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新能源与可再生能源的关键技术与发展趋势.pdf

新能源与可再生能源的关键技术与发展趋势

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2012-11-27 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《新能源与可再生能源的关键技术与发展趋势pdf》,可适用于人文社科领域

新能源与可再生能源的关键技术与发展趋势。汤天浩上海电源学会上海摘要本文主要研究开发新能源与可再生能源的美犍技术提出电力电子变换、电能存储、电能管理与电能质量控制在新能承供电系统中的括心作用.着重撂甘几种电能混合供电发电和分散供电方式以厦集成供电乐兢的电潭变换、智能管理度安全控翻等问题井展望断能泺供电系纯的应用酋景.关键词电力电子与电力传动电能变换能量管理系统电能一、引言能源是支撂现代文明社会发展的主要物质基础之一随着传统矿物能源如石油煤炭等资源的日益耗尽.能源问题成为人类社会普遍关注的焦点和必需解决的重大课题。为了解决目前能源短毓问题世界各国开发和利用新能源投入了大量的人力和物力进行研究.年联合国召开了世界新能源和可再生能源国际会议.提出以新技术和新材辩为基础开发新的可再生能源来取代资源有限、污染环境的化石能源保持可持续发展和保护生态环境.新能源和可再生能源在我国社会经济可持续发展中同样具有重要作用是我国能源发展的重要内容和组成部分.年第十届全国人大常委会第十四次会议正式通过了‘中华人民共和国可再生能源法)。将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域.从而莫定了我国可再生能源事业规划与发展的法律基础今年颁布的国家中长期科技发展纲要和“十一五”科技发展计划明确提出了国家能源研究和发展战略将这方面的研究纳人国家计划等高新技术项目给予重点支持.由于太阳能、风能、水能海洋能、生物质能地热能等非化石类能源均属于过程性能源不仅可以再生.且清洁无污染或低污染。蕴藏量巨大.因此。国内外在新能源开发和利用方面将风力发电、太阳能电池和燃科电池等作为当前电气工程重要的研究领域和发展方向并且已取得了重要的进展和成果.国内外的许多科学家预言随着化石能源时代的终结和新文明的到来不用百年太阳偿、风能等可再生的清洁能源将成为全世界的一种熏要能源.因此新能潦和可再生能源的开发利用是一项功在当代、利在千秋的新型事业.但是新能源的应用仍存在许多问题需要研究和解决.本文主要论述功率变换装置在新能源供电系统中的核心作用电力电子变换技术与现代电源技术的融合.研究几种电能混合供电方式.探讨集成供电系统的电源变换、智能管理及安全控制等问题为未来新能源供电系统的应用提供科学依据和技术支持.二、新能源发电方式(一)风力发电目前风力发电现已成为风能利用的主要形式.受到世界各国的高度重视而且发展速度最快.风奉文获得罾家自然科学基金(■号∞)的资助.·‘力发电通常有三种运行方式t一是独立运行方式通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力它用蓄电池蓄能以保证无风时的用电l二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合的联台供电方式.向交通不便的边远山村、沿海岛屿.或地广人稀的草原牧场提供电力f三是并网型风力发电运行方式安装在有电网且风力资源丰富地区.常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机这是风力发电的主要发展方向.风力发电机组在不同风速条件下工作时其发电机输出的电压的幅值和频率是变化的因此需要配置电力电子功率变换器通过功率变换器的换漉控制使输出电压达到恒压恒频的要求.功事变换嚣与风力发电机的系统集成有两种方案t直接输出型风力发电系统和双馈型风力发电机系统.