太阳能热气流发电技术是一种符合我国国情的新型环保能源开发技术,而超高耸烟囱则是该技术的重要组成部分和关键，目前国内外有关该技术的研究大多集中于能源和热力学方面，有关烟囱单体的结构研究基本空白。考虑到超高耸太阳能烟囱与现有高耸结构、大跨结构在结构选型、荷载环境、建造高度、施工技术等方面的不同，本项目拟对超高耸太阳能烟囱的结构形体、荷载作用、受力性能、破坏机理和施工成形分析等内容进行深入研究，解决该结构设计、分析和施工中的关键问题,为超高耸烟囱结构的成功建造和安全工作提供理论依据和技术支持，并最终促进太阳能热气流发电技术在我国的成功应用。超高耸太阳能烟囱的结构研究将同时推动我国高耸结构相关领域发展,为实现超高、超大结构提供理论基础。

太阳能烟囱发电设备简单，运行费用低

太阳能烟囱发电设备简单，只需太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮发电机组。太阳能烟囱发电的效率，随着集热棚面积的增加和烟囱高度的增加而提高，所以为了达到更好的效率和经济性，修建大规模的电站是必须的。一旦电站建成，这种电站将运行很长时间。烟囱本身将用100年或更长的时间。由于运动部件很少，所以这种电站的维修费用很低。作为主要运动组件的涡轮发电机组，将安装在稳定的空气流中，比安装在工况恶劣的阵阵狂风中的风力涡轮机所承受的应力小的多。发电站的工程技术人员在没有外国顾问帮助的情况下就能够维修，保证电站的正常运行 。

太阳能烟囱发电适合建设在人口稀少的沙漠地区

我国是太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区的年日照时数大于2 000 h，太阳辐射量在5x10kJ/(m²/a)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古等地区的太阳总辐射量和日照时数为全国最高，属太阳能资源丰富地区。这些地区人口稀少，而且荒漠面积较大，适于建造太阳能烟囱电站。

太阳能烟囱发电不产生有害物，具有良好的环境效应

研究表明，太阳能烟囱发电站在运行过程中既没有SO:等有害气体排出，也没有温室气体CO2的排出，还没有固体废弃物的排出，不影响生态环境。

太阳能热气流发电的原理是在以大地为吸热材料的地面大棚式太阳能空气集热器中央建造高大的竖直烟囱，烟囱的底部在地面空气集热器的透明盖板下面开设吸风口，上面安装风轮，地面空气集热器根据温度效应生产热空气，从吸风口吸入烟囱，形成热气流，驱动安装在烟囱内的风轮并带动发电机发电。

太阳能热气流发电站的实际构造由三部分组成：大棚式地面空气集热器、烟囱和风力机。太阳能热气流发电站的地面空气集热器是一个近地面一定高度、罩着透明材料的大棚。阳光透过透明材料直接照射到大地上，大约有50%的太阳辐射能量被土壤所吸收，其中1/3的热量加热罩内的空气，1/3的热量储于土壤中，1/3的热量为反射辐射和对流热损失，所以，大地是太阳能热气流电站的蓄热槽。

