2 概述及教學(xué)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(jīng)吸收器叫收后，轉(zhuǎn)化成熱能，產(chǎn)生高溫蒸汽或氣體進(jìn)入汽輪發(fā)電機組或燃?xì)廨啓C發(fā)電機組產(chǎn)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?zé)岚l(fā)電的研究對高等院校科研功關(guān)及教學(xué)能提供可靠的數(shù)據(jù)及模擬演示裝置。能幫助老師、學(xué)生學(xué)習(xí)和理解太陽能中高溫光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的原理及工程應(yīng)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(chǎn)企業(yè)等領(lǐng)域開展太陽能光熱轉(zhuǎn)換為主課題的教學(xué)、實訓(xùn)等領(lǐng)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(xué)、教師科研、培養(yǎng)碩士研究生 |
配合課程 | 1.電工基礎(chǔ) 2.熱儲能技術(shù)及應(yīng)用 3.新能源發(fā)電技術(shù) 4.中高溫太陽能熱利用 5.熱工學(xué)與傳熱學(xué) 6.熱能的儲存技術(shù) 7.太陽能熱水系統(tǒng) 8.大學(xué)物理 9.太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)16.太陽能利用：原理?技術(shù)?工程 10.能源工程與自動化 11.熱能動力設(shè)備與應(yīng)用 12.蒸汽輪機 |
每臺適用學(xué)生數(shù)量 | 10人 |
2 實訓(xùn)項目
1.研究太陽輻射強度與導(dǎo)熱油出口溫度的關(guān)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(dǎo)熱油入口溫度對中高溫集熱器效率的影響；
4.研究導(dǎo)熱油進(jìn)口溫度與中高溫集熱器的熱損的關(guān)系；
5.研究中高溫集熱器導(dǎo)熱油的流量與集熱器的集熱效率的關(guān)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(jié)構(gòu)及設(shè)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(yīng)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(yīng)用
12.了解掌握熱力學(xué)定律及能量轉(zhuǎn)換關(guān)系
13.了解掌握熱力學(xué)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(guān)系
17.了解不同的蒸汽壓力與汽輪機的發(fā)電效率的關(guān)系
18.掌握太陽能光熱發(fā)電的基本原理
19.熟悉實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)采集技術(shù)
2 教研平臺特點
1.該教研平臺同時具有教學(xué)實訓(xùn)功能和測試功能的特點，采用模塊化設(shè)計，自由組建相對應(yīng)的功能，不但對科研功關(guān)及教學(xué)提供可靠的數(shù)據(jù)及模擬演示裝置，而且能幫助老師、學(xué)生學(xué)習(xí)和理解太陽能中高溫光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的原理及工程應(yīng)用動手實際能力；
2.該平臺采用高溫導(dǎo)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(diào)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(dǎo)熱油的用量；在產(chǎn)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(jié)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(shù)和流量采用電動調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)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(dǎo)熱油預(yù)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(shù)參數(shù)
| 序號 | 項 次 | 主要參數(shù) | 數(shù)量 | |
| 1 | 風(fēng)力供電裝置裝置系統(tǒng) | 水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機 | 1）輸出功率：300W 2)輸出（整流）電壓：DC12V 3)葉片旋轉(zhuǎn)直徑：1.16m 4)葉片數(shù)量：3個 5)葉片材質(zhì)：玻璃纖維 6)啟動風(fēng)速：1.5m/s 7)切入風(fēng)速：2m/s 8)安全風(fēng)速：25 m/s | 1套 |
| 風(fēng)速傳感器 | 1）輸出電壓：4-20MA 2）風(fēng)杯數(shù)：3個 3）測量范圍：0-60m/s， 4）測量精度±0.3M/S | 1套 | ||
| 風(fēng)向傳感器 | 1）輸出電壓：4-20MA | 1套 | ||
| 軸流風(fēng)機 | 1）技術(shù)參數(shù) 風(fēng)量：31325m3/h 全壓：353Pa 電壓：AC380V 頻率：0-50Hz（由變頻器控制） 功率：4Kw 轉(zhuǎn)速：1450r/min 2）輔助系統(tǒng)：配置軸流風(fēng)機支架和軸流風(fēng)機防護(hù)框罩 | 1套 | ||
| 模擬風(fēng)向控制機構(gòu) | 1）減速電機：減速比：326：1 2）直流減速電機：DC24V ，100W 3）驅(qū)動鏈輪機構(gòu) 4）旋轉(zhuǎn)機構(gòu)： | 1套 | ||
| 主動偏航機構(gòu) | 1）回轉(zhuǎn)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(hù)裝置 | 鋁型材及鋼絲網(wǎng),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(jié)構(gòu)：4電橋（四象限） | 1臺 | ||
| 太陽模擬器 | 1）擺臂機構(gòu)：立式回轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)器 | 2臺 | ||
| 太陽追日機構(gòu) | 1）結(jié)構(gòu)：一體式雙軸蝸輪蝸桿減速機 2）驅(qū)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(shù)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(chǎn)品，并提供相關(guān)證明材料。 2）光譜范圍 305-2800 nm 3）響應(yīng)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(fēng)力供電系統(tǒng) | 電源控制單元 | 由漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座組成 | 1組 |
