時間:2022-03-13 01:07:28
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇發電技術論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
在“西部大開發”戰略的指引下,史無前例的“西氣東輸”工程全面施工,引進液化天然氣和管道氣項目也全面開展。國家重點支持發展的天然氣燃氣—蒸汽輪機聯合循環發電工程首批聯合招標項目裝機總容量8000MW,計劃于2005~2006年建成發電。以引進技術形成自主開發能力為目標的燃氣輪機制造產業也在分階段實現。我國天然氣燃氣輪機和聯合循環發電進入一個新的發展時期。
據統計,2001年世界天然氣消費量達24049億立方米,天然氣在世界能源消費結構中的比例達24.7%。第16世界石油大會報告認為2010年全球天然氣消費量將增加到49000億立方米,且預計到2040年天然氣在世界能源消費結構中的比例將上升到51%。
當今世界主要工業發達國家能源結構中天然氣所占比例為:美國25.8%,英國38.1%,俄羅斯54.6%。而我國僅為2.5%。
此外在1995年世界電力結構中天然氣發電占18.54%,當時我國是1.4%。近期我國天然氣燃氣輪機發電裝機容量將有增加,但預計到2006年天然氣發電在電力結構中的比重僅達2.7%。
以上統計說明,我國在天然氣應用和天然氣發電上與世界工業發達國家相比有巨大差距,努力推動我國天然氣發電的任務是緊迫的,也是有很大發展空間的。
一優質燃料天然氣應主要用于燃氣輪機聯合循環的高效發電。
天然氣是化石能源中最潔凈的燃料,在燃燒性能、熱值、運輸等各方面都是最優質的燃料。燃氣輪機和聯合循環發電應用熱力學上布雷頓循環和朗肯循環相結合,既有利于高品位能量的轉換,又能充分利用較低品位的能量,具有能源綜合利用和最高效率的優點。當今燃氣—蒸汽輪機聯合循環發電熱效率已達到60%,遠高于常規或超臨界火力發電水平,(見表1)。
應用天然氣燃料燃氣/蒸汽聯合循環發電的另一個優點是最低的環境污染排放。燃氣輪機具有優良的燃燒特性,控制低污染排放技術水平不斷提高。天然氣燃氣/蒸汽輪機聯合循環機組與常規火力發電機組相比具有最低的污染排放,被稱為“綠色能源”,是可持續發展最有希望的發電技術(見表2)。
表2裝機容量500MW燃用天然氣電廠和燃煤電廠的環境影響比較
注:1原煤熱值按全國平均值19678kJ/kg(4700kcal/kg)計;
2原煤含硫按1.1%,灰份按27%計;
3年耗煤量150萬噸,除塵效率98.5%;
4燃天然氣電廠值取國外資料
由于天然氣燃氣-蒸汽聯合循環是最理想的發電方式,世界燃氣輪機發電裝機容量大幅度增長。1996年6月到1997年5月世界燃氣輪機訂貨總功率數28222MW,1998年6月到1999年5月訂貨總功率翻了一番,達到64254MW。燃氣輪機發電已是電力結構中的重要組成部分,在新增發電容量中更占主要份額。據報告美國南方電力公司發電新增裝機容量中燃氣輪機和聯合循環占90%以上。
二我國燃氣輪機發電應是電力結構中的又一重要組成部分
世界能源結構中,煤炭仍是最豐富的資源。預測全球石油儲量尚可開發60年,天然氣有120年,煤炭則有200年。我國對煤炭的依賴尤為重要。中國是煤炭大國,現探明的天然氣儲量有限,應用天然氣還要依靠進口,在天然氣發電方面也剛起步。我國以燃煤火電為主的狀況將會持續一個漫長的歲月。
但是我國應積極發展天然氣燃氣輪機發電,目的是優化我國電力結構,提升我國電力技術水平。這就要求充分發揮天然氣燃氣-蒸汽聯合循環發電的優點,來加速發展我國天然氣發電。
燃氣輪機聯合循環發電與常規火力發電相比,除具有熱效率高、排放污染少外,還具有靈活機動、調峰性能好,以及投資低、建設周期短、占地面積少等一系列優點。
燃氣輪機和聯合循環發電在電力結構中最適當的位置或用途是:
1人口密集地區、經濟發達地區;2負荷中心或電網末梢,以及用電極度緊張地區;
3主要用于電網的調峰
隨著我國國民經濟高速發展和人民生活水平的提高,在相當長的時期內,我國一方面會存在電力緊張的狀況,另一方面電力負荷常常是多變、復雜且具有不穩定性,例如:
1隨著電力總量增長,負荷峰谷差矛盾十分突出;
2社會專業化生產規模的提高,促進地區性電力負荷分布不平衡;
3農村城市化和偏遠地區經濟發展,全國大電網建設仍跟不上廣大地區發展用電需求;
4電力負荷的季節性變化也越來越大。
此外大型水電站和核電站建成后在電網中以基本負荷發電,電網則急需配置充分的調峰機組。
可見,我國必須將火電、水電、核電和各種先進的發電技術相結合,也必須加快發展天然氣燃氣輪機發電技術。燃氣輪機應以其自身特點在電網中發揮重要作用。燃氣輪機發電應是電力結構中的又一重要組成部分。
三燃用天然氣的分布式燃氣輪機冷、熱、電聯供,可望為解決電力負荷峰谷差找到有效途徑。
隨著經濟發展和人民生活水平的提高,用于空調、取暖的電力負荷明顯增加,造成日負荷和季節性負荷的峰谷差,這是世界各工業國家普遍存在的問題。我國現今人均用電擁有量遠遠低于工業發達國家的水平。我國電力的增長,其中一大部分將是滿足生活用電的增長。生活用電包括取暖、空調等各方面的電力消耗,伴隨著電力負荷的增長又加劇峰谷差的擴大。
按深圳市統計為例,2000年月最大負荷為210~339.5萬千瓦,月用電量為83177~187048萬千瓦時,季節性峰谷差達129.5萬千瓦;2002年月最大負荷為296.7~480萬千瓦,月用電量為112630~261780萬千瓦時,季節性峰谷差達183.3萬千瓦。據預測今年深圳市最高負荷將達到600萬千瓦,季節性峰谷差將超過200萬千瓦。據深圳市供電部門預計,深圳市現有空調負荷很可能超過100萬千瓦。
在電力發展中可按滿足高峰負荷來擴大裝機容量,必須配備一批調峰機組或增加備用容量。這將會帶來電網調整的困難,也影響電網建設的經濟性。當代電力系統在繼續發展以大型機組為核心大電網的同時,又注重中、小型發電的互補作用。以天然氣直燃的微型燃氣輪機分布式冷、熱、電聯供,可使用管網或車運天然氣,大大減少在電網上的耗電,可化解電網峰谷差矛盾,提高電網的安全性和經濟性,這已成為當代電力發展中的又一熱點。
微型燃氣輪機簡單循環效率達40%,壽命45000小時。微型燃氣輪機用于能源綜合利用的冷、熱、電聯供熱效率可達80~90%。目前美國、歐洲、日本都已批量生產微型燃氣輪機,其性能見表3。
表3先進微型燃氣輪機主要性能指標
性能指標
高效率燃料—電力轉換效率至少為40%,熱電聯產效率>85%
環境氮氧化物(NOx)<7ppm(燃天然氣)
耐久性大修期之間可靠運行1000小時,運行壽命至少為45000小時
發電費用系統成本<500美元/kW,發電費用能與市場應用替代方案(包
括電網)具有競爭力
燃料適應性可選用多種燃料,包括柴油、乙醇、垃圾掩埋場瓦斯和生化燃料
我國科技部863計劃中有自主產權微型燃氣輪機的開發項目,正在試制100kW渦輪初溫900℃,簡單循環供電效率29%的微型燃機,2004年將制成樣機。我國發展天然氣微型燃氣輪機的冷、熱、電聯供的條件逐步具備,這將為我國解決峰谷差矛盾找新的出路。
四應根據天然氣燃氣輪機聯合循環發電的特點研究制定合理的政策,進一步推動天然氣發電的發展。
當前我國天然氣燃氣輪機聯合循環發電正處于起步階段,國家尚無完善的政策法規按燃機電廠在電網中發揮的特殊作用來制定合理的電價。而天然氣作為優質燃料,價格偏高,且國內價格比現行國際價格更高。天然氣燃氣輪機聯合循環發電在經濟上與常規燃煤火力發電機組相比還缺少競爭力,而這點常常會限制新穎發電技術發揮作用,影響我國電力建設的普遍水平(見表4)。
表4天然氣燃氣/蒸汽聯合循環與常規火力機組的燃料成本的比較
天然氣燃氣/
蒸汽聯合循環發電常規燃煤火力發電
燃料單價1.45/m3360元/標煤噸
燃料熱值8942kcal/m37000kcal/kg
熱效率55.4%35%
單位燃料消耗量0.162kg/kw•h0.370kg/kw•h
燃料成本0.2354元/度0.1332元/度
在市場經濟發展規律支配下,根據同網、同質、同價和公平競爭的原則,天然氣燃氣-蒸汽聯合循環發電的重要作用,應在經濟價值上合理的反映出來。
例如天然氣燃氣輪機在電網中擔當調峰或作備用容量,首先會使機組頻繁起停,直接影響經濟性和降低設備維修間隔周期,增加運行成本。根據燃氣輪機經濟性和可靠性的統計規律,機組起停一次相當于10~20個當量運行小時。承擔電網調峰作用的燃氣輪機,年起停次數一般大于300次以上,相當于增加了3000~6000個運行小時數。如果實際運行3500小時,機組當量運行小時數已達6500~9500小時。
再考慮到調峰機組在負荷低谷時段不發電,在高峰或平峰時段也常減負荷,機組年運行小時數經折合后約為3500小時。若是擔當電網備用的機組其年運行小時數更低。年運行小時數低的調峰機組比以基本負荷連續長期運行機組的運行成本將隨運行小時數的減少而成比例增加。因電網需要而擔當調峰任務的機組,折合年運行小時3500小時,但發電的價值卻與7000小時左右的基本負荷相當。
調峰機組只能依靠合理的峰谷電價差來彌補其調峰帶來的經濟損失。發改委[2003]14號文確定峰、谷時段電價差在2~5倍之間。實際價格差應取在上限才趨向合理。
此外,對燃氣輪機低排放污染的優點在電價上也應反映。這項電價的補償應與常規燃煤火力發電因必須采用脫硫工藝而得到的補償相當。例如深圳媽灣4#機組總投資15億,其中海水脫硫設備投資2.17億,約占總投資額的14.5%。其4#機組的電價由當前的0.52元/度提高到0.57元/度。燃氣-蒸汽聯合循環電廠的環保電價補償政策可參考這種電價補償的方法來制定。
關鍵詞:光伏發電技術;教學模式;課堂實驗教學;校企合作教學
中圖分類號:G646 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)03-0161-02
人類社會的可持續發展面臨著環境惡化、資源短缺的嚴峻挑戰,而取之不盡用之不竭的太陽能則成為新能源的首選之一。曾經在全球光伏產業的推動下,中國光伏產品已占據國際市場的大半壁江山,但卻一直面臨市場在外的困局。光伏產業經過數年爆發式增長,最終多個環節產能面臨嚴重產能過剩。隨著歐美對中國太陽能電池板的“雙反”實施,近幾年是中國光伏產業發展過程中的一個“寒冬”。光伏企業要應對“寒冬”,一是上游制造企業要提高自身的技術水平和產品質量;二是下游應用企業要抓住機遇,通過技術創新不斷提高系統集成能力,致力于為客戶提供優質可靠的系統設計方案。依據國家新能源政策的戰略部署,結合上海電力學院的專業特色,我校相關太陽能光伏發電專業力圖培養出合乎國家和社會需要的、滿足光伏產業結構調整的市場需求的光伏材料及光伏系統設計專業方面的人才。有關專業以物理學為基礎,系統學習基礎物理學、固體物理、半導體物理等,使學生牢固掌握物理學基礎理論。同時結合電力教學的優勢,將太陽能電池技術、太陽能發電技術、電力分析基礎、逆變器原理等作為專業必修課,培養太陽能發電技術行業的高層次專業人才。這樣,學生在掌握光伏發電系統設計專門技能的同時具備更加扎實的理論知識基礎和科技創新的潛力。其中《太陽能發電技術》包含了太陽輻射、光伏系統設計原理、部件選型、系統安裝維護等內容,其教學目標是希望通過該課程的學習能使同學們能掌握太陽能發電系統的設計開發,為今后從事相關工作打下堅實的理論基礎。作為最早開設《太陽能發電技術》課程的高等院校,由于該課程屬于新課程教學,教學過程中受到教材、實驗設備等各方面條件的限制,使用傳統的教學方法效果不很理想。本文就近年教學過程中遇到的一些問題,針對目前的教學模式進行探討。
