2 概述及教學系統(tǒng)規(guī)劃
太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽的熱能發(fā)電。通過集熱裝置將太陽輻射集中，經吸收器叫收后，轉化成熱能，產生高溫蒸汽或氣體進入汽輪發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組產生電能。一般包括集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄儲能系統(tǒng)、熱機和發(fā)電機等。
開展新能源中沒溫熱發(fā)電的研究對高等院?？蒲泄﹃P及教學能提供可靠的數(shù)據(jù)及模擬演示裝置。能幫助老師、學生學習和理解太陽能中高溫光熱轉換系統(tǒng)的原理及工程應用動手實際能力。適用于高等院校、高職院校的動力工程、暖通機電、能源動力和新能源生產企業(yè)等領域開展太陽能光熱轉換為主課題的教學、實訓等領域。
主要目的 | 研究中高溫集熱器及熱發(fā)電功能基本原理及性能 |
針對人群 | 本科生教學、教師科研、培養(yǎng)碩士研究生 |
配合課程 | 1.電工基礎 2.熱儲能技術及應用 3.新能源發(fā)電技術 4.中高溫太陽能熱利用 5.熱工學與傳熱學 6.熱能的儲存技術 7.太陽能熱水系統(tǒng) 8.大學物理 9.太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)16.太陽能利用：原理?技術?工程 10.能源工程與自動化 11.熱能動力設備與應用 12.蒸汽輪機 |
每臺適用學生數(shù)量 | 10人 |
2 實訓項目
1.研究太陽輻射強度與導熱油出口溫度的關系；
2.研究太陽輻射強度對中高溫集熱器效率的影響；
3.研究導熱油入口溫度對中高溫集熱器效率的影響；
4.研究導熱油進口溫度與中高溫集熱器的熱損的關系；
5.研究中高溫集熱器導熱油的流量與集熱器的集熱效率的關系
6.研究中高溫槽式太陽集熱器熱性能的測試方法
7.掌握中高溫槽式太陽集熱器的組成結構及設計原理
8.掌握中高溫槽式太陽集熱器系統(tǒng)特性
9.掌握中高溫槽式太陽集熱器系統(tǒng)應用模式
10.掌握中高溫槽式太陽集熱器系統(tǒng)工作原理
11.太陽能追日系統(tǒng)的原理及應用
12.了解掌握熱力學定律及能量轉換關系
13.了解掌握熱力學第二定律及系統(tǒng)的熱力循環(huán)
14.掌握蒸汽輪機動力發(fā)電的基本原理---朗肯循環(huán)
15.研究發(fā)電的基本原理
16.了解飽和水蒸汽與溫度的關系
17.了解不同的蒸汽壓力與汽輪機的發(fā)電效率的關系
18.掌握太陽能光熱發(fā)電的基本原理
19.熟悉實驗設計與數(shù)據(jù)采集技術
2 教研平臺特點
1.該教研平臺同時具有教學實訓功能和測試功能的特點，采用模塊化設計，自由組建相對應的功能，不但對科研功關及教學提供可靠的數(shù)據(jù)及模擬演示裝置，而且能幫助老師、學生學習和理解太陽能中高溫光熱轉換系統(tǒng)的原理及工程應用動手實際能力；
2.該平臺采用高溫導熱油箱與大氣壓相通，系統(tǒng)處于低壓運行狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的安全性；
3.該教研平臺具有供水的流量與過熱蒸汽的溫度或壓力具有自動的調節(jié)功能；保證正常發(fā)電 的穩(wěn)定性
4. 本系統(tǒng)采用了閉式循環(huán)系統(tǒng)，減少了導熱油的用量；在產生蒸汽系統(tǒng)中裝有太陽能專用的除垢器，起到軟化水的作用，防止換熱器結垢，保證了換熱效率；
5.本系統(tǒng)部分的采用了板式換熱器，占地面積小，節(jié)省空間，同時換熱效果好；
6.該系統(tǒng)主控系統(tǒng)采用MISUBISHI PLC可編程程序系統(tǒng)，具有恒溫、怛流和恒壓功能，溫度采用高精度PID控溫技術和流量采用電動調節(jié)技術進自動控制，具有測試精度高，性能穩(wěn)定，勞動效率高等方面特點；
2 教研平臺組成
1.聚光集熱系統(tǒng)
2.各級換熱系統(tǒng)
3.TMC系列單片機采集及計算系統(tǒng)
4.注水流量控制系統(tǒng)
5.控溫系統(tǒng)及導熱油預熱系統(tǒng)
6.TMC-PLC控制系統(tǒng)
7.蒸汽發(fā)電系統(tǒng)
