新能源发电技术复习提纲含参考答案)

新能源发电技术复习提纲
电自0810班整理
一、绪论
1. 目前新能源中有一定规模应用的主要有哪些?
新能源在电力工业中有一定规模应用的主要是核能发电、太阳能和风能发电，其他的新技术有地热能、海洋能、氢能及生物质能等。

2.简要分析目前我国能源结构现状及存在问题，并说明大力开展新能源开发的意义。

书P6~12
开发新能源的必要性
常规能源化石燃料逐渐被消耗枯竭
全球油价、煤价迅速上涨
全球气候变化
人类渴求可持续发展
3．从可持续发展的角度出发，概述能源的分类。

如果从可持续发展的角度出发，对能源最有意义的分类是可再生能源和不可再生能源。

不可再生能源: 传统的煤、石油、天然气等化石燃料.
可再生能源：可燃性可再生物质和垃圾；水力发电；地热能；太阳能；风力发电；潮汐、波浪和海流发电等。

二、核能
1.简述原子的组成结构。

•原子是构成自然界中各种元素的基本单元，所有物质都是由分子构成的，而分子是由原子构成的。

•原子是由原子核和围绕原子核运动的电子构成的，原子核是由结合在一起的质子和中子构成的，质子和中子都被成为核子。

2.简述核裂变与核聚变的区别。

核裂变
较重的原子核分裂为两个或多个较轻原子核的反应就是核裂变。

由于质量数的原子核的平均结合能不同，那么，当一个较重的原子核（如铀-235）裂变为两个质量数中等的较轻原子核以后，生成的两个较轻的原子核的结合能之和大于原来原子核的结合能，多出的部分即为核裂变反应放出的能量，称为裂变能。

裂变之后，裂变产物的质量总数略少于裂变之前原子核质量，亏损的质量转化为裂变能。

核聚变
两个轻核聚合成重核的反应就是核聚变。

如两个氘核结合成稳定的氦核的过程，较重的原子核的结合能大于原来两个轻核的结合能之和，多出的部分即为核聚变放出的能量。

结合能是和质量亏损相对应的，在裂变反应和聚变反应中，都有净的质量减少，减少的质量转化为能量。

从核能利用角度看，核聚变反应具有很多优点，但是要实现可利用的受控核聚变，还需要解决很多技术难题，目前，核能利用指的是核裂变能的利用。

3.核电厂与常规火电厂的热能来源有何不同？
核电厂中核裂变能也是以热能的形式利用的，因此，和常规火电厂类似，核电厂也要通过蒸汽动力循环来实现热功率转换。

不同的是，常规火电厂的热能来源于锅炉中化石燃烧，而核电厂的热能来自于核反应堆中的核裂变反应。

4.简述核电厂的基本类型以及分类的依据。

(核能p47-49)
通常可根据中子慢化剂和冷却剂的不同把反应堆分成多种类型。

1.轻水堆
采用轻水作慢化剂和冷却剂。

轻水堆包括轻水压水堆和轻水沸水堆，是核电厂采用的最主要的堆型。

2.重水堆
重水堆采用重水作为慢化剂，重水或轻水作冷却剂。

3.石墨气冷堆
采用石墨作中子慢化剂，气体作冷却剂。

4.石墨水冷堆
5.快堆
也称为快中子增殖堆。

这种反应堆不用慢化剂，而主要使用快中子引发核裂变反应。

快中子增殖堆不用慢化剂，堆芯体积小、功率大，要求传热性能好、又不慢化中子的冷却剂。

目前主要采用液态金属钠和高温高速氦气两种冷却剂。

5.核反应堆的用途很广，可以分为哪两大类？
一是利用反应堆中核裂变反应的能量，
二是利用反应堆中核裂变产生的中子。

6.在核电厂中，反应堆和蒸汽发生器以及气轮机发电机所在的部位被
分别称为什么？（核能P45）
反应堆和蒸汽发生器所在部分称为核岛，气轮机和发电机所在的部位称为常规岛
7. 熟悉压水核反应站的原理图，并分析两回路系统的工作过程。

