16- 電能轉(zhuǎn)換新技術(shù)

15.4電能轉(zhuǎn)換新技術(shù)15.4.1光伏發(fā)電15.4.2風力發(fā)電15.4.3海洋能發(fā)電15.4.4磁流體發(fā)電15.4.5大規(guī)模儲能1215.4.1光伏發(fā)電2利用光伏電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)；直接變換電源；太陽光太陽能電池燃料電池電能石油煤天然氣泵輸送電能汽輪機發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)熱能機械能圖：直接能量交換圖：間接能量交換31、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏電池陣列、控制器、蓄電池、逆變器等設備組成44根據(jù)功率需要，將多個光伏單體電池經(jīng)串并聯(lián)，并封裝在一起，組成一個可以單獨作為電源使用的最小單元，即光伏電池組件。還可把多個電池組件再串、并聯(lián)起來

并裝在支架上，組成光伏電池陣列。（1）光伏電池方陣5具有外部封裝及內(nèi)部連接，能單獨提供直流電輸出的最小不可分割的太陽能組合裝置，叫做太陽能電池組件；由兩個或兩個以上的太陽能電池組件在機械和電氣上按一定方式組裝在一起，并且有固定的支撐結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元，叫做太陽能電池方陣；6（2）儲能蓄電池光伏發(fā)電輸出功率不穩(wěn)定性、不連續(xù)，獨立工作時，常常需要配備儲能裝置，以保證對用戶的可靠供電。陽光充足時，剩余的能量給蓄電池充電。日照缺乏的情況下，由蓄電池向用戶補充供電。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、硅膠蓄電池和堿性鎘鎳蓄電池，其中鉛酸蓄電池功率價格比最優(yōu)、應用最廣。7（3）逆變器光伏電池和蓄電池輸出的都是直流電。逆變器是將直流電變換成交流電的電力電子設備，是光伏電池普及應用的關(guān)鍵技術(shù)之一。8在小型或獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)中：蓄電池的保護，防止過充電和過放電。對于大中型或并網(wǎng)運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)：擔負著平衡、管理系統(tǒng)能量，保護蓄電池及整個系統(tǒng)正常工作和顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)等重要作用，具體說：（4）保護和控制系統(tǒng)(控制器)信號檢測；蓄電池最優(yōu)充放電控制；設備保護；故障診斷定位；運行狀態(tài)指示；最優(yōu)化的系統(tǒng)能量管理；光伏系統(tǒng)遙測、遙控、遙信等功能；92.光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類按供能運行方式：離網(wǎng)運行獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)：未與公共電網(wǎng)連接，僅僅（或主要）依靠太陽能電池供電；應用于遠離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊處所；10聯(lián)網(wǎng)（并網(wǎng)）型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)：與公共電網(wǎng)相連接主流發(fā)展趨勢，特別是光伏電池與建筑相結(jié)合的聯(lián)網(wǎng)屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，市場廣闊；（a）不可調(diào)式（b）可調(diào)式11利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。1.風力發(fā)電的原理15.4.2風力發(fā)電12風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。13風力機：將風能轉(zhuǎn)換成機械能；發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)換成電能；經(jīng)由機電轉(zhuǎn)換之后，風力機的輸出效率約在20%~40%之間。2風力發(fā)電系統(tǒng)典型的風力發(fā)電系統(tǒng)通常由風能資源、風力發(fā)電機組、控制裝置、蓄能裝置、備用電源及電能用戶組成。風力發(fā)電機組由兩部分構(gòu)成：將風能轉(zhuǎn)換為電能的機械、電氣及其控制設備的組合14風力發(fā)電機由機頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：

葉片用來接受風力并通過機頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉(zhuǎn)體能使機頭靈活地轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；

機頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。發(fā)電機葉片尾翼、轉(zhuǎn)體（轉(zhuǎn)軸）機頭（輪轂）支架轉(zhuǎn)輪（風輪）15.4.3海洋能發(fā)電1.潮汐發(fā)電