一、加強課堂實驗教學
《太陽能發電技術》作為光伏產業人才培養的基礎性課程,主要講述太陽輻射的相關知識、光伏發電系統的原理、系統設計、配件選型及系統安裝維護等相關專業知識,這是一門實踐性十分強的專業課程。在目前的教學過程中發現,單純依靠理論知識講解,學生很難對光伏系統有深入的理解。總結教學過程發現,在學習理論知識的同時如果能結合相關的實驗、實踐教學,則可大幅度提高教學質量與課堂教學效果,也能加深學生對知識點的理解與掌握,這就凸顯了課程教學中實驗環節的重要性。由于《太陽能發電技術》屬于新課程,受到實驗設備、實驗條件和人員的限制,短時間內開展豐富實驗教學有著一定的困難。但是,使用計算機軟件仿真虛擬實驗和設計就沒有這方面的限制。因此,著手開發該課程的虛擬實驗教學環境也是一種重要的方法。此外,在教學的過程中也可以根據教學的需要,動員學生與老師一起自行設計一些簡單可行的實驗設備,既可以加深學生對所學理論知識的理解,又能使學生能夠得到全面的實際訓練,還可以豐富該課程的教學資料。另外,在這個過程中,除了簡單的驗證性實驗,還與控制類、綜合設計類的實驗相結合,提高了學生對已學知識的綜合運用能力,加強了學生的動手能力和實踐能力,使學生在走入社會后,能較快適應市場發展需要,提高就業競爭力。此前北京信息科技大學的白連平等[1]針對該課程就設計了一些可行性實驗,如光伏陣列設計實驗、太陽能路燈照明系統設計等。
二、開展校企合作教學
由于工科課程的實踐特性,除了課堂的理論與實驗之外,開展校企合作教學則是提高該課程教學效果的制勝法寶[2]。在前期的教學過程中作為實踐教學曾經帶學生到相關的光伏企業見習,在企業參觀實習的結束之后,有些學生反映“公司實習4天比在學校2年學的東西都多”,這句話也讓作為教育工作者的我們陷入沉思。現在學生學習知識的途徑很多,他們更喜歡看到實際的操作而不是“紙上談兵”。例如課堂上講過單晶硅、多晶硅、薄膜太陽電池,而很多學生到了現場仍然分不清楚是什么類型的太陽電池組件;課堂上學習了晶體硅太陽電池的制備工藝,參觀的時候學生還是提出為什么這些電池都是藍色的,不能做成其他顏色呢?雖然這些基礎的知識都已經在課堂上講授過了,明顯部分學生不知道或者不懂卻從來沒有人提出過,而在參觀過程中他們都想到了這些問題,通過參觀學習對這些知識有了更進一步的理解,充分說明了僅有課堂教學遠遠無法滿足該課程的設置目標。因此,除了輔助的課堂實驗教學或者視頻演示之外,與相關企業開展校企合作教學也是提高學生認知能力的一項重要教學手段。這就要求在該課程的教學過程中,除了加強實驗教學還必須加強學校和企業之間的合作,開展合作教育方可取得更好的教學成果。
三、將科研與新技術融入教學培養學生的科技創新能力
素質教育已經是高等院校的重中之重,學校有很多項目都涉及鼓勵大學生科技創新,從近代科學技術的發展史我們也可以看出,年輕人在科技創新上有著巨大的潛力。而如何通過有效途徑提高工科學生的科技創新能力也困擾著不少教師。同時作為高校教師大多也同時肩負著科研工作,怎么樣將自己的科研工作融入日常教學并以此為基礎培養學生的科技創新能力也是一個應該認真考慮的重要問題。大學生在科研領域的創新在國際上屢見不鮮,比如在超導領域,MgB2合金超導體以及NaCoO.H2O超導體都是由日本的本科生首先發現的。《太陽能電池技術》及《太陽能發電技術》課程的開設,為科研融入教學提供了良好的載體。太陽電池材料的研究是目前材料科學的一大熱門研究領域,這樣可以在教學過程中使學生了解到最新的材料研究,從而讓學生了解到了什么是科研,科研對實際生活又有著怎樣的影響,從而激發學生的學習興趣。而《太陽能發電技術》主要包括太陽輻射、電池制造、組件制造、系統原理、系統設計、部件選型以及控制器逆變器原理等技術。它包含了多門理論性和實踐性都很強的專業課程,涉及的知識面廣、內容概念多,為大學生創新提供了一個良好的平臺。學生在老師的指導下開展太陽能電池及發電技術的研究,查閱資料、進行光伏發電方案的設計,促使學生將所學的電學、材料學、物理學等學科聯系起來。有利于調動學生的學習積極性,激發學生的科技創新興趣,培養學生分析和解決問題的能力[3]。
四、課程考核形式多樣化
基于該課程的實踐性特點和教學目的,可以在傳統卷面理論知識考核的基礎上增加多樣化的考核形式,比如系統設計作品展示、成果匯報等多種方式進行考核,綜合考核專業知識、專業技能等方面。對采取不同方式、對各個不同方面進行考核的結果,通過一定的加權系數評定課程最終成績。
五、小項目形式完成課程設計
在網絡化的今天,課程設計面臨的一大問題就是論文在網絡上復制粘貼完成。而作為實踐性較強的太陽能發電方向的畢業生,我們是否可以改變思路,課程設計不再局限于理論推導而轉向實踐性課程設計。指導老師可以根據地理情況和電網分布情況選擇合適的條件用于學生自主設計光伏發電站,包括太陽能電站地點選擇、可行性分析、電站規模及組成、蓄電池容量、光伏電站年發電量及經濟效益、光伏電站整體布局(組件串并連設計、匯流箱排布、電纜連接、線管地槽整體排布、電纜規格及用量計算、線管規格及用量計算、配電房及看守房布置、支架定點圖等)、系統防雷及監測、電網安全性等部分內容[4]。相信完成這樣的課程設計,可以培養學生查閱文獻和市場調研能力,對其今后獨立從事光伏產業內業務是非常有幫助的。這樣的課程設計比普通的論文撰寫更能提高學生的專業水平,從而使學生的能力達到甚至超越該學科的培養目標。
本文根據《太陽能發電技術》的實際教學經驗以及該課程的教學目標,探討了在現有教學模式基礎上需要進行的一些改進。作為工科應用型創新人才,最重要的是應該具有很強的獨立獲取和應用知識的能力,而傳統的理論教學為主模式則很難讓學生將書本知識與實際光伏工程結合起來,也就無法真正理解光伏發電系統。本文提出了加強實驗教學、開展校企合作教學、將大學生創新融入教學以及改變傳統的考核方式等,其實質都是為了改變目前理論教學為主體的教學模式,將實驗、實踐教學等過去不被重視的教學方式引入這些實踐性較強的課程,探索新的教學模式,從而培養出更適合現代企業、社會所需的高層次人才,達到開設該專業的最終目標。
參考文獻:
[1]白連平,張巧杰.光伏發電實驗設計探討[C].第五屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集(2):602-605,2008-04,中國陜西西安.
[2]趙濤,李國強.獨立學院校企合作人才培養模式探索與實踐[J].實驗室科學,2012,(6):1.
關鍵詞:新能源發電;教學方法;教學改革;教學理念
中圖分類號:TM619 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)14-0217-03
從2006年秋季學期開始,我校電氣信息學院就面向電氣工程及其自動化專業學生開設了新能源發電技術方面的選修課,2009年學院改革,對原有專業進行重組、調整,新成立了電氣與新能源學院,開始招收電氣工程及其自動化(新能源發電方向)專業的本科生,重點培養從事新能源技術領域的研究、開發、維護、管理等方面的高級工程技術人才,并在2010年開始招生,現已經達到80人規模,開設的相關課程(含實驗)一般安排在第五學期。
開設“新能源發電技術”專業選修課的目的是為了幫助電氣工程及其自動化專業的學生全面了解能源科學概況、世界范圍內面臨的能源問題及其解決對策和發展前景、新能源開發利用的重要性以及新能源開發利用技術等方面的知識。課程內容涉及新能源基礎知識、太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能等內容。針對目前選修課的建設和完善已成為高校教學改革深化的重要環節,選修課教學已然成為高校基于社會對復合型人才的迫切需求,本文將以新能源發電技術課程為例,分別從教學內容的選擇、教學方法、教學手段和教學理念等方面進行一些改革研究與分析,其目的在于提高選修課教學質量、促進學生綜合能力。
一、精選教學內容
新能源發電技術是一門專業性、綜合性較強的應用學科,涵蓋了風能、太陽能、生物質能等多種新能源的內容,綜合了電氣工程、機械工程、工程力學、物理學等學科知識。因其涉及的專業門類、知識面比較寬廣,學生普遍反映不太容易找到學習規律,難以把握重點,理解稍困難。因此,結合新能源發電技術課程的培養目標,適當選擇課程的教學內容,綜合與電氣工程相關的專業課,在教學過程中以新能源的發電方式為核心,分析各種類型的新能源、能量轉化方式、發電原理等內容之間的相關聯系,引導學生逐步把各個關聯的知識點匯成知識鏈,促進學生學習和記憶。對于各種新能源的發展歷史、資源分布和特點則可做簡單介紹。另一方面,考慮到電氣工程專業對學生的培養目標要求,比如有關風力機的空氣動力學原理、太陽能熱轉換原理、生物質熱裂解過程等內容可只做概述性講解,讓學生了解其基本概念。教師在教學過程中,需要注意引進當前國際國內的最新科研成果來豐富新能源課程的教學內容。該課程涵蓋多方面學科,是當前大力提倡發展的一個技術方向,其涉及到的信息量多,知識更新快。特別是最近幾年,不斷涌現出研究新能源發電及其相關技術的新方法,使得新能源發電技術得到大力發展。因此,在選擇和組織教學內容時,以教材為主體,綜合大量的相關文獻資料及網絡資源,例如中國新能源網、中國新能源發電網等,適當增加一些不僅能反映新能源發電技術前沿領域的新理論、新技術,而且又能展現學科交叉、擴大學生視野的教學內容,不斷在教學實踐過程中提高這門課程的教學質量。
二、探索靈活的教學方法
在新能源發電技術課程的教學中,需要積極探索,發掘與課程特點相匹配的教學方法。在課堂教學中,需要注重知識性、趣味性,注意理論與實際相結合,可在教學過程中采用啟迪式、比較式、討論式和流程式等多種不同的教學方法,目標明確,重點突出,充分調動學生的學習積極性。
1.啟迪式教學法。這種方法可以較好地激發學生的學習積極性,促進他們主動思考,培養他們分析和解決問題的能力。例如,在講解并網光伏發電系統時,根據學生之前掌握的光伏發電基本原理,啟發他們思考為什么要對獨立的大規模光伏發電系統進行并網、并網的方式是怎樣的、并網的過程中還需要增加哪些相應的裝置。通過在教學過程中設置這樣一些問題,逐漸開闊他們的思維方式,讓他們認識到要使得太陽能發電得到大規模、高效率的利用,必然要對光伏發電系統進行并網,在并網的光伏發電系統中,并網逆變器又是核心設備,不僅能夠把光伏電池組件輸出的直流電轉換成與電網同頻同相的交流電饋入電網,同時還起到調節電力的作用。此外,在講解上述知識點的過程中,還能夠鞏固學生在電力電子技術課程中所學到的關于逆變器的知識點,培養他們對所學到的各種知識點進行融會貫通、舉一反三的學習能力。
