高效可再生分布式發(fā)電系統(tǒng)

前言

　　可持續(xù)發(fā)展工程是21世紀(jì)的新興研究方向，發(fā)展環(huán)境友好的電力系統(tǒng)是其重要的一部分?？稍偕茉聪到y(tǒng)由于原材料不會(huì)耗盡，也不會(huì)像現(xiàn)代電力工業(yè)那樣受燃料價(jià)格和供給性的嚴(yán)重影響。在美國(guó)和歐洲，風(fēng)力發(fā)電是成長(zhǎng)性最快的發(fā)電模式，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始市場(chǎng)化應(yīng)用，無(wú)污染的燃料電池發(fā)電也啟動(dòng)在即。最新的化石燃料發(fā)電技術(shù)效率已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)鍋爐燃燒煤發(fā)電技術(shù)的兩倍，而且污染排放也非常低?！　∮谐浞值睦碛上嘈牛捍笮图惺桨l(fā)電站采用成百上千英里的輸電線路與用戶相連而構(gòu)成的傳統(tǒng)供電系統(tǒng)，必將會(huì)逐漸補(bǔ)充直至最后完全被潔凈的、小型就地發(fā)電廠而替代。分布式發(fā)電系統(tǒng)不僅降低了輸電線路的損耗和建設(shè)成本，而且可以就地利用發(fā)電過(guò)程中的廢熱，從而增加整個(gè)系統(tǒng)的效率和供電經(jīng)濟(jì)性。還有，分布式發(fā)電提高了供電的可靠性，降低了如同2003年夏季北美大停電等類(lèi)似的大面積嚴(yán)重供電故障的危險(xiǎn)性?！　∵@對(duì)于全球的發(fā)電工業(yè)而言是令人振奮的時(shí)刻。供電和用戶兩側(cè)的新技術(shù)也使得供、用電兩側(cè)都發(fā)生了結(jié)構(gòu)性的變化。發(fā)展中國(guó)家中尚有20億人口無(wú)電可用，蘊(yùn)含著極大的用電需求；而且已經(jīng)得到了越來(lái)越多關(guān)注的發(fā)電導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題都迫切地需要相關(guān)的新教材、新課程以及在新近變化的能源工業(yè)中職位需求較多、令人滿意的新一代工程師。　　本書(shū)最初是為可再生高效電力系統(tǒng)新課程而準(zhǔn)備的教材。為了便于自學(xué)，書(shū)中針對(duì)每一個(gè)主題都給出了大量的完整實(shí)用舉例，并進(jìn)行了相應(yīng)的量化分析。每一章的末尾都帶有習(xí)題，為學(xué)生提供了練習(xí)的機(jī)會(huì)，也便于指導(dǎo)教師布置家庭作業(yè)?！　”M管本書(shū)主要是面向高年級(jí)學(xué)生而寫(xiě)的，但在實(shí)際教學(xué)中可根據(jù)需要方便地調(diào)整內(nèi)容以適應(yīng)不同的授課對(duì)象。由于其他涉及本書(shū)內(nèi)容的課程主要是介紹課程本身的內(nèi)容，因此本書(shū)寫(xiě)作中盡量地保證知識(shí)體系的完備性，即書(shū)中包含了相關(guān)的發(fā)展歷史、政策法規(guī)、電力工業(yè)文檔以及電力、熱動(dòng)力、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)等大量的背景知識(shí)，以便于理解這些新的發(fā)電技術(shù)。　　工程類(lèi)學(xué)生一般都愿意使用學(xué)到的技能，動(dòng)手設(shè)計(jì)東西。因此，本書(shū)不僅介紹相關(guān)能源技術(shù)的工作原理，而且也提供了充足的技術(shù)背景來(lái)初步評(píng)估所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行特性。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)是為高效可再生分布式發(fā)電系統(tǒng)課程而準(zhǔn)備的教材。內(nèi)容主要包含電力系統(tǒng)和高效可再生分布式新能源蔭大塊。前三章主要闡述了有關(guān)電力系統(tǒng)的基本知識(shí)；為了便于非電力專業(yè)學(xué)生的自學(xué)，該部分內(nèi)容從電路的基本原理出發(fā)，由淺人深地給出了比如功率因數(shù)、三相電力系統(tǒng)、電能質(zhì)量等基本專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，也特別回顧了現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展歷程和相關(guān)政策法規(guī)的演化史；使讀者能盡快地掌握和熟悉電力系統(tǒng)的基本概念和發(fā)展歷史?！　〉诙糠謨?nèi)容主要涉及可再生高效分布式發(fā)電技術(shù)，包含第4—9章。從大型中央發(fā)電站到小型分布式發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變主要在第4章中分析，重點(diǎn)是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，也簡(jiǎn)單介紹了大量的小型高效發(fā)電技術(shù)，像微型燃?xì)廨啓C(jī)、光伏發(fā)電、微型水力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、燃料電池等。第5章重點(diǎn)介紹了實(shí)現(xiàn)最高效利用分布式能源的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，介紹了需求側(cè)的能量供給曲線以及供電側(cè)的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性分析。第6章主要介紹了風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)技術(shù)。第7章主要涉及地球上可利用太陽(yáng)能的評(píng)估技術(shù)。第8章和第9章主要介紹了將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的光伏發(fā)電技術(shù)。附錄給出了大量的英制／國(guó)際單位轉(zhuǎn)換、日照強(qiáng)度分布等實(shí)際數(shù)據(jù)，便于讀者有針對(duì)性地分析其所在地的分布式發(fā)電系統(tǒng)特性。

