新能源与分布式电源期末总结.docx
- 文档编号:12667779
- 上传时间:2023-04-21
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:853.81KB
新能源与分布式电源期末总结.docx
《新能源与分布式电源期末总结.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《新能源与分布式电源期末总结.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
新能源与分布式电源期末总结
新能源发电和分布式电源
介绍,风,光,水,生物质能,并网技术,其余
能源的定义和分类
一次能源和二次能源/常规能源和新能源
一次能源,即天然能源,指在自然界现成存在的能源,如如煤炭、石油、天然气、水能等。
二次能源是一次能源经过加工,转化成另一种形态的能源。
主要有电力、焦炭、煤气、沼气、蒸汽、热水和汽油、煤油、柴油、重油等石油制品
常规能源是指已能大规模生产和广泛利用的一次能源,又称传统能源,如煤炭、石油、天然气和核裂变能。
新能源是指常规能源之外的各种能源形式。
包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量
为什么选择新能源
常规能源的存储容量越来越小,能源的投资回报率也越来越低。
国内化石燃料的人均占有量很低。
中国的可再生能源发展趋势
可再生能源占全国能源消费总量的10%,用电部分,可再生占25%,20%为水力发电。
2019年底全国光伏累计装机突200GW,成为中国光伏行业历史上的一大里程碑。
可再生能源分类
核能,生物质能,风能,水能,地热能,潮汐能
各类能源的优缺点
水能:
易获取可再生,高产量,含量丰富,水库的其余用途多,污染小。
对生态系统危害大泥沙堆积等水污染。
风能:
高产量可再生,清洁能源,长时间操作,负载多样性
不易存贮,只有部分区域风能丰富,视觉污染,对鸟类伤害大
太阳能:
类型:
太阳能植物,太阳能产热,太阳能光伏电池
可再生,高产量,很清洁。
缺点:
能量密度低,难以存贮
氢能:
天然气重整技术,氧化物脱氢技术,煤的分馏。
氢能的储存方式:
液化后:
高能量密度,运输成本低,但是液化技术困难。
压缩气体:
高能量密度,但是很危险,不好存贮
水能
水体流动所产生的能量-水能。
水能应用:
水力发电。
发电机组:
水轮机和发电机(将转换为机械能再转换为电能,是一种二次能量转换,多采用同步机)。
技术重点:
发电机组控制(频率和功率控制)
并网方法:
准同步(主要),自同步
无功补偿监控系统:
自动监测控制保护、现场/远程监控、SCADA(数据采集和监控系统,完全自动化))
水能:
位能/压能/动能(河流、潮汐、波浪、海洋热能)
水力发电:
利用河流流经不同高度地形产生能量发电
水电站分类:
●水源性质:
常规、抽水蓄能
●集中手段:
堤坝(大中)、引水(小)、混合
●水头高度:
高(>70)、中(15~70)、低(<15)
●装机容量:
大(30上)、中(5~30)、小(5下)
●调节性能:
水库式(有调节水量能力)、径流式(无调节水量能力)
常规水电站由水库、水坝、引水隧道、发电设备、开关场和输电设备组成。
抽水蓄能由上池和上池坝、下池和下池坝、引水隧道、尾水路、发电设备、变压器、开关场和输电设备组成。
左河床式,中间坝后式,右有压引水式
堤坝类型:
重力坝分类:
实体(实心,中间开缝);宽缝(内部横缝宽,变薄);空腹(下部空心腹孔);溢流:
坝顶(缓冲角保护河床)、大孔口(浮物不易排)、坝下深口(排出泥沙)
拱坝:
建在峡谷地区、分单曲/双曲厚/双曲薄、电机可在坝身内或后、坝顶和坝身泄水
小水电:
50000KW以下及配套电网总称(小小型101~500KW,微型100KW下)
优缺点:
开发灵活、环境影响小、有机结合多产业、规模小成本高、丰枯矛盾
分类(根据集中水头的方式)
堤坝式:
河床式、坝后式、岸式
引水式(我国多用,一般采用阶梯开发)
混合式
组成:
挡水建筑物、泄洪建筑物、引水建筑物、电站厂房
一般组成:
水轮机:
常冲击式和反击式
水力发电机:
同步发电机,立式和卧式
调速和控制装置:
调节转速,保证频率,并实现机组操作及安全经济运行
励磁系统:
调压、有功、无功
冷却系统:
空气冷却、水冷、风冷
电站控制设备:
以微机为主,实现并网、调压、调频、功率因数、保护和通信
制动装置:
额定容量超过一定值均设有
水力发电机组的工作原理:
两个阶段:
1水轮机在水流冲击下旋转,将水的位能转化为机械能2发电机将水轮机的机械能转换为电能
所以水轮机和发电机最关键的两个部件
水轮机的基本工作参数有:
水头、流量、转速、出力、效率
风力发电
outline:
风能的特点和风能的使用
风力发电系统的操作,控制,连接,经济型技术性
风能的情况概述
2015年后,中印两国的风能装机容量突飞猛进。
超过了以往的装机大国。
风能的特性
风速随着纬度会发生变化
同时风的能量密度又和速度三次方成正比
WTGS系统:
风力发电机组
风力发电机组分为水平结构和垂直结构,功率也分为大中小微四种类型,操作方式分为单独操作和网络操作。
单独操作的风力发电机组网络连接的机组
操作与控制技术
孤岛式:
风机的分类:
凸极永磁发电机:
高效率,低损耗。
操作起来更加简便
硅整流自励式交流同步发电机;电容自励式异步发电机
网络连接风力发电系统:
异步发电机,同步发电机
双馈异步发电机
双馈电机的操作准则:
f1是定子频率,f2是电流频率。
三个操作阶段:
重点就是这三个操作阶段的区分
电机转速大于同步转速,则转差率大于0,
电机转速大于同步转速,则转差率大于0,
优点:
低功率容量,低成本,可以跟踪最大功率,能控制有功无功,减小转矩纹波
控制系统
单独操作风力发电
系统的构成:
风力涡轮机和产生器,功率速度控制器,空气动力学功率控制技术,桨叶
1、定桨距调节和控制
适用于恒速恒频控制,桨距角固定,入射角不随风速变化而变化,如果风速超过额定转速,利用失速特性使发电机输出功率保持在额定值
优点:
失速调节简单可靠,无功率反馈和变桨调节的简化控制系统整体结构简单。
缺点:
叶片面积大,整体应力效率低。
2、变桨距调节和控制
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)的不控制或桨叶角随动控制和额定转速以上(额定功率状态)的恒功率控制。
a.启动期间的转速控制)
静态,俯仰角β=90º,当风速达到启动风速时,叶片朝β=0º.当形成特定的攻角时,WT获得最大的起动转矩。
b.额定转速控制(欠功率控制)
根据风速来调整发电机的转差率(ASG),使WT保持在优化的叶尖速比下运行。
c,额定转速以上(额定功率状态)的恒功率控制
两种控制方法的比较
左侧变桨距,右侧定桨距,主要就是风速到达一定频率后,功率是不是依然保持恒定不变
4、变桨距风力发电机组的变桨距控制
5、风力机偏航系统的调节与控制
控制策略
低于额定风速时,跟踪最大功率系数,捕捉最大风能
高于额定风速,保持最大稳定输出功率
功率控制策略一般采用两种方法
1、控制发电机的电磁转矩来改变转速,从而改变WT叶尖速比来维持输出功率
2、改变叶片俯仰角以改变气动扭矩
3、两种技术的结合
改变桨叶节距角的控制系统图
双馈异步风力发电机的变速恒频控制策略
上图为双馈异步风力发电机的变速恒频运行特性
网络连接机组操作
1、并网条件
五个条件:
①相同的波形②振幅相同③相同频率④相序相同⑤同一阶段
2、并网方法
