【正文】 大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 圖 太陽能熱氣流發(fā)電運行原理圖 太陽能塔熱氣流發(fā)電系統(tǒng)包括三個主要部分：太陽能集熱系統(tǒng)、集熱型煙囪系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)。太陽能塔熱氣流發(fā)電 的運行原理如圖 所示。在地面上設(shè)置一個龐大的太陽能集熱器大棚，在太陽能集熱器的中央豎立一個高大的太陽能塔，集熱器頂棚與塔的底部緊密封接，在塔的運行原理底部安裝渦輪機，也不復雜。若采用縮小集熱棚面積，并能獲得相近的傳熱與流動特性參數(shù)的太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計，即能實現(xiàn)優(yōu)化目標 【 9】 。影響太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性的主要因素為煙囪、集熱棚、透平和系統(tǒng)效率等。 2021 年華中科技大學潘垣院士在我國大力倡導太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)并積極開展研究 。 太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)是太陽能利用發(fā)展進程中具有前瞻性的技術(shù) ，對世界化石能源替代、環(huán)境改善和生態(tài)重建等領(lǐng)域具有重要意義，故太陽能氣流發(fā)電技 術(shù)是目前太陽能研究領(lǐng)域的熱點之一。 第五章對本論文的主要內(nèi)容 進行 總結(jié)。 第三章詳細地闡述了太陽能熱氣流并網(wǎng)逆變器的主電路為三相電壓型逆變電路，以及分析了控制電路采 PWM 控制技術(shù)中的滯環(huán)比較方式的工作原理。 本文 主要 工作 第一章介紹了課題背景，以及在此背景下熱氣流發(fā)電技術(shù)國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。而且，由于集熱溫棚和地面存在高度差，正 好成為種植農(nóng)作物或進行養(yǎng)殖的絕佳空間。整個發(fā)電過程不需要燃料和冷卻水，因此不會對環(huán)境造成污染。今年年初，他們又順利在靈武市向東 5 公里處的一片沙荒地上投資興建 1000kW 太陽能熱氣流發(fā)電廠。因此，面對全球金融危機蔓延的態(tài)勢，新能源的研發(fā)和利用在寧夏顯得尤為重要。之后將近 10 年，國內(nèi)關(guān)于太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)的研究陷于沉寂。此后， 嚴銘卿與美國 Sherif 教授聯(lián)合 ,對太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的傳熱流動特性進行了理論分析，將渦輪機視為旋轉(zhuǎn)圓盤，對渦輪機區(qū)域的流動進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 出了輸出功率極值時的結(jié)構(gòu)特性，之后建立了系統(tǒng)傳熱數(shù)學模型?？偟膩碚f，目前國內(nèi)外有關(guān)太陽能煙囪發(fā)電技術(shù)研究大多集中于熱力學、能源、渦輪機等方面，有關(guān)超高聳煙囪和超大跨集熱棚的結(jié)構(gòu)研究基本空白，這嚴重阻礙了太陽能煙囪發(fā)電技術(shù)的進一步開發(fā)和推廣應(yīng)用。明廷臻等對太陽能熱氣流電站系 統(tǒng)的熱力學進行了分析，提出了能量利用度的概念，并對不同尺寸的太陽能熱氣流電站的性能進行了分析計算。代彥軍等運用一種簡化分析方法對所構(gòu)建的概念太陽能煙囪式電站的性能進行了預測，并針對寧夏地區(qū)的氣候特點，對其在銀川、平羅和賀蘭三個地區(qū)應(yīng)用的可行性做了分析。華中科技大學已經(jīng)建造了一座太陽能煙囪式發(fā)電試驗裝置，并對集熱棚和煙囪內(nèi)的傳熱和流動過程進行了數(shù)值模擬。 我國對此領(lǐng)域的研究起步較晚，對 很多人來說這還是一項陌生的技術(shù)。此外，他建議要著力推進國家重點能源基地建設(shè)把西部能源資源富集區(qū)的鄂爾多斯盆地、山西、蒙東西南、新疆等五個能源基地定位為國家重點能源基地進行重點規(guī)劃開發(fā)。國家能源局發(fā)展規(guī)劃司司長江冰在此間舉行的一個能源論壇上說，應(yīng)以掌握核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備自主制內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 造為主線 ，推廣先進成熟核電技術(shù)，大型太陽能光伏電站要逐步由工程示范向 推廣階段轉(zhuǎn)變并積極推動海上風電、先進生物燃料、電動車充電系統(tǒng)等示范工程建設(shè)，加快核電快堆技術(shù)與先進燃料循環(huán)系統(tǒng)、核聚變和可燃冰利用的研發(fā)。目前，中國年生產(chǎn)能力超過 100MW 的太陽能光伏電池制造企業(yè)已有 10 多家，已建成并網(wǎng)太陽能光伏。根據(jù)中國兩年前出臺的《百丁再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》， 2021 年，中國可再生能源 消費量要達到能源消費總量的 10%左右， 2020 年這一比例將達到 15%。石定寰說，由于中國嚴重依賴化石能源，已經(jīng)面臨著能源安全和環(huán)境污染的雙重壓力。 ” 石定寰說。 “ 中國對到 2020 年的太陽能發(fā)電規(guī)劃目標將有重大調(diào)整，包括太陽能熱發(fā)電在內(nèi)的總太陽能發(fā)電量將達到 2021 萬至 3000 萬 kW。