| 風(fēng)電控制電源單元 | 由漏電保護(hù)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(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，功能強大；工業(yè)級的優(yōu)質(zhì)元器件和嚴(yán)格的生產(chǎn)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(fēng)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(diào)制)方式進(jìn)行無級卸載，即可以分上千個階段進(jìn)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(dāng)蓄電池的電壓大于設(shè)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(dāng)風(fēng)機的充電電流大于設(shè)定的風(fēng)機剎車電流點時，控制器將啟動自動剎車以保護(hù)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(guān)；常半功率；光控開、光控關(guān)；光控開、時控關(guān)；光控開、時控半功率、光控關(guān)；光控開、時控半功率、時控關(guān)。通過液晶按鍵可以設(shè)定三種輸出控制方式：常開；光控開、光控關(guān)；光控開、時控關(guān)。 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(fēng)機電壓、光伏電壓、風(fēng)機電流、光伏電流、風(fēng)機功率、光伏功率、負(fù)載電流，輸出控制方式，時控輸出關(guān)斷時間，光控開、光控關(guān)電壓點，白天或夜晚指示，負(fù)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(hù)功能：蓄電池過充、過放、防反接保護(hù)；負(fù)載短路、過載保護(hù)；風(fēng)機限流、自動剎車、手動剎車保護(hù)；光伏防反充、防反接保護(hù)；防雷保護(hù)等。 7）遠(yuǎn)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(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，還可以對系統(tǒng)中風(fēng)機和負(fù)載的運行狀況進(jìn)行控制，并在故障發(fā)生時報警。 8）卸載控制方式：PWM脈寬調(diào)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(fēng)力供電控制單元 | 1）風(fēng)場運動方向：順時、逆時 | 1組 | ||
| 2）軸流風(fēng)機控制：給風(fēng) | ||||
| 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(diào)制開關(guān)頻率可選， | ||||
| 3)采用V/F控制和無感矢量控制技術(shù) | ||||
| 4)具有內(nèi)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(diào) | ||||
| 4 | 光伏供電系統(tǒng) | 電源控制單元 | 由漏電保護(hù)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(hù)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(diào) | 1套 | ||
| 5 | 逆變與負(fù)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(hù)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(fù)：11.3 V、11.0 V、 12.0 V 11）高壓報警、斷開、恢復(fù)：15.0V、15.5V、 14.5V 12)測量點外引，為觀察波形預(yù)留接口。 13)高溫報警、斷開、恢復(fù)：80°C、85°C、 70°C 14)設(shè)備輸入直流電壓范圍寬，結(jié)構(gòu)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(hù)。 15)基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)終端，通訊接口： RS485、RJ45 網(wǎng)口、Meter、RF 通訊，可擴展WIFI、GPRS；； 16）工業(yè)級產(chǎn)品設(shè)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(nèi)置時鐘：四時段精準(zhǔn)時控開關(guān)負(fù)載， 記錄實際日期的日報表； 19）內(nèi)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(guān)設(shè)置基本的工作模式 22）設(shè)計使用壽命：15年； | 1套 | ||
| 開關(guān)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(diào)制開關(guān)頻率可選， 3)采用V/F控制和無感矢量控制技術(shù) 4)具有內(nèi)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(fù)載 | 1）功率：25W 2）電壓：AC220V 3）轉(zhuǎn)速：1300rpm | 1套 | ||
| 舞臺燈光負(fù)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(biāo)，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(fēng)光互補控制器、光伏特性、風(fēng)電特性、逆變負(fù)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(fù)電壓、低壓斷開電壓、低壓斷開恢復(fù)電壓、風(fēng)光電壓、電流、發(fā)電功率、發(fā)電器、風(fēng)速、風(fēng)向、負(fù)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(fēng)力輪機產(chǎn)生的能量通過功率調(diào)節(jié)器后直流電將轉(zhuǎn)換為交流電。 蓄電池的充電控制單元對電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，限度降低這些轉(zhuǎn)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(fù)載電壓、負(fù)載電流、負(fù)載功率、、風(fēng)光電信息、負(fù)載信息的對應(yīng)實時參數(shù)。 2）分析計算出實訓(xùn)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(wǎng)孔板基本結(jié)構(gòu)： 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(wǎng)孔板，工具箱+4個滾輪 2）尺寸：800(長)×600（寬×2000(高) 3）外框架構(gòu)成： 鋁合金型材和不銹鋼材料，內(nèi)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(wǎng)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(zhì)：雙芯屏蔽線 2）紅、綠、蘭、黑等不同色號 | 1批 | |