图给出了两种风力发电系统的结构.()直接输出型风力发电系统咖双馈强风力发电机系统圈风力发电系统的两种结构嚣嚣(二)太阳能电池自世纪年代第一块实用的硅太阳能电池研制成功太阳能光电技术已历经了半个世纪的发展.目前占主流的太阳能电池是硅太阳能电池它又分单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池(总称晶体硅太阳能电池)和非晶硅太阳能电池。典型的太阳能供电系统结构如图所示。通过太阳能电池阵列的光电转换将太用能转变成电能再由功事变换器将太阳能电池输出的直流电转换成用户所需的电源形式.根据用户要求.功率变换器可以选择直流斩波器进行Dc/Dc变换或采用逆变器进行变换DC/Ac变换.此外。功率变换装置还应包括蓄电池系统以平衡用电需求.当阳光充足时。由太阳能电池供电。同时向蓄电池充电}当夜晚或·’阳光稀少时由蓄电池供电.变漉器的电路结构如图所示.图太阳能供电系统结构(三)燃料电池燃科电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置.当源源不断地从外部向燃辩电池供给燃料和氧化剂时它可以连续发电.依据电解质的不同燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃科电他(MCFC)、周体氧化物燃料电池(sFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等乜.燃料电池不受卡诺循环限制能量转换效率高且具有洁净、无污染、低噪声。模块结构、高功率比、可积木化及连续工作等特性.燃料电池发电系统的结构如图所示系统通过由直流斩渡器与逆变器组成的功事变换装置使燃料电池的输出电压与用户需求相匹配.圈燃料电弛供电系统结构器三、关键技术利用新能源发电需要解决的关键问题是电能的转换、电能存储、电能管理和电能质量控制.其核心是采用电力电子技术、自动控制技术、计算机技术和人工智能技术等.特别是上述技术的集成和融合.但是长期形成的学科体系和行业的条块分割.形成制约新能源电力系统广泛应用和发展的主要瓶颈之一.因此特别俺要通过学科交叉研究和开发与新能源发电设备配套的电力电子功率变换器.通过系统集成形成产品.以方便用户.(一)电能变换如上所述新能源电力系统的共同特征是衢要进行电源变换.即通过电力变换装置使发电设备输出的电能在形式上与现有的用电设备的要求相匹配。在品质上满足用户的需求.如何采用电力电子开关器件构造合适的电力变换装置是解决上述问题的根本出路.圈给出了一个采用多电平逆变拓扑构成的组合式三相交流电源.·。圈多电平交流遵变电路结构Jh‘O●呻由于新能源电力系统中电能变换主要是DC/DC变换和AC/DC变换两种方式因此提高变漉效率和功率密度显得尤为重要.软开关技术是减低开关损耗、提高电流密度和转换效率的有效手段因此需要开发基于软开美的变流器.(二)电能储存由于太阳能、风能等能源受自然环境和气候条件的影响较大具有不稳定性和不确定性.为了提高电源质量应该在新能源发电系统中设置储能装置以便在外部能源充足时储存多余的电毖而在能源不足时提供电能。比如风力发电机可以通过电感储能器存储风能改普电网供电质量。除了传统的蓄电池和电感等储能方式外现代的储能装置有超级电容和飞轮等方式.与电解电容相比.超级电容利用碳电极表面产生的双层电极储能具有非常高的功宰密度和实质的能量密度.如今。超级电容功率密度可高达kW/kg充放电时间各为O.~分钟.在过去几年这些器件已应用在消费电子、工业和汽车等许多领域.飞轮储能是利用高速旋转的飞轮惯性存储电能.如果与风力发电机结合可以在风速很高时.带动飞轮高速旋转l风速降低时.飞轮驱动发电机输出电能.当前如何降低飞轮的摩擦损耗是提高储能效率的关键利用磁悬浮技术使飞轮转轴稳定地悬浮于空问是一种有效的解决方案.预计飞轮储能装置将在国防、电力、交通等领域具有应用前景.(三)电能管理电源管理系统(PMS)技术是提高电源效率和系统可靠性的新方法.PMS将智能控制和管理的思想引入电力系统.