电系统由地热能热管和涡轮发电系统构成。
[0010] 所述的风能发电系统的叶轮由叶片和轮毂构成，叶片设置在轮毂上；机舱内部设置有传动系统和发电机组，叶轮的轮毂通过机舱内的传动系统与发电机组相连接；机舱水平设置于地热能热管的发电机组的上部。
[0011] 所述的地热能热管的本体由管壁、吸液芯和工质构成；地热能热管的腔体由蒸发腔、冷凝腔、渐缩型管腔、真空绝热腔和喷口构成。在热管的管壁的内表面设置有吸液芯，热管下部的内腔为蒸发腔，蒸发腔内填充有工质，由蒸发腔到喷口的内腔为横截面积逐渐减小的渐缩型管腔，渐缩型管腔的上部设置有一个呈喇叭形的喷口，渐缩型管腔与喷口平滑过渡连接，喷口水平截面的最小直径大于或者等于渐缩型管腔水平截面的最小直径，渐缩型管腔和喷口的外部设置有真空绝热腔，喷口上部的内腔和真空绝热腔外部的内腔为冷凝腔。
[0012] 所述的涡轮发电系统由多级叶片、支撑机构、轴承、转轴、磁流体密封装置和动力输出系统构成，在喷口内水平设置有多级叶片，多级叶片与转轴的一端相连接，转轴的另一端穿过轴承和磁流体密封装置与设置在冷凝腔上部的动力输出系统相连接，磁流体密封装置设置在冷凝腔上部的管壁上，转轴的轴心线与喷口的中心线重合。
[0013] 本发明的目的还可以通过下述的技术措施来实现：
[0014] 本发明的地热能热管的管壁为由底部至顶部水平截面逐渐变小的圆台型管壁。
[0015] 本发明在蒸发腔腔体的管壁和吸液芯上设置有热管吸热鳍片，在冷凝腔腔体的管壁和吸液芯上设置有热管散热鳍片。
[0016] 本发明在真空绝热腔和管壁之间水平设置有支撑机构。
[0017] 本发明设置在管壁的内表面的吸液芯为体积、表面积和渗透率均较大以及毛细孔有效半径小的吸液芯。
[0018] 本发明设置在蒸发腔的管壁内表面的吸液芯和设置在冷凝腔上部的管壁内表面的吸液芯的轴向垂直截面均大于其他部位的吸液芯的轴向垂直截面，可设置成轴向垂直截面呈弯月型的吸液芯。
[0019] 本发明在喷口上部的冷凝腔内水平设置有支撑机构，支撑机构的中部设置有与转轴相匹配的轴承。
[0020] 本发明的涡轮发电系统的多级叶片的直径小于其所在平面与喷口相交处截面官腔的直径。
[0021] 本发明所产生的有益效果是本发明的风能发电系统较常规的风力发电方式省却了风电筒塔等设备，结构简单且节约了成本；同时，地热能热管发电系统的地热能热管可直接吸收、传递并转化地热能，即地热能热管发电系统的发电过程仅有地热能量的吸收、传递与转化，没有物质的交换与传递，不影响或破坏其所在区域的地热资源分布、地质结构状况以及生态环境等，因此本发明的发电过程是清洁、绿色、环保和高效的。
附图说明
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023] 附图是本发明风能与地热能组合发电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0024] 附图所示：风能与地热能组合发电系统，包括风能发电系统和地热能热管发电系统。风能发电系统由叶轮和机舱13构成；所述的地热能热管发电系统由地热能热管和涡轮发电系统构成。风能发电系统的叶轮由叶片12和轮毂11构成，叶片12设置在轮毂11上；机舱13内部设置有传动系统14和发电机组10-2，叶轮的轮毂11通过机舱13内的传动系统14与发电机组10-2相连接；机舱13水平设置于地热能热管的发电机组10-2的上部。
地热能热管的本体由管壁20、吸液芯4和工质3构成，地热能热管的腔体由蒸发腔1、冷凝腔16、渐缩型管腔19、真空绝热腔5和喷口17构成。地热能热管的管壁20为由底部至顶部水平截面逐渐变小的圆台型管壁。在热管的管壁20的内表面设置有体积、表面积和渗透率均较大以及毛细孔有效半径小的吸液芯4，设置在蒸发腔1的管壁20内表面的吸液芯4和设置在冷凝腔16上部的管壁20内表面的吸液芯4的轴向垂直截面均大于其他部位的吸液芯4的轴向垂直截面，可设置成轴向垂直截面呈弯月型的吸液芯。热管下部的内腔为蒸发腔1，蒸发腔1内填充有工质3，由蒸发腔1到喷口17的内腔为横截面积逐渐减小的渐缩型管腔19，渐缩型管腔19的上部设置有一个呈喇叭形的喷口17，渐缩型管腔19与喷口17平滑过渡连接，喷口17水平截面的最小直径大于或者等于渐缩型管腔19水平截面的最小直径，渐缩型管腔19和喷口13的外部设置有真空绝热腔5，在真空绝热腔5和管壁20之间水平设置有支撑机构6-1，喷口17上部的内腔和真空绝热腔5外部的内腔为冷凝腔16。在蒸发腔1腔体的管壁20和吸液芯4上设置有热管吸热鳍片2，在冷凝腔16腔体的管壁20和吸液芯4上设置有热管散热鳍片18。
[0025] 涡轮发电系统由多级叶片7、支撑机构6-2、轴承8、转轴9、磁流体密封装置15和发电机组10-1构成，在喷口17内水平设置有多级叶片7，涡轮发电系统的多级叶片7的直径小于其所在平面与喷口17相交处截面官腔的直径。多级叶片7与转轴9的一端相连接，转轴9的另一端穿过轴承8和磁流体密封装置15与设置在冷凝腔16上部的发电机组10-1相连接，磁流体密封装置15设置在冷凝腔16上部的管壁20上，磁流体密封装置15具有保持不变的零泄漏特性、不存在污染和停车失效问题，还可以使穿过它的转轴9处于“悬浮”的状态，从而大大减小转轴9在转动过程中存在的摩擦，以保证其传动效率并长期可靠的工作。涡轮发电系统的转轴9的轴心线与喷口17的中心线重合。在喷口17上部的冷凝腔16内水平设置有支撑机构6-2，支撑机构6-2的中部设置有与转轴9相匹配的轴承8。
[0026] 本发明的风能发电系统较常规的风力发电方式省却了风电筒塔等设备，结构简单且节约了成本；同时，地热能热管发电系统的地热能热管可直接吸收、传递并转化地热能，即地热能热管发电系统的发电过程仅有地热能量的吸收、传递与转化，没有物质的交换与传递，不影响或破坏其所在区域的地热资源分布、地质结构状况以及生态环境等，因此本发明的发电过程是清洁、绿色、环保和高效的。
[0027] 本发明结构简单、自动化程度高、抗外界干扰性强、操控难度系数低，不用抽取和回灌地热资源，对风能和地热能均进行了有效地利用，运维绿色环保成本低、发电连续稳定效率高，并且可以在新能源开发利用以及节能减排等方面做出实际的贡献，推动循环经济的可持续发展和低碳经济、绿色经济的长足发展。
