時(shí)間：2012-08-23 12:32:30

關(guān)鍵字：高壓 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 渦輪 TIMES

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[導(dǎo)讀]摘要：本文提出了一種新型具有高強(qiáng)度抗壓、抗彎曲能力的力學(xué)結(jié)構(gòu)，從根本上改變了抗壓、抗彎曲力學(xué)結(jié)構(gòu)的受力形態(tài)使其由受壓改變?yōu)槭芾?，目前的力學(xué)理論由于受力材料承受壓

摘要：本文提出了一種新型具有高強(qiáng)度抗壓、抗彎曲能力的力學(xué)結(jié)構(gòu)，從根本上改變了抗壓、抗彎曲力學(xué)結(jié)構(gòu)的受力形態(tài)使其由受壓改變?yōu)槭芾?，目前的力學(xué)理論由于受力材料承受壓應(yīng)力受力結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)細(xì)比達(dá)到一定數(shù)值之后則產(chǎn)生力學(xué)不穩(wěn)定，因此此類(lèi)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)細(xì)比達(dá)到一定數(shù)值后為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在承受同樣數(shù)值的壓應(yīng)力情況下其消耗的力學(xué)材料隨高度或跨度的增大而呈大基數(shù)的增長(zhǎng)。目前以地面支撐為基礎(chǔ)的風(fēng)力發(fā)電站機(jī)的塔架由于以上原因一般設(shè)計(jì)高度均在100米以?xún)?nèi)，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)能的可開(kāi)發(fā)利用率極低。本文提出的抗壓、抗彎曲力學(xué)結(jié)構(gòu)將使任意直徑的鋼絲繩鋼材制作的無(wú)縫鋼管的理論獨(dú)自直立高度可達(dá)到5000米以上。采用本設(shè)計(jì)可在風(fēng)力發(fā)電站塔架鋼材使用量與現(xiàn)有設(shè)計(jì)相當(dāng)?shù)那闆r下使可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能高度達(dá)到5000米以上，可使目前任何地區(qū)的可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能總量提高到目前已知的100倍以上，將從根本上解決人類(lèi)的電力能源缺乏及因能源利用帶來(lái)的環(huán)境污染等問(wèn)題。

下面結(jié)合上面的圖示說(shuō)明本文的設(shè)計(jì)及利用：(圖1)中M為一根φ60×5mm、材質(zhì)為制作鋼絲繩鋼材的無(wú)縫鋼管，抗拉強(qiáng)度為1870MPa的鋼絲繩鋼材最大承拉能力約190.8公斤/平方毫米左右?，F(xiàn)將管內(nèi)充滿(mǎn)高壓流體(如輕質(zhì)油類(lèi))后永久封閉。這時(shí)此鋼管外壁的受力狀態(tài)為沿鋼管周向的拉應(yīng)力及沿鋼管徑向的拉應(yīng)力，力學(xué)分析可知此時(shí)鋼管所能夠承受內(nèi)部高壓流體最大壓力的能力取決于鋼管能夠承受周向的最大拉應(yīng)力的能力。此時(shí)沿鋼管徑向的拉應(yīng)力約為周向拉應(yīng)力的45%。

取1厘米長(zhǎng)度鋼管分析無(wú)縫鋼管M的受力狀態(tài)(圖2)：在管內(nèi)高壓流體的作用下通過(guò)圓心O兩側(cè)鋼管的外壁承受拉力為鋼管最大受力面，此時(shí)鋼管兩側(cè)管壁截面積之和為1平方厘米;按鋼絲繩鋼材的承拉能力約190.8公斤/平方毫米計(jì)鋼管兩側(cè)管壁周向的最大承拉能力之和為19080公斤(即通過(guò)圖2圓心O的直徑上方或下方1厘米長(zhǎng)度鋼管在兩側(cè)管壁上的反作用力FG之和為19080公斤);此時(shí)管內(nèi)通過(guò)圓心O點(diǎn)1厘米長(zhǎng)度鋼管內(nèi)的流體截面積為5平方厘米;因此在不考慮安全系數(shù)的前提下此鋼管的最大承壓能力約為3816公斤/平方厘米(此時(shí)管內(nèi)通過(guò)圖2圓心O的直徑上方或下方1厘米長(zhǎng)度鋼管的作用力FY之和為19080公斤)。此時(shí)鋼管內(nèi)高壓流體的截面積是直徑為5厘米的圓其面積為19.625平方厘米;此時(shí)由于鋼管內(nèi)高壓流體的作用使鋼管兩端將產(chǎn)生74889公斤的反方向拉應(yīng)力F及F1(圖1)。

