新能源及其转换课件

1、第三次第三次ppt研讨研讨新能源及其转换新能源及其转换东南大学东南大学 电气学院电气学院风能发电风机的头部结构水平轴水平轴垂直轴垂直轴风机的类型风机的应用位置风机的内部结构风力发电机组的结构及分类风力发电机组的结构及分类 风力发电机组的分类一般有风力发电机组的分类一般有3 3种，如下表所示。种，如下表所示。按风轮轴的安装型式按风轮轴的安装型式水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组按风力发电机的功率按风力发电机的功率微型（额定功率微型（额定功率501000W）、小型（额定功率）、小型（额定功率1.010kW）、中型（额定功率）、中型（额定功率10100kW）

2、和大）和大型（额定功率大于型（额定功率大于100kW） 按运行方式按运行方式独立运行和并网运行独立运行和并网运行并网型风力发电机的功率调节控制并网型风力发电机的功率调节控制 风力机的功率调节方式有定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节风力机的功率调节方式有定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三种三种。 1 1、定桨距失速调节、定桨距失速调节 定桨距失速调节一般用于恒速控制，其风力机的结构特点是：桨叶与轮定桨距失速调节一般用于恒速控制，其风力机的结构特点是：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度不能毂的连接是固定的，桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角

3、度不能随之变化。在风速超过额定风速后利用桨叶翼型本身的失速特性，维持发电随之变化。在风速超过额定风速后利用桨叶翼型本身的失速特性，维持发电机组的输出功率在额定值附近。机组的输出功率在额定值附近。 定桨距失速控制的优点是失速调节简单可靠，由风定桨距失速控制的优点是失速调节简单可靠，由风速变化引起的输出功率的控制只通过桨叶的被动失速调节实速变化引起的输出功率的控制只通过桨叶的被动失速调节实现，没有功率反馈系统和变桨距机构，使控制系统大为简化，现，没有功率反馈系统和变桨距机构，使控制系统大为简化，整机结构简单、部件小、造价低。其缺点是叶片重量大、成整机结构简单、部件小、造价低。其缺点是叶片重量大、成

4、形工艺复杂，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整形工艺复杂，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。体效率较低。 2 2、变桨距风力发电机组的调节与控制、变桨距风力发电机组的调节与控制 变桨距风力机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片的攻角在一定变桨距风力机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片的攻角在一定范围（范围（0 09090）变化，变桨距调节是指通过变桨距机构改变安装在轮毂上的）变化，变桨距调节是指通过变桨距机构改变安装在轮毂上的叶片桨距角的大小，使风轮叶片的桨距角随风速的变化而变化，一般用于变叶片桨距角的大小，使风轮叶片的桨距角随风速的变化而变化，一般用于变速运行的

5、风力发电机，主要目的是改善机组的起动性能和功率特性。速运行的风力发电机，主要目的是改善机组的起动性能和功率特性。 （1 1）根据其作用可分为三个控制过程：起动时的转速控制，额定转速以下）根据其作用可分为三个控制过程：起动时的转速控制，额定转速以下（欠功率状态）的不控制和额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制。（欠功率状态）的不控制和额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制。 a. a. 起动时的转速控制起动时的转速控制 变距风轮的桨叶在静止时，桨距角变距风轮的桨叶在静止时，桨距角为为9090，当风速达起动风速时，桨，当风速达起动风速时，桨叶向叶向00方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，风

6、力机获得最大的起动方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，风力机获得最大的起动转矩，实现风力发电机的起动转矩，实现风力发电机的起动 b. b. 额定转速以下（欠功率状态）的控制额定转速以下（欠功率状态）的控制 为了改善低风速时的桨叶性能，近几年来，在并网运行的异步发电机为了改善低风速时的桨叶性能，近几年来，在并网运行的异步发电机上，利用新技术，根据风速的大小调整发电机的转差率，使其尽量运行在最上，利用新技术，根据风速的大小调整发电机的转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比上，以优化功率输出。佳叶尖速比上，以优化功率输出。 c. c. 额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制额定转速以上（额定功率状

7、态）的恒功率控制 当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，使桨当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，使桨距角距角 向迎风面积减小的方向转动一个角度，向迎风面积减小的方向转动一个角度，增大，功角增大，功角 减小，减小，如图所示。从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保如图所示。从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持在额定值附近，这时风力机在额定点的附近具有较高的风能利用因数。持在额定值附近，这时风力机在额定点的附近具有较高的风能利用因数。 影响风力发电普及的主要因素影响风力发电普及的主要因素 风力发电并非完全是依靠科学技术就可以完成的，风

