新能源及其转换
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为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统 往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。
微燃机控制与电源变换系统 K1
微型 燃机
发电机
500-1200Hz
400-900V 100kW
三相AC/DC
变换器
400Hz/400V 100kW
三相DC/AC 变换器
50Hz/400V 100kW
纯净的天然气水合物
微型燃气机发电机组工作原理
1、工作原理及机构示意图 一般的燃气轮机主要结构有三部分：压气机（空气压缩机）、燃烧 室、透平 (动力涡轮)。 微型燃气轮机的核心技术包括：利用空气轴承保持一个整体化的高 速转子在6～15万r/min状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机 发电。
2、回热系统
地热发电
▪ 根据资料，地热发电主要是将热能转化为机械能，然后
再利用类似于火力发电的方式进行发电。但这种方式效率 不高。如何更进一步的利用地热。
▪ 我们就要用到电热转换材料，直接将热能转换成电能。 ▪ 其中电热转换材料温差发电联系密切
太阳能源发电
▪ 我的设想有点超前，就是利用飞行器将高
效太阳能电池板运至太空展开，直接吸收 太阳能，再利用微波将电能传输至地球。
定桨距失速控制的优点是失速调节简单可靠，由风 速变化引起的输出功率的控制只通过桨叶的被动失速调节实 现，没有功率反馈系统和变桨距机构，使控制系统大为简化， 整机结构简单、部件小、造价低。其缺点是叶片重量大、成 形工艺复杂，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整 体效率较低。
2、变桨距风力发电机组的调节与控制
海水发电
▪ 我对海水发电的设想是，利用海水的高浓度的离
子含量，与淡水之间形成完美的离子差。同时， 在隔离的两端设置一个离子交换膜这样可以使阴 阳离子在不同的方向定向移动从而形成电流，为 用电器所用。
新型浪潮发电
▪ 此想法是利用海浪在沙滩上来回流动，所以可以在浅海处
设置很多个像风机一样的水力发电机。利用水的来回流动 带动发电机的运行。然后利用整流器将频率和相位不同电 流转换成直流进行传输。
18
现在比较热门的太阳能汽车
19
生活中可以存在的小发明
20
太阳能光伏发电原理
1. 太阳能电池阵列 2. 逆变器 3. 用电设备 4. 进户计量仪表
21
生物质能的转换与控制技术
1．生物质可以转化的能源形式
（1）直接燃烧获取热能
（2）沼气
（3）乙醇
（4）甲醇
（5）生物质气化产生的可燃气 体及裂解产品
第三次ppt研讨 新能源及其转换
东南大学 电气学院
风能发电
风机的头部结构
风机的类型
水平轴
垂直轴
风机的应用位置
风机的内部结构
风力发电机组的结构及分类
风力发电机组的分类一般有3种，如下表所示。
按风轮轴的安装型式 水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组
按风力发电机的功率 按运行方式
微型（额定功率50～1000W）、小型（额定功率 1.0～10kW）、中型（额定功率10～100kW）和大 型（额定功率大于100kW）
27
1．生物柴油特性
（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
28
天燃气发电
可燃冰在深海的发现促进了天然气的应用
天然气水合物样品
c. 额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制
当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，使桨距角
β 向迎风面积减小的方向转动一个角度，β增大，功角α 减小，如图所示。
从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持在额定值附 近，这时风力机在额定点的附近具有较高的风能利用因数。
影响风力发电普及的主要因素
a. 起动时的转速控制
变距风轮的桨叶在静止时，桨距角β为90º，当风速达起动风速时，桨叶向
0º方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，风力机获得最大的起动转矩， 实现风力发电机的起动
b. 额定转速以下（欠功率状态）的控制
为了改善低风速时的桨叶性能，近几年来，在并网运行的异步发电机上， 利用新技术，根据风速的大小调整发电机的转差率，使其尽量运行在最佳叶 尖速比上，以优化功率输出。
三相变压器
k2 用