當(dāng)鋼管M垂直立于穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上時(shí)管內(nèi)高壓流體的頂力F即成為一個(gè)作用在鋼管中心垂直向上的拉力，根據(jù)簡(jiǎn)單的力學(xué)原理可知當(dāng)鋼管M的總重量W不大于向上的拉力F時(shí)鋼管M是不會(huì)產(chǎn)生彎曲等剛性不穩(wěn)定現(xiàn)象的(不考慮管內(nèi)高壓流體的重量)。

φ60×5mm鋼管的重量約為6.8公斤/米，當(dāng)鋼管的長(zhǎng)度為11013米時(shí)鋼管重量W約與垂直向上的拉力F相當(dāng)，因此在不考慮管內(nèi)高壓流體重量及外力影響的前提下鋼管M在下部基礎(chǔ)穩(wěn)定時(shí)獨(dú)自最大直立高度H為11013米以上，此時(shí)鋼管M不會(huì)產(chǎn)生彎曲及剛性不穩(wěn)定現(xiàn)象。

本鋼管在垂直固定于地面時(shí)(圖1)。當(dāng)鋼管受外力彎曲時(shí)鋼管頂部中心點(diǎn)A1相應(yīng)偏離鋼管底部中心點(diǎn)A同時(shí)鋼管垂直高度降低，此時(shí)在鋼管頂部載荷及自身重量W之和小于頂部拉力F時(shí)將鋼管自身將產(chǎn)生一個(gè)垂直指向鋼管(直立時(shí))中心線(xiàn)的分力，此分力在鋼管所受的外力未達(dá)到材料的破壞應(yīng)力前(承壓面的最大壓力大于0)彎曲變形越大其數(shù)值也越大，此分力的結(jié)果是鋼管彎曲變形越大其自身產(chǎn)生的抗彎曲力矩越大反變形(抗變形)能力越強(qiáng)，這一能力是本設(shè)計(jì)鋼管的固有特性在鋼管的高度達(dá)到一定數(shù)值后與鋼管材料自身的剛度幾乎無(wú)關(guān)。

本鋼管水平放置在大跨度支撐之上時(shí)由于兩端拉力的作用在允許負(fù)荷范圍內(nèi)同樣具有鋼管彎曲變形越大其自身反變形能力越強(qiáng)的特點(diǎn)。水平放置狀態(tài)下在不考慮鋼管自身重量時(shí)鋼管的承載能力與兩端支撐的距離(跨度)幾乎無(wú)關(guān)。

進(jìn)一步分析本設(shè)計(jì)桿件的剛度與所使用材料的單位體積重量及單位面積的抗拉強(qiáng)度有關(guān)。即材料比重越小、抗拉強(qiáng)度越高桿件的可使用剛度越大，在下部基礎(chǔ)穩(wěn)定的前提下獨(dú)自直立高度H將會(huì)越大。而與桿件的長(zhǎng)細(xì)比及桿件所使用材料的抗壓強(qiáng)度幾乎無(wú)關(guān)。這點(diǎn)是與當(dāng)前普遍采用的以增加材料截面積及外形尺寸及材料本身的抗壓強(qiáng)度來(lái)加強(qiáng)抗壓、抗彎曲構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度的設(shè)計(jì)有根本的區(qū)別。

當(dāng)本桿件外壁厚度達(dá)到直徑的1/3以上時(shí)隨鋼管承壓能力的提高管內(nèi)高壓流體的重量對(duì)桿件的剛度及直立承載能力的影響幾乎可以忽略不計(jì)。

由于本設(shè)計(jì)的受力方式改變?cè)趯?shí)際應(yīng)用中將大大地降低抗壓及抗彎曲結(jié)構(gòu)的材料使用量;設(shè)若高332.6米的東京鐵塔頂部可承受217噸的載荷(實(shí)際是不可能達(dá)到的)，按本文設(shè)計(jì)的單根φ60×5mm、制作鋼絲繩鋼材的鋼管在332.6米高度時(shí)可承受72.36噸以上的重量載荷，即用3根采用本設(shè)計(jì)形式332.6米長(zhǎng)的φ60×5mm、制作鋼絲繩鋼材的鋼管即可達(dá)到或超過(guò)東京鐵塔的力學(xué)效果。3根332.6米長(zhǎng)的φ60×5mm鋼管總重量為6.8噸左右;東京鐵塔重4000噸。設(shè)若東京塔頂部設(shè)計(jì)可承受72噸的載荷，采用本設(shè)計(jì)達(dá)到同樣的力學(xué)效果消耗的鋼材量為2.27噸，采用本設(shè)計(jì)達(dá)到同樣的力學(xué)效果消耗的最低極限鋼材使用量?jī)H為其鋼材實(shí)際消耗量的1/1480。