从发电、配电及用电等各个层次。对电能进行分配、监浏、控制、管理和安全保护等.其主要功能包括t·电能分配l·优化控制I·状态监测I·故障诊断·容错控制.·‘实现上述功熊的核心技术是t计算机技术。如数据库、网络通信、现场总线等自动控制技术如过程监控、最优化算法、窖错控制等人工智能如模式识别、专家系统、模糊逻辑、神经网络遗传算法等.特别重要的是这些技术的融合包括各种技术自身内部的融合以及各种技术之间的融合.例如整个系统可以采用网络化控制通过三层网络结构t底层采用现场总线和基于DSP的嵌入式控翩器实现实时控制、敷据采集和通信I中问层通过分布式计算机监撩系统实现系统的状态检测、数据存储、趋势分析和故障报警等功能I上层采用人工智能技术构建智能PMS实现负荷预测、电能分配、系统优化和能量管理.在功率管理系统(PMs)方面.将在智能优化及安全控制上有所突破.(四)电能质量控制近年来随着大量非线性元器件的使用特别是电力电子变流器的广泛应用。造成了电网功率因敢降低和谐波畸变等问题.如何治理“电力公害提高电能质量成为当前迫切需要解决的重要课题.电能质量控制的主要研究内容是:.电源谐波检测和分析技术.谐渡的测量和分析是实现谐波治理的前提条件.准确的谐波测量和分析能够为谐波的治理提供良好的依据.自提出快速傅里叶变换算法(FFT)以来.基于傅里叶变换的谐波测量便得到了广泛应用。然而基于傅里叶变换的谐波测量要求整周期同步采样否则会产生频谱泄漏现象和栅栏效应.因此如何减小因同步偏差而引起的测量误差成了众多学者关注的焦点..电能质量控制和管理包括:功率因数授正和滤波器设计.由于传统的无源滤波器体积和重量大、且需针对不同的频率进行设计功率因数校正(PFC)技术是提高功率因数和降低谐波污染的重要途径.近年来.有源功率因敢校正技术(舢PFc)已成为电力电子领域的研究热点现已从电路拓扑、控制策略发展刭集成模块。首先在单相PFC电路方面取得成果.比如可用于Buck、B∞t、Buckboost、Cuk等DC/DC基本变换电路的专用或通用的PFC控嗣器.目前的研究重点在三相PFC控制技术上比如单开关多开关以及软开关三相PFC电路的研锶.特别是软开关技术与PFC技术的融合是发展的新趋势.虽然目前PFc产品受到功率的限制但应用于分布式新能源发电系统却是重要机遇.四、发展趋势(一)混合供电系统新能源作为电力系统未来的发展方向是采用几种新能源发电方式组成混合供电系统混合供电系统可以选择风力发电与太阳能电池组台或太阳能与燃料电池组合也可以将三者组合在一起。另一种混合方式是利用燃料电池的产生的废气或热量带动透平发电机组成混合电力系统.图为混合发电系统结构.田新能源混合侠电系统··出电压电流的控制方案的优化运用电泷预估计原理使输出性能得到提高获得最大的效率通过软件锁相使输出电流同步跟踪电同电压相位并具有保护和监控等功能.保证了光伏并网发电的安全运行.(二)分布式电源图为由混合发电装置构成的分布式电力系统。这种分布式供电方式将是未来电力系统发展方向.这种分布式电源。可以达到节能和环保的目的.五、结论图分布式新能源混合供电系筑综上所述新能源电力系统虽然已经取得了突破性进展但是要把美好的理想变为现实真正实现其广泛的商业应用还有许多问题亟待解决.这既需要在物理、化学、材料等基础学科领域的联合攻关以进一步提高能源转换效率和降低成本更为重要的是需要在电气、电子、控制和信息等工程技术领域合作研究以实现各种电能之问便捷有效的转换、存储、传输、利用和管理.因此打破学科界限通过系统集成和技术融合.我们一定能够克服各种困难迎来新能源造福人类的灿烂明天.参考文献H.Rechtem可再生能源技术.中荧清洁能潭技术论坛论文集GrimePG.Hi宴tori∞lpathwaysforfuelcell‰IEEEAe∞pace柚dEIectromcSystemMag矗zin.()~lOMuIlerSDeickeM蛐dDonckerD.RW.DoubIyfedinductiongeneratorsystemforwindturbine.D.IEEET豫ns.onlndustryAppli∞tions.t()~溺天浩.