新能源及其轉換課件

1、第三次第三次ppt研討研討新能源及其轉換新能源及其轉換東南大學東南大學 電氣學院電氣學院風能發(fā)電風機的頭部結構水平軸水平軸垂直軸垂直軸風機的類型風機的應用位置風機的內部結構風力發(fā)電機組的結構及分類風力發(fā)電機組的結構及分類 風力發(fā)電機組的分類一般有風力發(fā)電機組的分類一般有3 3種，如下表所示。種，如下表所示。按風輪軸的安裝型式按風輪軸的安裝型式水平軸風力發(fā)電機組和垂直軸風力發(fā)電機組水平軸風力發(fā)電機組和垂直軸風力發(fā)電機組按風力發(fā)電機的功率按風力發(fā)電機的功率微型（額定功率微型（額定功率501000W）、小型（額定功率）、小型（額定功率1.010kW）、中型（額定功率）、中型（額定功率10100kW）

2、和大）和大型（額定功率大于型（額定功率大于100kW） 按運行方式按運行方式獨立運行和并網運行獨立運行和并網運行并網型風力發(fā)電機的功率調節(jié)控制并網型風力發(fā)電機的功率調節(jié)控制 風力機的功率調節(jié)方式有定槳距失速調節(jié)、變槳距調節(jié)和主動失速調節(jié)風力機的功率調節(jié)方式有定槳距失速調節(jié)、變槳距調節(jié)和主動失速調節(jié)三種三種。 1 1、定槳距失速調節(jié)、定槳距失速調節(jié) 定槳距失速調節(jié)一般用于恒速控制，其風力機的結構特點是：槳葉與輪定槳距失速調節(jié)一般用于恒速控制，其風力機的結構特點是：槳葉與輪轂的連接是固定的，槳距角固定不變，當風速變化時，槳葉的迎風角度不能轂的連接是固定的，槳距角固定不變，當風速變化時，槳葉的迎風角

3、度不能隨之變化。在風速超過額定風速后利用槳葉翼型本身的失速特性，維持發(fā)電隨之變化。在風速超過額定風速后利用槳葉翼型本身的失速特性，維持發(fā)電機組的輸出功率在額定值附近。機組的輸出功率在額定值附近。 定槳距失速控制的優(yōu)點是失速調節(jié)簡單可靠，由風定槳距失速控制的優(yōu)點是失速調節(jié)簡單可靠，由風速變化引起的輸出功率的控制只通過槳葉的被動失速調節(jié)實速變化引起的輸出功率的控制只通過槳葉的被動失速調節(jié)實現，沒有功率反饋系統(tǒng)和變槳距機構，使控制系統(tǒng)大為簡化，現，沒有功率反饋系統(tǒng)和變槳距機構，使控制系統(tǒng)大為簡化，整機結構簡單、部件小、造價低。其缺點是葉片重量大、成整機結構簡單、部件小、造價低。其缺點是葉片重量大、成

4、形工藝復雜，槳葉、輪轂、塔架等部件受力較大，機組的整形工藝復雜，槳葉、輪轂、塔架等部件受力較大，機組的整體效率較低。體效率較低。 2 2、變槳距風力發(fā)電機組的調節(jié)與控制、變槳距風力發(fā)電機組的調節(jié)與控制 變槳距風力機的整個葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片的攻角在一定變槳距風力機的整個葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片的攻角在一定范圍（范圍（0 09090）變化，變槳距調節(jié)是指通過變槳距機構改變安裝在輪轂上的）變化，變槳距調節(jié)是指通過變槳距機構改變安裝在輪轂上的葉片槳距角的大小，使風輪葉片的槳距角隨風速的變化而變化，一般用于變葉片槳距角的大小，使風輪葉片的槳距角隨風速的變化而變化，一般用于變速運行的

5、風力發(fā)電機，主要目的是改善機組的起動性能和功率特性。速運行的風力發(fā)電機，主要目的是改善機組的起動性能和功率特性。 （1 1）根據其作用可分為三個控制過程：起動時的轉速控制，額定轉速以下）根據其作用可分為三個控制過程：起動時的轉速控制，額定轉速以下（欠功率狀態(tài)）的不控制和額定轉速以上（額定功率狀態(tài)）的恒功率控制。（欠功率狀態(tài)）的不控制和額定轉速以上（額定功率狀態(tài)）的恒功率控制。 a. a. 起動時的轉速控制起動時的轉速控制 變距風輪的槳葉在靜止時，槳距角變距風輪的槳葉在靜止時，槳距角為為9090，當風速達起動風速時，槳，當風速達起動風速時，槳葉向葉向00方向轉動，直到氣流對槳葉產生一定的攻角，風