作者簡(jiǎn)介

　　馬斯特斯（Gilbert M.Masters），于斯坦福大學(xué)電氣工程專業(yè)獲得博士學(xué)位，在過(guò)去的25年中主要從事能源與環(huán)境，特別是高效可再生能源方向的相關(guān)教學(xué)工作。目前他是斯坦福大學(xué)土木與環(huán)境工程專業(yè)的名譽(yù)教授，已經(jīng)出版了多部關(guān)于環(huán)境工程的著作。

書(shū)籍目錄

譯者的話 前言 第1章　電路和磁路基礎(chǔ) 　1.1　電路簡(jiǎn)介 　1.2　重要電氣量的定義 　1.3　理想電壓源和電流源 　1.4　電阻 　1.5　電容 　1.6　電磁學(xué)和磁路 　1.7　電感 　1.8　變壓器 　習(xí)題 第2章　電力系統(tǒng)基礎(chǔ) 　2.1　電壓、電流的有效值 　2.2　理想正弦元件 　2.3　功率因數(shù) 　2.4　功率三角形及功率因數(shù)校正 　2.5　單相三線居民用電 　2.6　三相電力系統(tǒng) 　2.7　電源 　2.8　電能質(zhì)量 　參考文獻(xiàn) 　習(xí)題 第3章　電力工業(yè) 　3.1　發(fā)電研究的先驅(qū)：愛(ài)迪生、西屋和英薩爾 　3.2　電力工業(yè)現(xiàn)狀 　3.3　單相同步發(fā)電機(jī) 　3.4　熱機(jī)的卡諾效率 　3.5　蒸汽循環(huán)發(fā)電廠 　3.6　燃?xì)廨啓C(jī) 　3.7　聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠 　3.8　燃?xì)廨啓C(jī)與聯(lián)合循環(huán)聯(lián)產(chǎn) 　3.9　基荷發(fā)電廠、中間發(fā)電廠和調(diào)峰發(fā)電廠 　3.10　輸電與配電 　3.11　發(fā)電廠側(cè)的規(guī)章制度 　3.12　電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的出現(xiàn) 　參考文獻(xiàn) 　習(xí)題 第4章　分布式發(fā)電 　4.1　發(fā)電方式的轉(zhuǎn)變 　4.2　使用化石燃料的分布式發(fā)電技術(shù) 　4.3　聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電(CSP)技術(shù) 　4.4　生物質(zhì)能發(fā)電 　4.5　微型水電系統(tǒng) 　4.6　燃料電池 　參考文獻(xiàn) 　習(xí)題 第5章　分布式資源經(jīng)濟(jì)性分析 　5.1　分布式資源 　5.2　電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn) 　5.3　能源經(jīng)濟(jì)性 　5.4　節(jié)能特性曲線 　5.5　熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP) 　5.6　制冷、加熱及聯(lián)合發(fā)電 　5.7　分布式效益 　5.8　綜合資源規(guī)劃(IRP)與需求側(cè)管理(DSM) 　參考文獻(xiàn) 　習(xí)題 第6章　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 第7章　太陽(yáng)能 第8章　光伏材料及電氣特性 第9章　光伏發(fā)電系統(tǒng) 附錄 　附錄A　常用單位換算 　附錄B　太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖 　附錄C　晴朗天氣下的小時(shí)日照強(qiáng)度表 　附錄D　晴朗天氣下的月日照強(qiáng)度表 　附錄E　城市日照強(qiáng)度表 　附錄F　日照強(qiáng)度分布圖