（核能P51，个人觉得这个答案就凑合。

）
•对最常采用的压水堆核电厂，通常采用两回路，以屏蔽放射性物质。

典型的核岛包括蒸汽生成、供应系统、安全壳喷淋系统和辅助系统。

一回路的主要设备包括反应堆堆芯、反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主循环泵及管道。

•一回路中冷却剂将反应堆堆芯产生的热能携带到蒸汽发生器，传给二回路，产生蒸汽。

稳压器用于维持一回路压力的稳定和补偿水在冷态和热态时的体积变化。

•安全壳喷淋系统由两条独立的管线组成，当反应堆发生失水事故时，一回路的高温高压水漏到安全壳中，安全壳是密封的，所以安全壳的压力和温度会升高，安全壳喷淋系统的主要作用是喷淋冷却水降低安全壳的温度，使水蒸气凝结成水，从而降低安全壳的压力。

二回路与普通电站差不多，由汽轮机，回热加热器，再热加热器，汽水分离器，凝汽机和水泵等组成回路，完成中间再热，多级回热的蒸汽动力循环。

8. 最常用的反应堆控制方法是什么？它有哪三种类型？简述这三种类型的不同。

•最常用的反应堆控制方法是使用控制棒。

控制棒由可强烈吸收中子的材料制成，可利用控制棒在堆芯结构内的插入和提出，调节反应堆中的中子吸收速率。

•控制棒可分为三种类型，即安全棒、补偿和调节棒。

•1)安全棒用于事故的紧急停堆有较强的中子吸收能力，运行时全部抽出堆芯，事故时可迅速插入堆芯，紧急停堆。

•2)补偿棒在运行中可抵消一部分后备反应性，中子吸收能力强，移动速度缓慢，在反应堆运行过程中逐步抽出，用于补偿由于燃耗、中毒、结渣、温度效应等引起的反应性降低。

•3)调节棒用于调节反应堆的功率，抵消运动时各种因素引起的反应性波动，使反应堆达到并保持在所需的水平。

中子吸收能力可略低，要求移动灵活，调节过程的动态品质要好。

9. 简述核电站建设中有哪些必要防护措施？（书核能P50，P83）
核电站的防护措施：
为了防止裂变产物和放射物质的逸出，核岛通常设有三道屏障。

1)第一道屏障——燃料元件包壳。

2)第二道屏障——反应堆冷却剂的压力边界，包括一回路的管道、容器、泵等相关。

3)第三道屏障——安全壳。

既可以提供有效的环境辐射防护，也可以保护一回路设备免受来自外
部的破坏。

针对外部破坏，安全壳普遍设计为可以抵御军事和商业飞机的撞击而提供有效保护。

常规运行时的安全措施
核电厂的安全措施通常十分严格，辐射屏障在设计上可以完全防止放射性物质的溢出，同时还要进行辐射检测。

屏蔽材料通常为普通混凝土和水，局部部位采用重混凝土、石墨、石蜡、硼刚和铝板等。

为了保证安全，对核电厂内的辐射物质和射线及周边环境进行全面的检测。

10.概述反应堆的基本结构以及各机构的特点和作用。

（书核能P50）
压水反应堆的主要部件有反应堆堆芯、反应堆内支撑结构、反应堆压力壳、控制棒驱动机构。

1.反应堆堆芯
特点：是发生裂变反应、释放热量、生产强放射性的核心区域。

2.反应堆堆内支撑结构
特点：结构复杂，尺寸大，精度高，工作条件苛刻。

作用：支撑燃料组件并限制其移动；使控制棒和燃料组件保持一致；对冷却剂导热；对堆内测量仪器提供支撑和导向
３．反应堆压力壳
特点：承压，高温，耐腐蚀，工作时间长（３０～４０年）
作用：放置堆芯和堆内组件，防止放射性物质外泄
４．控制棒驱动机构
特点：动作频繁，要求可靠性高；快速停堆时反应迅速，完成动作在２ｓ内。