户 负 载
燃料阀
燃料增压器 电动机
燃机控制器
400Hz/400V 3kW
三相DC/AC 变换器
燃料增压器 电动机
三相 AC/DC 变换 控制器
DC/DC可逆 变电路
3kWh540V 蓄电池
三相DC/AC 变换器变频控制
人机操作界面
图6-4 微型燃机控制与电力变换系统总体结构
水坝
小型水力发电机
水电站
图7－3为水力发电站发电原理示意图
水流
1
2 水流 4
3
水流
图7－3 水力发电站发电原理示意图
1－挡河大坝 2－打开导管的阀门 3－水轮机的叶轮 4－发电机
（2）轴流式水轮机 轴流式水轮机又可分为转桨式和定桨式水轮机。 图7－9为轴流式水轮机。
a）
图7－9 轴流式水轮机
b）
a）轴流式水轮发电机组 b）轴流式水轮机转轮
机械工业出版社
第5章 生物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能的转换与控制技术
23
沼气发电的流程图
机械工业出版社
第5章 生物质能的转换与控制技术
24
生物质能的应用
生物质燃气炉
生物质水暖锅炉
25
沼气发电
26
生物质直接液化制燃料油发电技术
生物柴油是一种清洁的可再生能源，是 以大豆、油菜籽等油料作物以及油棕、黄 连木等油料林木果实为原料制成的液体燃 料，具有原料来源广泛、可再生性强、污 染性低等特点，是优质的石油、柴油代用 品。
变桨距风力机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片的攻角在一定范围 （0～90º）变化，变桨距调节是指通过变桨距机构改变安装在轮毂上的叶片 桨距角的大小，使风轮叶片的桨距角随风速的变化而变化，一般用于变速运 行的风力发电机，主要目的是改善机组的起动性能和功率特性。
（1）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）的不控制和额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制。
在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排入 大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。
微型燃机的余热可用于船舶、汽车动力，制冷、采暖，以及生产净水。 通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品位的热 能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机， 用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。
a)贯流式水轮发电机组
b）灯泡贯流式水轮发电机组剖面图
国际公认的两个具有发展前途、最重要的分布式能源利用形式：
微型燃气机发电机组，这是实现热电联产、高效利用能源和
节能的最主要形式；
“燃料电池”技术，这也是未来最主要的分布式能源利用技
术方向之一。
高效燃料电池
微型燃气轮机
新型能源设想
▪ 1.海水发电 ▪ 2.新型浪潮发电 ▪ 3.地热发电 ▪ 4.空气温差发电 ▪ 5.太阳能源发电
13
太阳能的储存方式
太阳能贮存
（1）热能贮热 （2）电能贮存 （3）氢能贮存 （4）机械能贮存
其中电能储存的用途最 大
热能储存的范围最广
机械能形式储存不常见
氢能储存在研究中并未 广泛应用
14
常见的太阳能热水器
太阳能转化成电能的应用
16
国外的自给自足的电力
17
美国最大的光伏发电站-2
轴流式水轮机
1
23
图7－9 轴流式水轮机 c）轴流式水轮机导水机构 d）轴流式水轮机工作原理示意图
1—导叶 2—轮叶 3—转毂
在轴流式水轮机中，水流径向进入导水机d构) 中的导叶，轴 向进入和流出转轮，带动转轮转动。
（3）贯流式水轮机
贯流式水轮机可分为全贯流式和半贯流式。贯流式又分为灯 泡式和竖井式，灯泡式如图7－10所示。
独立运行和并网运行
并网型风力发电机的功率调节控制
风力机的功率调节方式有定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三
种。 1、定桨距失速调节
定桨距失速调节一般用于恒速控制，其风力机的结构特点是：桨叶与轮 毂的连接是固定的，桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度不能 随之变化。在风速超过额定风速后利用桨叶翼型本身的失速特性，维持发电 机组的输出功率在额定值附近。
风力发电并非完全是依靠科学技术就可以完成的， 他有很多局限性，其中发电成本是其重要因素。所以只 有在收益大于成本的基础上才会实施。这也是其地域分 布的主要原因。