目前設(shè)計(jì)的1500KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙及葉輪總重為91噸，當(dāng)塔架高度為62米時(shí)塔架的設(shè)計(jì)重量為91噸，當(dāng)塔架高度為90米時(shí)塔架的設(shè)計(jì)重量為174噸，當(dāng)塔架高度為100米時(shí)塔架的設(shè)計(jì)重量為264噸。采用本設(shè)計(jì)在對(duì)應(yīng)的高度時(shí)發(fā)電機(jī)塔架最低極限鋼材消耗量分別為0.5噸(62米)、0.75噸(90米)、0.83噸(100米)。分別為當(dāng)前設(shè)計(jì)消耗鋼材量的1/180(62米)、1/240(90米)、1/320(100米)。考慮到實(shí)際使用時(shí)一定的安全系數(shù)，采用本設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)塔架在高度為100米時(shí)消耗鋼材量約為現(xiàn)有設(shè)計(jì)的1/160至1/90。

采用本設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架本身迎風(fēng)面積相對(duì)極小并且重量幾乎降低到現(xiàn)有設(shè)計(jì)的1/90以下并且下部基礎(chǔ)可以布置在較大邊長(zhǎng)的正三角形(或其他正多邊形)的角上，設(shè)計(jì)時(shí)幾乎可以不考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架運(yùn)行時(shí)迎風(fēng)面產(chǎn)生的力矩對(duì)下部基礎(chǔ)的影響，此時(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架基礎(chǔ)時(shí)幾乎僅僅考慮到基礎(chǔ)的抗壓能力達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總重量加正常的安全系數(shù)即可，因此同時(shí)可大大地降低制做風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地下基礎(chǔ)的材料使用量。從而可以在大大降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架造價(jià)的同時(shí)大大地降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝的造價(jià)。[!--empirenews.page--]

考慮到使用的安全按制作鋼絲繩鋼材抗拉強(qiáng)度的50%設(shè)計(jì)的桿件在不考慮管內(nèi)高壓流體重量及外力影響并且下部基礎(chǔ)穩(wěn)定的前提下可獨(dú)自直立5500米的高度，此桿件在1000米的高度時(shí)可承受30.6噸的重量載荷;以1500KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總重為91噸計(jì)約需要3根本文舉例的鋼管即可將其安裝在1000米的高空運(yùn)行。此時(shí)發(fā)電機(jī)塔架的鋼材消耗量為20.4噸相當(dāng)于目前同樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在62米高時(shí)塔架的鋼材消耗量1/4以下。

按制作鋼絲繩鋼材最大抗拉強(qiáng)度70%設(shè)計(jì)的桿件在不考慮管內(nèi)高壓流體重量及外力影響并且下部基礎(chǔ)穩(wěn)定的前提下將總重為91噸的1500KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在5000米高度時(shí)按本設(shè)計(jì)將使用5根5000米的φ60×5mm、材質(zhì)為制作鋼絲繩鋼材的無(wú)縫鋼管，消耗鋼材約為170噸。而此時(shí)發(fā)電機(jī)塔架的鋼材消耗量仍低于目前90米高度同類(lèi)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架鋼材消耗量(174噸)。

根據(jù)目前掌握的風(fēng)力資源信息在地面大約80米的高空風(fēng)速達(dá)到每秒5米時(shí)，在800米的高空，風(fēng)速將上升到每秒7米，風(fēng)能為80米高度2.7倍，同時(shí)相同地點(diǎn)隨著高度的升高風(fēng)能的能量密度將會(huì)更大。而本文的技術(shù)幾乎可以將地球上5000米高空以下有價(jià)值的風(fēng)能全部得以利用，全球可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能總量可以擴(kuò)大到目前科技水平認(rèn)可的100倍以上;因此地球上可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能資源將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前人類(lèi)的全部能源需求。如果本技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)將有可能徹底解決人類(lèi)的能源危機(jī)問(wèn)題。