作用：控制反应堆的启动、功率调节、停堆及事故情况下的安全控制（紧急停堆）。

11．简述核电厂的特点。

•和常规火电相比，核电厂的突出特点是使用核燃料，因此核电的发展必然要建立在核燃料开采、加工的基础之上。

而核燃料裂变之后会生成大量的强放射性产物，辐射防护和反射性废物的收集、处理是核电厂的重要特点。

12.在核电技术在实际开发中，已经形成了哪两条技术路线？
实际中形成了两条技术线路：
一条是降低燃料元件线功率密度的同时，增加安全系统的冗余
度，提高安全性，ＡＢＷＲ、ＳＹＳＴＥＭ８０+、ＥＰＲ是这种技术的代表，这种技术称为改良型。

另一条技术路线是在降低线功率密度的同时，主要通过采用非能动安全技术增加核电厂的固有安全性功能，简化系统设计。

提高安全性的同时，使其经济性不受损失甚至有所改善。

典型的设计有ＡＰ６００及其改进ＡＰ１０００，这种技术称为革新型。

13.概述第三代核能系统的典型技术。

(这个题的答案找得我吐血了，要是考了，大家就随意发挥吧。

)
第三代核能系统是目前已经成熟的核电技术，它总结了第二代核能技术的优劣，提高了系统的安全性和经济性，更适合于标准化、规模化发展。

（一）沸水堆---ABWR和ESBWR
先进沸水堆(ABWR) 通用电器(GE)公司为主设计的堆型，单堆设计电功率在1350~1600MW，其设计基于传统的沸水堆(BWR)设计和多年运行经验，属于第三代先进核反应堆，ABWR也是一个已经完成了全部工程设计、有实际建造和运行经验的第三代核反应堆，其第一台机组于1996在日本建成投入运行。

ESBWR的特点：
１）燃料组件。

ESBWR反应堆的燃料组件为10×10燃料棒
管束，长度为标准燃料棒长度的2/3.
２）压力容器。

采用自然循环，ESBWR取消了原油BWR循环中使用的一些安全相关系统，提高了系统的安全性。

３）控制驱动系统。

在ESBWR中使用电力和水力双重驱动。

４）专设安全设施。

非能动专设安全设施是ESBWR安全系统的主要特点。

二）欧洲先进压水堆技术—EPR
EPR技术特点分析
１. EPR开发和设计特点
１）与现有核电厂相比，安全性从决定论和概率论两个方面考虑均有改进；
２）缓解假想的严重事故，将假想严重事故的后果限制在核电厂本身内；
３）在经济上，发电成本可和其他一次能源进行竞争。

２.EPR在核燃料循环方面的技术特点。

１）提高核燃料利用率，促进核电可持续发展。

EPR可以使用一些现有设施，采用延长寿命高放废物玻璃燃料固化及铀－钚燃料在循环等方法确保对乏燃料及其他废物和材料进行适当的管理。

２）EPR在核燃料循环方面的特点。

EPR通过对二氧化铀燃料进行优化使用，以及采用灵活的换料周期来提高反应堆的运行效果。

通过实施二氧化铀和MOx管理，在中子、能量和燃耗率增加的同时渐少废物的产生。

3. EPR在核安全方面的设计。

１）针对内、外部危害采取更多的预防措施。

EPR采用了4套能动安全设备，各安全系统的冗余系列安装在4 个独立的配置分区，各分区严格分离以消除共模故障。

２）降低事故发生的频度
３）应对超设计基准（严重）事故的安全特性。

包括：排除严重事故时氢的爆炸；反应堆容器破裂、堆芯融化时仍然可以有效控制和冷却熔融物；避免可能的压力容器破裂出现高压熔化喷射；
安全壳设计余热排除系统，在事故状态下提供冷却；在安全壳内，一回路的任何泄漏都将得到可靠收集和控制。

