牛人自制高强度杆件欲实现高空光伏发电

弯曲构件的强度及刚度的设计有根本的区别。

当本杆件外壁厚度达到直径的1/3以上时随钢管承压能力的提高管内高压流体的重量对杆件的刚度及直立承载能力的影响几乎可以忽略不计。　　

采用本设计可将太阳能电池板发电设备安装在5000米以上的高空，其优点是高空光照强度较地面高（平均大于1.6倍），高空温度太阳能电池板发电设备发电效率更高，因此在高空安装太阳能电池板发电设备其平均发电效率可高出地面的1倍。在设备安装不太密集的情况下由于随着太阳的运动地面的低光度位置同时移动因此几乎对地面植物生长不会产生任何影响。而这时太阳能电池板发电设备几乎不占用地面土地资源，同时安装太阳能电池板发电设备也几乎不再受地域的限制。　　

目前设计的1500KW风力发电机机舱及叶轮总重为91吨，当塔架高度为62米时塔架的设计重量为91吨，当塔架高度为90米时塔架的设计重量为174吨，当塔架高度为100米时塔架的设计重量为264吨。采用本设计在对应的高度时发电机塔架最低极限钢材消耗量分别为0.5吨（62米）、0.75吨（90米）、0.83吨（100米）。分别为当前设计消耗钢材量的1/180（62米）、1/240（90米）、1/320（100米）。考虑到实际使用时一定的安全系数，采用本设计的发电机塔架在高度为100米时消耗钢材量约为现有设计的1/160至1/90。采用本设计的风力发电机塔架本身迎风面积相对极小并且重量几乎降低到现有设计的1/90以下并且下部基础可以布置在较大边长的正三角形（或其他正多边形）的角上，设计时几乎可以不考虑风力发电机组塔架运行时迎风面产生的力矩对下部基础的影响，此时设计风力发电机塔架基础时几乎仅仅考虑到基础的抗压 能力达到风力发电机组的总重量加正常的安全系数即可，因此同时可大大地降低制做风力发电机组地下基础的材料使用量。从而可以在大大降低风力发电机塔架造价的同时大大地降低风力发电机组安装的造价。　　

考虑到使用的安全按制作钢丝绳钢材抗拉强度的50％设计的杆件在不考虑管内高压流体重量及外力影响并且下部基础稳定的前提下可独自直立5500米的高度，此杆件在1000米的高度时可承受30.6吨的重量载荷；以1500KW风力发电机组总重为91吨计约需要3根本文举例的钢管即可将其安装在1000米的高空运行。此时发电机塔架的钢材消耗量为20.4吨相当于目前同样风力发电机组安装在62米高时塔架的钢材消耗量1/4以下。　　

按制作钢丝绳钢材最大抗拉强度70％设计的杆件在不考虑管内高压流体重量及外力影响并且下部基础稳定的前提下将总重为91吨的1500KW风力发电机组安装在5000米高度时按本设计将使用5根5000米的φ60×5mm、材质为制作钢丝绳钢材的无缝钢管，消耗钢材约为170吨。而此时发电机塔架的钢材消耗量仍低于目前90米高度同类型风力发电机组的塔架钢材消耗量（174吨）。　　

根据目前掌握的风力资源信息在地面大约80米的高空风速达到每秒5米时，在800米的高空，风速将上升到每秒7米，风能为80米高度2.7倍，同时相同地点随着高度的升高风能的能量密度将会更大。而本文的技术几乎可以将地球上5000米高空以下有价值的风能全部得以利用，全球可开发利用的风能总量可以扩大到目前科技水平认可的100倍以上；因此地球上可开发利用的风能资源将远远大于目前人类的全部能源需求。如果本技术得以实现将有可能彻底解决人类的能源危机问题。　由于高空风能的密度相对较大且更为稳定因此安装在高空的风力发电机组的平均单位时间发电量将会更多且年发电时间更长，按本设计安装的高空发电机组的投资与目前同类机组相当，因此高空风能发电成本将会低于目前使用的100米以下高度塔架风力发电机组的发电成本。　　

有人设计了高度为1000米的太阳能搜集塔，其设计的主要结构为一个高度为1000米、直径为130米的烟囱，下部周围覆盖直径7000米的温室遮篷。在阳光充足的前提下，太阳能搜集塔顶部空气温度为20℃时，在地面温室遮篷内的空气可达到70℃（空气体积增加量为17％），此时热空气将以约55公里/小时速度沿着太阳能搜集塔上升，安装在塔内的32个旋转的涡轮将生产出最大20万千瓦电能。尽管在这种工作状态下，太阳能塔转换为电能的效率仅不足太阳能电池板的十分之一（即热效率小于1.4％）。但是太阳能塔的优势是更易维持，成本更低。实际上此设计的难点是1000米或更高太阳能塔的制作成本太大，依据2005年产业报告，具有20万千瓦电能生产能力的太阳能塔的建造需要10亿美元，这意味着每千瓦小时的成本为20美分。

采用本文的技术制作太阳能塔只要将比重低抗拉强度较大的柔性材料制作成内、外壁相连且互通外壁为双层