在河口、海灣處修筑堤壩形成水庫，利用水庫與海水之間的水位差所蓄積的勢能來發(fā)電，稱為潮汐發(fā)電。16潮汐能電站的原理通過貯水庫，在漲潮時將海水貯存在貯水庫內(nèi)，以勢能的形式保存，然后，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。潮汐發(fā)電和水力發(fā)電的基本原理是一樣的，所用設備也大致相同。17

潮汐發(fā)電原理圖182.海流發(fā)電海流，主要指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(洋流)，及由潮汐導致的有規(guī)律的海水流動(潮流)。其中一種是海水環(huán)流，是指大量的海水從一個海域長距離地流向另一個海域海流能是流動海水的動能，與流速的平方和流量成正比。輪葉式海流發(fā)電原理和風力發(fā)電類似，利用海流推動輪葉，帶動發(fā)電機。輪葉的轉(zhuǎn)軸有與海流平行的，也有與海流垂直的，如圖所示。20

英國洋流渦輪機公司制造的SeaGen輪葉式海流發(fā)電裝置，是第一臺商用渦輪式潮汐發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)猶如海洋中的倒置風車輪葉式海流發(fā)電機的實例：211地熱發(fā)電的原理15.4.3地熱發(fā)電地熱發(fā)電是利用地熱能的代表性技術(shù)和重要方向之一。地熱發(fā)電是通過熱能、機械能的中間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能，但地熱發(fā)電所需的蒸汽能量是直接來源于地熱能，不需要燃料、鍋爐、運輸設備等，因此，地熱發(fā)電是一種比煤、石油、天然氣、核能等發(fā)電便宜得多的能源利用方式。22按照載熱體的類型、溫度、壓力和其他特性，地熱發(fā)電的方式主要是蒸汽型地熱發(fā)電和熱水型(含水汽混合的情況)地熱發(fā)電兩大類。2．地熱發(fā)電的類型1）蒸汽型地熱發(fā)電系統(tǒng)蒸汽型地熱發(fā)電是把高溫地熱田中的干蒸汽直接引人汽輪發(fā)電機組發(fā)電。在引人發(fā)電機組前先要把蒸汽中所含的巖屑、礦粒和水滴分離出去。蒸汽型地熱發(fā)電系統(tǒng)的類型有：－背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)－凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)23主要由凈化分離器和汽輪機組成。（1）背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)工作原理為：把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質(zhì)，然后使蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，排汽放空（或送熱用戶）。這是最簡單的發(fā)電方式，大多用于地熱蒸汽中不凝結(jié)氣體含量很高的場合，或者綜合利用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水。是最簡單的地熱干蒸汽發(fā)電方式。大多用于地熱蒸汽中不凝結(jié)氣體含量很高的場合，或綜合利用于生產(chǎn)和生活24為了提高地熱電站的機組輸出功率和發(fā)電效率，做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，冷卻后再排出，在該系統(tǒng)中，蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力，所以能做出更多的功。該系統(tǒng)適用于高溫（160℃以上）地熱田的發(fā)電，系統(tǒng)簡單。

（2）凝汽式汽輪機發(fā)電25這是目前的主要方式，適用于中低溫地熱資源。低溫熱水或濕蒸汽不能直接送入汽輪機，需經(jīng)一定手段，把熱水變成蒸汽或利用其熱量產(chǎn)生別的蒸汽，才能用于發(fā)電。熱水型地熱發(fā)電，主要有兩種方式：－閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)－雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)2）熱水型地熱發(fā)電系統(tǒng)2615.4.4磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電是一種直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的新型發(fā)電方式，其工作原理為法拉第電磁感應定律。使燃燒產(chǎn)生的高溫等離子體以一定的速度流過與其相互垂直的磁場，去切割磁感線而發(fā)生定向偏移，正負電荷分別在兩電極板聚集從而產(chǎn)生電能。2715.4.4大規(guī)模儲能抽水蓄能技術(shù)原理是，在電力負荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫，通過水這一能量載體將電能轉(zhuǎn)化為勢能存儲起來；在電網(wǎng)負荷高峰期，釋放上池水庫中的水進行發(fā)電。1.抽水發(fā)電儲能28超導磁儲能利用超導