（三）西屋公司的AP1000技术
AP1000的经济性
（１）与AP600相比，AP1000发电成本进一步降低。

（２）经济性分析。

1) AP1000在设计采用上了成熟的部件，各种设备、部件都具有可靠性记录。

２）AP1000设计简洁，由此降低了运行及维护成本，因此也减少了人员的数量。

３）基于简化设计和模块化设计，机组的造价大幅降低，工期缩短。

三、太阳能
1.概述太阳能发电的两种主要形式。

•太阳能发电的方式有两种，即热力发电和光伏发电。

2. 概述硅太阳能电池的基本工作原理。

（一）光生伏打效应
当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化
而产生电动势和电流的一种效应。

在气体、液体和固体中均可产生这种效应，但在固体特别是半导体中，光能转换成电能的效率特别高。

半导体将太阳能转换成电能过程主要包括以下四点：
☐太阳光照射到半导体表面
☐半导体吸收一定能量的光子，激发出光生载流子
☐载流子在p-n结作用下，产生光生电动势
☐通过外接负载，形成光生电流，获得功率输出
（二）太阳能电池的基本工作原理
●太阳光照射p-n结，在半导体内产生电子-空穴对
●在势垒电场的作用下，电子驱向n区，空穴驱向p区
●在p-n结附近产生与势垒电场相反的光生电场
●光生电场一部分抵消势垒电动势，剩下的部分使p区带正电，
n区带负电
●在n区与p区之间的薄层产生了光生伏打电动势
●当外电路通过电极接通时，便有电能输出
3. 概述平板型太阳能集热器与聚焦型集热器的区别及特点。

平板型太阳能集热器
•集热器是把一种太阳辐射能转化为集热器内载热介质的热能的换热器。

•平板型集热器不必跟踪太阳，使用、维护简单方便；投资少；它可以接受直接辐射，也可以接受漫射辐射。

不过平板型集热器不能提供高辐射强度，只能提供中、低温栽热介质，主要用于供暖、空调等方面。

聚焦型集热器
•如果要提高太阳辐射能量密度，需要采用聚焦型集热器。

•聚焦型集热器可以增大能量密度，从而减小集热器本身的面积，减少散热损失，提高载热介质的温度。

其缺点是造价高，机构复杂。

•聚焦型集热器组成：聚光器、接收器、跟踪系统
4. 简述太阳能热电站的供热系统与热功转换系统的作用。

•太阳能热电站可以分为供热系统和热功转换系统两个部分：
•供热部分是太阳能收集、光热转换装置，可以采用各类型的集热器，从技术经济的角度来看，目前主要采用柱形抛物面集热器。

•热工转换系统与常规火电厂类似，也是以朗肯循环为基础的有再热、回热的蒸汽动力循环系统。

为了弥补太阳能时间分布的不均匀性，通常需要蓄能装置或者与其他能源联合循环
5. 概述大气层对太阳能有哪些削弱作用？
大气层对太阳辐射的削弱作用
１．吸收作用
•太阳辐射穿过大气层的时候，光谱中的短波成分如X射线和γ射线，被电离层吸收；臭氧层对紫外区域的辐射有选择性吸收的作用；更地层的二氧化碳和水蒸汽等多原子气体，对长波辐射（红外线）具有强吸收作用，长波份额到达地面的很少；大气中的固体灰尘对所以波长的太阳辐射都具有连续性吸收作用。

