本發(fā)明涉及利用高空豐富的風能資源建造以超高風塔和高空平臺為架構(gòu)的大型風電場和空氣凈化為主的特大型工程，達到以相對較低投入建設(shè)大型風能電站和降低污濁氣流對生態(tài)環(huán)境的危害；同時以綜合利用的方法達到較短期回收投資的方案。它主要由塔體、風能發(fā)電機組、頂部多層平臺、塔內(nèi)噴水除塵系統(tǒng)、風管和控制系統(tǒng)等組成。眾多中或小型風能發(fā)電機組分布在風塔頂部的多層平臺上，由高空快速氣流驅(qū)動；塔體上部是進風層，數(shù)百米高空橫向風流經(jīng)它時變?yōu)橄蛳铝鲃?。風塔內(nèi)設(shè)置的水噴淋系統(tǒng)再對引入氣流降溫使其密度增加而加快氣流向下的流速。當引入塔內(nèi)氣流帶有大量砂塵或霧霾時，經(jīng)深度水噴淋后，氣流成為凈化氣流。夏季凈化氣流的溫度大大低于地面空氣溫，從而這部分氣流將地面污濁空氣吹散并置換，使這一區(qū)域空氣得到凈化。對于有地鐵或隧道的城市，將凈化氣流借道地鐵或隧道送至人口密集區(qū)將取得事半功倍的效果。當以此工程為主題開發(fā)新旅游中心，將大大增加此項目的經(jīng)濟效益。徹底改變風電經(jīng)濟效益低下甚至虧損的現(xiàn)象。

背景技術(shù)：

1、煤電的應(yīng)用對大氣污染是眾所周知的；核電的發(fā)展存在的隱患是令人擔憂的；光伏發(fā)電和當前的風力發(fā)電雖是一種方向，但投入巨大，成本回收遙遙無期。發(fā)展一種較低投入高回報、真正無碳跡的供電系統(tǒng)是我國經(jīng)濟可持續(xù)高速發(fā)展的要求。

2、當前國內(nèi)外對風電開發(fā)利用給予高度重視。它是一種取之不竭的綠色能源。但它仍存在初投資大，尤其必須安裝在風能資源豐富的地區(qū)。這些地區(qū)往往遠離主要用電區(qū)域，需要配置遠程輸配電設(shè)施。增加了系統(tǒng)運行和管理成本。因而經(jīng)濟效益常常成為風電技術(shù)的開發(fā)利用首要考慮的但較難實現(xiàn)的標的。這一技術(shù)的發(fā)展如走綜合開發(fā)的道路就有可能大幅提高其經(jīng)濟效益。

本發(fā)明擬提出一個能在任何用電集中區(qū)建造的集中式大型多用途風電場，以提高其經(jīng)濟和社會效益。

3、大氣污染嚴重危害了生態(tài)環(huán)境。如何降低霧霾和沙塵暴的肆虐，凈化人們生存區(qū)的空氣環(huán)境，是本案主旨之一。當前我國霧霾治理已引起普遍重視，采取許多有效措施并取得一定效果。但較好治理pm2.5對人體的危害是一個長期努力的目標。應(yīng)采用更有效的技術(shù)措施，在大范圍內(nèi)主動降低霧霾帶來的危害。

沙塵暴是我國北方地區(qū)常見的惡劣天氣，治理沙塵暴天氣除加強有關(guān)區(qū)域大力種植耐旱固沙的植被外，其他有效方法尚乏善可陳。

本發(fā)明擬提出一個除霾降塵的方案，為人們創(chuàng)造一個空氣較潔凈生存空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一個綜合性項目，它具有風能發(fā)電、除霧霾、區(qū)域防塵等多項功能。主要由風塔、頂部多層平臺、風能發(fā)電機組、位于塔體上部的水噴淋系統(tǒng)、送風系統(tǒng)以及配套的自動控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)計組成。