2.比較式教學法。采用不同形式的圖表對各種新能源發電方式或同一種新能源的不同利用形式進行互相對比,不但形象直觀,還有利于培養學生綜合分析問題的能力。例如在講解恒速恒頻與變速恒頻風力發電系統時,由于這兩種風電系統涉及到的知識點特別多,且較難理解,學生在學習過程中難以深入掌握各種系統的工作原理、結構差別等內容,多數學生僅了解大概情況,因此,十分有必要采用圖表形式,分別從恒速恒頻與變速恒頻風力發電系統的拓撲結構、原理、發電機類型、并網方式等多種角度進行歸納、對比,加強學生對這兩種最重要的風力發電系統的認識,逐步化解學習風力發電的困惑。
3.討論式教學法。這種教學方法不僅可以發揮教師的導向作用,還可引發學生的學習主動性。比如在講解三種經典的太陽能熱發電系統時,可以提前安排三組學生分別搜集關于槽式、塔式和碟式太陽能熱發電系統的資料,并在上課時先分別邀請各組的學生代表描述他們所認識的這三種不同的太陽能熱發電系統,可以從熱發電系統的基本原理、系統結構、組成部件、系統功能、應用情況等方面進行闡述。在講述過程中,教師可適時啟發他們,就其中的某一知識點,可以是大家感興趣的,或者是十分重要的知識點進行展開,和同學們一起探討,幫助學生深入理解不同類型的太陽能熱發電系統的工作原理等內容。同時,在這種討論式教學過程中,結合不同太陽能熱發電系統的圖片進行講解,可以使得整個教學過程更生動、更豐富多彩。
4.流程式教學法。當涉及到知識點繁多、關聯性強的教學內容時,可以采用流程式教學法。這種方法可首先從系統的角度進行說明,再逐層清晰講解,可幫助學生培養良好的思維習慣和分析解決實際問題的能力。例如,在講解有分揀場垃圾發電工藝流程時,結合美國的H-Power夏威夷垃圾發電廠實例,采用如圖1所示的垃圾發電工藝流程來介紹。
先闡述在垃圾焚燒前,需要經過一系列輸送、篩選和粉碎裝置,把那些不易處理和不能燃燒的垃圾首先在分揀場清理掉。再介紹經過處理后的垃圾則被送入高溫焚燒爐中焚燒,形成的殘渣、灰渣送出填埋。煙氣在排放前需注入石灰脫硫,中和酸性氣體,并傳熱給水變成高溫高壓蒸汽,進入汽輪機發電。最后,還要說明煙氣經鍋爐尾部受熱面后,經靜電除塵達標后,進入煙囪排放,靜電除塵后的細灰渣則可做建材進行綜合利用。通過這樣一個簡潔的垃圾發電工藝流程圖,可讓學生迅速掌握垃圾發電的基本原理,了解各個生產環節的作用和相互關系,培養學生分析復雜問題的系統性思維。
三、采取多樣的教學手段
相對于必修課而言,專業選修課的特點決定了它的教學方式有所不同,其更注重知識體系的完整性和學生興趣的引導。這必然要求教師不斷革新自己的教育觀念,在教學過程中全面認真地設計教案,采用多樣化的教學手段調動學生的學習興趣,充分激發學生的學習積極性,引導他們主動參與到課堂教學過程中,展現他們的課堂主人翁精神。
1.主次分明,突出重點。由于新能源發電技術課程涵蓋內容較多,而授課學時又有限,因此在教學中不可能講授全部內容,必須做到重點突出,精講主要內容。比如在縱多類型的新能源發電方式中,根據我們學院的專業設置特點,可重點講授太陽能發電、風能發電和小水力發電。此外,還要注意詳略結合,對主要的、基本的內容仍可采用講課方式,而對其他內容則可以講座、討論方式開展,增大課堂教學的信息容量。比如在講授太陽能發電時,就應以講課方式詳細講解光伏發電,而以講座方式講解太陽能熱發電。這種主次分明的講課模式,不僅能使學生扎實學到本課程最主要、最核心的內容,還可以開闊他們的知識面和視野。
2.應用先進教學手段,提升教學效果。根據精選的授課內容,有效地運用網絡資源,制作形象直觀的多媒體課件,以改善教學的直觀效果,增加授課內容的信息量。例如,當介紹不同類型的水平軸式風力機和垂直軸式風力機時,可以多向學生演示一些與它們相關的圖片和Flas,結合這些多媒體資料講解,可加深學生印象,讓他們對這幾種典型的風力機及其工作方式等內容有更深刻的理解。同時在上述教學過程中,要注意與傳統板書方式相結合,引導學生逐步分析,并適當地留給學生一些思考時間,較好地把握課堂節奏。
3.結合實事,激發學生學習積極性。新能源發電技術課程所講授的一些主要新能源發電方式在目前逐漸得到越來越多的應用,與人們的日常生活也越來越緊密。在介紹不同類型的新能源時,可以充分結合當前社會生活中出現的一些相關時事焦點事件,把它們提出來讓學生討論,既能激發他們的學習熱情,活躍課堂氣氛,還加強了他們對講課內容的理解。例如,墨西哥灣的BP公司漏油事件、康菲環渤海灣污染事件,特別是全球石油供需關系的發展態勢、氣候變化和環境保護的壓力,都迫切需要全球共同確定和構筑能源發展的新理念,開創新時期能源發展的新路子。結合上述實例,引導學生思索大力發展新能源、調整能源結構的必要性,讓他們從新能源利用方式等層次進行探討。通過這種教學方式,不僅可讓學生深入理解課程內容,激發他們的興趣,還能培養學生解決實際問題的能力。
4.穿插習題,實時歸納。在風力發電部分的教學過程中,其涉及到的不同類型風力機結構、發電方式、并網方法等知識點比較多,多數學生會感到理解有一定困難。為了讓學生能夠及時掌握課堂所學內容,講課過程中可在恰當時候穿插一些事先準備好的習題,這些習題不一定來自教材,教師可根據其他相關資料自主設計。通過課堂練習,可以考查學生對相關知識點的掌握程度和存在問題,及時解決他們的困惑。比如,在講解變速風機驅動雙饋異步發電機并網系統時,可穿插一個關于發電機轉子回路控制方式的多選題,通過該練習,能夠加深學生對這部分重要內容的理解,從一定程度上也可改善課堂氛圍,充分激發學生的學習主動性,發揮學生的主體作用。
5.結合共同點,學習新能源發電。新能源發電方式與常規能源發電方式,除了在一次能源的來源與能量轉換方式等方面有較大不同外,它們在發電環節大多具有很多共同點。因此,在講授各種新能源發電形式時,注意隨時和常規能源發電方式進行類比,結合兩者之間的共同點講解,不僅可以促進學生對新能源發電方法的理解,還可以鞏固他們對常規能源發電方法的認識。例如,在講授地熱發電時,其和火力發電的原理基本一樣,都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能,然后帶動發電機發電。所不同的是,地熱發電不象火力發電那樣要裝備龐大的鍋爐,也不需要消耗燃料,它所用的能源就是地熱能。
四、培育素質教育的教學理念
不論是專業必修課,還是選修課,教師都需要培育素質教育的教學理念,新能源發電技術課程的教學更是如此。通過在理論教學過程中,結合一些生動的經典案例等進行講授,既可調動學生學習的主觀能動性,又能加強他們對新能源發電方法的認識,逐漸培養學生探索求知的精神。比如,通過介紹風能發電的幾種典型裝置與設備,以探究風能發電在當前得以大規模運用的原因。正是這些大量科研人員對風能發電裝置的研發,才使得風能發電不僅僅是論文里的成果。通過一些經典案例,充分調動學生學習的主觀能動性、學習興趣和求知欲,這樣才能達到開設專業選修課“培養學生能力,挖掘學生潛能”的目的。
五、結語
新能源發電技術課程是一門知識覆蓋面廣、學科前沿的專業選修課,而隨著其利用方式和技術的不斷發展,這門課程的教學內容也將不斷更新,教學方法也會隨之不斷改進,通過改進教學手段和逐步增加實驗環節,實時強化創新意識,這樣就一定能夠逐步改善人才培養過程中普遍出現的一些問題,如學生能力薄弱、缺乏創造性、主動性等,達到真正提升學生的思維創造能力以及綜合素質的目的,培養出與時俱進的、創新型的合格應用型人才。
參考文獻:
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1 稿件總則
重點突出,論述嚴謹,文字簡練,字數以不超過6000字(包括圖表)為宜。
論文的排序為:中文標題、作者姓名、工作單位(包括二級單位,郵政編碼和所在省、市)、中文摘要、中文關鍵詞、中圖分類號(參照中國圖書館分類法,第四版)、英文標題、作者漢語拼音、工作單位英譯名(包括郵政編碼和所在城市漢語拼音)、英文摘要、英文關鍵詞、正文、參考文獻。
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2 關于作者單位和署名
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3 題目
題目應準確、精練、易讀和便于檢索(含關鍵詞),中文題目一般不宜超過20個漢字,英文題名應與中文題名含義一致,一般不超過10個實詞為宜。
4 摘要
摘要是對論文內容不加注釋和評論的簡短陳述,獨立成章;目的是讓讀者盡快了解主要內容,補充題目的不足,同時便于文獻檢索。摘要中應含有研究的目的、方法、結果和具體的結論。
采用第三人稱,具體明確,語言精練,中文摘要篇幅為250~300字,英文摘要應與中文摘要內容對應;縮略語/字母詞至少在文摘中出現一次全稱,新的外文中譯名至少出現一次。
5 關鍵詞
主要用于文獻檢索,盡量使用通用名稱,專業范圍寬窄適宜,縮略語/字母詞應以全稱形式出現,關鍵詞要求4~8個。
6 正文
6.1 基本要求
論點明確,論據充分,論證合理;
事實準確,數據準確,計算準確,語言準確;
內容豐富,文字簡練,避免重復、繁瑣;
條理清楚,邏輯性強,表達形式與內容相適應;
用詞規范,平鋪直敘,不用口語、俗稱和感嘆詞等。
6.2 引言
引言的主要內容為研究的理由、目的、背景、理論依據、試驗基礎、研究方法以及預期的結果、作用和意義等。主要包括3部分:①闡述論文的寫作背景及其在相關領域的地位、作用和意義;②闡述與本課題相關的國內外學者在該領域的研究成果、進展情況及現在的知識空白和不足,參考文獻的引用一般在此處標注;③引出主題,通過比較本文與其他研究成果的不同之處,引出本文研究的目的和價值。
6.3 圖表
插圖繪制要大小適宜(半欄或通欄)、工整、勻稱。圖中盡量使用符號,請用6號Times New Roman及宋體字,圖號和圖名用中英文對照。插圖應少而精,一般不超過5幅。
稿中表格也按順序編號,表名用中英文對照,表文中盡量使用符號。
7 基金和科研項目
一般只列出省部級及以上科研和基金項目,并提供項目編號。
8 參考文獻
8.1參考文獻的主要作用是:
科學依據,表明論文的起點和深度;
區別論文作者的成果與前人成果;
索引作用、節省篇幅;
有助于情報研究和文獻計量學研究。
8.2參考文獻的要求
應選擇最近5年的論文且按文中出現的先后次序排列,在引用文句后的右上角標明參考文獻序號,參考文獻以15篇以上為宜。勿引用尚未公開出版的資料。漏引可能帶來誤解,產生嚴重后果。盡量引用級別高的學術類期刊,這樣對增加論文的學術質量具有重要意義。
8.3參考文獻為書和期刊的著錄格式如下:
序號 作者姓名.書名[文獻類別].出版地:出版者,出版年份:起頁-止頁.
