華中科技大學(xué)-新能源考試題

第2頁共10頁第5頁共10頁華中科技大學(xué)新能源技術(shù)復(fù)習(xí)題庫一、填空題一次能源是指直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。二次能源是指由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。終端能源是指供給社會(huì)生產(chǎn)、非生產(chǎn)和生活中直接用于消費(fèi)的各種能源。典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、蓄電池組、控制器、電力電子變換器和負(fù)載等組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)按電力系統(tǒng)終端供電模式分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，由機(jī)械、電氣和控制3大系統(tǒng)組合構(gòu)成。并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有恒速恒頻方式和變速恒頻方式兩種運(yùn)行方式。風(fēng)力機(jī)又稱為風(fēng)輪，主要有水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方法有自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)和自同步并網(wǎng)。風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方法有直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)和晶閘管軟并網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要有單位千瓦造價(jià)、單位千瓦時(shí)投資成本、財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值、投資回收期和投資利潤率。太陽的主要組成氣體為氫和氦。太陽的結(jié)構(gòu)從中心到邊緣可分為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)、對(duì)流區(qū)、和太陽大氣。太陽能的轉(zhuǎn)換與應(yīng)用包括了太能能的采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、傳輸與應(yīng)用。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池組件、中央控制器充放電控制器逆變器、和蓄電池蓄能元件及輔助設(shè)備3大部分組成。太陽電池主要有單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、非晶硅太陽電池、碲化鎘太陽電池與銅銦硒太陽電池5種類型。生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。天然氣是指地層內(nèi)自然存在的以碳?xì)浠衔餅橹黧w的可燃性氣體。燃?xì)廨啓C(jī)裝置主要由燃燒室、壓氣機(jī)和輪機(jī)裝置3部分組成。自然界中的水體在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量，稱為水能，它包括位能、壓能和動(dòng)能3種形式。水能的大小取決于兩個(gè)因素：河流中水的流量和水從多高的地方流下來。二、簡答題簡述能源的分類？答：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水力、核能、電能、太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮堋⒑司圩兡?。還可以分為：一次能源、二次能源、終端能源，可再生能源、非可再生能源，新能源、常規(guī)能源，商品能源、非商品能源。什么是一次能源？答：一次能源是指直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。什么是二次能源？答：二次能源是指由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。簡述新能源及主要特征。答：新能源是指技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，環(huán)境和社會(huì)可以接受，能確保供應(yīng)和替代常規(guī)化石能源的可持續(xù)發(fā)展能源體系。廣義的新能源包含兩個(gè)方面:1、新能源體系包括可再生能源和地?zé)崮埽瑲淠?，核能?、新能源利用技術(shù)，包括高效利用能源，資源綜合利用，替代能源，節(jié)能等。簡述分布式能源及主要特征。答：由下列發(fā)電系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)或很近的地方發(fā)電，并具有：高效的利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能生產(chǎn)熱和電；現(xiàn)場端的可再生能源系統(tǒng)；包括利用現(xiàn)場廢氣、廢熱及多余壓差來發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。特征：高效性；環(huán)保性；能源利用的多樣性；調(diào)峰作用；安全性和可靠性；減少國家輸配電投資；解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電。簡述風(fēng)產(chǎn)生的原理。答：風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，它由太陽輻射熱和地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和地表差異等原因引起的，大氣是這種能源轉(zhuǎn)換的媒介。地球表面被大氣層所包圍，當(dāng)太陽輻射能穿越地球大氣層照射到地球表面時(shí)，太陽將地表的空氣加溫，空氣受熱膨脹后變輕上升，熱空氣上升冷空氣橫向切入，由于地球表面各處受熱不同，使大氣產(chǎn)生溫差形成氣壓梯度，從而引起大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，風(fēng)是大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式。值及頻率檢測信號(hào)按一定的控制規(guī)則輸出頻率和電流的控制信號(hào)。無刷雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工況下，提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化的效率。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，由變頻器來改變控制繞組的頻率，以使發(fā)電機(jī)的輸出頻率與電網(wǎng)一致。圖4無刷雙饋異步變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)試分析大功率點(diǎn)跟蹤控制（MPPT）的控制算法中擾動(dòng)觀察法的尋優(yōu)過程，畫出其控制流程。OO△UPjPdPmaxPdPjPU△U圖5擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)MPPT的過程答：根據(jù)光伏陣列工作時(shí)不間斷地檢測電壓擾動(dòng)量，即根據(jù)輸出電壓的脈動(dòng)增量（±△U）的輸出規(guī)律，測得陣列當(dāng)前的輸出功率Pd，而被儲(chǔ)存的前一時(shí)刻輸出功率被記憶為Pj，若Pd>Pj，則U=U+△U；若Pd<Pj，則U=U-△U。試分析大功率點(diǎn)跟蹤控制（MPPT）的控制算法中增量電導(dǎo)法的實(shí)現(xiàn)過程。NNNYYNNNYYY開始檢測光伏陣列輸出電壓Un、電流IndU=0？dI/dU=-I/U?dI/dU>-I/U?Ur-△UUUr+△UdI=0?dI>0?Ur-△UUUr+△UUb=UnIb=In結(jié)束圖6增量電導(dǎo)法的MPPT控制算法流程答：由光伏陣列的P-U曲線可知，當(dāng)輸出功率P為最大時(shí)，即Pmax處的斜率為零，可得，整理可得，即為光伏陣列達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，即當(dāng)輸出電壓的變化率等于輸出瞬態(tài)電導(dǎo)的負(fù)值時(shí)，光伏陣列即工作于最大功率點(diǎn)。增量電導(dǎo)法就是通過比較光伏陣列的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來改變控制信號(hào)，需要對(duì)光伏陣列的電壓和電流進(jìn)行采樣。Un,In為檢測到光伏陣列當(dāng)前電壓、電流值，Ub,Ib為上一控制周期的采樣值。程序讀進(jìn)新值后先計(jì)算其與舊值之差，在判斷電壓差是否為零；若不為零，在判斷式是否成立，若成立則表示功率曲線率為零，達(dá)到最大功率點(diǎn)；若電導(dǎo)變化量大于負(fù)電導(dǎo)值，則表示功率曲線斜率為正，Ur值將增加；反之Ur將減少。再來討論電壓差值為零的情況，這時(shí)可以暫不處理Ur，進(jìn)行下一個(gè)周期的檢測，直到檢測到電壓差值不為零。