風能發(fā)電是這樣實現(xiàn)的：吊裝在頂部多層平臺上的風能發(fā)電機組在高空快速流動的氣流驅(qū)動下實現(xiàn)發(fā)電。為盡量減少平臺負重，所有發(fā)電機組是懸掛在每層平臺的下方，并留有帶葉片輪的發(fā)電機隨風向而變的轉(zhuǎn)動空間。為減少平臺之間的間隔高度，不采用大功率機組。而采用大量中、小型機組均布在多層平臺上，形成裝機容量大的集中型風能發(fā)電場。整個電場的巨大負重由建在堅固基礎(chǔ)上的塔體、支柱和架在它們上面的有拱型架的平臺承載。

本方案的防霧霾和沙塵的功能是這樣實現(xiàn)的的：在塔體頂部安裝有進風層，多層的帶自動進風板的園柵格進風口結(jié)構(gòu)，能將任何方向的橫向氣流自動引入塔體并向下流動。炎熱季節(jié)霧霾嚴重時，塔內(nèi)上噴淋和下噴淋同時啟用，對污染空氣進行深度淋水清洗，溫度較低的潔凈空氣從排風室排出后將形成貼地氣流，有效吹散和置換人群密集區(qū)的污濁空氣。為強化除霧霾效果，可利用夜間谷電，建造儲冷系統(tǒng)，使從其中輸出的噴淋水的溫度更低，塔體內(nèi)能處理更多氣流。塔體排出溫度更低、流量更大的氣流，不僅其除霧霾的能力更大，而且也節(jié)省了能源。在寒冷季節(jié)，塔體內(nèi)的上噴淋系統(tǒng)仃用，僅采用排風室內(nèi)的下噴淋系統(tǒng)除霧霾和塵埃，這樣，水溫高于冷空氣的噴淋過程也基本不會影響塔內(nèi)氣流向下的流動。

有些地區(qū)常年出現(xiàn)沙塵氣候，嚴重損害人們正常的生態(tài)環(huán)境。對此，本案可設(shè)計為橫擋在沙塵暴主氣流方向上的屏風工程，當沙塵暴出現(xiàn)時，啟動所有噴水系統(tǒng)，把沙塵暴災(zāi)害烈度大大降低。

巨大的工程設(shè)施，可建成多景觀的旅游景區(qū)，從而大大增加本方案的經(jīng)濟效益。

可見本工程具有以下特點：

1、本發(fā)明使以較低投入的大風電場取代煤電和核電成為可能。發(fā)展一種較低投入高回報、真正無碳跡的供電系統(tǒng)是我國經(jīng)濟可持續(xù)高速發(fā)展的要求。

2、建造本系統(tǒng)的初投資相對較低：本風電場建造在人口和用電較集中區(qū)域，大量節(jié)省了輸電系統(tǒng)的投入和運行費用；本方案采用懸掛式風力發(fā)電機組，使機組的架空重量大大降低，從而使高空安裝集群風能發(fā)電機組成為可能，同時也較大降低了工程投入。

3、本系統(tǒng)的建造有望有效凈化空氣，為人們創(chuàng)造一個空氣較潔凈生存空間。特別是探索降低沙塵暴肆虐烈度的技術(shù)方案，可能產(chǎn)生較大的社會意義和經(jīng)濟效益。

4、綜合利用的方案是攤薄成本的有效辦法。本案采用發(fā)電+除塵+建立旅游區(qū)的構(gòu)思無疑大大提高了項目的經(jīng)濟效益。本案的開發(fā)能形成新的產(chǎn)業(yè)鏈，可有效推動我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展

附圖說明

圖1是高空風能綜合利用構(gòu)想圖。

圖2風向控制系統(tǒng)示意圖。

圖3是高空風能綜合利用塔體正視圖。

圖4是高空風能綜合利用塔體側(cè)視圖。

具體實施方案

請參照圖1，高空風能綜合利用工程主要由塔體1、進風層2、頂部多層平臺3、風能發(fā)電機組4、拱架5、大支柱7、地下風道13以及配套的給排水系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等組成。承載大量風能發(fā)電機組4的頂部多層平臺3靠塔體1、大支柱7、塔體1頂部的主支柱9支撐并依靠頂部多層平臺3上部的拱架5和吊索6，形成整體承重巨大而又可靠的平臺，建成集中式大型風能發(fā)電場。