风力发电成本的影响因素很多，变化范围很大，其 中以初期建设投资、运行时的发电量及管理、税收政策 等为主要影响因素。
下面我们介绍另一种新能源
微燃机控制与电源变换系统 K1
微型 燃机
发电机
500-1200Hz
400-900V 100kW
三相AC/DC
变换器
400Hz/400V 100kW
三相DC/AC 变换器
50Hz/400V 100kW
纯净的天然气水合物
微型燃气机发电机组工作原理
1、工作原理及机构示意图 一般的燃气轮机主要结构有三部分：压气机（空气压缩机）、燃烧 室、透平 (动力涡轮)。 微型燃气轮机的核心技术包括：利用空气轴承保持一个整体化的高 速转子在6～15万r/min状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机 发电。
2、回热系统
地热发电
▪ 根据资料，地热发电主要是将热能转化为机械能，然后
再利用类似于火力发电的方式进行发电。但这种方式效率 不高。如何更进一步的利用地热。
▪ 我们就要用到电热转换材料，直接将热能转换成电能。 ▪ 其中电热转换材料温差发电联系密切
太阳能源发电
▪ 我的设想有点超前，就是利用飞行器将高
效太阳能电池板运至太空展开，直接吸收 太阳能，再利用微波将电能传输至地球。
定桨距失速控制的优点是失速调节简单可靠，由风 速变化引起的输出功率的控制只通过桨叶的被动失速调节实 现，没有功率反馈系统和变桨距机构，使控制系统大为简化， 整机结构简单、部件小、造价低。其缺点是叶片重量大、成 形工艺复杂，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整 体效率较低。
2、变桨距风力发电机组的调节与控制
海水发电
▪ 我对海水发电的设想是，利用海水的高浓度的离
子含量，与淡水之间形成完美的离子差。同时， 在隔离的两端设置一个离子交换膜这样可以使阴 阳离子在不同的方向定向移动从而形成电流，为 用电器所用。
新型浪潮发电
▪ 此想法是利用海浪在沙滩上来回流动，所以可以在浅海处
设置很多个像风机一样的水力发电机。利用水的来回流动 带动发电机的运行。然后利用整流器将频率和相位不同电 流转换成直流进行传输。
18
现在比较热门的太阳能汽车
19
生活中可以存在的小发明
20
太阳能光伏发电原理
1. 太阳能电池阵列 2. 逆变器 3. 用电设备 4. 进户计量仪表
21
生物质能的转换与控制技术
1．生物质可以转化的能源形式
（1）直接燃烧获取热能
（2）沼气
（3）乙醇
（4）甲醇
（5）生物质气化产生的可燃气 体及裂解产品
第三次ppt研讨 新能源及其转换
东南大学 电气学院
风能发电
风机的头部结构
风机的类型
水平轴
垂直轴
风机的应用位置
风机的内部结构
风力发电机组的结构及分类
风力发电机组的分类一般有3种，如下表所示。
按风轮轴的安装型式 水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组
按风力发电机的功率 按运行方式
微型（额定功率50～1000W）、小型（额定功率 1.0～10kW）、中型（额定功率10～100kW）和大 型（额定功率大于100kW）
27
1．生物柴油特性
（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
28
天燃气发电
可燃冰在深海的发现促进了天然气的应用
天然气水合物样品
c. 额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制
当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，使桨距角
β 向迎风面积减小的方向转动一个角度，β增大，功角α 减小，如图所示。
从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持在额定值附 近，这时风力机在额定点的附近具有较高的风能利用因数。
影响风力发电普及的主要因素
a. 起动时的转速控制
变距风轮的桨叶在静止时，桨距角β为90º，当风速达起动风速时，桨叶向
0º方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，风力机获得最大的起动转矩， 实现风力发电机的起动
b. 额定转速以下（欠功率状态）的控制
为了改善低风速时的桨叶性能，近几年来，在并网运行的异步发电机上， 利用新技术，根据风速的大小调整发电机的转差率，使其尽量运行在最佳叶 尖速比上，以优化功率输出。
三相变压器
k2 用
户 负 载
燃料阀
燃料增压器 电动机
燃机控制器
400Hz/400V 3kW
三相DC/AC 变换器
燃料增压器 电动机
三相 AC/DC 变换 控制器
DC/DC可逆 变电路
3kWh540V 蓄电池