6、力機獲得最大的起動方向轉動，直到氣流對槳葉產生一定的攻角，風力機獲得最大的起動轉矩，實現風力發(fā)電機的起動轉矩，實現風力發(fā)電機的起動 b. b. 額定轉速以下（欠功率狀態(tài)）的控制額定轉速以下（欠功率狀態(tài)）的控制 為了改善低風速時的槳葉性能，近幾年來，在并網運行的異步發(fā)電機為了改善低風速時的槳葉性能，近幾年來，在并網運行的異步發(fā)電機上，利用新技術，根據風速的大小調整發(fā)電機的轉差率，使其盡量運行在最上，利用新技術，根據風速的大小調整發(fā)電機的轉差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比上，以優(yōu)化功率輸出。佳葉尖速比上，以優(yōu)化功率輸出。 c. c. 額定轉速以上（額定功率狀態(tài)）的恒功率控制額定轉速以上（額定功率狀

7、態(tài)）的恒功率控制 當風速過高時，通過調整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片的攻角，使槳當風速過高時，通過調整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片的攻角，使槳距角距角 向迎風面積減小的方向轉動一個角度，向迎風面積減小的方向轉動一個角度，增大，功角增大，功角 減小，減小，如圖所示。從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉矩，使功率輸出保如圖所示。從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉矩，使功率輸出保持在額定值附近，這時風力機在額定點的附近具有較高的風能利用因數。持在額定值附近，這時風力機在額定點的附近具有較高的風能利用因數。 影響風力發(fā)電普及的主要因素影響風力發(fā)電普及的主要因素 風力發(fā)電并非完全是依靠科學技術就可以完成的，風

8、力發(fā)電并非完全是依靠科學技術就可以完成的，他有很多局限性，其中發(fā)電成本是其重要因素。所以只他有很多局限性，其中發(fā)電成本是其重要因素。所以只有在收益大于成本的基礎上才會實施。這也是其地域分有在收益大于成本的基礎上才會實施。這也是其地域分布的主要原因。布的主要原因。 風力發(fā)電成本的影響因素很多，變化范圍很大，其風力發(fā)電成本的影響因素很多，變化范圍很大，其中以初期建設投資、運行時的發(fā)電量及管理、稅收政策中以初期建設投資、運行時的發(fā)電量及管理、稅收政策等為主要影響因素。等為主要影響因素。 13下面我們介紹另一種新能源下面我們介紹另一種新能源14太陽能貯存太陽能貯存（1）熱能貯熱）熱能貯熱 （2）電能貯

9、存）電能貯存（3）氫能貯存）氫能貯存（4）機械能貯存）機械能貯存太陽能的儲存方式其中電能儲存的用途最大熱能儲存的范圍最廣機械能形式儲存不常見氫能儲存在研究中并未廣泛應用常見的太陽能熱水器16太陽能轉化成電能的應用太陽能轉化成電能的應用17國外的自給自足的電力18美國最大的光伏發(fā)電站美國最大的光伏發(fā)電站-219現在比較熱門的太陽能汽車20生活中可以存在的小發(fā)明21 太陽能光伏發(fā)電原理太陽能光伏發(fā)電原理 太陽能電池陣列太陽能電池陣列逆變器逆變器用電設備用電設備進戶計量儀表進戶計量儀表生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術機械工業(yè)出版社231 1生物質可以轉化的能源形式生物質可以轉化的能源

10、形式（1 1）直接燃燒獲取熱能）直接燃燒獲取熱能 （2 2）沼氣）沼氣 （3 3）乙醇）乙醇 （4 4）甲醇）甲醇 （5 5）生物質氣化產生的可燃氣）生物質氣化產生的可燃氣體及裂解產品體及裂解產品 第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術第第5章章 生物質能的轉換與控制技術生物質能的轉換與控制技術24機械工業(yè)出版社沼氣發(fā)電的流程圖生物質能的應用25生物質燃氣爐生物質燃氣爐生物質水暖鍋爐生物質水暖鍋爐沼氣發(fā)電26 生物質直接液化制燃料油發(fā)電技術生物質直接液化制燃料油發(fā)電技術27 生物柴油是一種清潔的可再生能源，是生物柴油是一種清潔的可再生能源，是以大豆、油菜籽等油料作物以及油