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9 注意事項
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在全世界太陽能綠色能源產業的帶動下,中國的太陽能產業發展迅猛。經過近10年的快速發展,中國太陽能光伏產業無論在規模、數量、市場成熟度方面,還是在核心技術、民族品牌方面,都領先于世界平均水平。中國已經成為世界上最大的太陽能集熱器生產國和使用國,并在日本和德國之后成為全球第三大光伏產品生產國。
2009年,太陽能在中國的發展達到前所未有的,國家對太陽能的補貼扶持政策陸續出臺,年初的3月,財政部、住房和城鄉建設部聯合印發《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》及《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》,“意見”和“辦法”確定了對光電建筑2009年的補助標準為20元W。同年7月,國家財政部、科技部、國家能源局發出《關于實施金太陽示范工程的通知》,通知提出對光伏并網項目和無電地區離網光伏發電項目分別給予50%及70%的國家財政補貼;9月,《新興能源產業發展規劃》規定的太陽能發電目標也進一步明確,計劃到2020年將達到20GW,一系列的國家政策出臺,昭示著太陽能這一新興綠色能源在未來的能源舞臺上將出演主角。
與此同時,與太陽能有關的、相關的、無關的產業都冠以“太陽能”的桂冠遍地開花,導致國家在進行宏觀調控時給這個產業整體“降了溫”。叫停了部分具有一定污染的電石產業,但真正環保并可持續發展的光電產業仍可享受國家補貼。
在國家將節約能源確定為基本國策,大力提倡節能減排、發展可再生能源的今天,如何推動我國太陽能聚光式熱能發電產業更好更快地健康發展是我們面臨的亟待解決的重要問題。熱能發電只需要太陽的光和水,是唯一可與化石燃料抗衡的技術,美國eSolra公司的技術做到了實質性的商業運行。
山東蓬萊電力設備制造有限公司于1987年成立,是為火力發電廠做輔機配套的民營企業,有自營進出口權。公司為高新技術企業,擁有多項專利,同時也美國硫化床鍋爐配套的進口設備。公司國際部經過一年多的努力,將這項全球能源領域的先鋒已商業化運行的熱能技術成功地引進中國,此作為中國的總并在本廠制造,實現真正的國產化。
太陽能聚光熱力發電技術的引進者王韜博士,身兼山東蓬萊電力設備制造有限公司國際部副總裁,曾擔任美國斯坦佛大學的客座講師,其論文曾在美國人類遺產學雜志、科學、美國科學院院報及多家專業周刊發表。
王韜博士花了大量的時間對目前各大類新能源技術作了廣泛地了解和比較。大氣中40―50%的溫室氣體是火力發電廠所排放的。對此,各國政府都在治理,但見效甚微,沒有更好的可商業化運行的成熟技術來推廣。王韜做了大量的市場分析,找到了位于美國加州帕沙地那市的eSolra公司,這是美國唯一一家商業化運行的塔式太陽能發電廠。eSolra公司的技術不僅領先于國際,而且填補了國內在該領域的空白。近日,eSolra公司分別獲得2010年世界經濟論壇全球能源先鋒技術獎,動力工程周刊2009最佳可再生和可持久發展技術獎兩項大獎。
美國eSolra公司中國總、山東蓬萊電力設備制造有限公司北京代表處李君女士對記者說:太陽能聚光熱電技術是利用太陽能的光把循環水加熱轉換為蒸汽推動汽輪發電機發電,不僅在轉換的過程中無任何污染,而且其制造過程也不需要提煉重金屬、稀有金屬和硅。eSolra的塔式太陽能熱力發電技術巧妙地把數以萬面的日光反射器分成16個子基地,統一反射到塔頂的鍋爐以達到聚光的效果,這樣的設計,從光學上講,優化了布局并提高了土地運行的效率,每個子基地可以產生可直接發電的高熱度(440攝氏度)高壓力(60bar)的蒸汽。每一個單獨的反射器都可以自動跟蹤太陽在天空的位置,準確度在一毫弧度之間,最高效率可達22―25%,而且,這樣的“模塊化太陽能基地布局”是以成本為首的設計,大批量的日光反射器生產可以實現經濟規模的效益。因此,eSolra突破了其他傳統太陽能技術30多年以來無法突破依靠政府補貼的事實。另外,eSolra設備最有力的優勢就是它的每個日光反射器都是預制的,均采用了重覆式的結構設計和革命性的校隊系統,大大地提高了設備安裝的效率。在安裝時只需要普通工人操作,沒有技術門檻,從而有效地降低了人工成本。該項目從開發到施工安裝,只需要12―16個月時間。周期短,見效快,簡單方便。而且,此項技術可以直接與正在運行的火力發電廠、生物發電廠進行技術嫁接,可以很好地為我國政府在丹麥哥本哈根氣候會議上提出2020年減少碳排放40―45%的目標實施幫助。
目前公司的第一個用戶華陽示范混合電站正在籌備和報批中,將落戶陜西省榆林市榆陽新能源產業園區,預計在今年可動工建廠,希望得到政府的批準和支持。
Abstract: wind power in the modern power system in the occupying an increasingly important position. With the development of modern science and technology, wind power generation technology is also in day by day mature. But there is no denying that with the scale and industrialization of wind power development, some of the problems brought by the wind, also caused people's widespread concern and thinking. Many scholars are actively research brought by the wind power system stability to reduce hot spots and focus problems, and actively explore the method of improving technology and measures. The author in this article, in reading literature on the basis of other scholars, combined with the own life thinking, for the effect of wind power on power system operation cost, stable operation of wind power on power systems, wind power generation on power system electrical .
關鍵詞:風力發電;現狀;電力系統;影響
Key words: wind power generation; The status quo; Power system; impact.
研究方法:
1、文獻閱讀與歸納
筆者在創作之前閱讀了相關的論文與參考書目,對其中所提出的風力發電系統運行的問題與建議加以匯總與借鑒,加以辯證思考,理性對比。
數據統計與歸納
本文引證了一些具體的國內風力發電情況,并結合具體數據加以分析。
一、我國風力發電現狀
風力發電技術的應用、發展與全球能源危機下人們的憂患意識息息相關。20世紀70年代爆發的全球能源危機,促使人們不得不思考經濟發展與能源利用之間的良性關系建立的問題。人口的不斷增長與人類可用能源的有限性構成了不容忽視的矛盾,化石能源在過度開采之下的耗竭與人類的長遠發展的沖突激起了人們對能源保護的重視。這一切也在重塑電力工業,促使電力系統開創資源利用的新途徑。風能的利用在這一背景下迅速發展,不僅在于其作為可再生能源的低廉成本,更在于其超越其他常規能源的污染小,環保等方面的優勢。如今,風力發電在電力系統所占比例不斷上升,成為除水力發電之外的最成熟,最現實的清潔能源發電方式。
中國位于亞歐大陸東部,瀕臨太平洋。這一獨特的地理位置,使中國具備形成季風的條件。再加上境內高大山系的阻擋,改變了氣壓分布和大氣環流狀況,加劇了季風的復雜性。冬季由于受蒙古西伯利亞高壓的影響,強冷氣團以極其迅疾的速度南下,波及到中國的華北、東北、西北、在中國北部形成了強烈的寒冷干燥的冬季風。在夏季,由于受到洋面上夏威夷高壓的影響,來自太平洋的暖氣團風為沿海地區帶來了東南風。印度洋和南海的氣團也為西南地區帶來風力略遜于東南季風的西南季風。中國18000多公里的海岸線,國土面積大,在夏秋兩季極易受熱帶風暴的影響,帶來強勁風力。但在現實中,中國的風能利用比例仍然很小。中國的發電系統中,火電所占比例較大。中國正在進一步探索利用風能優勢彌補改善供電系統的有效方法。我國迅速發展的風力電網建設以及風力發電站的動工無疑證實了這一點。據國家風電信息管理中心所提供的資料統計:
到2012年底,全國(不含港、澳、臺)共建設1445個風電場,安裝風電機組52827臺。單機容量1.5兆瓦和2兆瓦的風電機組是目前國內風電市場主流機型,占吊裝容量的81%。截止2012年底,全國裝機114491萬千瓦,風電6083萬千瓦,我國風力發電裝機容量僅占全國電力裝機的5.3%。
風力發電對電力系統運行的影響
(一)風力發電對電力系統運行成本的影響。
風力發電作為一種發電方式在現代主要是用其對火力發電系統做一補充,究其本質,是將其作為對部分火力發電的替代。但風力發電受到風力的制約,風力的間歇性與隨機性將會對風力發電系統的穩定性與安全性帶來較大挑戰。就目前的發展情況來看,風力發電技術比傳統發電技術的競爭優勢還是落后的。風力發電系統初建的高額設施投入,對技術的嚴格要求,系統運行時備用容量的加大都制約著風電系統成本的降低。根據中國目前的資料統計,就能略窺一二。10千瓦級的產品在國內還不能夠生產。且風電設備主要依靠進口,價格昂貴。我國風電場每千瓦造價約8000或9000元,我國大多數地方的風能年利用小時數偏低,2012年,東北電網、遼寧、吉林、黑龍江、蒙東風電利用小時分別是1643、1761、1420、1780、1605小時,發電成本較高。另外,離網型風力發電機組必需配套使用蓄電池,由于風能的不連續性,使蓄電池容易出現過充過放現象,導致蓄電池使用時間減短。而這種蓄電池的高成本是需要大量資金投入的。通過以上數據顯示,就能感知到風力發電在成本減少方面所面臨的巨大挑戰。其與傳統的發電方式相比,在成本低廉方面的優勢是遠遠落后的。但從長遠發展來看,其發展潛力是較大的,風電能力每增加一倍,成本就下降15%。隨著中國發電技術的提高和國產化的培育,風電成本的降低是有希望的。