三相DC/AC 变换器变频控制
人机操作界面
图6-4 微型燃机控制与电力变换系统总体结构
水坝
小型水力发电机
水电站
图7－3为水力发电站发电原理示意图
水流
1
2 水流 4
3
水流
图7－3 水力发电站发电原理示意图
1－挡河大坝 2－打开导管的阀门 3－水轮机的叶轮 4－发电机
（2）轴流式水轮机 轴流式水轮机又可分为转桨式和定桨式水轮机。 图7－9为轴流式水轮机。
a）
图7－9 轴流式水轮机
b）
a）轴流式水轮发电机组 b）轴流式水轮机转轮
机械工业出版社
第5章 生物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能的转换与控制技术
23
沼气发电的流程图
机械工业出版社
第5章 生物质能的转换与控制技术
24
生物质能的应用
生物质燃气炉
生物质水暖锅炉
25
沼气发电
26
生物质直接液化制燃料油发电技术
生物柴油是一种清洁的可再生能源，是 以大豆、油菜籽等油料作物以及油棕、黄 连木等油料林木果实为原料制成的液体燃 料，具有原料来源广泛、可再生性强、污 染性低等特点，是优质的石油、柴油代用 品。
变桨距风力机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片的攻角在一定范围 （0～90º）变化，变桨距调节是指通过变桨距机构改变安装在轮毂上的叶片 桨距角的大小，使风轮叶片的桨距角随风速的变化而变化，一般用于变速运 行的风力发电机，主要目的是改善机组的起动性能和功率特性。
（1）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）的不控制和额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制。
在回热系统中，透平（动力涡轮机）产生的烟气温度很高，通常被排入 大气中或再加以回收利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。
微型燃机的余热可用于船舶、汽车动力，制冷、采暖，以及生产净水。 通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品位的热 能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机， 用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。
a)贯流式水轮发电机组
b）灯泡贯流式水轮发电机组剖面图
国际公认的两个具有发展前途、最重要的分布式能源利用形式：
微型燃气机发电机组，这是实现热电联产、高效利用能源和
节能的最主要形式；
“燃料电池”技术，这也是未来最主要的分布式能源利用技
术方向之一。
高效燃料电池
微型燃气轮机
新型能源设想
▪ 1.海水发电 ▪ 2.新型浪潮发电 ▪ 3.地热发电 ▪ 4.空气温差发电 ▪ 5.太阳能源发电
13
太阳能的储存方式
太阳能贮存
（1）热能贮热 （2）电能贮存 （3）氢能贮存 （4）机械能贮存
其中电能储存的用途最 大
热能储存的范围最广
机械能形式储存不常见
氢能储存在研究中并未 广泛应用
14
常见的太阳能热水器
太阳能转化成电能的应用
16
国外的自给自足的电力
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美国最大的光伏发电站-2
轴流式水轮机
1
23
图7－9 轴流式水轮机 c）轴流式水轮机导水机构 d）轴流式水轮机工作原理示意图
1—导叶 2—轮叶 3—转毂
在轴流式水轮机中，水流径向进入导水机d构) 中的导叶，轴 向进入和流出转轮，带动转轮转动。
（3）贯流式水轮机
贯流式水轮机可分为全贯流式和半贯流式。贯流式又分为灯 泡式和竖井式，灯泡式如图7－10所示。
独立运行和并网运行
并网型风力发电机的功率调节控制
风力机的功率调节方式有定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三
种。 1、定桨距失速调节
定桨距失速调节一般用于恒速控制，其风力机的结构特点是：桨叶与轮 毂的连接是固定的，桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度不能 随之变化。在风速超过额定风速后利用桨叶翼型本身的失速特性，维持发电 机组的输出功率在额定值附近。
风力发电并非完全是依靠科学技术就可以完成的， 他有很多局限性，其中发电成本是其重要因素。所以只 有在收益大于成本的基础上才会实施。这也是其地域分 布的主要原因。
风力发电成本的影响因素很多，变化范围很大，其 中以初期建设投资、运行时的发电量及管理、税收政策 等为主要影响因素。
下面我们介绍另一种新能源