２．散射作用
•大气中的水滴和固体颗粒对太阳辐射中波长大于0.69um的红外区具有连续性的散射作用，到达地面的辐射能波长主要集中在0.29~2.5um之间。

３．慢反射作用
•大气中的固体灰尘对太阳辐射具有漫反射作用。

•由于大气层对太阳辐射的削弱作用，使太阳辐射衰减，衰减的程度与太阳辐射在大气中穿行的距离有关，同时也与辐射所穿行的大气特性（清洁程度）有关。

•一个标准大气质量定义为当太阳在天顶时，太阳辐射到达海平面高度时在大气中穿行的距离。

6．简述离网型太阳能光伏发电系统的各个组成部分的作用,并用简图表示该发电系统的构成。

主要由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等部分组成，可分为直流系统、交流系统和交、直流混合系统
太阳能组件的功率一般是几瓦、几十瓦、100-30瓦，是可以作为电源使用的最小单元，为了获得较高的电压和电流，可以把多个太阳能组件组成太阳能电池方阵
控制器是光伏发电的核心部件之一，应具有以下功能：
●信号检测
●蓄电池最优充电控制
●蓄电池放电管理
●设备保护
●故障诊断
●运行状态指示
蓄电池：作用是储存太阳能电池发出的电能并随时向负载供电
逆变器：将直流电变换成交流电的设备
7.概述塔式、槽式、蝶式太阳能热发电系统的优缺点。

•三种系统比较：
塔式效率高，槽式成本低，碟式单机可标准化生产，三种方式各自优势明显，同时缺点也很明显：塔式一次性投入大，槽式相对塔式和碟式效率较低，碟式单机规模很难做大。

目前来说，塔式和碟式尚处于研究、开发、示范阶段，槽式已经是最成熟的商业化技术。

8.概述太阳能光伏发电的优缺点。

太阳能光伏发电的主要优点为：
（1）结构简单，体积小且轻；
（2）易安装，易运输，建设周期短；
（3）使用方便，，维护简单，在-50℃~-65℃温度范围均可正常工作；
（4）清洁能源，安全，无噪声，零排放；
（5）可靠性高，寿命长；
（6）太阳能几乎无处不有，所以光伏发电应用范围广；
（7）降价速度快，能量偿还时间有可能缩短；
（8）可以与蓄电池相配组成独立电源，也可以并网发电。

太阳能光伏发电的主要缺点是：
（1）太阳能能量密度低，覆盖面积大；
（2）光伏发电具有间歇性和随机性；
（3）各个地区太阳能资源情况不通，所以光伏发电区域性强；
（4）太阳能电池与太阳能逆变器转化效率不是很高，还需要技术上的突破。

9.概述太阳能光伏发电系统设备构成。

一、离网型太阳能光伏发电系统的组成
主要由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等部分组成，可分为直流系统、交流系统和交、直流混合系统
二、联网型太阳能光伏发电系统的组成
典型的宅联网光伏系统主要由：太阳能电池方阵、联网逆变器和控制器3大部分组成
四、风能
1. 什么是风能利用系数？它的大小主要有什么因素决定？
.风能利用系数Cp
风能利用系数定义为风轮机的风轮能够从自然风能中吸收的能量与输入风能之比。

风能利用系数可表示为
对实际有用的风轮机来说，风能利用系数主要取决与风轮叶片的气动和机构设计及制造工艺水平。

2. 简述典型的风力发电装置的主要构成。

•风力发电装置
•风力发电装置包括风轮机（风力机）、传动变速机构和发电机三个主要部分。

•其中风轮机是发电装置的核芯，风轮机大体上分为两种：
•一种是桨叶绕水平轴转动的翼式风轮机，另一种是桨叶绕垂直轴转动的风轮机，实际上，目前并网发电的风轮机主要是三叶式绕水平轴转动的翼式风轮机。

