太阳能通天塔—神奇的能量之源

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太阳能通天塔—神奇的能量之源


    太阳能通天塔又称超高烟囱造风发电系统，直径20米、高3000米，它将是世界建筑史的伟大奇迹！从而震惊世界，名垂千古！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，其综合效益是如今风力发电的200倍，是太阳能光伏发电的400倍！它的成功发电将标志着一次绿色能源的革命！很多网友看到我的文章后表示怀疑，其如此巨大的能量从何而来？也有专家依据现有太阳能烟囱发电技术来推算，认为是太阳的热能转化为了电能，600万千瓦的装机容量需要太阳能集热棚的面积高达60平方公里。这种说法并不全面，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，这里我就太阳能通天塔的能量转换问题做个详细的介绍和说明，与朋友们商榷！

    最早把太阳能烟囱技术应用于发电构想起源于德国的schlaich教授，这位杰出的建筑工程大师在建设高大建筑时认识了烟囱效应：烟囱越高直径越大，它抽吸空气的能力越强。并于1978年提出了著名的太阳能热气流发电技术。1981年，世界上第一所太阳能热气流电站在西班牙的沙漠中建成，这座实验性电站开创了将此项技术应用于实际的先河，它由烟囱、集热棚、蓄热层和涡轮发动机组成，透光隔热的集热棚相当于一个巨大玻璃温室，其内部的地表蓄热层吸收太阳辐射后温度升高，并加热棚内的空气，空气受热膨胀，密度下降，在高大的烟囱内造成一股向上的动力，从而形成热气流驱动涡轮发电机组发电。目前，由澳大利亚能源任务有限公司设计高达1千米的太阳能塔，并计划在美国西南部建造。太阳能塔是升级版的太阳能烟囱，太阳能烟囱是一项历史悠久的技术，能源任务公司不仅计划建造更坚固结实的太阳能塔，还计划将太阳能塔建的更高，这可以实现地面和塔顶部产生更大的温差，温差较大可提供烟囱结构更强大的抽吸能力。最理想的设计是太阳能塔的高度为800-1000米，其周围围绕一个直径1.5英里的温室遮篷。福特说，“这才是理想的太阳能塔结构，随着碳燃料的价格上涨，太阳能塔将更具商业化优势。”然而，这里存在一个无法回避的问题，当今世界上最高的建筑物不超过700米，要建造1000米的超高烟囱谈何容易？为此，美国政府要付出10亿美元的代价！这才正是导致目前大装机容量不能商业化运作的瓶颈！超高烟囱造风发电系统，又称太阳能通天塔的专利正是有效解决了烟囱的高度瓶颈，在太阳能烟囱发电技术基础上的优化组合，吸收创新！
　　超高烟囱（太阳能通天塔）以直径２０米，高3000米为例，靠人工修建是根本不可能的，所以太阳能通天塔是用防弹纤维制作的，它的强度是钢铁的15倍，重量却是钢铁的八分之一，比重比水还小，所以轻薄如纸，是制作超高烟囱最理想的材料。烟囱由半圆形的顶盖和烟囱主体两部分组成，顶盖的下方设有四个可以开闭向下的排气口，整个超高烟囱可以在厂家订制完成，烟囱外部涂有吸热涂层，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。当超高烟囱制作完成后，把它套在基座中央的套管上，套管高60米，超高烟囱完全可以叠加堆积在上面，此时在基座的加热空气室点火加热套管下方的空气，关闭烟囱顶盖的排气口。此时整个烟囱就像一个巨大的热气球，缓缓上升到3000米的高空处于悬浮状态时，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，烟囱体积942000立方米，通过计算我们知道此时他的浮力为1215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，也就是600吨，那么这时烟囱受到的总浮力就是1815吨，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。这时我们打开顶部的排气口，因为f=ma,我们就可以计算出空气的加速度，此时烟囱内部的空气质量为600吨，烟囱顶部的作用力为1815吨，其加速度就是3米每秒，如果空气在烟囱中运行60秒达到顶部，此时它达到顶部的速度就是每秒180米。平均速度就是每秒90米。其在进风通道的风速至少可以达到每秒50米，这相当15级台风的速度。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，烟囱决不会倾倒，并且还会有自动辅正的功能。当超高烟囱达到3000米的高度后，通过遥控打开顶盖的排气口，烟囱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，和125600平方厘米，我们知道一个大气压作用在一平方厘米的压力为1公斤，也就是说，超高烟囱顶部为一个大气压时，4个排气口产生的反作用力为125600公斤，和125.6吨，超高烟囱内部的空气在达到烟囱顶部时，空气流速达到最高，受到顶盖的阻力，会大量聚集在顶部，使烟囱顶部在短时间内会达到2个以上的大气压强，此时烟囱顶部的反作用力就可以高达250吨，而3000米的防弹纤维即超高烟囱的总重量不会超过60吨，也就是说烟囱顶部产生的升力，在支撑烟囱重量的同时，还对超高烟囱的基座产生了2000多吨的拉力，在这种拉力的作用下，超高烟囱上下就会成为铜墙铁壁，不惧怕任何风吹雨打！