王寧在研究風力發電對電力系統成本的影響時,在對火力發電單位 成本與風力發電單位成本的比較論述中,從扣除環境成本與不扣除環境成本的綜合情況下,得出結論:在引入風電后,風電投資、運行費用、與系統備用容量補償成本導致了系統供電成本的增加。但在加入環境成本考察時,風力發電代替火電所產生的資源節約與環保效益,促進了整個供電系統成本的降低。但目前的風電初始投資較大及各項建設中的花費與風電的這些環境效應是可以抵消的。筆者對這一觀點是持批判態度的,就經濟效益的等量計算來說,這樣的結論是無可厚非的。但環境保護所產生效益本就與經濟效益無法相提并論。尤其是在能源消耗日益增多,污染日益嚴重的現代社會,在化石能源利用節能控制成本較高,難度較大,技術水平受到限制的嚴峻情況下。
(二)風力發電對電力系統穩定運行的影響
1、風力發電對電網調度的影響
風力發電是對風能的利用,其本身就是具有較大的隨意性與不可控制性。發電狀態和所發電量基本取決于風速狀況,風速的不穩定性和間歇性影響了風電機組發電量的穩定實行,并網后的風電場對電網能夠實施隨機擾動,其不穩定性需要電網側預留出更多的備用電源和調峰容量,在一定程度上加劇了整個發電系統調度的難度。而對于電網結構薄弱的地區來說,無充足的容量備用與良好的電源結構,電力電量的平衡也就很難實現,電網也就無法消納風電資源。風電功率的輸入必然要改變電網的潮流分布,對局部電網的節點電壓也將產生較大的影響。
2、風力發電對電壓的影響
風電機組輸出功率的波動性,使風電機組在運行過程中受湍流效應、尾流效應和塔影效應的影響,造成電壓偏差、波動、閃變、諧波和周期性電壓脈動等現象,尤其是電壓波動和閃變對電網電能質量影響嚴重。一旦風力發電電量作為電網電量的補充大規模注入,電網的穩定性和頻率標準將會被打破。二是風力發電機中的異步電動機沒有獨立的勵磁裝置,并網前本身無電壓,在并網時要伴隨高于額定電流 5 ~ 6 倍的沖擊電流,導致電網電壓大幅度下跌。如果電網的設計與規劃忽視這一要素,電網電壓將會超出安全范圍,甚至瀕臨崩潰的邊緣,帶來難以估量的損失。
結語:風力發電對電力系統運行的影響是需要學界不斷加以思考與關注的問題。風力發電作為電力系統中的重要一環,如何實現與電網運行的協調發展也是不可回避的重要問題。通過改善技術,努力優化風能發電的客觀效果,對能源的合理利用,社會的可持續發展都具有重大的意義。
參考文獻:
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【關鍵詞】投影;自動跟蹤;精度檢測
0.引言
傳統的燃料能源正在一天天減少,對環境造成的危害日益突出,同時全球還有20億人得不到正常的能源供應。這個時候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能夠改變人類的能源結構,維持長遠的可持續發展。這之中太陽能以其獨有的優勢而成為人們重視的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源,是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。因此太陽能光伏發電系統是一個重要的發展方向;但對于某一個固定地點的太陽能光伏光熱系統,一年春夏秋冬四季、每天日升日落,陽光日照角度時刻都在變化,如果光伏組件能夠時刻正對太陽,效率才會達到最佳狀態,所以需要太陽能電站自動跟蹤式控制系統來完成。
太陽能自動跟蹤電站精度的測試是繁瑣的,如何高效、簡便的測試太陽能自動跟蹤電站精度,是每個太陽能自動跟蹤電站使用者正在探索的。而本文論述的一種太陽能自動跟蹤電站精度測試儀設計,則解決了這個問題,從而簡便、準確的測試電站跟蹤精度。
1.太陽能自動跟蹤電站精度測試儀的工作原理
圖1
太陽能自動跟蹤電站精度測試儀是根據投影原理工作的,如圖1,上下小孔的直徑大小是一直的,根據上下間距H的距離,當上孔的投影D與下孔邊緣相切時,就可以推算出偏差角度α的數值。這種方法簡單方便,對于精度一目了然,增加了太陽能工作站精度測量的操作性和實用性,提高了跟蹤精度測量的工作效率。
2.太陽能自動跟蹤電站精度測試儀的結構設計
圖2
如圖2,太陽能自動跟蹤電站精度測試儀具有上透光板,下投影板,四個支柱。上透光板設有大小不等的20個透光孔,下投影板設有與上透光板中透光孔位置相同大小相等的一一對應的20個透光孔。將精度測試儀垂直安裝在跟蹤電站表面,根據太陽光投影原理特性,依據上透光板、下投影板之間的距離,當光通過上透光板一個光孔透過時,會在上透光板產生投影。當上透光板對應的下投影板光孔周圍沒有投影,說明太陽光垂直從上透光板與下投影板穿過,此時太陽能自動跟蹤電站跟蹤精度為0度,如果上透光板0.1度光孔的投影與下投影板0.1度光孔相切,說明此時太陽能自動跟蹤電站跟蹤偏差角度為0.1度。依次類推,其他精度的測量只要跟據相應上透光板光孔與下投影板光孔的投影情況,便可準確讀出。
假設上透光板,下投影板距離為200mm,透光孔直徑與測量偏差角度對應如下:
3.結論
按此方法設計的太陽能自動跟蹤電站精度測試儀,與昂貴的CDD光檢測設備比較,不但價格低廉,不需要復雜的調試,操作簡單,一目了然,測量準確,適合大范圍使用。
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關鍵詞:光伏發電;遠洋船舶;位置選擇;容量計算
中圖分類號:U665.1 文獻標識碼:A
1 前言
隨著全球經濟由“重碳經濟”向“低碳經濟”轉型,作為國民經濟重要組成部分的航運業溫室氣體排放問題日益受到國際社會關注。根據國際油輪船東協會的研究報告,目前航運業每年消耗20億桶燃油,排放超過12億t的二氧化碳,約占全球總排放量的6%。有預測認為,到2020年全球航運業將需要40億t燃油,溫室氣體排放也將在目前基礎上增長75%。可見,航運業承擔著低碳減排的社會責任和歷史使命,各主要航運國家和地區開始高度重視發展安全、環保、節能的“綠色船舶”,倡導“綠色航運”。太陽能是一種可再生能源,不污染環境,被認為是替代石油能源的理想能源。太陽能光伏發電技術在船舶上應用近年來得到發展,尤其在內河小型船舶、游艇上已有初步的應用成功的案例。但在遠洋船舶方面,太陽能光伏發電技術應用還不成熟,許多國家正在致力于此技術的開發和完善。本文通過分析,擬在常規船舶上建立一套太陽能光伏發電系統,為船舶提供部分電力支持,達到節能減排的目的。
2 光伏系統介紹
2.1 光伏系統的組成及原理
光伏系統由三部分組成:太陽電池組件;充放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監控等電力電子設備;蓄電池或其他蓄能和輔助發電設備。圖1為直流負載太陽能光伏系統原理圖。
太陽能光伏發電基本工作原理就是在陽光照射下,將太陽電池組件產生的電能通過控制器給蓄電池充電或者在滿足負載需求的情況下直接給負載供電,如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在控制器的控制下給直流負載供電,對于交流負載,還要增加逆變器,將直流電轉換成交流電。
2.2 光伏系統的分類
一般將光伏系統分為獨立系統、并網系統、混合系統三類。
2.2.1 獨立(離網)型光伏系統
獨立型光伏系統,又稱為離網型光伏發電系統,獨立給用電設備供電,但整體能量利用比較低,系統的供電穩定性和可靠性比較差,需要儲能設備(蓄電池)穩定供電電網電壓和平衡發電與負載。
2.2.2 并網型光伏系統
并網型光伏系統的最大特點是太陽電池組件產生的直流電,經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入公共電網,并網系統光伏方陣所產生的電力除了供給交流負載外,多余的電力反饋給電網,不足時由電網補充,但系統中需要專用的并網逆變器。這種系統可降低整個系統負載缺電率,而且可以對公共電網起到調峰作用。
2.2.3 混合型光伏系統
混合型光伏系統中除了使用太陽能電池組件陣列之外,還使用了燃油發電機等作為備用電源。這種系統控制比較復雜,比獨立系統需要更多的維護,而且因為系統中使用了柴油機,這樣就不可避免地產生噪聲和污染。很多偏遠地區的通信電源盒民航導航設備電源,因為對電源的要求很高,都采用混合系統供電,以達到最好的性價比。
在遠洋船舶上選用何種類型光伏發電系統,要綜合考慮船舶結構、性能、航線、經濟性等因素確定,本文將在下節詳細論述。
3 光伏陣列安裝位置的確定
3.1 目標船型的確定
典型的遠洋船舶通常包括以下六種類型:集裝箱船;特種船;雜貨船;客滾船;干散貨船;大型運油船。在船上敷設光伏發電系統,要求目標船舶主甲板及以上某些位置具有足夠的安裝光伏陣列的空間。經計算,平均輸出功率1 kW的單晶硅太陽能電池陣列需要10左右的布置面積[1](組件效率13%左右)。一般遠洋船舶整船系統功率都在100kW以上,有的甚至幾千千瓦,若以100kW為參考,則大約需要1 000的布置面積。考慮到集裝箱船、雜貨船及特種船的主甲板上及主甲板以外的其它位置不具有提供大面積安裝電池陣列的可能性,而油船主甲板雖有較大面積,但因主甲板管路紛繁復雜,其所運輸的石油類燃料易揮發出可燃易爆性氣體,對電器要求的絕緣防護等級較高,所以以上四種船舶不適合安裝光伏發電系統。客滾船的主甲板駕駛臺后的區域附屬甲板機械設備較少,擁有較大的可利用空間,其與油船相比對易燃易爆性物質的安全防護等級較低,因而可以搭載光伏系統。對于干散貨船,其主甲板上若干貨艙蓋占有很大的一部分面積,除部分船型有輔助克令吊外,大多數船舶的甲板上屬于平整區域,其有利于太陽能電池陣列的安裝。因此,滾裝客貨船和散貨船是搭載光伏陣列的理想船型。
3.2 光伏系統類型選擇及用電負荷確定
遠洋船舶航程較遠,每一航次歷經天數較長,且海洋環境、天氣復雜多變,在此條件下不宜建立獨立型(離網型)和混合型光伏發電系統[1]。對于并網光伏發電系統,光伏陣列只需提供部分負載的用電需求,多余的電能反饋給主電網,不足時就由主電網供電,故此類型發電系統適合于安裝在船舶上。
船舶在航行中動力和機械等設備要求供電系統能持續、穩定地供電,而光伏發電量依賴于天氣條件,供電穩定性達不到動力設備用電要求,所以不適合為動力設備和機械設備供電。選擇目標供電系統為上建的生活用電部分,經查76 000DWT某散貨船上建的電力系統圖,上建部分生活用電總功率在200 kW左右。顯然,如果200 kW的電量全部由光伏系統提供,需要為光伏陣列提供約2 000 m2的敷設面積,這在目標船上是無法實現的。由電力系統圖可知,空調系統壓縮機在機艙,可不考慮為其供電,只考慮風機部分供電20kW;廚房電器功率60kW;全部房間照明功率4kW。這三部分合計功率84 kW,我們把光伏系統的設計容量定位在100kW,為這三部分系統供電。除去傳輸損耗及遮擋引起的功率減少(約10%~15%),光伏系統也可以提供足夠的電量。白天有太陽輻射時,光伏系統直接為這三部分系統供電,多余的電能可以反饋給主電網,晚上或白天太陽輻射不足時,轉換成船舶主電網供電,這樣100kW的光伏系統可以承擔船舶部分用電要求,起到節約能源的作用。
3.3 安裝位置的選擇