由于高空風(fēng)能的密度相對(duì)較大且更為穩(wěn)定因此安裝在高空的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的平均單位時(shí)間發(fā)電量將會(huì)更多且年發(fā)電時(shí)間更長(zhǎng)，按本設(shè)計(jì)安裝的高空發(fā)電機(jī)組的投資與目前同類(lèi)機(jī)組相當(dāng)，因此高空風(fēng)能發(fā)電成本將會(huì)低于目前使用的100米以下高度塔架風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本。

有人設(shè)計(jì)了高度為1000米的太陽(yáng)能搜集塔，其設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)為一個(gè)高度為1000米、直徑為130米的煙囪，下部周?chē)采w直徑7000米的溫室遮篷。在陽(yáng)光充足的前提下，太陽(yáng)能搜集塔頂部空氣溫度為20℃時(shí)，在地面溫室遮篷內(nèi)的空氣可達(dá)到70℃(空氣體積增加量為17%)，此時(shí)熱空氣將以約55公里/小時(shí)速度沿著太陽(yáng)能搜集塔上升，安裝在塔內(nèi)的32個(gè)旋轉(zhuǎn)的渦輪將生產(chǎn)出最大20萬(wàn)千瓦電能。盡管在這種工作狀態(tài)下，太陽(yáng)能塔轉(zhuǎn)換為電能的效率僅不足太陽(yáng)能電池板的十分之一(即熱效率小于1.4%)。但是太陽(yáng)能塔的優(yōu)勢(shì)是更易維持，成本更低。實(shí)際上此設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是1000米或更高太陽(yáng)能搜集塔的制作成本太大，依據(jù)2005年產(chǎn)業(yè)報(bào)告，具有20萬(wàn)千瓦電能生產(chǎn)能力的太陽(yáng)能塔的建造需要10億美元，這意味著每千瓦小時(shí)的成本為20美分。

采用本文的技術(shù)制作太陽(yáng)能塔只要將比重低抗拉強(qiáng)度較大的柔性材料制作成內(nèi)、外壁相連且互通外壁為雙層的圓形煙囪結(jié)構(gòu)。使用時(shí)依靠數(shù)根1000米高度以上本文設(shè)計(jì)的獨(dú)立鋼管的輔助在太陽(yáng)能塔內(nèi)、外壁之間夾層充滿(mǎn)空氣太陽(yáng)能塔即可達(dá)到1000米或更高的設(shè)計(jì)高度，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)當(dāng)外界環(huán)境惡劣時(shí)將太陽(yáng)能塔夾層的空氣排出即可保證太陽(yáng)能塔的安全。而將太陽(yáng)能塔的材料直接懸掛在數(shù)根獨(dú)立的1000米以上高度的鋼管上制作太陽(yáng)能塔的設(shè)計(jì)也是同樣可行的。如果采用13607根按本文設(shè)計(jì)的φ30×2mm普通16Mn鋼材的無(wú)縫鋼管相互連接直接制成高度為1000米直徑為130米的太陽(yáng)能塔的建造僅需要約0.5億美元。

如果采用13607根按本文設(shè)計(jì)形式的φ30×2mm、制作鋼絲繩鋼材的無(wú)縫鋼管相互連接直接制成高度為5500米、直徑為130米的太陽(yáng)能塔。將使用約203500噸鋼管，按每噸無(wú)縫鋼管15000元人民幣計(jì)太陽(yáng)能塔的制作的最大成本為30.5億元人民幣，約為4.8億美元。直徑7公里的溫室遮篷的成本按80元人民幣/平方米考慮約需要34.3億元人民幣。按每上升1千米空氣溫度下降6.5℃計(jì)算此時(shí)5500米高空的溫度為零下15℃，此時(shí)太陽(yáng)能塔上下溫差為85℃。為原設(shè)計(jì)的1.7倍，太陽(yáng)能塔高度為原設(shè)計(jì)的5.5倍，考慮到5500米高空的空氣密度約為地面的一半實(shí)際渦輪出口的壓力差達(dá)到原設(shè)計(jì)的7倍，此時(shí)渦輪入口風(fēng)速將達(dá)到105公里/小時(shí)，系統(tǒng)滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電能力為原設(shè)計(jì)的7倍達(dá)到140萬(wàn)千瓦。