章節(jié)摘錄

　　第1章 電路和磁路基礎(chǔ)　　1.1 電路簡(jiǎn)介　　你應(yīng)當(dāng)在物理基礎(chǔ)課上已經(jīng)了解了電學(xué)的基本概念，也知道如何采用實(shí)際元器件來(lái)構(gòu)成一個(gè)電路。比如圖1-1所示，可以使用一個(gè)電池、開(kāi)關(guān)、白熾燈和一些導(dǎo)線構(gòu)成一個(gè)最簡(jiǎn)單的電路。電池提供能量驅(qū)動(dòng)電子在電路中移動(dòng)，加熱燈絲，從而使燈泡發(fā)光、發(fā)熱。在這個(gè)過(guò)程中，能量從源（電池）傳遞給了負(fù)載（燈泡）。你可能也知道了電池兩端的電壓以及燈泡的阻值決定了電路中電流值的大小。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，你可能也知道只有開(kāi)關(guān)閉合之后，電路中才有電流流動(dòng)；也就是說(shuō)，只有電路形成一個(gè)完整的閉合回路，才能保證電子從電池流向燈泡，然后再流回電池。最后你可能也意識(shí)到了，連接電池和燈泡的導(dǎo)線長(zhǎng)1m還是2m無(wú)關(guān)緊要，但是如果導(dǎo)線長(zhǎng)1km，則會(huì)產(chǎn)生不同的影響?！　D1-1也給出了采用理想元件構(gòu)建的電路模型。電池建模為理想恒壓源，輸出電壓為VB，不受輸出電流i大小的影響。導(dǎo)線視為理想導(dǎo)體，忽略其電阻值。開(kāi)關(guān)動(dòng)作視為理想狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，觸頭之間不考慮電弧影響；開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，也不考慮任何開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。燈泡視為一個(gè)簡(jiǎn)單電阻，無(wú)論其流過(guò)多少電流或者工作溫度多少，阻值R均保持不變?！　∫话闱闆r下，圖1-1b給出的理想模型足以完備地表達(dá)電路特性，即當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，模型中流過(guò)燈泡的電流值足以精確地模擬實(shí)際電路中的電流。但在某些特殊情況下，該模型將不夠精確。比如，隨著輸出電流的增多或電池的老化，電池端電壓將下降。燈泡發(fā)熱后，其阻值也將變化；而且燈絲不僅有電阻值，也存在一定的電感和電容值，因此當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電流無(wú)法從零瞬間階躍至最終的穩(wěn)態(tài)值。導(dǎo)線的尺寸也可能被低估，因此電流在導(dǎo)線上也會(huì)產(chǎn)生部分功率損耗。這些細(xì)微的影響重要與否，取決于建?？疾斓膶?duì)象以及對(duì)模型精度的要求。如果必須考慮這些影響，可以根據(jù)需要修正模型，再進(jìn)行仿真分析?！　”緯?shū)的主旨是力求問(wèn)題簡(jiǎn)單化。　　……

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