8.太陽能跟蹤器
9.注水冷卻系統(tǒng)
10.電氣控制系統(tǒng)
TMC-PT2新能源光熱發(fā)電教研平臺系統(tǒng)主要技術參數(shù)
| 序號 | 項 次 | 主要參數(shù) | 數(shù)量 | |
| 1 | 風力供電裝置裝置系統(tǒng) | 水平軸永磁同步風力發(fā)電機 | 1）輸出功率：300W 2)輸出（整流）電壓：DC12V 3)葉片旋轉直徑：1.16m 4)葉片數(shù)量：3個 5)葉片材質：玻璃纖維 6)啟動風速：1.5m/s 7)切入風速：2m/s 8)安全風速：25 m/s | 1套 |
| 風速傳感器 | 1）輸出電壓：4-20MA 2）風杯數(shù)：3個 3）測量范圍：0-60m/s， 4）測量精度±0.3M/S | 1套 | ||
| 風向傳感器 | 1）輸出電壓：4-20MA | 1套 | ||
| 軸流風機 | 1）技術參數(shù) 風量：31325m3/h 全壓：353Pa 電壓：AC380V 頻率：0-50Hz（由變頻器控制） 功率：4Kw 轉速：1450r/min 2）輔助系統(tǒng)：配置軸流風機支架和軸流風機防護框罩 | 1套 | ||
| 模擬風向控制機構 | 1）減速電機：減速比：326：1 2）直流減速電機：DC24V ，100W 3）驅動鏈輪機構 4）旋轉機構： | 1套 | ||
| 主動偏航機構 | 1）回轉式減速機：速比：62:1 2）直流減速電機：工作電壓,DC24V、功率30w ,速比：575:1 | 1套 | ||
| 防護裝置 | 鋁型材及鋼絲網,1m*1.8m | 1套 | ||
| 2 | 光伏供電系統(tǒng) | 單晶硅太陽電池組件 | 功率：20W 誤差：±5% 輸出電壓：17.2V 輸出電流：1.17A 開路電壓：21.4V 短路電流：1.27A 工作環(huán)境溫度：45℃±2℃ 尺寸：450×340×25mm 總功率：40W | 2塊 |
| 追日傳感器 | 1）輸出電壓：0-5V 2）跟蹤精度：1度 3）結構：4電橋（四象限） | 1臺 | ||
| 太陽模擬器 | 1）擺臂機構：立式回轉式蝸輪蝸桿減速機 2）電壓：DC24V 3）電流：1.2A 4）功率：30W 5）燈光亮度調節(jié)器 | 2臺 | ||
| 太陽追日機構 | 1）結構：一體式雙軸蝸輪蝸桿減速機 2）驅動：交流電機 AC220V 3）軸數(shù)：雙軸二維 | 1套 | ||
| *輻射傳感器 | 1）須采氣象探測中心和工程技術研究中心組織的“太陽能資源觀測利用氣象傳感器的研制項目”驗收測試報告中規(guī)定的合格產品，并提供相關證明材料。 2）光譜范圍 305-2800 nm 3）響應時間 15s 4）零點偏移 <10W/㎡ 5）方位誤差 <20W/㎡（1000W/㎡到80°） 6）工作溫度 -40℃~+80℃ 7）輻照度 0~2000W/㎡ 8）靈敏度 7 - 14μV/W/m2 9）靈敏度溫度誤差 <0.1%/℃ | |||
| 3 | 風力供電系統(tǒng) | 電源控制單元 | 由漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座組成 | 1組 |
| 風電控制電源單元 | 由漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈組成 | 1組 | ||
| 威倫通液晶觸摸屏 | 1）尺寸：10.1" 2）TFT 彩色液晶 LED背光 | 2塊 | ||
| 充放電控制器 | 1）可靠性： 智能化、模塊化設計，結構簡單，功能強大；工業(yè)級的優(yōu)質元器件和嚴格的生產工藝，適合于高溫、低溫等相對惡劣的工作環(huán)境并具有可靠的性能和使用壽命。 2）PWM無級卸載：在風力發(fā)電機和太陽能電池板發(fā)出的能量超過蓄電池的需要時，控制系統(tǒng)將釋放多余的能量。普通的控制方式是將整個卸荷全部接入，此時蓄電池一般沒有充滿，而能量卻全部消耗在卸荷上，造成資源的極大浪費；即使采用分階段卸荷，一般只能做到五六級左右，效果仍然不理想。我公司采用PWM(脈寬調制)方式進行無級卸載，即可以分上千個階段進行卸載，邊對蓄電池充電，邊把多余的能量卸除，有效延長蓄電池的使用壽命。 3）采用限壓限流充電模式：當蓄電池的電壓大于設定的卸載開始電壓點時，采用PWM限壓充電模式，控制器將多余的能量卸除，以延長蓄電池的使用壽命；當風機的充電電流大于設定的風機剎車電流點時，控制器將啟動自動剎車以保護蓄電池。 