以76 000DWT散貨船為例, 100kW的光伏陣列至少需要1 000m2的敷設面積,經查總布置圖,有三處位置區域開闊,即艙口蓋、主甲板上艙口圍與欄桿之間的區域、欄桿處,適合搭建光伏系統,可以初步確定為光伏陣列的安裝位置。
3.3.1 直接安裝于艙口蓋上
兩個艙口蓋合在一起可供安裝面積為15x14=210, 7個艙口合計14個艙口蓋可供安裝的面積為210x7=1470。但因No.7艙靠近上建,不可避免在一天當中會受到遮擋,所以總體輸出功率會因遮擋而減少;而No.4艙蓋為直升機坪,不允許安裝其他部件,所以從總面積中減去420。考慮上述因素后剩余面積為1050>1000,可以滿足安裝面積需求。
該安裝位置在裝卸貨物時可能會遭受墜落物的撞擊,故要在上面安裝防護裝置,此防護裝置在裝卸貨物時要能閉合,起到保護作用;在航行時敞開,不影響光伏陣列發電。
3.3.2 安裝于主甲板上艙口圍與欄桿之間
將光伏電池板安放于支承艙蓋的導軌之間,在垂直高度上低于艙口蓋,安裝面積與上述方案基本相同,同時在裝卸貨物時因有艙蓋保護,可有效避免船裝卸貨物過程中掉落的雜物破壞電池板,如圖2所示。
3.3.3 安裝于代替主甲板欄桿位置
本安裝要求電池組件垂直于主甲板,且電池安裝要達到船舶建造規范對欄桿安裝的相關要求,如圖3。
已知船舶總長225 m,型寬32 m,沿船舶周長布置電池組件總長225x2+32x2=514 m,去除中間導纜孔、絞纜機等預留寬度20 m,取總長494 m,則安裝面積為494x1.58=780
(1)電池組件敷設面積不夠,直接影響輸出功率;
(2)電池板垂直安裝,接受太陽輻射的面積相較于水平敷設時要小,從而導致輸出功率降低。
但可以采取一定方法規避此不足。在選取電池組件上,可選用雙面太陽電池組件[2],這種太陽電池正反兩面都可以接受輻射,所以可以區別于傳統單面太陽電池組件的朝南傾斜安裝而可以垂直于地面安裝,經試驗驗證,雙面太陽電池比單面晶硅太陽電池相同條件下發電效率提高30%[3]。采用雙面太陽電池,輸出功率可達 78x1.3=101.4 kW,剛好滿足預設功率要求。同等面積的雙面太陽電池比單面太陽電池貴三分之一,所以這種布置成本較高,經濟性不如前兩種方案。三種安裝位置的對比分析如表1所列,通過對比分析綜合考慮,位置一、位置二可操作性較大。
4 光伏陣列容量確定
4.1 太陽能電池的選擇
國內光伏太陽能電池市場主要提供單晶硅和多晶硅兩種類型的電池板。根據船舶運行特點,非晶硅太陽電池[4]不適合在船舶上安裝,而在晶硅太陽電池中,相同面積情況下單晶硅發電效率比多晶硅高,在實驗室里單晶硅太陽電池最高的轉換效率為24.7%,規模生產時的效率為15%[5]。而型號、輸出功率、封裝質量及防護等級相同的單晶硅電池板和多晶硅電池板相比,前者的價格稍高,但差別不大,所以單晶硅太陽電池是較合適的選擇。
4.2 光伏組件方陣容量計算
太陽電池組件容量設計的指導思想,就是滿足年平均日負載的用電需求。計算太陽電池組件的基本方法是用負載平均每天所需要的能量(安時數)除以一塊太陽電池組件在一天中可以產生的能量(安時數),這樣就可以算出系統需要并聯的太陽電池組件數,使用這些組件并聯就可以產生系統負載所需的電流。將系統的標稱電壓除以太陽電池組件的標稱電壓,就可以得到太陽電池組件需要串聯的太陽電池組件數,使用這些太陽電池組件串聯就可以產生系統負載所需要的電壓。
在船舶運行過程中,由于海區環境的復雜多變,電池組件表面會附著灰塵、結晶的海鹽,再加上組件性能慢慢衰變,會使降低電池組件輸出。我們采取在計算時減少太陽電池組件的輸出8%~10%(衰減因子)來加以修正[6],也可以看作是光伏系統設計時需要考慮的工程上的安全系數。此外,設計時還要將負載功率增加10%,以應對在船舶營運期限內額外增加的用電設備。
5 總結
太陽能光伏發電在船舶上的應用目前還處于初步探索階段,小型內河船、游艇已有不少成功案例,但在大型遠洋船舶上的應用較少。本文在常規的遠洋船舶上,擬搭載一套太陽能光伏發電系統,介紹了光伏發電系統類型,光伏陣列在船舶上的安裝位置選擇、光伏陣列的容量計算。
本文未對經濟性做深入研究,相關內容另文討論。
參考文獻
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【關鍵詞】 應用型 工學結合 新能源 人才培養模式
面對日益嚴峻的化石能源枯竭和環境惡化問題,人們已經清楚的意識到太陽能將是人類最重要的能源。目前,太陽能光伏發電技術與應用得到快速發展。到2008年年底,全球光伏累計安裝容量大約18.5GWp,但其主要市場在歐美和日本。歐美和日本已經形成了光伏應用的設計、安裝、運行維護的新興產業隊伍和人才培養教育體系。而我國雖然是光伏組件的生產大國,但光伏的安裝總量包括光伏電站的安裝占世界光伏安裝總量的比重很小,設計、安裝、運行維護產業隊伍尚未形成,人才培養體系還沒有建立。
根據我國新能源中長期發展規劃,2009年-2010年均新增55MW,到2010年我國光伏發電累計裝機容量將達到250MW;而到2020年年需新增1350MW,累計裝機將達到1600MW。因此我國光伏發電應用的潛在市場非常巨大。面對國家推動國內光伏發展的政策到位,國內光伏市場即將規模化發展,人才制約瓶頸將很快顯現。因此,必須加大力度,迅速建立和完善我國光伏應用人才培養體系。
南昌理工學院就是在這一背景下于2008年成立了太陽能光電工程學院,在應用型太陽能光伏專業人才培養模式的教育理念、培養方案、課程設置、教學內容等方面進行了有益的改革與探索,學校把新能源科學與工程專業教育廳重點學科優勢和應用型光伏創新人才培養結合起來,并率先摸索出光伏專業應用型、創業型人才培養模式,具有一定的創新性。以此為案例,本文力求總結與闡述工學結合教學模式在光伏應用專業教育中的成效性。
一、工學結合,依托行業、企業確定人才培養方案
人才培養模式是是教育教學思想、理論轉化為創新教學實踐, 實現培養目標的物質力量的中介[1] ,它包含教育思想與教學觀念、專業培養目標與規格、專業設置、教學內容與課程體系等幾個基本要素[2]。為適應世界光伏產業發展和工科院校教育改革的趨勢,南昌理工學院聯系我國光伏產業現狀,緊密結合學校的學科優勢與辦學特色,根據江西區域經濟發展的要求,建立適應“光伏產業應用性人才教育基本要求”為目標的教育教學體系。力爭在省屬工科本科院校中培養具有國際光伏產業發展思維,能夠勝任光伏電池組件生產、研發以及光伏系統的設計、安裝維護等工作,促進本地區經濟社會發展的具有創新能力與創業思維的新一代光伏產業復合型人才。學院與國內大型光伏企業如賽維、晶科能源等高科技企業強強聯合,建立起訂單式培養。根據企業的需要確定人才培養方案,開設有光伏電池片制造工藝、光伏材料與檢測、單晶硅/多晶硅制造工藝、光伏組件加工與工藝、太陽能發電技術、光伏發電設計與施工等核心專業課程,并到企業實訓,強化技能素質培養,掌握光伏電池片及組件加工技術,使學生在就業初期就能夠在技術崗位上脫穎而出,從而獲取更多的升職機會;同時,要求學生掌握光伏電池片、光伏組件生產過程的原理與工藝要求,掌握光伏發電及相關供用電技術,有利于學生的可持續發展。
二、開展實驗教學改革,不斷完善實驗室硬件設施,為學院的發展提供硬件支撐條件。實踐教學是職業教育的核心環節,主要培養學生的職業能力,即專業能力、方法能力、社會能力[3]。新能源產業人才教育教學改革的關鍵是新能源產業相關實踐技能的培養,加強新能源專業本科生生產實踐課程的教學,以創業型、應用性人才培養為主,科研教學型人才培養為輔。
1. 修訂各專業實驗教學大綱,加大實踐教學的比例。
打破專業和學科的界限,合并內容相同或相近的課程,優化專業基礎課理論與實驗教學內容,刪除陳舊過時和過深過難的內容,吸收前沿科技成果,增加實踐教學內容,盡可能應用新的實驗技術,在教學之中使學生的綜合能力得到培養。
2. 增開綜合性實驗和設計性實驗,實施學生開放實驗室建設
學校建有實驗實訓中心1個,其中包含6個實驗室(機房、操作平臺),教學機房、電子電工實驗室、光伏基礎實驗室、光伏發電實驗室、光伏材料實驗室,多晶硅鑄錠實驗操作平臺。實驗實訓中心平時對學生開放,66.67%的實驗室為開放性實驗室。制訂實施了《實驗室開放管理暫行辦法》,對實驗室開放做出明確規定和具體要求,并提供專項經費保障,有效改變目前本科生實驗教學中存在的動手能力不足的問題,學生綜合實驗能力得到很好地培養。同時,在開放實驗室中學生可以自行設計實驗,科研興趣小組還能設計專題實驗。
三、 改變既往單一的實習模式,加強實習實訓基地建設,探討加強新能源專業本科生假期專業技能社會實踐的有效模式
學校還建成由實踐教學設備配套的校內實踐教學基地(含專業實訓室)[4],能對行動體系課程[5]的教學提供具體的學習情境[6],因此, 建設校內實踐教學基地是工學結合教學情境實現的關鍵。學校還先后與江西上饒光電、江西上饒晶科、上海正泰、泉州百來等公司簽訂了長期合作協議,共建實習實訓基地,企業技術人員來校任教或參與實訓指導、畢業設計(論文)指導等方式參與人才培養。改變新能源專業學生實習模式,利用假期組織學生進入實習實訓基地進行社會實踐工作,提高學生學習專業課的主動性,充分認識用人單位對畢業生的需求。并且還可以提高學生的組織能力、社會活動能力,倡導個性發揮的教學。
短短四年來,學院立足新建地方本科院校實際,積極探索具有自身特點的發展之路,努力提升符合時代要求的辦學理念。在光伏學科專業建設、人才培養等方面,突出地方性,發展應用性,著力實踐性,強化專業性,不斷提高人才培養質量,通過主課堂教學與課外創新相結合,學生的應用能力和創新能力有了明顯的提高,這是工學結合教學的成果,值得推廣和實踐。
參考文獻:
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Abstract: Aiming at the problems in wind power generation, such as wind turbine access DC microgrid is inefficient and difficult to control, the paper puts forward improved wind power generation model, including wind turbine, permanent magnet synchronous generator, three-phase rectifier bridge, DC-DC converter and battery. PSIM simulation software is used to do equivalent simulation. The simulation results show that the wind generator after rectifier convert can access the DC microgrid and provide users with high-quality electric energy.