發(fā)電設(shè)備按1500元人民幣/千瓦計(jì)。合計(jì)設(shè)備投資6140元人民幣/千瓦相當(dāng)于火力發(fā)電廠(chǎng)的設(shè)備投資，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的同樣為利用太陽(yáng)能發(fā)電的光伏電發(fā)電設(shè)備補(bǔ)助每千瓦20000元人民幣的標(biāo)準(zhǔn)。

由于地面與5500米高空有35℃的溫差不采用溫室遮棚加熱時(shí)太陽(yáng)塔內(nèi)渦輪前后將產(chǎn)生350公斤/平方米的壓力差，每立方米空氣的作功能力為350公斤•米，按塔內(nèi)的空氣流速2米/秒計(jì)算，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)可產(chǎn)生9300000公斤•米/秒的發(fā)電能力約9萬(wàn)千瓦。每千瓦設(shè)備投資34000元人民幣，按每千瓦設(shè)備年發(fā)電為7200度計(jì)算，系統(tǒng)使用壽命按20年計(jì)算，發(fā)電成本為0.24元人民幣/度左右?？紤]到高空風(fēng)力的影響及制作太陽(yáng)能塔的鋼管密度可以降低到300 mm間距一根，發(fā)電成本為0.03元人民幣/度左右。

5500米太陽(yáng)能塔系統(tǒng)采用溫室遮棚加熱時(shí)系統(tǒng)滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電時(shí)間按3000小時(shí)/年計(jì)算，溫室遮棚不工作時(shí)發(fā)電時(shí)間按4200/年小時(shí)計(jì)算，每千瓦設(shè)備年發(fā)電為3270度，發(fā)電成本為0.094元人民幣/度左右。

將熱機(jī)的低溫?zé)嵩窗惭b在5500米高空利用其與地面35℃的溫差發(fā)電也是可以考慮的方案。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)5500米太陽(yáng)能塔的基礎(chǔ)制作困難較大，即使采用斜拉方式穩(wěn)定太陽(yáng)能塔也將因高空風(fēng)力大產(chǎn)生較大的困難，因此利用太陽(yáng)能塔發(fā)電應(yīng)以高度為1000米太陽(yáng)能塔為起點(diǎn)。

如果采用54428根按本文設(shè)計(jì)的φ30×1mm、材質(zhì)為16Mn鋼材的無(wú)縫鋼管相互連接直接制成高度為1000米、直徑為520米的太陽(yáng)煙塔，將使用約74000噸鋼管，按每噸16Mn鋼材的無(wú)縫鋼管8500元人民幣計(jì)太陽(yáng)能塔的制作的最大成本為6.3億元人民幣;不采用溫室遮棚加熱直接利用1000米高空與地面6.5℃的溫差發(fā)電，太陽(yáng)塔內(nèi)渦輪前后將產(chǎn)生14公斤/平方米的壓力差，每立方米空氣的作功能力為11.5公斤•米，太陽(yáng)能塔內(nèi)渦輪前將產(chǎn)生約4.2米/秒的風(fēng)速，太陽(yáng)能塔內(nèi)渦輪后方的空氣流速為2米/秒，空氣通過(guò)渦輪后每32000立方米空氣生產(chǎn)1度電能，每秒通過(guò)渦輪的空氣量為425000立方米。渦輪布置在太陽(yáng)煙塔下約50米高的空氣入口處，考慮到太陽(yáng)能塔頂部高空風(fēng)力的正面影響系統(tǒng)平均發(fā)電能力大于4.5萬(wàn)千瓦。設(shè)備投資15500元人民幣/千瓦。按每千瓦設(shè)備年發(fā)電為7920度計(jì)算(年發(fā)電11個(gè)月)，發(fā)電成本為0.1元人民幣/度左右。將制作太陽(yáng)能塔的鋼管密度降低到300 mm一根，周?chē)闷胀ǖ妮p質(zhì)密封隔熱材料封閉，太陽(yáng)能塔的造價(jià)可降低到1億元人民幣以?xún)?nèi)。設(shè)備投資3720元人民幣/千瓦。發(fā)電成本為0.024元人民幣/度左右。本方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以目前的技術(shù)水平較為可行。本系統(tǒng)在中國(guó)為每人提供1.5千瓦的電力供應(yīng)能力時(shí)不會(huì)對(duì)地面氣溫產(chǎn)生太大的影響。本系統(tǒng)也將是一個(gè)巨大的空調(diào)、環(huán)保系統(tǒng)。如太陽(yáng)能塔的高度達(dá)到2000米系統(tǒng)的發(fā)電能力將達(dá)到18萬(wàn)千瓦以上，系統(tǒng)的電力供應(yīng)能力將提高到4倍。[!--empirenews.page--]