自动准同步并网;自同步并网
3、无功功率的补偿
无功造成的几种原因:
感性负载(ASG、变压器),无功功率不足。
消磁效果。
在感性负载条件下,定子电流产生的磁场对发电机的励磁磁场有消磁作用
4、带变频器的风力同步发电机组的并网
同步风力发电机组的并网运行系统
大型功率转换器,控制比笼式ASG更简单,可通过转子磁场电流控制转矩、有功功率、无功功率。
双馈异步风力发电机的并网技术
ASG:
结构简单,成本低,可靠性高,并网容易,无拉拔现象
缺点:
吸收20%-30%额定功率的无功电流来建立磁场。
需要额外的功率补偿器来提高功率因数
异步风力发电机组的并网方式主要有三种:
直接并网、降压并网和通过晶闸管软并网。
1、直接并网
1)发电机转子的旋转方向应与旋转磁场相同,即发电机的相序应与电网相同(严格要求)
2)发电机转速应尽可能接近同步转速。
2、降压并网
串联电阻、电抗器或自耦变压器,以恢复电流尖峰或电网电压降
运行平稳,拆下外部元件
不经济,适用于大容量系统(>=数百KW)
3、晶闸管软并网
双向晶闸管串联为每相,通过控制导通角来控制电流尖峰,获得平滑的暂态性能
并网过程如下:
当风力机将发电机带到同步转速附近时,检查相序和电网相序相同后,发电机输出端的断路器闭合,发电机经过双向晶闸管和电网相连后,在微机控制下,逐渐增大导通角。
通过电流反馈实现闭环控制。
瞬态,发电机电流流入电网,同时需要加入无功补偿。
功率输出和无功功率补偿
1、并网时的功率输出
•发电机输出的电流大小及功率因数决定于转差率s和电机的参数,对于已制成的发电机其参数不变,而转差率大小由发电机的负载决定。
•当风力机传给发电机的机械功率和机械转矩增大时,发电机的输出功率及转矩也随之增大。
并网的注意事项
•但当发电机输出功率超过其最大转矩对应的功率时,发电机转速迅速上升而出现飞车现象,十分危险。
•必须配备可靠的失速桨叶或限速保护装置。
并网的无功功率补偿
1)风力异步发电机必须从电网中吸收滞后的无功功率来进立磁场和满足漏磁的需要。
2)因一般大中型异步发电机的励磁电流约为其额定电流的20%~30%,如此大的无功电流的吸收,将加重电网无功功率的负担,使电网的功率因数下降
3)同时引起电网电压下降和线路损耗增大,影响电网的稳定性。
调节无功的装置
有同步调相机、有源静止无功补偿器、并联补偿电容器等。
其中以并联电容器最多
防护措施
生物质能
生物质能的优点:
燃烧容易、污染少、灰分较低缺点:
热值及热效率低,直接燃烧生物质的热效率仅为10%~30%,体积大而且不易运输。
生物质能转化技术:
➢直接燃烧方式➢物化转换方式➢生化转化方式➢植物油利用方式
生物质能的存在形式
➢森林能源及其废弃物➢农作物及其副产物➢禽畜粪便➢生活垃圾➢城市和工业有机废物
生物质可以转化的能源形式
➢直接燃烧获取热能➢沼气➢乙醇➢甲醇➢生物质气化产生的可燃气体及裂解产品
生物质能的实用转化技术
➢生物质压缩成型和固体燃料制取技术➢生物质气化技术➢生物质热裂解液化制取生物油技术➢干湿法厌氧消化制取沼气技术
生物质能转化技术的应用前景
➢高效直接燃烧技术和设备➢薪材集约化综合开发利用➢生物质能的液化、气化等新技术开发利用➢城市生活垃圾的开发利用➢能源植物的开发
我国发展和利用生物质能源的意义
➢拓宽农业服务领域、增加农民收入➢缓解我国能源短缺、保证能源安全➢治理有机废弃物污染、保护生态环境➢广泛应用生物技术、发展基因工程
生物质能发电技术有以下几种:
生物质直接燃烧发电技术
生物质气化发电技术
生物质气化技术
1、生物质直接燃烧发电技术
主要包括以下几点关键技术:
➢原料预处理➢生物质锅炉防腐➢提高生物质锅炉的多种原料适用性➢燃烧效率、蒸汽轮机效率
直接燃烧发电利用技术又可分为单燃生物直燃技术和生物质与煤混合直燃技术
单燃生物质能得区别:
➢秸秆的含水量较大➢秸秆的堆积密度较小➢其燃烧机理与煤不同
生物质与煤混合直燃技术
➢生物质直接与煤混合燃烧,产生蒸汽以带动蒸汽轮机发电.➢将生物质在气化炉中气化产生的燃气与煤混合燃烧,产生蒸汽,带动蒸汽轮机发电
生物质直接燃烧发电技术中的生物质燃烧方式包括
➢固定床燃烧方式:
对于预处理的要求不算很高
➢流化床燃烧等方式:
需要将大块的燃料预先粉粹成容易流化得颗粒度。
2、生物质气化发电技术
三种系统:
内燃机发电系统,燃气轮机发电系统,燃气—蒸汽联合循环发电系统
分为三个过程:
生物质气化,气体净化,燃气发电
生物质气化发电装置主要由以下6部分组成
➢进料机构➢燃气发生装置➢燃气净化装置➢燃气发电机组➢控制装置➢废水处理设备
3、生物质气化技术固定床气化炉和流化床气化炉
沼气发电技术:
1、沼气产生的原理
沼气是由多种厌氧微生物混合作用,通过发酵而产生的。
在这些厌氧微生物中,按微生物的作用不同,可分为纤维素分解菌、脂肪分解菌和果胶分解菌等。
沼气会产生:
沼气,沼渣,消化液。
沼气发酵得四个特点:
➢沼气微生物自身耗能少➢沼气发酵能够处理高浓度的有机废物➢沼气发酵能处理的废物种类多➢沼气发酵受温度影响较大
沼气发电主要有沼气燃烧发电与沼气燃料电池发电两大形式
沼气燃烧发电
沼气以燃烧方式进行发电,是利用沼气燃烧产生的热能直接或间接地转化为机械能并带动发电机而发电。
沼气可以被多种动力设备使用,如内燃机、燃气轮机、锅炉等。
图6-12是采用沼气发动机(内燃机)、燃气轮机和锅炉(蒸汽轮机)发电的结构示意图,燃料燃烧释放的热量通过动力发电机组和热交换器转换再利用,相对于不进行余热利用的机组,其综合热效率要高。
沼气内燃机发电系统主要由以下几部分组成:
➢沼气内燃机(发动机)
与通用的内燃机一样,沼气内燃机也具有进气、压缩、燃烧膨胀做功及排气4个基本过程。
由于沼气的燃烧热值及特点与汽油、柴油不同,沼气内燃机必须适合于甲烷的燃烧特性而设计,一般具有较高的压缩比,点火期比汽、柴油机提前,必须采用耐腐蚀缸体和管道等。
➢交流发电机
与通用交流发电机是一样的,没有特殊之处,只需与沼气内燃发动机功率和其他要求匹配即可。
➢废热回收装置
采用水-废气热交换器、冷却水-空气热交换器及余热锅炉等废热回收装置回收由发动机排出的废热尾气,提高机组总能量利用率。
回收的废热可用于消化池料液升温或采暖。
➢气源处理
由于沼气在发生过程中,也会产生一些有害气体,如硫化氢等,因而在进入内燃机之前必须经过一定的处理,即净化处理,通过疏水、脱硫化氢处理后,将硫化氢含量降到500mg/m3以下。
采用沼气燃烧发电的3种形式沼气综合利用率对比:
沼气锅炉,沼气内燃机―余热回收―鼓风机组,沼气内燃机―余热回收―发电机组
沼气燃料电池发电的过程:
燃料电池的优点:
不受卡诺循环控制,污染性很低,寿命长。
固体氧化物燃料电池:
无材料腐蚀和电解液腐蚀的问题,燃料使用范围很广泛。
沼气燃料电池系统的组成
➢燃料处理单元:
改质器➢发电单元:
➢电流转换单元:
主要任务是把直流电转换为交流电,供交流负载使用还可以实现并网供电
沼气燃料电池的优点:
效率高,无污染,无机械振动。
缺点:
缺乏长期运行经验。
沼气电池的控制策略:
净化和提纯沼气,发电控制
➢1)沼气的净化处理。
➢2)沼气发电机组的防腐处理。
➢3)电控混合器技术
我国对垃圾的处理手段:
焚烧,填埋。
建立垃圾发电的必备条件:
➢
(1)城市生活垃圾热值应较高。
➢
(2)城市经济实力应较强。
➢(3)较完善的垃圾分类收集和转运系统。
➢(4)较完善的环保处理系统。
生物柴油:
(1)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2)具有无腐蚀性的特点3)较好的润滑性
