分布式发电及其实验系统的设计(2)

需要塔架作为支撑机构。其中风力机是将风能转化为机械能的装置，发电机将风力机提供的机械能转化为电能，两者之间由联动轴或齿轮箱相连，控制器主要负责整个系统的运行控制，包括启动、停机、偏航和最大功率跟踪等的控制。风力机的第一个气动理论是由德国的贝兹(Betz)于1926年建立的，根据贝兹理论，风能的最大利用系数约为0.593[5]。目前的风力发电研究的热点和重点是如何最大限度的将风能转化为电能和如何提高风力发电的质量。

2.3 生物质能源发电(Biomass power generation) 生物能发电是20世纪30年代发展起来的新技

术，是指利用城市垃圾、或者蔗渣、稻草、沼气等燃烧或气化发电。生物质气化发电可通过三种途径实现：生物质气化产生燃气作为燃料直接进入燃气锅炉生产蒸汽，再驱动蒸汽轮机发电；也可将净化后的燃气送给燃气轮机燃烧发电；还可以将净化后的燃气送入内燃机直接发电。在发电和投资规模上，它们分别对应于大规模、中等规模和小规模的发电。其中生物质气化内燃发电技术由于具有装机容量小、布置灵活、投资少、结构紧凑、技术可靠、运行费用低廉、经济效益显著、操作维护简单和对燃气质量要求较低等特点，而得到广泛的推广与应用。生物质气化内燃发电系统主要由气化炉、燃气净化系统和内燃发电机等组成，图3所示。气化炉是将生物质能由固态转化为燃气的装置。生物质在气化炉内通过控制空气供应量，而进行不完全燃烧，实现低值生物质能由固体向气态的转化，生成包含氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、多碳烃（CnHm）等可燃成分的燃气，完成生物质的气化过程。气化产生的燃气出口温度随气化炉型式的不同，在350℃～650℃之间，并且燃气中含有未完全裂解的焦油及灰尘等杂质，为满足内燃机长期可靠工作的要求，需要对燃气进行冷却和净化处理，使燃气温度降到40℃以下、焦油灰尘含量控制在50mg/Nm3以内，燃气经过净化后，再进入内燃机发电。在内燃机内，燃气混合空气燃烧做功，驱动主轴高速转动，主轴再带动发电机进行发电。

2.2 太阳能发电（The PV generation）

光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。它的主要部件是太阳能电池板、蓄电池、控制器和逆变器，其基本结构如图2所示。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行。

太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）和逆变器组成。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作；太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用；一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

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为了在实验室环境下构建一个可以供研究人员从事分布式能源发电实践研究的系统，本文以发展最为快速和最有发展前景的风力发电、光伏发电和沼气发电作为发电子系统，用大容量的蓄电池作为储能系统，在系统中同时存在直流负载和交流负责。系统的整体结构如图4所示，交流母线与直流母线之间由一个双向整流逆变器连接，其中交流母线与风力发电机、沼气发电机和交流负载相连，直流母线与光伏发电系统、蓄电池和直流负载相连，三个发电系统协调配合为两种负载供电，在能量有多余的时候向蓄电池充电，待能量欠缺时蓄电池也作为电源使用。把各个发电子系统、负载和蓄电池都看成一个节点，则每个节点、以及两条母线都同时受到综合监控系统的监测和控制，已达到系统能协调、稳定的运行。

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