如果采用13607根按本文設(shè)計(jì)的φ30×2mm、材質(zhì)為16Mn鋼材的無(wú)縫鋼管相互連接直接制成高度為1000米、直徑為130米的太陽(yáng)能塔，將使用約37000噸鋼管，具有20萬(wàn)千瓦電能生產(chǎn)能力的采用溫室遮棚加熱的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備投資19725元人民幣/千瓦。使用壽命按20年計(jì)算，不考慮系統(tǒng)夜間工作時(shí)的發(fā)電能力，年發(fā)電時(shí)間按3000小時(shí)計(jì)算，發(fā)電成本為0.33元人民幣/度左右。

利用本文的技術(shù)可以將溫室遮篷的骨架造價(jià)降低到現(xiàn)有設(shè)計(jì)的30%以?xún)?nèi)，因此溫室遮篷的造價(jià)可降低到40元人民幣/平方米以?xún)?nèi)。將制作太陽(yáng)塔鋼管的壁厚降低到1mm，鋼管密度降低到300 mm一根，系統(tǒng)投資8150元人民幣/千瓦。年生產(chǎn)3000小時(shí)發(fā)電成本為0.014元人民幣/度左右，而原設(shè)計(jì)直徑7000米的溫室遮篷是考慮到系統(tǒng)有較大的儲(chǔ)熱能力夜間有更大的生產(chǎn)能力的。夜間高空氣溫降低對(duì)有儲(chǔ)熱能力的溫室遮篷發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)能力有相當(dāng)大的穩(wěn)定效應(yīng)。因此有溫室遮篷系統(tǒng)發(fā)電成本有可能降低到0.1元人民幣/度以?xún)?nèi)。在中國(guó)利用1/3的沙漠面積即可達(dá)到每人3千瓦的電力供應(yīng)能力。是一個(gè)既治理利用了沙漠又解決了能源問(wèn)題的好項(xiàng)目。

沒(méi)有溫室遮篷的系統(tǒng)發(fā)電具有不占用土地的優(yōu)點(diǎn).但有溫室遮棚的設(shè)計(jì)溫室遮棚本身有較大的利用價(jià)值且單位面積土地上的電力生產(chǎn)能力更大，有溫室遮棚的設(shè)計(jì)更適合建設(shè)在晝夜溫差大的沙漠地區(qū)以穩(wěn)定系統(tǒng)的發(fā)電能力，并且大面積建設(shè)在沙漠地區(qū)的溫室遮棚本身也是治理沙漠的良好方法。

如果以上太陽(yáng)能搜集塔發(fā)電項(xiàng)目的效益分析得比較準(zhǔn)確可以認(rèn)為其必將取代幾乎其他全部的能源利用方式。因?yàn)楸疚牡脑O(shè)計(jì)更實(shí)際、成本更低、更安全、持久、環(huán)保。

本技術(shù)利用在火力發(fā)電廠(chǎng)建造煙囪時(shí)可以大大地降低煙囪的建筑成本，用三根以上按本文設(shè)計(jì)的1000米高度以上的獨(dú)立鋼管及簡(jiǎn)單的輕質(zhì)較抗拉耐170℃以上溫度的密封材料即可制作成1000米高以上的煙囪?；鹆Πl(fā)電廠(chǎng)使用1000米高以上煙囪一方面可以降低對(duì)附近環(huán)境的污染，另一方面可以降低或消除火力發(fā)電廠(chǎng)排煙對(duì)引風(fēng)機(jī)的依賴(lài)將節(jié)省數(shù)量極大的運(yùn)行電力能源甚至可以對(duì)外供電?；鹆Πl(fā)電廠(chǎng)使用1000米高煙囪發(fā)電可以使排煙中的熱能發(fā)電效率達(dá)到1.4%左右。

本技術(shù)在各種吊車(chē)、大跨度橋梁、大跨度房屋架、桁架、各種塔架、高空建筑等方面的利用都將大大地降低成本。而用在飛機(jī)、載重車(chē)輛方面時(shí)一方面可降低制造成本減輕重量，又可降低其使用能耗;使用在車(chē)輛中還可以提高車(chē)輛的整體剛度大大地提高安全性能。制作潛艇的骨架時(shí)將大大降低制造成本減輕重量擴(kuò)大使用空間。