4）兩路輸出方式：每路輸出均有多種控制方式可供選擇。包括：常開；常關；常半功率；光控開、光控關；光控開、時控關；光控開、時控半功率、光控關；光控開、時控半功率、時控關。通過液晶按鍵可以設定三種輸出控制方式：常開；光控開、光控關；光控開、時控關。 5）LCD顯示功能：LCD以直觀的數(shù)字和圖形形式顯示系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)。如：蓄電池電壓、風機電壓、光伏電壓、風機電流、光伏電流、風機功率、光伏功率、負載電流，輸出控制方式，時控輸出關斷時間，光控開、光控關電壓點，白天或夜晚指示，負載狀態(tài)指示，蓄電池過壓、欠壓指示等狀態(tài)。 6）完善的保護功能：蓄電池過充、過放、防反接保護；負載短路、過載保護；風機限流、自動剎車、手動剎車保護；光伏防反充、防反接保護；防雷保護等。 7）遠程通信功能：可實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，包括控制器LCD液晶屏上顯示的所有參數(shù)，通過軟件可以對相關參數(shù)進行設定和修改，還可以對系統(tǒng)中風機和負載的運行狀況進行控制，并在故障發(fā)生時報警。 8）卸載控制方式：PWM脈寬調制。 | 1套 | ||
| 直流輸入單元 | 1）電流表： DC 0-5A 2）電壓表： DC 0-500V 3）數(shù)據(jù)接口：RS485 | 1組 | ||
| 風力供電控制單元 | 1）風場運動方向：順時、逆時 | 1組 | ||
| 2）軸流風機控制：給風 | ||||
| 3）偏航控制：主動、被動偏航和停止 | ||||
| 4）自動控制：啟動和急停 | ||||
| 自動PLC控控儀 | 三菱 FX3U ，用于直接連接傳感器和編碼器. | 1套 | ||
| 變頻器 | 1）交流三相AC380，50HZ,0.75KW,9A； | 1套 | ||
| 2)采用高性能DSP微處理器并采用現(xiàn)代*的IGBTA輸出器件，脈沖寬度調制開關頻率可選， | ||||
| 3)采用V/F控制和無感矢量控制技術 | ||||
| 4)具有內置通訊串口，可以和威綸通觸摸屏直接通訊，功能強大。 | ||||
| 電阻 | 1）范圍：0-1000Ω | 1套 | ||
| 2）帶刻度，可無級可調 | ||||
| 4 | 光伏供電系統(tǒng) | 電源控制單元 | 由漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座組成 | 1套 |
| 光伏控制電源單元 | 由漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈組成 | 1套 | ||
| 威倫通液晶觸摸屏 | 1）尺寸：10.1" 2）TFT 彩色液晶 LED背光 | 1套 | ||
| 充放電控制器 | 同上 | 1套 | ||
| 直流輸入單元 | 1）電流表：PA1951-AK1G， DC 0-5A 2）電壓表：PZ195U-AK1G， DC 0-500V 3）通訊接口：RS485 | 1套 | ||
| 光伏供電控制單元 | 電池板跟蹤方向：東、南、西、北 2）投光燈控制：燈1、燈2 3）投光燈運動方向：東西、 西東、停止 4）自動控制：啟動和急停 | 1套 | ||
| 自動PLC控控儀 | 三菱 FX3U ，用于直接連接傳感器和編碼器 | 1套 | ||
| 電阻 | 1）范圍：0-1000Ω 2）帶刻度，可無級可調 | 1套 | ||
| 5 | 逆變與負載系統(tǒng) | 逆變輸出顯示單元 | 1）電流表：AC 0-5A 2）電壓表：AC 0-500V 3）通訊接口：RS485 | |
| 逆變控制電源單元 | 由漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈組成 | 1套 | ||