11、棕、黃以大豆、油菜籽等油料作物以及油棕、黃連木等油料林木果實為原料制成的液體燃連木等油料林木果實為原料制成的液體燃料，具有原料來源廣泛、可再生性強、污料，具有原料來源廣泛、可再生性強、污染性低等特點，是優(yōu)質的石油、柴油代用染性低等特點，是優(yōu)質的石油、柴油代用品。品。 281生物柴油特性生物柴油特性 （1）比普通柴油更優(yōu)異的產品性能）比普通柴油更優(yōu)異的產品性能1）較好的低溫流動性和燃燒性能）較好的低溫流動性和燃燒性能2）具有無腐蝕性的特點）具有無腐蝕性的特點3）較好的潤滑性）較好的潤滑性 （2）比普通柴油更多元的環(huán)保特質）比普通柴油更多元的環(huán)保特質1）排放煙度低、保護大氣環(huán)境）排放煙度低、保護大

12、氣環(huán)境2）不含對人體有害的重金屬）不含對人體有害的重金屬3）可再生的原料）可再生的原料天燃氣發(fā)電天然氣水合物樣品天然氣水合物樣品純凈的天然氣水合物純凈的天然氣水合物可燃冰在深海的發(fā)現促進了天然氣的應用 微型燃氣機發(fā)電機組工作原理微型燃氣機發(fā)電機組工作原理1 1、工作原理及機構示意圖、工作原理及機構示意圖 一般的燃氣輪機主要結構有三部分：壓氣機（空氣壓縮機）、燃燒一般的燃氣輪機主要結構有三部分：壓氣機（空氣壓縮機）、燃燒室、透平室、透平 ( (動力渦輪動力渦輪) )。 微型燃氣輪機的核心技術包括：利用空氣軸承保持一個整體化的高微型燃氣輪機的核心技術包括：利用空氣軸承保持一個整體化的高速轉子在速轉

13、子在6 61515萬萬r/minr/min狀態(tài)下運行，驅動小型永磁式中頻發(fā)電機發(fā)狀態(tài)下運行，驅動小型永磁式中頻發(fā)電機發(fā)電。電。 2 2、回熱系統(tǒng)、回熱系統(tǒng) 在回熱系統(tǒng)中，透平（動力渦輪機）產生的煙氣溫度很高，通常被排在回熱系統(tǒng)中，透平（動力渦輪機）產生的煙氣溫度很高，通常被排入大氣中或再加以回收利用（如利用余熱鍋爐進行聯合循環(huán)）。入大氣中或再加以回收利用（如利用余熱鍋爐進行聯合循環(huán)）。 微型燃機的余熱可用于船舶、汽車動力，制冷、采暖，以及生產凈水。微型燃機的余熱可用于船舶、汽車動力，制冷、采暖，以及生產凈水。通過能源的梯級利用，燃料通過熱電聯產裝置發(fā)電后，變?yōu)榈推肺坏臒嵬ㄟ^能源的梯級利用，燃料

14、通過熱電聯產裝置發(fā)電后，變?yōu)榈推肺坏臒崮苡糜诓膳?、生活供熱等用途的供熱，這一熱量也可驅動吸收式制冷機，能用于采暖、生活供熱等用途的供熱，這一熱量也可驅動吸收式制冷機，用于夏季的空調，從而形成熱電冷三聯供系統(tǒng)。用于夏季的空調，從而形成熱電冷三聯供系統(tǒng)。 為了協(xié)調熱、電和冷三種動態(tài)負荷，實現最佳的整體系統(tǒng)經濟性，系為了協(xié)調熱、電和冷三種動態(tài)負荷，實現最佳的整體系統(tǒng)經濟性，系統(tǒng)往往需要設置壓縮式制冷機和鍋爐，甚至蓄能裝置等。統(tǒng)往往需要設置壓縮式制冷機和鍋爐，甚至蓄能裝置等。 微燃機控制與電源變換系統(tǒng)微燃機控制與電源變換系統(tǒng)圖圖6-4 6-4 微型燃機控制與電力變換系統(tǒng)總體結構微型燃機控制與電力變換系統(tǒng)總體結構 水壩小型水力發(fā)電機小型水力發(fā)電機水電站水電站圖73為水力發(fā)電站發(fā)電原理示意圖水流水流水流1234圖73 水力發(fā)電站發(fā)電原理示意圖1擋河大壩 2打開導管的閥門 3水輪機的葉輪 4發(fā)電機 圖79為軸流式水輪機。a） b） 圖79 軸流式水輪機a）軸流式水輪發(fā)電機組 b）軸流式水輪機轉輪 軸流式水輪機又可分為轉槳式和定槳式水輪機。（2）軸流式水輪機