下圖（圖5-4）所示為沼氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的典型工藝流程，試分析此工藝流程。儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣罐沼氣沼氣熱水冷水污泥消化池加熱蒸汽排氣給水泵消音器交流發(fā)電機(jī)冷卻器供氣泵污泥投入口軟水池沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)消化池沸熱鍋爐沼氣鍋爐蒸汽平衡箱給水預(yù)熱器蒸汽送出圖典型的沼氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的工藝流程答：構(gòu)成沼氣發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備有沼氣發(fā)電機(jī)組、消化池粗氣罐、供氣泵、沼氣鍋爐、發(fā)電機(jī)和熱回收裝置。沼氣經(jīng)脫硫器由貯氣罐供給燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，從而驅(qū)動(dòng)與沼氣內(nèi)燃機(jī)相連接的發(fā)電機(jī)而產(chǎn)生電力。沼氣發(fā)電機(jī)組排出的冷卻水和廢氣中的熱量通過熱回收裝置進(jìn)行回收后，作為沼氣發(fā)生器的加溫?zé)嵩?。從廢水處理廠出來的污泥進(jìn)入一次消化槽和二次消化槽，在消化槽中產(chǎn)生的沼氣首先經(jīng)脫硫器進(jìn)入球形貯氣罐，然后由此輸送入沼氣發(fā)電裝置中。作為發(fā)電機(jī)組燃料的沼氣中甲烷的含量必須高于50%，不必要進(jìn)行二氧化碳的脫除，因?yàn)樯倭慷趸紝?duì)發(fā)電機(jī)組有利，使其工作平穩(wěn)，減少廢氣中有毒物的含量。從發(fā)電裝置出來的廢沼氣進(jìn)入熱交換器中，將熱量釋放出來，用來加熱進(jìn)行厭氧發(fā)酵的污泥，從而提高沼氣的發(fā)生率。