到 2020 年，核電從現(xiàn)在的近 910 千瓦發(fā)展到 7000 萬千瓦；風能發(fā)電規(guī)模將由 3000 萬千瓦調(diào)整到 1 億千瓦 ；太陽能發(fā)電規(guī)模也將由 180 萬千瓦調(diào)整到上千萬千瓦；三大新能源作為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) ，必將成為我國下一輪經(jīng)濟發(fā)展的新引擎。 2021 年 3 月，在兩會上 ,溫家寶總理在《 政府工作報導》中提出 “ 積極發(fā)展核電、風電、太陽能發(fā)電等清潔能泉 ” 。 2021 年初，位于靈武市的全國首個太陽能熱氣流發(fā)電廠正式破土動工。目前國內(nèi)主要集中于以下幾個方面：小型太陽能熱氣流實驗 裝置的建設(shè)與實驗；太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的熱力學分析；太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的 HAG 效應(yīng)；太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)在中國部分地區(qū)的可行性研究；太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機布置方案研究；大容量商業(yè)運行太陽能熱氣流電站可行性研究。 圖 巴西 Universidade Federal de Minas Gerais 大學校園中太陽能煙囪模型 國內(nèi)太陽能熱氣流發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 2021 年，潘垣院士開始在國內(nèi)大力倡導太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)，提出建設(shè)太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)對中國能源發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的深遠影響。 2021 年，在巴西 Universidade Federal de Minas Gerais 大學校園中建造了一座太陽能煙囪模型，如圖 所示，集熱棚為玻璃纖維材質(zhì)，呈水平狀，高 ，為減少內(nèi)部空氣與環(huán)境空氣在入口處產(chǎn)生強烈的對流而損失過多的熱量，入口處高度突然降低到。 2021 年底，建造了我國第一座太陽能煙囪發(fā)電裝置。該裝置由直徑 10m 的玻璃集熱棚和高 8m、直徑 的煙囪組成 [7]。 表 微小實驗原型的結(jié)構(gòu)尺寸 年份 地點 煙囪高度（ m） 集熱棚面積（ m2） 1983 美國，康涅狄格 10 28 1985 土耳其，伊茲密爾市 2 9 1997 美國，佛羅里達 66 2021 中國，武漢 8 79 2021 巴西，貝洛奧利藏特 11 491 Kulunk 建 造的微小太陽能煙囪模型的煙囪底部渦輪轉(zhuǎn)子功率 ，輸出電功率為，煙囪底部和頂部的溫差和壓差分別為 4C? 和 200Pa[6]。作者對原裝置的結(jié)構(gòu)進行了兩次改進：增大集熱棚面積到 263m2和在自然地面上增加吸熱層。 美國佛羅里達大學校園中的裝置 [5]如圖 所示：煙囪直徑從底部的 緩緩減小到 ，渦輪安裝在煙囪出口。 b. 微小實驗原型 在實驗原型研究方面，除了 50kW 電功率的 Manzanares 實驗電站原型，另有 5 座微小實驗原型相繼建成，用于實驗研究，它們的結(jié)構(gòu)尺寸見表 。因只是暫時使用，所以沒有對煙囪的拉索采取防銹措施。在電站運行的第一年，部分塑料塊就變脆，被暴風雨戳破，而頂部的玻璃卻一直完好無損。甚至在太陽能輻射劇烈波動時，大型發(fā)電站也能夠有效的運行。這些結(jié)果表明整個發(fā)電系統(tǒng)及其組成部分是可靠的，完全能夠可靠地運行。整個電站運行 3157h 并輸出電功率到公共電網(wǎng)，其中包括 224 h 的夜晚運行時間，這也證明了地面的儲熱效應(yīng)。太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)運行的可靠性主要由全年的總運行時間決定。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 （ 3）在晚上煙囪內(nèi)仍有上升氣流，在夜晚也持續(xù)一段時間輸出電功率，這也證明了地面的儲熱效應(yīng)。一旦流速超過該臨界值，渦輪便自動開啟，產(chǎn)生電 力輸入公共電網(wǎng)。 Haaf 等 [2]和 Schlaich 等 [1,3]分析了 Manzanares 電站全天候運行的實驗數(shù)據(jù)（包括太陽輻射強度、煙囪內(nèi)上升氣流速度和輸出功率等）。 1. 實驗原型研究現(xiàn)狀 a. Manzanares 電站原型 1981～ 1982 年，在德國技術(shù)研究部資助下，芬諾沙電力公司在西班牙 Manzanares建造了一座最 大功率 50kW 的實驗電站原型 [1]，這是世界上第一座太陽能煙囪電站，其外觀如圖 所示。 此外，可再生能 源與化石能源相比最直接的好處就是其環(huán)境污染少。今后國際石油市場的不穩(wěn)定以及油價波動都將嚴重影響我國的石油供給，對經(jīng)濟社會造成很大的沖擊。由于我國化石能源尤其是石油和天然氣生產(chǎn)量的相對不足，未來我國能源供給對國際市場的依賴程度將越來越高。 太陽能發(fā)電具有布置簡便以及維護方便等特點，應(yīng)用面較廣，現(xiàn)在全球裝機總?cè)萘恳呀?jīng)開始追趕傳統(tǒng)風力發(fā)電，在德國甚至接近全國發(fā)電總量的 5%8%，隨之而來的問題令我們意想不到，太陽能發(fā)電的時間局限性導致了對電網(wǎng)的沖擊，如何解決這一問題成為能源界的一大困惑。 