| 逆變器 | 1）額定直流輸入電壓： 12V 2）直流電壓輸入范圍 9.5-15.5 V 3）持續(xù)功率@25℃：300VA 功率接線端子： 直流輸入為 20-2AWG，交流輸出為 22-14AWG， 4) 5秒鐘功率@25℃：750VA 5)效率：93% 6)額定輸出電壓：220Vac±5%&110Vac±5% 7)額定輸出頻率：50Hz±0.1%&60Hz±0.1% 8)波形失真率：<3% 9)輸出波形：純正弦波，諧波優(yōu)于市電 10)低壓報警、斷開、恢復：11.3 V、11.0 V、 12.0 V 11）高壓報警、斷開、恢復：15.0V、15.5V、 14.5V 12)測量點外引，為觀察波形預留接口。 13)高溫報警、斷開、恢復：80°C、85°C、 70°C 14)設備輸入直流電壓范圍寬，結構合理，盡可能減少中間環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、效率高、具備防反接、短路、高熱等保護。 15)基于網絡通訊技術的物聯(lián)網終端，通訊接口： RS485、RJ45 網口、Meter、RF 通訊，可擴展WIFI、GPRS；； 16）工業(yè)級產品設計及制造：可用于工業(yè)級使用環(huán)境； 17）智能待機：自功率損耗低； 18）內置時鐘：四時段精準時控開關負載， 記錄實際日期的日報表； 19）內存空間大：4M字節(jié)FLASH：可以存儲 至少5年以上系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)； 20）2個LED指示燈：顯示蓄電池、交流輸出狀態(tài)及故障等； 21）可以通過撥碼開關設置基本的工作模式 22）設計使用壽命：15年； | 1套 | ||
| 開關電源 | 1）型號：DR-120-24 2）輸入電壓：220V 3）輸出電壓：DC 24VAC 4）輸出電流：5A | 1套 | ||
| 變頻器 | 1）交流三相AC380，50HZ,0.75KW,9A； 2)采用高性能DSP微處理器并采用現(xiàn)代*的IGBTA輸出器件，脈沖寬度調制開關頻率可選， 3)采用V/F控制和無感矢量控制技術 4)具有內置通訊串口，可以和威綸通觸摸屏直接通訊，功能強大。 | 1套 | ||
| 電機負載 | 1）功率：25W 2）電壓：AC220V 3）轉速：1300rpm | 1套 | ||
| 舞臺燈光負載 | LED發(fā)光燈泡 | 1套 | ||
| 閥控密封式鉛酸蓄電池 | 1）容量：12V 18Ah/20HR 2）重量：1.9kg 3）尺寸：345mm×195mm×20mm | 4套 | ||
| 6 | 監(jiān)控系統(tǒng) | 工控機 | 包括6個串口和鍵盤鼠標，微軟Window XP操作系統(tǒng)軟件 | 1臺 |
| 組態(tài)軟件 | 組態(tài)王 | 1套 | ||
| 打印機 | HP Deskjt 1000 | 1臺 | ||
| 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) | 1）可以實時采集和保存風光互補控制器、光伏特性、風電特性、逆變負載特性數(shù)據(jù)； 2）多種而方便的外部接口： USB，LAN，RS-232C，LTP 3）實時顯示蓄電池電壓、超壓斷開電壓、超壓斷開恢復電壓、低壓斷開電壓、低壓斷開恢復電壓、風光電壓、電流、發(fā)電功率、發(fā)電器、風速、風向、負載電量和I-V/P-V參數(shù) | 1套 | ||
| 電源分析系統(tǒng) | 1）將光伏電池模塊和風力輪機產生的能量通過功率調節(jié)器后直流電將轉換為交流電。 蓄電池的充電控制單元對電能進行轉換，限度降低這些轉換中的損耗可以提升整個能源系統(tǒng)的效率。能夠提供多個通道的功率輸入，可以測量顯示陣列電壓、陣列電流、陣列功率、蓄電池電壓、蓄電池功率、負載電壓、負載電流、負載功率、、風光電信息、負載信息的對應實時參數(shù)。 2）分析計算出實訓數(shù)據(jù)報表和曲線CRV 文件，生成I-V/P-V曲線和功率點跟蹤（MPPT）測試及參數(shù)歷史數(shù)據(jù)； | 1套 | ||
| 7 | 自動操作實驗臺 | 1）豎式網孔板基本結構： 上方為整體模塊代不銹鋼實驗面板，美觀直接便利； 下方為豎式網孔板，工具箱+4個滾輪 2）尺寸：800(長)×600（寬×2000(高) 3）外框架構成： 鋁合金型材和不銹鋼材料，內嵌噴塑不銹鋼板， 鋼板尺寸：1000mm×720mm 鋼板厚度：3mm 鋼板孔規(guī)格： 下方孔尺寸6×10mm，孔左右間距為6mm， 上下間距為6mm且錯位8mm； 4）網孔板配有推拉式抽屜，抽屜采用型材外框、2mm鋼板底部； | 4套 | |
| 8 | 實驗跳線及通訊電纜 | 1）材質：雙芯屏蔽線 2）紅、綠、蘭、黑等不同色號 | 1批 | |