關鍵詞: 風力發電;BUCK變換器;PWM控制;蓄電池模型;Thevenin定理;仿真設計
Key words: wind power;BUCK converter;PWM control;battery model;Thevenin Theorem;simulation design
中圖分類號:TM315 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2013)14-0044-03
0 引言
隨著社會經濟的快速發展,社會工業化步伐的加快,社會經濟對能源的巨大依賴與能源儲量逐漸枯萎之間的矛盾日益突出。正因為經濟發展對能源的依賴,而許多國家又處在發展的大好階段,所以能源的問題日益嚴重。與此同時,以化石燃料為代表的大量的常規能源的利用,給環境帶來了巨大的污染,環境問題刻不容緩。在這樣的一種狀況下,新興的清潔能源發電技術運應而生,風力發電技術是起步較早的一種可行性較高的發電手段,傳統風力接入微電網發電仍然存在一些局限性,如轉化效率低、控制不方便等諸多問題。基于此類問題,需要一種優化的系統結構和控制手段來解決以上問題。
為了減弱多個分布式電源作為多電源給電網帶來的運行狀況的影響,微電網的概念運用而生。美國的CERTS最早提出了“微電網”概念,微電網主要是用來對多個分布式電源進行統一的管理和控制,微電網作為一個單一的單元接入原電網,在一定程度上可以大大地降低對電網的影響,同時也解決了單個分布式電源自身能源不足等諸多的問題。微網運行靈活可靠、調度方便、投資成本低,它具有三種運行模式:①孤島運行模式;②并網運行;③在孤島和并網兩者之間轉換運行。根據資料[1],微網在并網運行的模式下,當電網發生事故時,微網必須脫離大電網。
微網又分為直流微網與交流微網。針對目前許多電器設備如手機、電腦等需要直流電,所以,我們的仿真是針對直流微網設計的。理論上,直流微網僅需一級變流器便能方便地實現與DER和負載的連接,具有更高轉化效率;同時,直流電在傳輸過程中不需要考慮配電線路的渦流損耗和線路吸收的無功能量,線路損耗得到降低[2]。
當直流微網處于孤島運行模式,且DER和蓄電池提供的能量已無法滿足負荷的需求,即母線電壓低于預先的設定值時,需要將不重要負載脫落,最大限度地保證重要負荷供電的連續性。負載脫落需要平滑地進行,將不重要的負載分時脫落[3]。
1 風力機的工作特性
風力機將風能轉化為機械功率輸出的表達式:
Pm=0.5Cp?籽Av3(1)
式中,PM為風輪輸出的積雪功率;CP為風能利用系數;?籽為空氣密度(Kg/m3);A=?仔R2為風力機掃過的面積(M2),其中R為風輪的半徑,V為風速(m/s)。
把公式A=?仔R2帶入式,可以很容易地得到
Pm=0.5Cp?籽A?仔R2v3(2)
從公式中,在空氣密度、風力機半徑以及風速一定的情況下,可以看出風力機輸出的機械功率主要與風能利用系數CP有關,輸出功率與風能利用系數CP成正比,而風能利用系數CP與葉尖速比?姿存在著對應的關系。所謂葉尖速比?姿就是葉片的葉尖旋轉速率與上游未受干擾的風速的比值,其表達式如下:
?姿=■=■(3)
式中,N為風輪的轉速(r/min),R為葉尖的半徑(m),v為上游的風速(m/s),?棕為風輪旋轉角速度(rad/s)。風能利用系數CP與風力機葉尖速比?姿的對應關系,如圖1所示[4]。
在風能利用系數CP與風力機葉尖速比?姿的函數圖中,風能利用系數CP隨著風力機葉尖速比?姿變化而變化,但總存在一個葉尖速比?姿opt,使得風能利用系數CP最大,即輸出的機械功率最大。
2 風電系統構成及模型
本文章描述的風電系統主要包括風力機、直驅式永磁同步發電機(PMSG)、三相整流橋模塊、DC-DC變換器、蓄電池以及一些控制輔助調整模塊。
系統組成框圖如圖2所示:
系統的組成框圖如圖所示,與傳統的風力發電系統,本系統具有以下幾個方面的優勢:①三相整流部分采用三相不可控整流橋,DC-DC部分采用可控的IGBT開關管,因此整個風電系統就一個開關元器件,通過占空比來實現對開關管的控制,從而實現電壓、功率上的控制。整個系統具有結構簡單,動態性能好,調節方便可靠以及系統穩定等特點。②通過調節開關管的占空比可以對輸出的電流和電壓進行有效的控制,進而改變發電機的輸出特性,實現對風力發電系統輸出的功率控制。③不需要測量風速這個物理量,在控制和測量上大大簡化了系統的復雜度,能夠實現控制系統的輸出功率的目標。
3 風力機仿真模型
3.1 發電機的選取 因為是實驗性的風電系統,系統將采用永磁直驅同步發電機。從勵磁而論,由于省去了容易出問題的集電環、電刷等換向和引流裝置,提高了電機運行的可靠性,結構大大簡化,降低了加工和裝配的費用和時間。結構的簡化也減小了同步發電機的體積,其體積比一般的同步發電機要小5%-10%左右。還由于無勵磁電流,也就沒有所謂的無勵磁損耗,提高了電機的效率和功率的密度[5]。在一定程度上,這也是一種有效的節能方式,因此它被越來越廣泛地應用在各個領域。
3.2 BUCK斬波模塊 在系統中,將采用BUCK斬波電路作為系統的DC-DC斬波模塊。BUCK變換器是一種輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。它的拓撲為電壓源、串聯開關和電流負載組合而成,不含有中間部分。圖3給出了它的電路原理圖:
負載電壓的平均值為
U0=?琢E(4)
?琢=■(5)
式中,t0n為開關管處于通態的時間;toff為開關管處于斷態的時間;T為開關周期;?琢為占空比。
3.3 蓄電池模型的建立 Thevenin電池蓄電池模型也是一種比價比較常見的蓄電池模型,通常有理想電壓源E。內阻Rin,電容C0和過電壓電阻R0組成,其中,C0表示兩級之間的容量,R0代表電極與電解質之間的非線性電阻[6]。Thevenin蓄電池的模型圖大致如下[6]:
從等效的蓄電池模型圖上,可以看到非線性電阻,這克服了上一個模型未能體現蓄電池在消耗過程中內阻不斷變化的缺點。Thevenin蓄電模型是相當準確的,因此把這個模型添加到風力發電系統中是完全可以滿足系統要求。
4 仿真系統模型
4.1 控制原理框圖 對蓄電池的電流和電壓的調整,依舊采用PID調節法和PWM波控制手段,流程框圖如下:
通過對BUCK模塊與蓄電池模塊之間的電流進行采集,對采集的電流與PID控制算法中預設值比較得到電流的誤差。此外,對輸入到微電網的電壓進行采樣,將采樣值與算法中預設值進行對比得到電壓的誤差。對上面得到的電流誤差和電壓誤差進行PID調節,生成PWM控制波,作用于BUCK模塊的開關管,實現這個對系統電流、電壓的控制。
4.2 系統模型 把Thevenin蓄電池模型添加到系統中,可以得到下面的設計電路圖:
蓄電池的充電過程是這樣的:當蓄電池的電量未達到設計的容量時,用較大的電流對蓄電池充電,經過一段時間之后,蓄電池的電勢達到了預設值,此時,需要減小蓄電池的充電電流,這樣做是為了延長蓄電池的壽命,合理地調整蓄電池的充放電過程,減少蓄電池在滿容量的情況,長時間對其充電造成的損壞。
4.3 仿真波形圖
PWM控制波波形圖如下:
蓄電池電流如圖8所示:
輸出電壓波形如圖9所示:
從蓄電充電電流圖和系統輸出電壓圖中,可以清晰地看到當電壓達到設定值的穩態時,對蓄電池的充電電流就慢慢降到了很小的一個電流(近似等于零),從波形圖上來看,系統已經能夠實現對蓄電池充電電流的合理有效的控制。
5 結論
本文介紹了改進型風電系統的這個搭建過程,在現有較為常見的風電系統模型上,做出了改進型的風電系統,并對改進型的風電系統做了仿真實驗,并對各個階段得出圖譜進行分析,驗證了搭建的風電系統及其控制系統的可行性。本次仿真試驗拓撲結構清晰明了,在一定程度上克服了傳統風電系統不足之處。由于實驗器材和實驗條件等因素的影響,本次設計沒有實物性的驗證,這也是本次設計的缺陷所在。本文的仿真實驗結果在某種意義上為今后風電系統研究與建立提供了一定的理論基礎。
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摘要:隨著我國社會經濟的快速發展,電力客戶對電能質量方面的要求越來越高,電系統處于電力系統的末端,直接與用戶相連,其可靠性問題是影響電能質量的關鍵因素之一,而分布式發電(DG)是利用可再生能源和新能源提供清潔、高效的電能,DG并網發電將成為未來發展趨勢,因此研究分布式發電對配電系統可靠性的影響具有重要的現實意義。論文分析了分布式電源接入配電網后,DG的并網、接入、運行方式以及可靠性模型對配電網可靠性的影響。根據分布式電源的特點,建立了適用于含分布式電源的配電網可靠性評估模型。同時以最大等值有效負荷為目標函數,運用解析法求解,基于最小路與區間運算相結合的配電網可靠性分析。
關鍵詞:配電網;可靠性;分布式電源;孤島
1.1 配電網可靠性評估的意義及現狀
隨著我國社會經濟的快速發展,不但用戶對電能質量方面的要求越來越高,國家對供電企業供電可靠性的要求也越來越高,因此研究電力系統可靠性具有重大的現實意義。
目前,分布式發電技術在全球范圍內發展很快,像風力發電、光伏發電等都己經相當成熟。分布式電源接入電網后,將會影響電網,尤其是配電網的運行和規劃,如電力損耗、供電可靠性、電壓穩定、繼電保護和電能質量等。因此可靠性研究的一個重要方面就是分布式電源對配電網可靠性的影響。
對于配電系統供電可靠性評估,國外的研究起步較早,早期的研究主要是統計分析。現在,供電可靠性評估已成為許多國家配電系統規劃決策中的一項常規性工作,美國、英國、法國等都成立了專門的研究機構,負責配電系統供電可靠性評估參數的收集和整理工作,并建立了完善的配電系統供電可靠性評估指標體系。
國內于上世紀80年代初期開始對配電系統供電可靠性進行研究,配電系統可靠性研究與發電和輸電系統相比起步比較晚。同時由于缺乏必要的統計數據和比較有效的分析方法,發展比較緩慢。近些年來,隨著社會經濟的快速發展,城市用電負荷不斷增長,供需矛盾日益突出,為使有限的資源得到最大的收益,非常需要對配電系統進行科學合理的規劃,從而促進配電系統供電可靠性評估的發展。目前,配電網可靠性的研究已經成為電力工程領域中的研究熱點。
2 配電系統的可靠性評估
配電系統可靠性指標能夠定量評估配電系統可靠性,良好的評估指標可以準確清晰地反映配電系統的可靠性水平,從而為管理人員提供詳細準確的配網供電情況。因此在進行評估時首先要確定配電系統可靠性指標。
由于配電系統中輻射狀主饋線系統在配電網中占主導地位,與發輸電系統相比,配電網的可靠性評估的方法有較大的差異。
配電系統的可靠性指標及評估方法。根據評估對象的不同配網可靠性指標可分為兩類,一類是負荷點的可靠性指標,另一類是系統的可靠性指標。
目前配網的可靠性評估方法主要有解析法和模擬法。同時隨著人工智能技術的不斷深入研究,人工智能技術也逐漸引入到了配電系統的可靠性評估中。
解析法目前廣泛用于配網的可靠性評佶中,其基本原理是根據系統的結構和元件的功能以及兩者之間的邏輯關系建立系統的可靠性概率模型,然后通過遞推和迭代等數學方法對該模型精確求解,從而計算出可靠性指標,下面介紹一下解析法中的最小路法。
最小路法首先對每一個負荷點求取其最小路模型,即負荷點與電源之間的最短通路,根據網絡的實際,將非最小路上元件對負荷點的影響折算到相應的最小路節點上。因此,對于每個負荷點,僅對其最小路上的元件與節點進行計算即可得到負荷點相應的可靠性指標,并最終形成整個系統的可靠性指標。最小路法考慮了分支線保護、分段斷路器、隔離開關的影響,同時考慮了計劃檢修的影響,并且能夠處理有無備用變壓器和有無備用電源的情況。
3 基于最小路與區間運算相結合的配電網可靠性分析