    当直径20米，高3000米的烟囱建成后，下一步就是造风发电了，首先在基座内的空气加热室安装两千个功率在1000的电热器，可以快速加热空气达到100度的高温。其一小时耗电2000度，在超高烟囱没发电时可以利用外电源，发电后由自身提供。然后修建直径20米，长4000米的半圆形进风通道与空气加热室相连接，在通道内每间隔50米安装一台风力发电机，这是一种特制的滚筒式的风力发电机，直径3米，长18米，利用磁悬浮技术，要求发电机转子，定子相对旋转，发电机定子外围安装互为120度的三个长18米、宽15米的叶片。在进风通道安装风力发电机的位置，开挖一个长20米、宽均为30，深18米的方形槽，把发电机镶嵌安装，使发电机的中轴线与进风通道的地平线相平。从而保证发电只有一个树立在进风通道中，其余两个隐蔽在槽内，不对空气产生阻力。当超高烟囱顶部的排气口打开后，因为烟囱本身和进风通道的顶部都是太阳能的集热装置，用来加热烟囱内部空气，此时再利用基座内的空气加热室加热空气，从而在烟囱内部形成高速上升的热气流。大量热空气从排气口向下喷出，会造成烟囱顶部气压降低，烟囱底部空气大量上升，带动进风通道内的空气以每秒50-80米的速度流通，从而使3000米的进风通道形成一个超级风洞，强气流推动发电机叶片高速旋转，发出电力。  滚筒式风力发电机与一般风力发电机不同的是：一般风力发电机的叶片是利用叶片的一个侧面，当风吹来时，侧面受力后分出一个水平方向的力，来推动风机旋转，所以其风能利用率不足50%，为了获得更多的扫风面积，风机的叶片长达20—50米，而其获得的风动力也仅仅在几吨左右，仅能带动2000千瓦左右的风机发电。其转速越高，对风的阻力越大，也就越容易受到大风力的破坏。滚筒式发电机的叶片虽然没有风机的叶片长，但是长18，宽15的受风面积要比风机大得多，而且它是直接把风力转化成了发电机的驱动力，不存在分力问题，其转速越高，对风的阻力越小，更重要的是滚筒式风机的叶片巧妙地利用了大气压与真空的关系，使风能的利用率提高了上百倍。当叶片垂直树立在进风通道中时，就如同我们在一个水槽内用一块板子拦截水流，在迎水的一面，水位不断升高，压力加大，在板子背水的一面，水不断流走，压力不断减小。滚筒式发电机的叶片面积为270平方米，当叶片的背面是真空时，其迎风面一个大气压对叶片的推动力将达到2700吨。因为每秒50-80米的风速作用在叶片上将会形成3个以上的大气压力，所以这时施加到叶片的推动力会高达8100吨，平均推动力达到4000吨。由此可见滚筒式发电机所获得的风动力将是一般风机的几百陪！在进风通道中，叶片在阻止空气流通的同时，由于超高烟囱巨大的抽吸作用，空气在叶片的左右和上部空间的流速会增强，在进风通道中，发电机的3个叶片其中有两个叶片是在通道下方的，在发电过程中始终保持只有一个叶片在通道中旋转作功，叶片是随风的方向旋转的，叶片旋转的前90度，它阻止了风的速度，也就是降低了风的动能，但是它同时也增加了风的势能，在后90度叶片释放了风的势能同时就增加了风的动能，因此我们可以看到，风在通过叶片时只是一个动能和势能的相互转化过程，这就像水电站的发电原理一样，叶片在旋转作功的同时也改变了空气前后的气压差，这个气压差反而会成为风通过叶片后加速运动的动力，可以说风的总能量没有增加，也没有减少，因为叶片的背面是相对的真空，空气在真空中会加速流动，就好像“抽刀断水，水更流”一样，所以说发电机在进风通道中旋转发电时，它不仅对进风通道的空气流通不会构成影响，由于其旋转方向与空气的流动方向一致，叶片就像一把把巨大的蒲扇一样，为空气推波助澜！它就像三峡大坝蓄水发电的原理是一样的，如果我们把超高烟囱和进风通道看成一条河，把空气的流通看做河的水流量，把风力发电机看做小水电，当河流的落差和水流量一定时，那么在进风通道中我们安装10个发电机与安装100个都没有什么区别。在20000米的进风通道中，我们每间隔50米安装一台10万千瓦的发电机，超高烟囱造风发电的总装机容量可以高达600万千瓦。也许朋友会问发电机为什么间隔50米？这是因为，当空气经过发电机时受阻速度变缓，而它前方的空气继续向前流动，此时在前后两股空气之间会形成十多米长的真空区，间隔50米就是要受阻空气在真空区加速流动，在达到下一个发电机时保持强劲的动力。超高烟囱在正常运营中，其顶部空气的喷出量越大，进风通道的空气流速越高，当空气在进风通道受到发电机的阻力，使进气量变小时，此时在基座的空气加热室和套管中会形成一个烟囱的负压区，也就是真空区，这个负压区的存在，会促进空气的快速膨胀上升，同时也会对进风通道中的空气产生一个最小3140吨的吸引力，负压区的体积越大，其对进风通道的空气吸引能力越强，从而保证发电机的正常运转！