8、力发电并非完全是依靠科学技术就可以完成的，他有很多局限性，其中发电成本是其重要因素。所以只他有很多局限性，其中发电成本是其重要因素。所以只有在收益大于成本的基础上才会实施。这也是其地域分有在收益大于成本的基础上才会实施。这也是其地域分布的主要原因。布的主要原因。 风力发电成本的影响因素很多，变化范围很大，其风力发电成本的影响因素很多，变化范围很大，其中以初期建设投资、运行时的发电量及管理、税收政策中以初期建设投资、运行时的发电量及管理、税收政策等为主要影响因素。等为主要影响因素。 13下面我们介绍另一种新能源下面我们介绍另一种新能源14太阳能贮存太阳能贮存（1）热能贮热）热能贮热 （2）电能贮

9、存）电能贮存（3）氢能贮存）氢能贮存（4）机械能贮存）机械能贮存太阳能的储存方式其中电能储存的用途最大热能储存的范围最广机械能形式储存不常见氢能储存在研究中并未广泛应用常见的太阳能热水器16太阳能转化成电能的应用太阳能转化成电能的应用17国外的自给自足的电力18美国最大的光伏发电站美国最大的光伏发电站-219现在比较热门的太阳能汽车20生活中可以存在的小发明21 太阳能光伏发电原理太阳能光伏发电原理 太阳能电池阵列太阳能电池阵列逆变器逆变器用电设备用电设备进户计量仪表进户计量仪表生物质能的转换与控制技术生物质能的转换与控制技术机械工业出版社231 1生物质可以转化的能源形式生物质可以转化的能源

10、形式（1 1）直接燃烧获取热能）直接燃烧获取热能 （2 2）沼气）沼气 （3 3）乙醇）乙醇 （4 4）甲醇）甲醇 （5 5）生物质气化产生的可燃气）生物质气化产生的可燃气体及裂解产品体及裂解产品 第第5章章 生物质能的转换与控制技术生物质能的转换与控制技术第第5章章 生物质能的转换与控制技术生物质能的转换与控制技术24机械工业出版社沼气发电的流程图生物质能的应用25生物质燃气炉生物质燃气炉生物质水暖锅炉生物质水暖锅炉沼气发电26 生物质直接液化制燃料油发电技术生物质直接液化制燃料油发电技术27 生物柴油是一种清洁的可再生能源，是生物柴油是一种清洁的可再生能源，是以大豆、油菜籽等油料作物以及油

11、棕、黄以大豆、油菜籽等油料作物以及油棕、黄连木等油料林木果实为原料制成的液体燃连木等油料林木果实为原料制成的液体燃料，具有原料来源广泛、可再生性强、污料，具有原料来源广泛、可再生性强、污染性低等特点，是优质的石油、柴油代用染性低等特点，是优质的石油、柴油代用品。品。 281生物柴油特性生物柴油特性 （1）比普通柴油更优异的产品性能）比普通柴油更优异的产品性能1）较好的低温流动性和燃烧性能）较好的低温流动性和燃烧性能2）具有无腐蚀性的特点）具有无腐蚀性的特点3）较好的润滑性）较好的润滑性 （2）比普通柴油更多元的环保特质）比普通柴油更多元的环保特质1）排放烟度低、保护大气环境）排放烟度低、保护大

12、气环境2）不含对人体有害的重金属）不含对人体有害的重金属3）可再生的原料）可再生的原料天燃气发电天然气水合物样品天然气水合物样品纯净的天然气水合物纯净的天然气水合物可燃冰在深海的发现促进了天然气的应用 微型燃气机发电机组工作原理微型燃气机发电机组工作原理1 1、工作原理及机构示意图、工作原理及机构示意图 一般的燃气轮机主要结构有三部分：压气机（空气压缩机）、燃烧一般的燃气轮机主要结构有三部分：压气机（空气压缩机）、燃烧室、透平室、透平 ( (动力涡轮动力涡轮) )。 微型燃气轮机的核心技术包括：利用空气轴承保持一个整体化的高微型燃气轮机的核心技术包括：利用空气轴承保持一个整体化的高速转子在速转

13、子在6 61515万万r/minr/min状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机发状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机发电。电。 2 2、回热系统、回热系统 在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排入大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。入大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。 微型燃机的余热可用于船舶、汽车动力，制冷、采暖，以及生产净水。微型燃机的余热可用于船舶、汽车动力，制冷、采暖，以及生产净水。通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品位的热通过能源的梯级利用，燃料

14、通过热电联产装置发电后，变为低品位的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。 为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。 微燃机控制与电源变换系统微燃机控制与电源变换系统图图6-4 6-4 微型燃机控制与电力变换系统总体结构微型燃机控制与电力变换系统总体结构 水坝小型水力发电机小型水力发电机水电站水电站图73为水力发电站发电原理示意图水流水流水流1234图73 水力发电站发电原理示意图1挡河大坝 2打开导管的阀门 3水轮机的叶轮 4发电机 图79为轴流式水轮机。a） b） 图79 轴流式水轮机a）轴流式水轮发电机组 b）轴流式水轮机转轮 轴流式水轮机又可分为转桨式和定桨式水轮机。（2）轴流式水轮机