配電系統的可靠性評估是配電系統可靠性研究中最核心的內容之一,論文提出的可靠性評估方法結合最小路的概念,對配電網中每個負荷點求出其最小路,將非最小路上元件的故障折算到最小路上,然后對最小路上的元件與節點進行計算,從而求出負荷點的可靠性指標,最后得到系統的可靠性指標。同時考慮統計和測量上的誤差,可靠性的原始參數具有一定的不確定性,不可能是一個確切的數。可靠性參數用一個給定范圍的區間數表示,結合最小路法進行可靠性評估,從而有效地控制了參數的不確定性。
3.1 可靠性評估的最小路法。最小路的數學定義。圖是節點和弧的集合。無向弧是指聯接兩個節點之間的弧是無向的,有向弧是指聯接節點之間的弧是有方向的。只有流入弧而無流出弧的節點,稱為流出節點。只有流出弧而無流入弧的節點,稱為輸入節點。由有向弧構成的圖叫有向圖;由無向弧構成的圖是無向圖;既有有向弧又有無向弧的圖稱為混合圖。根據數學上的定義,連接任意兩個節點間的所有無向弧或有向弧的整體稱為這兩節點間的一條路。如果任意一條弧被除去,就不再是一條通路了,則稱這些弧構成兩個節點間的一條最小路。由最小路構成的集合稱為最小路集。在進行可靠性分析時特別值得注意的是負荷點從電源進線到出線要經過的設備的集合。如圖3.1所示的系統圖。
圖中路集為:
x1x4 ,x2x5,x1x3x5,x1x3x4,x1x2x4,x1x4x5,x2x3x4,
x2x3x5,x1x2x5,x2x4x5,x2x1x5,x2x1x4,x1x2x4x5,
x1x2x3x4,x1x3x4x5,x2x3x4x5,x1x2x3x4x5
最小路集為:x1x4 ,x2x5,x1x3x5,x2x3x4
3.2 結合區間運算的最小路法。傳統的配電系統進行可靠性計算都是建立在元件的可靠性原始參數基礎上的,但是由于統計誤差或統計資料不足等原因會使原始參數具有不確定性。此時若再利用不準確的參數對配電系統進行可靠性計算是不合理的,也將會導致評估結果與實際情況有較大的偏差。
可靠性原始參數可根據其不確定性用一個數值范圍區間來表示。在工程中,一般不能確切的知道一個元件的原始參數,而只知道在給定范圍內的一個區間值,此時即可用區間數學來進行配電系統的可靠性評估。
基于最小路與區間運算相結合的配電系統可靠性評估方法的基本思想是:在最小路算法的基礎上,引入區間數與區間運算,將所需要的元件原始參數用區間數表示,負荷點與系統可靠性計算公式也區間化,在進行計算時,將其中的參數改為區間數。在計算過程中要注意,如果一個或多個變量在一個公式中出現兩次或兩次以上時,為了克服區間運算的過估計問題,在計算工程中引入區間計算的反演公式,能夠在一定程度上克服了區間運算的相關性問題。
引入區間數和區間運算后,計算的結果都是一個區間,給每個可靠性評估指標確定了一個范圍,在一定程度上克服了因為參數的不精確而給評估結果帶來的不確定性。因此,用這種方法得出的結果更具有靈活性,更好的反映了系統的真實程度,更加適用于工程實際情況。在運用此方法對復雜配電系統可靠性評估時,可按以下步驟進行:
①分析和處理配電系統元件可靠性原始參數,得到各元件的可靠性原始參數的區間值;
②分析配電系統結構,確定各個負荷節點的最小路,以及最小路上和非最小路上的元件;
③對每個負荷點進行可靠性計算,原始參數使用區間數表示。為了避免區間運算的階數,在計算過程中每次只進行兩個區間數間的運算;
④在各負荷點的可靠性指標基礎上,計算整個系統可靠性指標。
通過以上分析,該評估算法的流程圖如圖3.3所示。
4 結論與展望
4.1 結論。隨著人們對電能質量的要求越來越高,配電網的供電可靠性越來越受到人們的重視。同時隨著電力技術的發展,分布式電源越來越多的接入到電網中,配電網從一個輻射式網絡變成一個遍布電源與用戶互聯的網絡。因此研究含分布式電源的配電網可靠性有重要的意義。
4.2 展望。分布式電源作為一種有潛力的發電技術,是對傳統的集中式電源供電的有益補充。正確考慮DG接入配電網后的孤島作用,可以提高配電網供電可靠性。由于分布式電源是剛剛興起的一個研究方向,國內外對其的研究都還較為淺顯,還需作進一步深入的研究。
參考文獻
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關鍵詞:高職;光伏應用技術專業;課程體系;工作過程
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5727(2013)05-0040-02
近年來,隨著光伏產業的蓬勃發展,各地區高職院校紛紛開設了光伏應用技術專業。由于光伏應用技術專業是一門新專業,而且各地區光伏產業結構不盡相同,因此課程體系也存在差異。高職教育作為現代教育的組成部分,堅持以服務為宗旨,通過合理的專業課程體系建設更好地為地方經濟服務,一直是專業建設的首要任務。筆者擬從課程體系構建原則、區域產業特色、職業崗位能力分析、課程體系構建等四個方面,探討我院光伏應用技術專業基于工作過程的課程體系建設。
課程體系構建原則
以科學發展觀為指導,全面貫徹落實國家的教育方針,主動適應地方經濟社會發展需要,以提高質量為核心,以突出特色為重點,以合作辦學、合作育人、合作就業、合作發展為主線,創新體制機制,推進產教結合,促進專業與產業對接、課程內容與職業標準對接、教學過程與生產過程對接、學歷證書與職業資格證書對接、職業教育與終身學習對接。
堅持主動適應區域經濟和社會發展需求的原則 要深入行業或企業一線,廣泛開展社會調研,充分聽取行業、企業專家意見,關注市場經濟和本專業領域技術的發展趨勢,對人才需求狀況進行充分分析和預測,準確把握專業定位和發展方向,并據此作為設計專業人才培養方案的起點,使專業人才培養定位和規格既具有特色,又適應社會經濟發展和現代產業體系建設的時代要求,具有一定的前瞻性。
堅持工學結合、校企合作共育人才的原則 深化人才培養模式改革,以工學結合為切入點,校企合作共同探索工學交替、任務驅動、項目導向、頂崗實習等有利于增強學生能力的多樣化人才培養模式;共同開發專業課程和教學資源,將企業(行業)工藝流程、產品標準、服務規范等引入教學內容。推行“雙證書”制度,使學校的教學過程與企業的生產過程、專業課程內容與職業標準緊密結合,校企共同完成教學任務,突出人才培養的針對性、靈活性和開放性。
堅持能力與素質并重,知識、技能與素質協調發展的原則 以素能并重為原則,正確處理好傳授知識、培養能力與提高素質三者之間的關系,堅持素質、知識、能力整體設計協調發展。要從崗位工作任務或職業能力分析入手,按照實際工作任務、工作過程和工作情境進行整體設計,梳理工作邏輯,理順課程之間的關系,確定課程結構,形成工作過程系統化的工學結合現代高職教育課程體系。進一步強化學生職業道德、誠信品質、敬業精神、責任意識、交流溝通能力、團隊合作能力、創新創業意識等職業素質與關鍵能力教育,并將之滲透到所有課程中,全面提高學生的核心競爭力。
堅持理論與實踐結合、“教學做”一體多元化教學模式改革的原則 重視教學過程的實踐性、開放性和職業性,遵循理論與實踐結合、“教學做”一體的原則,單項技能實訓回歸課程,將仿真教學、情境教學、案例教學等多元教學方法融入課程中,積極試行多學期、分段式等靈活多樣的教學組織形式。構建“以培養職業能力為核心”的崗位認識實習、情境式仿真實訓、綜合性生產實訓、就業式頂崗實習等能力遞進的實踐教學體系,探索建立“校中廠”、“廠中校”等形式的實踐教學基地。
區域產業特色與人才培養定位分析
浙江省現有光伏企業200余家,是全國光伏電池生產大省,產量約占全國的35%。衢州市作為浙江省第一個省級光伏產業基地,現有光伏企業60余家,是國內光伏產業鏈最為完善的地區之一。從市場調研情況來看,由于受到國際金融危機及歐債危機的影響,2011年下半年,硅材料加工、光伏電池市場受到了極大的影響,產量及價格受到巨大沖擊。但從光伏應用市場來看,由于光伏電池、原材料價格的下降及國家光伏發電標桿電價的出臺,給光伏發電系統集成市場帶來了前所未有的利好前景。從國內光伏發電裝機容量上看,2009年裝機不到300MW,2010年裝機約500MW,2011年裝機約2.8GW。隨著不可再生能源的不斷消耗和國家對能源需求的不斷增長,預計在未來的10年內,每年裝機容量將急劇增加,人才需求將非常短缺。
根據以上調研情況,我院對光伏應用技術專業的培養目標進行了重新定位,即重點培養具備光伏應用技術的基礎知識,掌握光伏發電系統集成的能力,能適應光伏電站建設和光伏產品生產等光伏企業生產運行、技術服務、產品檢測等一線需要的高素質技能型專門人才。
職業崗位能力分析
在課程體系構建中,我們主要圍繞專業培養目標,以職業核心能力為主線,引入行業職業資格標準,以生產崗位典型工作任務為載體,與企業共同開發基于工作過程的系統化課程體系。結合專業定位,我們對處于光伏產業下游的光伏電站建設與光伏應用產品企業展開了調研。
光伏電站建設工作崗位能力分析 從調研情況來看,光伏電站建設的主要工作崗位有電站建設前期調研、工程設計、工程項目申報、工程施工、入網調試、電站運行維護與檢修等,具體能力要求如圖1所示。
光伏應用產品生產工作崗位能力分析 從調研情況來看,光伏應用產品生產的主要工作崗位有單體電池檢測、特種組件生產、組件檢測、控制器制作、系統集成與檢測、系統維護與技術服務等,具體能力要求如圖2所示。
專業拓展能力調研分析 結合專業定位及企業調研,本專業畢業生可在光伏電池生產、光伏發電系統集成等相關企業從事硅太陽電池方陣組合工、光伏系統集成工程師等相關崗位工作,經過1~3年后,可升為技術員,或轉崗至管理崗位,如車間班長、車間主任等。學生的專業拓展能力如圖3所示。
課程體系構建
高職教育是以培養高素質技能型人才為目標的,課程體系的建設必須抓住區域產業、企業、學生三個要素,要保證學生在掌握專業技能的同時,具備大學生應具有的素質。因此,課程體系的建立不能僅考慮學生職業技能的提高,而是更應該關注學生職業素質的養成與提高。
文化素質課程平臺構建 在課程體系建設過程中要以專業人才培養為目標,對原屬于文化素質課的公共基礎課程進行重新定位。比如,在大學英語課程中,應改變以往課程模式,設置基礎英語與行業英語;在計算機文化課程中,應按照專業定位及要求,設置Word高級應用、Excel高級應用、PowerPoint高級應用等課程模板,供不同專業學生選擇。為加強大學生文化素質教育和交叉學科能力培養,使學生更好地適應社會需求,應基于文化素質課平臺開設人文社會科學、自然科學、工程技術、藝術鑒賞等四大類素質拓展課程。
專業課程平臺構建 專業課程平臺主要包括基礎理論課程與職業能力課程。基礎理論課程是為專業核心技術提供基礎理論知識和基本實踐技能的課程,主要有《電工基礎》、《太陽能電池材料制備工藝》、《光伏電子產品制作》、《電子線路制圖與制板》、《工程制圖與CAD》、《電力系統基礎》等課程。在課程體系中,基礎理論課程與職業能力課程的實踐教學比重應占50%以上,平時的課程教學應注重學生的技能培養。由于學生在學科系統理論學習上存在一定的缺失,所以在課程體系中,很有必要增設一門回顧總結性課程——《光伏發電技術》,使學生在“做”的基礎上掌握學科的完整性,有利于學生的可持續發展。職業能力核心課程是培養職業崗位能力的關鍵課程,必須根據技術領域和職業崗位(群)任職要求,參照相關職業資格標準設置。本專業開設了《光伏電池制造工藝》、《光伏發電系統集成與設計》、《光伏逆變技術》、《光伏發電系統施工與入網調試》、《光伏電氣設備檢修與電站維修》、《智能光伏產品制作》等6門職業核心課程。
獨立綜合實訓平臺構建 獨立綜合實訓課程是針對多門專業課程的綜合實訓,不是對一門課程的實訓。在專業綜合實訓平臺上除了軍事課、畢業論文、頂崗實習等實踐環節外,還開設了《光伏認識實習》、《光伏電子產品生產綜合實訓》和《光伏電站安裝與維護綜合實訓》等課程。
在專業建設過程中,課程體系建設、專業課程建設、實踐基地建設、教學團隊建設、質量評價管理體系建設等內容都是決定專業服務水平提升的主要因素。由于光伏應用技術專業是近兩年剛興起的新專業,專業建設需要在實踐探索過程中不斷發展,不斷完善。
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