新能源与变换。系兢集成、技术融合夏应用展望.电潭技术学报()z~STolbertLMandPeIlgFZ.MuItiIevelconv盯te馏矗sautilityinterfa∞fofrenewable∞ergysytems.ProceedingsoflEEEPow盯Engine盯ingScdetySumm盯M∞tingv.tl~LaiZReta.Ahnlilyof∞ntinuou}conductiol卜modepow口factoreo盯ection∞ntronersba鸵donthegenemlpulseWidthmodulator.IEEETM璐.onPowerEIeetroIlic暑··(){~H咖iIton&FueIccllMTGh批ridthemo置te】【citinginnoⅦtionirIpow盯inthenextlOyears.Pr口c.ofIEEEPowerEngineeringSociet)rSu衄erMeetingtvoll~C咖da·JulyMoo弛RM.Indir∞tmeth哪l且Ⅱddir酏tmethaⅡolfuel傀llvehicles.ProceediIlgsof恤Inter∞一cietyEnergyconver吕i∞Engine口ingconf眦nce·~·’HardanFetaLApp【icationofapowe产controllednywheeIdri、relorwindpowefcondidoninginawind/dieselpowersystem.Proceed.r堰sofninthI强internationalconferer脱onelectri∞ln协一chines仰ddrives。。∞I..Goer睇J.Wakileh.Powersystemsb丑珊oⅡicsfunda眦nt丑a加lysi暑andfiIterdesig皿Spring时V口lagJanuszMindykowskLAsse暑smentofelectricpowerqualityinshipsyst锄sfiItedwithconvert酣暑ubsystem暑sKpbllildingsllippingLtdPolandt作者简介汤天浩博士年生上海海事大学电力传动与控制研究所所长、教授、博导。上海市教委重点学科“电力电子与电力传动”学科带头人EEE高级会员。中国电源学会理事.变频电源专业委员舍委员.上海电源学会副理事长.研究兴趣包括t电力电子装置、电力传动系统、智能信息处理与控制、船舶自动化等.·。新能源与可再生能源的关键技术与发展趋势作者:汤天浩作者单位:上海电源学会,上海,相似文献(条)期刊论文杨解君谭宗泽YangJiejunTanZongze新能源与可再生能源的立法需求分析南京社会科学()新能源与可再生能源现状及其发展、现行能源法制体系存在的诸多问题,决定了必须加强有关新能源与可再生能源立法相关的立法需求主要表现在:综合性立法,即根据我国实际状况,制定符合中国能源特色及其发展趋势的有关新能源与可再生能源的全面性立法专门性立法,即根据各种不同的新能源与可再生能源特点,"因能制宜"地制定与之相适应的特殊性立法地方性立法,即根据各地新能源与可再生能源的分布结构及特点和可开发利用的状况,"因地制宜"地制定与该区域能源相适应的特色性立法协调性立法,即基于新能源与可再生能源的复杂性,从体系和制度上强化协调的配套性立法期刊论文孙志国夏朝凤谢建杨宗涛SUNZhiguoXIAChaofengXIEJianYANGZongtao云南省新能源、可再生能源发展现状及对策可再生能源()云南省拥有丰富的新能源、可再生能源资源,推进新能源和可再生能源的发展,对云南省的社会经济和环境都有着重要的意义文章介绍了云南省新能源、可再生能源的开发利用取得的成效和显现出的问题及时地调整新能源、可再生能源开发利用策略,有效地解决现存问题,对促进新能源、可再生能源的持续发展具有重要意义会议论文毛如柏依靠自主创新关键技术人力资源努力发展可再生能源和新能源产业当前,开发和利用可再生能源已经引起全世界的关注,为了应对能源和环境问题的挑战,许多发达国家的政府已经作出重大决策,期望用年或者更长的时间,将能源结构调整到"以可再生能源为主"的轨道上来,在世界上引起了很大的反响。