   以上简单介绍了太阳能通天塔的结构和工作原理，下面分析太阳能、风能，温差、气压差和地球离心力在太阳能通天塔发电系统内所起的作用:

   1、太阳能，通天塔高3000米、直径20米，进风通道长4000米，再加上进风通道口的太阳能集热大棚，面积有60万平方米，其表面涂有吸热材料，最大限度地吸收太阳能，其目的就是加热进风通道和通天塔内的空气，使空气密度变小，从而促进空气的上升和高速流通，当热空气在通过进风通道内的风力发电机时，其温度不但没有降低，反而在经过烟囱底部的空气加热室和通天塔时是不断升高的，当高温气体达到塔顶部后就从排气口喷出，所以说太阳的热能转化成了电能是不正确的。

   2、风能，通天塔主要是利用进风通道内的高速气流来推动发动机的叶片旋转，发出电力，可以说通天塔的一切设置都是围绕如何提高风的速度来设定的，通天塔是利用超高烟囱对空气巨大的抽吸能力来发电的，吹风和吸风效果和作用是完全不同的，吹风就是因为后面有空气的推动才会流动，因为前面有空气的阻力作用，所以吹风不可以达到很远的距离，例如家庭用的风扇，近距离风很大，再远的地方就吹不到了，而超高烟囱就是一种吸风的原理，进风通道长达2000—4000米，吹风再强大也达不到这么远的距离，进风通道一端连接大气压，一端连接烟囱底部的空气加热室，加热室加热空气，使大量空气加热上升而形成一个永久的低压区，从而促进进风通道的空气进入加热室，由于进风通道的横截面积只有空气加热室的1/4，在低气压的作用下，进入加热室的空气就是在没有加热的情况下也会迅速膨胀，使密度变小，空气加热后上升到烟囱顶部排出就完成了一个空气的循环过程，这这个过程中，假如我们强行关闭进风通道，此时由于空气的不断上升，在烟囱底部就会形成一个真空区，这个真空区可以上升到烟囱300米高的地方，当烟囱产生的浮力低于烟囱自身的重量和外部大气压的和力时，这个真空区就会随着烟囱的降落而消失。在烟囱形成真空区的时候我们打开进风通道，我们知道真空对空气具有强大的吸引力，也就是说，空气从高气压到气压为零的真空区就会形成风的极限速度，这就是烟囱对空气的抽吸能力。空气由高气压带流向低气压带，就形成了风，两地的气压差越大，风的速度就越高！所以说空气流动的原动力源于气压差的变化。现在的风力发电当风吹过风力发电机使叶片旋转发电作功后，风中的空气质量不会减少，其前后的气压没有改变，唯一发生变化的可能就是风的速度降低了。但是在超高烟囱的进风通道中当风通过叶片时，空气在叶片的迎风面受阻使气压升高，在叶片的被风面由于烟囱的抽吸作用使空气快速流走使气压降低，甚至接近于零，也就是相对的真空，此时，在叶片的迎风面气压升高，对叶片会产生一个推动力，在叶片的背风面，低气压会对叶片产生一个吸引力，从而形成了正负气压对叶片同时作功的局面，与此同时叶片在旋转作功的同时也改变了前后空气的气压差，这个气压差反而会成为空气加速流动的原动力，使空气在经过叶片作功后，风速不但没有降低，反而会有所提高。超高烟囱在正常运营中，其顶部空气的喷出量越大，进风通道的空气流速越高，当空气在进风通道受到发电机的阻力，使进气量变小时，此时在基座的空气加热室和套管中会形成一个烟囱的负压区，也就是真空区，这个负压区的存在，会对进风通道中的空气产生一个最小3140吨的吸引力，负压区的体积越大，其对进风通道的空气吸引能力越强。从而促进进气通道空气的流速。保证发电机的正常运转。发电机的叶片在进风通道中在阻碍空气流通的同时它也造成了叶片正反两面的气压差，进风通道的横截面积只有超高烟囱横截面积的一半，所以空气在进风通道的风速要比在烟囱内部的风速高一倍，进风通道越长，可以为空气由0速度向高速加速赢得充足的时间和距离，这和汽车加速的原理是一样的，风速只与温度、在系统内运行的时间、烟囱顶部排气量的大小成正比，与安装风力发电机的多少没有关系！