(2)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2)不含对人体有害的重金属3)可再生的原料
制取方法:
直接混合法、微乳液法、高温裂解法和酯交换反应法
光伏发电部分笔记
光
分类:
●常规硅系
⏹单晶硅:
效率高寿命长生产复杂成本高
⏹多晶硅:
效率可以,成本高,但市场份额最高
⏹硅基薄膜:
(分单多微晶硅三类)用料少成本低生产简单污染小无毒
⏹非晶体硅:
成本低大规模柔性弱光好、光致衰减导致效率低
●化合物半导体:
稀有元素难以大量制备以及某些金属有毒
●有机:
可变性大、便宜、加工成膜容易、转换效率低、响应范围小、稳定性低
光生电流源(光越强电流越大)
光伏电池的影响特性:
温度及光照强度会对光伏产生影响;
光照
短路电流主要受到光照影响
光照强度越大开路电压越大
温度
温度越低开路电压越大
温度越低峰值功率越高
串并联以提升输出电压及电流,串联(需要同一工艺,防止最小电流相等)可能会有热斑,由于不匹配产生的一种电阻性能量耗散
为实现对太阳的利用最大化,会采用跟踪阵列。
单轴跟踪式太阳能阵列:
平单轴和斜单轴
双轴跟踪式太阳能阵列:
实现极轴(方位角)和俯仰轴(高度角)的变化
基于参数选择方式的间接控制法:
曲线拟合法,短路电流比例系数法,开路电压比例系数法,查表法
基于采样数据的直接控制法
扰动观察法,电导增量法,扫描法,寄生电容法
基于现代控制理论的智能控制法:
滑模控制,神经网络控制法,模糊逻辑控制法
准AC模块
优点:
更加安全:
推挽结构,更加容易扩展高匹配性,可以与很多电网相融合
微逆变器:
(包括无变压器、高频变压器、低频变压器三种)
组成:
单块光伏组件100~300W,包含功率变换以及功率控制模块
无变压器:
结构紧凑、成本低、整理损耗低,但可能使电力变压器饱和、不能满足高压增益的要求、或使DC故障传到AC
高频:
抬高电压水平、输入端实现MPPT和电流整形,使故障隔离
微逆变器研究前景:
低成本、高功率、高寿命、高光伏利用率
全桥逆变器双极性调制、单极性调制、混合调制
双极性调制:
优点:
1对角线上的开关同时开关2输出电压不会出现电压状态3漏电流和EMI都很小
缺点:
1对滤波要求高2铁心损耗大3开关损耗大
单极性调制:
优点:
1对滤波要求高2铁心损耗低3零状态电压使开关损耗低
缺点:
1漏电流和EMI大2VPE中含有高频分量
混合:
优点:
1铁心损耗低2两个桥臂开关损耗低
缺点:
1滤波要求高2漏电流和EMI峰值高3只能工作在两象限
NPC逆变器:
优点:
1铁心损耗低2开关损耗低3漏电流和EMI都小
缺点:
1需要额外二极管2需要双输入电压3开关损耗不均衡4中性点处会引入电感
单相功率变换器的电网同步
频域检测方法:
1傅里叶级数2离散傅里叶变换(快速傅里叶变换:
不适合从输入信号中提取单一频率的分量,主要用于电网的监测而非功率变换器的电网同步)3递归离散傅里叶变换
时域检测方法:
1锁相环电网同步(包含相角检测器、环路滤波器、电压控制振荡器)
相角检测器:
输出信号产生为与相角正比的相角,伴随高频和直流分量(对应相角偏差)
环路滤波器:
具有低通特性(等效为一阶低通滤波和PI)
电压控制振荡器:
反馈的电压回馈到相角检测器之中,调整相角幅值,尽可能保持一致才可以合闸。
2基于正交信号的相角检测方法
略去了电压控制振荡器,增加了一个频率/相角发生器,为Park变换中的正弦函数提供相角。
正交信号发生器与Park变换的组合可以视作一种同步相位检测器。
3基于正交信号的PLL:
基于T/4传输延时,用一个先进先出的缓冲器,大小设置为一个几波频率周期内采样个数的1/
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 新能源 分布式 电源 期末 总结