本文探讨了依靠自主创新关键技术人力资源努力发展可再生能源和新能源产业的问题。会议论文倪慎军张国强王海兵罗诗峰于乐农村新能源建设与节能减排当前,大力开发利用可再生能源资源,减少化石能源消耗,保护生态环境,减缓全球气变暖,共同推进人类社会可持续发展,已成为世界各国的共识节能减排是我国政府应对挑战,贯彻落实科学发展观,指导国民经济社会持续健康发展的重大战略部署本文针对农业基本国情,认真分了农村能源的消费现状和需求趋势,论述了农村新能源建设对推进农村节能减排的重要作用,及其对实现农村经济可持续发展的必要性和可行性。进而又针对对农村新能源建设现状和问题,提出了加快农村能源建设的对策和措施期刊论文刘振武LiuZhenwu发展可再生能源和新能源的机遇与挑战国际石油经济,()随着能源供需矛盾和环境问题的日益加剧,世界各国政府和各大石油公司纷纷致力于寻找替代能源中国石油作为中国最大的石油、天然气供应商,为应对国内外能源形势变化,相继介入了油田地热、生物质能、氢能等可再生能源和新能源的开发利用,并成为中国最大的燃料乙醇生产和供应商在能源短缺的今天,推进可再生能源产业化,是中国石油顺应国家能源发展需要、打造国际化石油公司、寻求可持续发展的重大举措为加快可再生能源和新能源产业化进程,国家应加强行业监管,建立市场准入制度,制定统一的生物柴油国家标准和规范,同时,在政策上给予支持,扶优扶强相关部门应加大立项支持力度企业应走产学研相结合之路,注重自主技术创新,加快从研发、示范到产业化的步伐,实现可再生能源和新能源的跨越式发展期刊论文李继峰张阿玲我国新能源和可再生能源发展预测方法研究风能发电预测案例可再生能源()我国新能源和可再生能源发展还处于初级阶段,综合各种考虑可以肯定未来发展潜力巨大,但同时也存在诸多限制发展的问题,因此及早探讨我国新能源和可再生能源的未来发展模式十分必要文章从新技术发展的角度,参考国外方法,提出利用学习曲线规律和生长曲线规律综合预测我国新能源和可再生能源发展的方法,并以风力发电为例进行了简单预测分析期刊论文江东孟松王建华中国新能源与可再生能源数据库设计集成甘肃科学学报,()阐述了新能源与可再生能源数据库的总体结构框架、软硬件选择、功能模块设计和系统的集成与实现,并对数据库的实施情况做了演示其目的是为了全面收集、整理相关的行业信息,对新能源与可再生能源数据进行科学高效地存储、管理和分析,为我国新能源与可再生能源的开发利用研究,提供丰富的、高质量的科学基础数据会议论文刘振武发展可再生能源和新能源的机遇与挑战随着世界经济发展对油气资源的不断消耗,以及能源消费带来越来越严重的环境问题,清洁的可再生能源迎来了前所未有的发展机遇本文探讨了发展可再生能源和新能源的机遇与挑战。期刊论文吴能友李海滨苏秋成致力于可再生能源与新能源的研究开发中科院可再生能源与天然气水合物重点实验室生物产业技术()中科院可再生能源与天然气水合物重点实验室依托于中科院广州能源研究所,年月由中科院批准建设实验室紧密围绕国家经济社会和科技发展的关键问题,在重视应用基础理论研究的基础上,注重加强原始技术创新和技术集成创新,取得了一系列成果,开发出一批国内以至国际领先的核心技术,在提高国家后续能源研究与发展中发挥了重要作用会议论文张梅颖转变观念创新模式发展可再生能源和新能源产业能源问题始终是我国和备受世界各国舆论关注的一个热点和难点问题在现有能源价格不断攀升的情况下,可再生能源具有明显的比较优势和较强的潜在优势本文提出了要转变观念创新模式发展可再生能源和新能源产业。本文链接:http:dgwanfangdatacomcnConferenceaspx下载时间:年月日

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