   3、气压差，上面讲了气压差在推动叶片作功时的作用，这里讲一下它在烟囱内部的作用， 超高烟囱是在充满热空气后上升到3000米的高空才打开顶部的排气孔，向下喷气，此时烟囱顶部气压降低，烟囱内部的空气便会向上高速流动。如果此时我们假设在烟囱中部用一块板子拦截高速气流，那么我们就会发现，在板子上方气流会继续上升，从而在板子与气流中间就会形成真空，而在板子下方就是大气压，如果烟囱直径以20米计算，其横截面积为314平方米，也就是3140000平方厘米，我们知道大气压作用在每平方厘米上的压力为1公斤，所以说此时板子上方压力为0，而下方大气压的压力为3140000公斤。也就是3140吨，这只是大气压的静压力，如果加上空气的流通速度，这个压力将远远大于3140吨，其实这就是烟囱对空气的抽吸力。在通天塔运营中，其内部是气压是随着烟囱的高度而增加，外部大气压随着高度的增加而降低，在3000米的高空大气压会降低0.3个大气压，与此同时通天塔的顶部要承受1200多吨空气压力，再加上空气高速流通后由动能变为势能所带来的冲击力，所以说其顶部至少可以达到1.7个大气压，顶部为一个直径40米半圆形，其横截面积为628平方米，如果按照烟囱顶部与高空相差一个大气压计算，那么由大气压差形成的压力就会高达6280吨，反过来说这就是高空低气压对烟囱内部空气的吸引力。这个吸引力会极大地促进烟囱内部空气的高速流通。

   4、温差，通天塔通过吸收太阳能加热空气，再通过空气加热室的作用，使塔内温度与高空的温度形成了巨大的反差，高温使空气迅速膨胀，密度变小，重量变轻，从而可以摆脱地球的吸引力高速上升。

    5、空气在烟囱内部还会受到地球旋转产生的离心力的作用，如果我们把超高烟囱看成我们手中的一段软的管子，当我们快速旋转时，软管就会离心力的作用下变得笔直，此时我们在软管的底部放入一个小球，小球便会顺着软管向另一端加速滚动，软管越长，小球达到另一端的速度就会越高，直到被软管高速抛出，由此我们可以看出，超高烟囱不就是地球巨人手中的那一段软管吗，而小球就是高速流通的空气，地球自转的速度是每秒465米，每增高100米，其速度每秒增加26米，3000米的高空，通天塔顶部空气的线速度高达每秒1145米，所以说地球离心力对通天塔内部空气的加速作用也是不可忽视的。
  综上所述，我们可以看到在太阳能通天塔的发电系统里，太阳能、气压差、温差以及进风通道的长度、通天塔的高度都为了提高通天塔内空气流通的速度而发挥了巨大的作用，从而形成了平均每秒50米的风速，当空气经过发电机的叶片作功后，叶片在阻止了风的动能的同时也增加了空气的势能，从而使风的速度不但没有降低反而有所增加，很多朋友都质疑这违反了能量守恒定律，但是事实胜于雄辩，如果我们把超高烟囱和进风通道看成一条河流，把空气的流通看做河的水流量，把空气的气压差看做河流的总落差，把风力发电机看做蓄水发电的水电站，当河流的总落差和水流量一定时，那么我们在河流的上、中、下游修建再多的水电站，它对河流的水流量和总落差都不会造成什么影响，因为水电站只是在河流的一个局部拦截筑坝，把水流的动能变为势能，然后再放水发电，把水流的势能转化为动能，在这个发电过程中，河流的水流量在前后并没有变化，但是大量的放水发电，在下游就会引起水流的加速。这个道理与进风通道内风力发电的原理是一样的。

   有兴趣的朋友可以好好想想，这与能量守恒定律相违背吗？欢迎指教！

yangjundou

够神奇的~

lq_chan

真的很神奇