新能源（或稱可再生能源）主要有：太陽能、風能、地熱能、生物質(zhì)能等。國家經(jīng)貿(mào)委制定了新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā) 展的 “ 十五 ” 規(guī)劃，并制定頒布了《中華人民共和國可再生能源法》，重點發(fā)展太陽能光熱利用、風力發(fā)電、生物質(zhì)能高效利用和地熱能的利用。但這些預測結(jié)果表明了可再生能源利用技術(shù)成本將呈不斷下降的趨勢。目前可再生能源在一次能源中的比例總體上偏低，一方面是與不同國家的重視程度與政策有關(guān)，另一方面與可再生能源技術(shù)的成本偏高有關(guān)，尤其是技術(shù)含量較高的太陽能、生物質(zhì)能、風能等據(jù) IEA的預測研究，在未來 30 年可再生能源發(fā)電的成本將大幅度下降，從而增加它的競爭力。 國際能源署（ IEA）對 2021～ 2030 年國際電力的需求進行了研究，研究表明，來自可再生能源的發(fā)電總量年平均增長速度將最快。 新能源的發(fā)展趨勢 部分可再生能源利用技術(shù)已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，并在世界各地形成了一定的規(guī)模?？茖W技術(shù)的進步為人類選擇理想能源創(chuàng)造了條件并使能源構(gòu)成不斷趨于合理。從優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保護生態(tài)環(huán)境、實施經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高度展望未來，中國新能源與可再生能源的發(fā)展前景是美好的，在 21世紀前 20年將有大的發(fā)展，到 21世紀中葉將有可能逐步發(fā)展成為重要的替代能源。然而，由于技術(shù)、資金以及政策引導等方面的原因，新能源的開發(fā)步伐比發(fā)達國家明 顯滯后。燃料電池技術(shù)列入了國家九五科技攻關(guān)項目和中國科學院九五應(yīng)用研究與發(fā)展重大項目，其研究目標直指國際水平。 2021 年中國風電裝機容量新增約 630 多萬千瓦，與 2021年新增裝機容量相比增長率為 91%，累計裝機容量超過 1200 萬 kW。 我國幅員遼闊，海岸線長，風能資源比較豐富。其中風力發(fā)電裝機容量已達 104MW，太陽能光伏發(fā)電裝機容量近的 1104MW。美國、德國、瑞典、日本等國政府都大幅度增加對新能源的研發(fā)投入，并提出了中長期發(fā)展的具體目標。 自 20 世紀 70 年代以來，許多國家開展了對新型新能源的研究、開發(fā)和利用工作。礦物燃料這種上吐下瀉的弊病，是造成溫室效應(yīng)、污染環(huán)境的主要根源，已經(jīng)成為一個人類必須面臨的嚴重問題。世界非化石能源和可再生能源雖然增長很快， 但仍保持較低的比例，約為 % 。 這些能源資源豐富、可以再生、清潔干凈， 剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源， 是最有前景的替代能源。核能、太陽能即將成為主要能源。同時，由于很多新能源分布均勻，對于解決由能源引發(fā)的戰(zhàn)爭也有著重要意義。也可以說，新能源包括各種可再生能源和核能。 新能源的各種形式都是直接或者間接地來自于太陽或地球內(nèi)部伸出所產(chǎn)生的熱能。 MATLAB 。 Three Phase VoltageType Inerter。 關(guān)鍵字 ：太陽能熱氣流；三相電壓型并網(wǎng)逆變器；滯環(huán)跟蹤控制； MATLAB；仿真 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） III Three phase Voltagetype Inerter of The Solar Chimney Power Generation Abstract With lack of energy sources and worsening of ecosystem environment, many countries around the world are positively looking for a kind of sustainable developing and no pollution new energies. Solar source is used as a kind of abroad no pollution for its particular, the substitute of a kind of future the normal regulation energy of the future. The solar chimney power generation technology, a cuttingedge technology in solar utilization, has importance to fossil energy substitution, environment improvement and ecosystem reconstruction. First introduced the working principle of the solar chimney power generation technology are presented, as well as its Ramp。 本文 首先 介紹了太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù) 在 國內(nèi)外發(fā) 展現(xiàn)狀， 以及其基本原理。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） I