16- 电能转换新技术

15.4电能转换新技术15.4.1光伏发电15.4.2风力发电15.4.3海洋能发电15.4.4磁流体发电15.4.5大规模储能1215.4.1光伏发电2利用光伏电池将太阳辐射能转化为电能的发电技术；直接变换电源；太阳光太阳能电池燃料电池电能石油煤天然气泵输送电能汽轮机发电机发电系统发电系统热能机械能图：直接能量交换图：间接能量交换31、光伏发电系统的组成光伏发电系统一般由光伏电池阵列、控制器、蓄电池、逆变器等设备组成44根据功率需要，将多个光伏单体电池经串并联，并封装在一起，组成一个可以单独作为电源使用的最小单元，即光伏电池组件。还可把多个电池组件再串、并联起来

并装在支架上，组成光伏电池阵列。（1）光伏电池方阵5具有外部封装及内部连接，能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能组合装置，叫做太阳能电池组件；由两个或两个以上的太阳能电池组件在机械和电气上按一定方式组装在一起，并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元，叫做太阳能电池方阵；6（2）储能蓄电池光伏发电输出功率不稳定性、不连续，独立工作时，常常需要配备储能装置，以保证对用户的可靠供电。阳光充足时，剩余的能量给蓄电池充电。日照缺乏的情况下，由蓄电池向用户补充供电。常用的蓄电池有铅酸蓄电池、硅胶蓄电池和碱性镉镍蓄电池，其中铅酸蓄电池功率价格比最优、应用最广。7（3）逆变器光伏电池和蓄电池输出的都是直流电。逆变器是将直流电变换成交流电的电力电子设备，是光伏电池普及应用的关键技术之一。8在小型或独立运行的光伏发电系统中：蓄电池的保护，防止过充电和过放电。对于大中型或并网运行的光伏发电系统：担负着平衡、管理系统能量，保护蓄电池及整个系统正常工作和显示系统工作状态等重要作用，具体说：（4）保护和控制系统(控制器)信号检测；蓄电池最优充放电控制；设备保护；故障诊断定位；运行状态指示；最优化的系统能量管理；光伏系统遥测、遥控、遥信等功能；92.光伏发电系统的分类按供能运行方式：离网运行独立光伏发电系统：未与公共电网连接，仅仅（或主要）依靠太阳能电池供电；应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊处所；10联网（并网）型太阳能光伏发电系统：与公共电网相连接主流发展趋势，特别是光伏电池与建筑相结合的联网屋顶太阳能光伏发电系统，市场广阔；（a）不可调式（b）可调式11利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。1.风力发电的原理15.4.2风力发电12风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。13风力机：将风能转换成机械能；发电机：将机械能转换成电能；经由机电转换之后，风力机的输出效率约在20%~40%之间。2风力发电系统典型的风力发电系统通常由风能资源、风力发电机组、控制装置、蓄能装置、备用电源及电能用户组成。风力发电机组由两部分构成：将风能转换为电能的机械、电气及其控制设备的组合14风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：

叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；

机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。发电机叶片尾翼、转体（转轴）机头（轮毂）支架转轮（风轮）15.4.3海洋能发电1.潮汐发电

在河口、海湾处修筑堤坝形成水库，利用水库与海水之间的水位差所蓄积的势能来发电，称为潮汐发电。16潮汐能电站的原理通过贮水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。潮汐发电和水力发电的基本原理是一样的，所用设备也大致相同。17

潮汐发电原理图182.海流发电海流，主要指海底水道和海峡中较为稳定的流动(洋流)，及由潮汐导致的有规律的海水流动(潮流)。其中一种是海水环流，是指大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域海流能是流动海水的动能，与流速的平方和流量成正比。轮叶式海流发电原理和风力发电类似，利用海流推动轮叶，带动发电机。轮叶的转轴有与海流平行的，也有与海流垂直的，如图所示。20

英国洋流涡轮机公司制造的SeaGen轮叶式海流发电装置，是第一台商用涡轮式潮汐发电机，其结构犹如海洋中的倒置风车轮叶式海流发电机的实例：211地热发电的原理15.4.3地热发电地热发电是利用地热能的代表性技术和重要方向之一。地热发电是通过热能、机械能的中间转换产生电能，但地热发电所需的蒸汽能量是直接来源于地热能，不需要燃料、锅炉、运输设备等，因此，地热发电是一种比煤、石油、天然气、核能等发电便宜得多的能源利用方式。22按照载热体的类型、温度、压力和其他特性，地热发电的方式主要是蒸汽型地热发电和热水型(含水汽混合的情况)地热发电两大类。2．地热发电的类型1）蒸汽型地热发电系统蒸汽型地热发电是把高温地热田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电。在引人发电机组前先要把蒸汽中所含的岩屑、矿粒和水滴分离出去。蒸汽型地热发电系统的类型有：－背压式汽轮机发电系统－凝汽式汽轮机发电系统23主要由净化分离器和汽轮机组成。（1）背压式汽轮机发电系统工作原理为：把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后使蒸汽推动汽轮发电机组发电，排汽放空（或送热用户）。这是最简单的发电方式，大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或者综合利用于工农业生产和生活用水。是最简单的地热干蒸汽发电方式。大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或综合利用于生产和生活24为了提高地热电站的机组输出功率和发电效率，做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，冷却后再排出，在该系统中，蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力，所以能做出更多的功。该系统适用于高温（160℃以上）地热田的发电，系统简单。

（2）凝汽式汽轮机发电25这是目前的主要方式，适用于中低温地热资源。低温热水或湿蒸汽不能直接送入汽轮机，需经一定手段，把热水变成蒸汽或利用其热量产生别的蒸汽，才能用于发电。热水型地热发电，主要有两种方式：－闪蒸地热发电系统－双循环地热发电系统2）热水型地热发电系统2615.4.4磁流体发电磁流体发电是一种直接将热能转化为电能的新型发电方式，其工作原理为法拉第电磁感应定律。使燃烧产生的高温等离子体以一定的速度流过与其相互垂直的磁场，去切割磁感线而发生定向偏移，正负电荷分别在两电极板聚集从而产生电能。2715.4.4大规模储能抽水蓄能技术原理是，在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，通过水这一能量载体将电能转化为势能存储起来；在电网负荷高峰期，释放上池水库中的水进行发电。1.抽水发电储能28超导磁储能利用超导