根據(jù)地區(qū)電能需求，在頂部多層平臺3上吊裝相應(yīng)數(shù)量風能發(fā)電機組4，為控制平臺之間高差不會太大和出現(xiàn)大的集中負荷，不采用大型風能發(fā)電機組。這些風能發(fā)電機組集群在高空快速氣流作用下投入發(fā)電運行。

請參照圖2，本發(fā)明對風能發(fā)電機組4進行懸掛式安裝，大大減輕了整套風能發(fā)電機組的總重。這對于架設(shè)在高空的構(gòu)架和支撐來說至關(guān)重要。這將有效減少結(jié)構(gòu)工程量和初投資。

機組通過液壓系統(tǒng)形成的靜壓軸承和葉片輪后置法達到自動跟蹤風向變化。所謂葉片輪后置法是指高空氣流首先經(jīng)過發(fā)電機再掃過葉片輪，氣流對葉片推動所產(chǎn)生的巨大扭矩正好成為跟蹤風向轉(zhuǎn)動的動力，靜壓軸承的應(yīng)用減少了大量總重很大的機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)。從另一方面減輕了頂部多層平臺3的負荷。

請參照圖3和4，塔體1除了承載風能發(fā)電場巨大負荷外，另一重要功能是凈化空氣并向人口密集區(qū)輸出。在塔體1上部建有進風層2，它由構(gòu)架在園筒形塔體柵格形成的風口及和其相配的風板15組成。迎風面上的風板15在氣流吹動下繞其上部鉸接軸向內(nèi)轉(zhuǎn)動，打開了迎風面上的風板15，張開一定角度的風板15把氣流引導(dǎo)向下。為加大引風量，在風板15外側(cè)焊有翅板16，使不正對氣流方向的風板15能有較大的開度。為防止在不穩(wěn)定氣流作用下風板15產(chǎn)生激烈振蕩，每只風板15上裝有限位阻尼器。在限位阻尼器作用下也使每一層風板15有一個最大開度，上層開度大，向下逐層減小，使氣流引入順暢。背風面的風板15在氣流作用下緊貼風口，使氣流不至漏失。當炎熱季節(jié)出現(xiàn)霧霾天氣時，塔體1內(nèi)的上噴淋系統(tǒng)10和下噴淋系統(tǒng)14投用，溫度較低的噴淋水不僅清洗了污濁空氣，也使氣流向下的流速大為加強，凈化后的較冷氣流從排風室18快速排出，這是一股貼地氣流，吹散和置換了人口集中區(qū)的污濁空氣。在寒冷季節(jié)，噴淋水溫度大于氣流溫度，為不減少氣流引下的流量停用上噴淋系統(tǒng)10，而僅對在排風室18橫向流出的氣流用下噴淋系統(tǒng)14進行凈化。

本發(fā)明中提出一部分凈化氣流可通過地鐵通道和隧道輸送。可達到二大目的：一是把塔體出來的優(yōu)質(zhì)空氣布送更廣更遠，二是把地鐵通道內(nèi)更為污濁氣體排出。為保證輸入地下通道內(nèi)氣流品質(zhì)，地下風道13的進風口12應(yīng)設(shè)置在氣流攜帶水珠最少區(qū)域，甚至在其前方設(shè)置氣水分離裝置。

對于經(jīng)常發(fā)生沙塵暴的地區(qū)。將此帶狀風能發(fā)電場橫貫在沙塵暴主要流向上城市的上游，啟動設(shè)置在頂部多層平臺3下面的噴水沖沙系統(tǒng)，將大大降低沙塵暴的烈度。這一系統(tǒng)應(yīng)配置大容量的雨水收儲系統(tǒng)和多級大流量高揚程水泵的循環(huán)供水系統(tǒng)。

憑借如此宏偉工程，完全可建成大型旅游景區(qū)。形成發(fā)電+除霾降塵+旅游的開發(fā)模式，使巨大的初投資能在較短的時間內(nèi)回收。形成我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的新助力。