畫出垃圾焚燒發(fā)電控制的系統(tǒng)框圖，并分析其工作原理。答：控制系統(tǒng)中的總協(xié)調(diào)控制器需要對(duì)垃圾焚燒全過程進(jìn)行控制，包括控制方式的確定，并將逆變器控制的方式下達(dá)逆變控制器，將燃燒狀態(tài)和要求下達(dá)燃燒控制器，起到整體的協(xié)調(diào)作用。逆變控制器采集公司電網(wǎng)的電壓和相位等信號(hào)，并控制三相SPWM逆變器，實(shí)現(xiàn)同步并網(wǎng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的交變電能換成與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電后，通過逆變匹配變壓器輸送到公共供電網(wǎng)絡(luò)。而燃燒控制器采集相關(guān)的垃圾焚燒爐的溫度、鍋爐溫度與壓力、蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速及工作狀態(tài)，并控制焚燒爐排的進(jìn)給速度，保持焚燒系統(tǒng)的穩(wěn)定。下圖（圖6-4）所示為微型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組控制與電源變換系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，試分析介紹其系統(tǒng)組成和工作原理。用用戶負(fù)載K1500-1200Hz400-900v100kw三相AC/DC變換器50Hz/400v100kw三相變壓器燃料閥燃料增壓器電動(dòng)機(jī)三相AC/DC變換控制器DC/DC可逆變電路燃機(jī)控制器3kWh540V蓄電池三相DC/AC變頻器變頻控制微型燃機(jī)發(fā)電機(jī)400Hz/400v100kw三相AC/DC變換器人機(jī)操作界面燃料增壓器電動(dòng)機(jī)400Hz/400v100kw三相AC/DC變換器圖微型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組控制與電源變換系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)答：系統(tǒng)主要由微型燃機(jī)、燃料增壓泵、中頻發(fā)電機(jī)、大功率變頻電源、蓄電池、雙向DC--AC變換器、三相輸出隔離變壓器、自動(dòng)控制系統(tǒng)和人機(jī)監(jiān)控操作界面等環(huán)節(jié)構(gòu)成。

原理：在開機(jī)啟動(dòng)階段，先斷開斷路器K2、使用戶負(fù)載與逆變電源變壓器一次側(cè)隔離，閉合斷路器K1，將100kw三相DC--AC變換器的輸出和發(fā)動(dòng)機(jī)相連，利用DC--AC變換器將蓄電池的直流電逆變成三相中頻交流電啟動(dòng)中頻發(fā)電機(jī)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)微型燃機(jī)渦輪起動(dòng)；100kw的三相主AC--DC變換器采用晶閘管可控整流模式，起動(dòng)時(shí)控制系統(tǒng)將晶閘管觸發(fā)延遲角a推到1800，使晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)，100kw三相AC--DC變換器停止變換，蓄電池通過雙向DC--AC變換器向100kw三相DC--AC變換器提供直流電源，由變換器把直流電逆變?yōu)?~500Hz、400V的交流電，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作于電動(dòng)運(yùn)行模式，帶動(dòng)微型燃機(jī)軟起動(dòng)。起動(dòng)結(jié)束后K1斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)從電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，輸出500~1200Hz、400~900V的三相中頻交流電至100kw三相DC--AC變換器；經(jīng)AC--DC變換器可控整流為幅值恒定的直流電源，再經(jīng)電容濾波后，由100kw三相主DC--AC變換器將直流電壓逆變換為50Hz、400V的工頻電源；待完成起動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，K2閉合，主DC--AC逆變器通過三相隔離變壓器將50Hz、400V的工頻電能提供給用戶負(fù)載或并入公共電網(wǎng)；此后，雙向DC--AC變換器從直流母線獲取電能向蓄電池充電，蓄電池由放電轉(zhuǎn)為充電蓄能狀態(tài)，為下次起動(dòng)儲(chǔ)備能量。試分析潮汐能發(fā)電原理。答：潮汐發(fā)電是利用潮差來推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。潮汐發(fā)電必須選擇有利的海岸地形，修建潮汐水庫，漲潮時(shí)蓄水，落潮時(shí)利用其勢能發(fā)電?；鶞?zhǔn)面高度落潮時(shí)低潮高時(shí)間潮漲潮差潮落高潮高漲潮時(shí)圖潮汐過程線闡述電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉俺Ｓ梅椒?。答：作用?)減少電力損失一般工廠動(dòng)力配線依據(jù)不同的線路及負(fù)載情況，其電力損耗約2%～3%左右，使用無功功率補(bǔ)償后提高了功率因數(shù)，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。(2)改善供電品質(zhì)提高功率因數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降，提高供電設(shè)備容量的利用率。

(3)延長設(shè)備壽命改善功率因數(shù)后線路總電流