研究表明，影响电站运行特性的因素有云遮、空气中的尘埃、集热器的清洁度、土壤特性、环境风速、大气温度叠层、环境气温及大棚和烟囱的结构质。

太阳能烟囱发电国外太阳能烟囱发电技术进展

在西班牙曼札纳市，一个100 kW的实验性电站从1981年己经开始运行。这座实验性电站的烟囱高200 m，烟囱直径为10. 3 m;集热棚的半径为126 m，其边缘处与地面的间隙约2m，其中间处距地面8m。随后又将建设一个烟囱高达900m，最大输出电量为1 000 MW的电站。烟囱内的空气流速可以达到20一60 m/s，可以推动一个或者多个涡轮机工作。这个1 000 M W的电站，集热棚的直径大约为10 km，为建这个电站需要大约80 km2的土地。这个实验性的太阳能电站的烟囱重达200 t，它由长8m、宽1一1. 25 m的波纹钢板构成;每隔4m都有环孔加固。共有24根拉索保证烟囱的稳定，还可以防止地震。防震问题对在世界上某些地区是很重要的。对于建立更大的电站，这个问题己经受到足够的重视，通过用一种薄的、柔韧性好的塑料或金属材料覆盖层代替强化的混凝土或有预应力的钢拉索网，从而可以进一步减轻烟囱的重量。烟囱的底部装着涡轮机发电机组，由于设计得很好，涡轮发电机可以昼夜不停地发电。白天涡轮机转速为1500 r/min，产生100 kW的电量。晚上集热棚下的地面把白天吸收的热释放出来，推动涡轮机以1000 r/min的速度运行，发电量为40 kW。在集热棚表面覆盖层上每6 m2装有一个排水阀，排水阀平时是关闭的，以防止空气流失，下雨的时候打开排水阀，让雨水清洗集热棚上表面的污物和杂质。这样的结构与建立在镜面基础上的太阳能电站相比具有很大的优势(后者不得不定期对集热棚上表面进行清洗以达到最高的效率)。大型电站的安装费用为460美元/kW，运行费用为0. 02~ 0. 04美元/kWh。随着集热棚顶部温度的提高，烟囱和集热棚直径的增加，电站的容量将会增加，并且每千瓦时的费用也会降低。

太阳能烟囱电站的理想场所是戈壁沙漠地区，这些地区的太阳辐射强度都在500一600 W /m2之间。在欧洲南部和非洲北部，太阳辐射强度平均也达到了400 W /m²。如果这些地区每年有光照的天数为300 d或者更多的话，在这些地区太阳能烟囱电站是可行的。

除了进行发电外，太阳能烟囱电站还可能有其他应用。一是这种电站能够通过电解的方法产生氢气，然后向外输出氢气;另外一个应用是利用集热棚周围的空地，在温室内培育花卉等进行园艺生产 。

自从西班牙建成了第一座太阳能烟囱发电站后，美国、日本、德国、南非等国的专家己对太阳能烟囱电站表现出浓厚兴趣。从1995年，南非物理学家斯廷纳提出:在南非的北好望角建造太阳能烟囱电站。计划中的太阳能烟囱电站将建在南非边远的沙漠城锡兴附近，该工程预计耗资约4亿美元，发电能力将达到200 M W。斯廷纳认为在南非建造太阳能烟囱电站是有机会与化石燃料电站竞争的。虽然在南非煤很便宜，而且这个国家对电力生产优先考虑的是廉价而不是“清洁”，但是在南非建造太阳能烟囱电站还是可行的，因为它的运行费用和成本更低。这项庞大的工程仍存在巨大困难，建造1 500 m高的烟囱是目前世界上前所未有的。 1983年美国科学家Krisst在康涅狄格州首府西哈特福德市建成了一座烟囱高度为10 m，集热棚直径为6m，输出功率10 W的庭园式太阳能烟囱发电装置。1997年N. Pasurmarchi报道了在美国佛罗里达大学建成了3种不同结构的太阳能烟囱模型，并进行了相应的理论和实验研究。土耳其科学家Kulunk在土耳其的伊兹密尔市建造了一个微型电站，这个电站的烟囱高2m，直径为7 cm，集热棚区域面积为9 m2，发电功率为0. 14 W。烟囱中的涡轮机转子功率为0. 45 W，发电机的效率为31%。烟囱底部的温差和压差分别为4℃和200 Pa.

太阳能烟囱发电我国太阳能烟囱发电技术现状

在太阳能烟囱发电技术方面，我国只有华中科技大学己经开始从事这方面的研究，目前正在筹备建造一座发电功率为50W的太阳能烟囱发电装置，并且正在对集热棚和太阳能烟囱内的传热和流动过程进行数值模拟研究 。