3.分析永磁直驱变速恒频风力发电系统并网变流器的工作原理，并画出其拓扑结构图。

电机侧采用ＰＷＭ整流，实现ＡＣ／ＤＣ稳压及升压变换，直接形成直流，再经ＰＷＭ逆变变流单元变换成稳定电压和频率的三相交流电，输送到电网。

整流器和逆变器结构完全相同，通过直流母线以背靠背形式组合在一起，构成双ＰＷＭ控制。

它实质是一种交直交的电压源型四象限变流器，可以实现能量的双向流动。

输出波形近似正弦，具有谐波小，效率高的特点。

4.简述双馈变速恒频风力发电系统的优缺点，并用简图表示其构成。

优点：双馈变速恒频风力发电系统能够实现最大风能捕获和定子输出无功的调节。

双馈变速恒频风力发电系统中定、转子的功率流向可以双向流动，从而具有四象限运行能力。

具有再生制动功能、动态响应快。

功率因数高。

在双馈风电系统中，发电机与网侧是柔性连接关系，可通过调节转子励磁电流
实现软并网，避免并网时发生的电流冲击和过大的电压波动。

缺点：双馈式驱动方式中由于风力机和发电机之间变速齿轮箱的存在，造成噪音大、机械磨损高的缺点。

5. 简述并网型风力发电系统的构成以及各个组成部分的作用。

•风力机：把风能转化为动能。

•齿轮箱：将风力机的低转速转化为发电机运行所需高转速。

•发电机：把风力机输出的机械能转变为电能。

•发电机：侧变流器将发电机发出的变频交流转换为直流。

•直流环节：电压控制一般为恒定。

•网侧变流器：使直流电转变为三相正弦波交流电，并能有效的补偿电网功率因数。

•变压器：把电能变为高压交流电。

6.在变速恒频风电系统中主要有哪几种风力发电系统？概述各风力发电系统的特点。

•在变速恒频风电系统中，主要有以下几种风电系统：
(1)永磁直驱风力发电系统;
(2)绕线转子型异步双馈风力发电系统;
(3) 异步电机风力发电系统;
(4)无刷双馈风力发电系统;
目前应用较为广泛且较有发展前景的主要是双馈式和永磁直驱式。

永磁直驱式风电系统是未来风电系统发展的一个重要方向。

•特点：(1)永磁直驱风力发电系统
优点：风轮与永磁同步发电机直接相连，无需升速齿轮箱。

转子为永磁式结构，无需励磁绕组，因此不存在励磁绕组的损耗，提高了效率。

转子上没有滑环，运行更加安全可靠。

•缺点：永磁体增加了电机的成本，永磁物质具去磁性，并且电机的功率因数不可控。

•(2)绕线转子型异步双馈风力发电系统
优点：减小了逆变器损失，因为逆变器功率只需为整个系统总功率的1/4，这是因为变流器只需要控制转子滑差功率。

减小逆变器和电磁噪声滤波损失。

在外部扰动下，双馈电机具有更好的鲁棒性和可靠性。

缺点：就是双馈电机使用滑环，需要定期维修，这极为不方便，尤其是用于海上风力发电时。

•(3) 异步电机风力发电系统
优点：异步电机相当结实，无电刷，可靠，经济而普遍。

整流器可产生用于电机的可调励磁。

快速瞬态响应。

当有剩余容量时，逆变器可作为无功或谐波补偿器。

缺点：复杂的系统控制（FOC），其性能依靠对于电机参数的了解，而电机参数是随温度和频率而变化。

为满足电机磁场需要，定子侧变流器容量要比额定功率高30~40%。

•(4)无刷双馈风力发电系统
这种采用无刷双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，降低变频器的容量外，还可实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。

同时发电机本身没有滑环和电刷，既降低了电机的成本，又提高了系统运行的可靠性。

7.概述风电对电网运行的影响。

•随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网的影响也越来越受到人们的广泛关注。

风力发电原动力是不可控的，它的出力大小决定于风速的状况。

从电网的角度看，并网运行的风电机组相当于一个具有随机性的扰动源，会对电网电能质量和稳定性等方面造成影响。

(1)电压波动和闪变
(2)谐波污染问题
(3) 对电网稳定性的影响。