本技術(shù)利用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上時(shí)可使葉片的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度增加較大一方面可在不增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架高度時(shí)提高風(fēng)能的可利用的高度(有可能使葉片長(zhǎng)度達(dá)到100米以上)，并降低其重量和制作成本。

總之，本技術(shù)將在幾乎全部的承壓、抗彎曲結(jié)構(gòu)中得以利用并降低成本使許多目前不可想象的大型力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，本技術(shù)的實(shí)現(xiàn)必將對(duì)環(huán)保、能源安全、力學(xué)材料、交通安全等領(lǐng)域產(chǎn)生及重大的正面影響，或者說(shuō)將是一場(chǎng)深刻的工業(yè)革命。是材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)理論的飛躍。

本設(shè)計(jì)為了說(shuō)明問(wèn)題是以在鋼管內(nèi)充以高壓流體來(lái)論證的，考慮到實(shí)際使用時(shí)的安全持久管內(nèi)如果是充滿(mǎn)高壓固體其安全可靠性將更加得以保證。目前個(gè)人認(rèn)為比較可行的設(shè)計(jì)是在管內(nèi)充滿(mǎn)耐高壓力的小直徑滾珠及潤(rùn)滑劑;工作時(shí)由滾珠將壓力傳遞到鋼管內(nèi)壁各處，潤(rùn)滑油不受力只起潤(rùn)滑作用，這樣鋼管的實(shí)際受力狀況更加接近于管內(nèi)充滿(mǎn)高壓流體的狀況，同時(shí)也可以基本保證本設(shè)計(jì)的使用穩(wěn)定性。如果將滾珠制作成中空的并充以高壓力氣體的技術(shù)可行采用到本技術(shù)中效果將更好。要找到以本設(shè)計(jì)為理論基礎(chǔ)實(shí)際使用安全性能可靠的高剛度結(jié)構(gòu)制作的最佳方案必須在今后大量的實(shí)踐后才可能獲得這里就不過(guò)多地討論了。

當(dāng)管件內(nèi)壓力設(shè)計(jì)不太高時(shí)較為可行的方法是在半封閉的鋼管內(nèi)部充滿(mǎn)膨脹水泥當(dāng)水泥固化后將鋼管全封閉即可制作成符合本設(shè)計(jì)力學(xué)要求安全性能可靠的桿件。

即使僅僅在現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)圓柱形塔架內(nèi)部充滿(mǎn)沙子或水后將其封閉，塔架在受力彎曲時(shí)由于鋼管變形內(nèi)部體積減小必將產(chǎn)生對(duì)外部管壁的壓力使風(fēng)力發(fā)電機(jī)圓柱形塔架的上、下兩端產(chǎn)生拉力，由于管內(nèi)沙子或水為基本不可壓縮物質(zhì)因而極小的體積減小都將使管內(nèi)壓力迅速升高而使鋼管的反變形能力迅速增大，并且在較大范圍內(nèi)鋼管彎曲變形越大其反變形能力也越強(qiáng)，從而大大地增加了塔架在彈性范圍內(nèi)的彈性和剛度。因此這一簡(jiǎn)單的改變使風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架的鋼材消耗量降低到目前現(xiàn)有設(shè)計(jì)的1/10以下是完全可能的;或者保守地說(shuō)使用目前設(shè)計(jì)100米高度風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架20%數(shù)量的鋼材即可將發(fā)電機(jī)組安裝在500米以上高空。

采用管內(nèi)加密封內(nèi)膽向內(nèi)膽充以高壓流體也是一種本設(shè)計(jì)的實(shí)施方法，由于本結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有外力破壞按目前技術(shù)水平輔以良好的監(jiān)測(cè)及控制手段隨時(shí)補(bǔ)充管內(nèi)壓力的辦法使用過(guò)程也是較為安全的。

設(shè)想一下一個(gè)沒(méi)有多大剛度的塑料礦泉水瓶在瓶?jī)?nèi)裝滿(mǎn)水密封時(shí)的剛度增大到不依靠其他工具人力幾乎無(wú)法使其彎曲變形就可以說(shuō)明本設(shè)計(jì)的許多力學(xué)問(wèn)題了。