电力电子技术在能源方面的应用

2010年第4期漳州师范学院学报(自然科学版)No.4.2010年（总第70期）JournalofZhangzhouNormalUniversity（Nat.Sci.）GeneralNo.70班级:12电本x序号:11学号:1205000xxx姓名:xx电力电子技术在能源方面的应用xx(闽南师范大学物理与电子信息工程系,福建漳州363000)摘要：摘要：电力电子技术在新时期中对科技进步和经济建设中将发挥越来越重要的作用。随着不可再生资源消耗和环境污染日益严重，国家及社会对风能发力、太阳能光伏发电等新能源开发利用越来越广。关键词：电力电子技术；新能源；开发；利用；可持续发展中图分类号:TP137文献标识码:AElectronicpowertechnologyinthefieldofenergyapplicationsWei-Wu（DepartmentofPhysicsandElectronicInformationEngineering,ZhangzhouNormalUniversity,Zhangzhou,Fujian363000,China）Abstract:Powerelectronicstechnologyinthescientificandtechnologicalprogressandeconomicdevelopmenttoplayanincreasinglyimportantroleinthenewera.Withthenon-renewableresourceconsumptionandenvironmentalpollutionisworsening,thestateandthecommunitytothenewforcewindenergy,solarphotovoltaicpowergeneration,exploitationandmorewidely.Keywords：Powerelectronicstechnology;newenergy;development;utilization;sustainabledevelopment引言：随着经济的快速发展和社会的全面进步，我国的能源供应和环境污染越来越突出。石油、煤炭资源不但日渐消耗缩减，而且严重的污染了环境，故而新能源、新材料的开发与利用迫在眉睫。随着科技发展，在新能源的利用中，电力电子技术扮演者重要的角色，新能源、新材料市场巨大，处于快速发展时期。电力电子技术自上个世纪中期诞生以来得到了迅速的发展，在国民经济中已经具有十分重要的地位，目前约75%以上的电能须经电力电子处理以后才能投入使用，面临的环境和能源问题也需要高效的发电、电力变换和控制技术来解决，因此电力电子技术作为一项基础技术越来越重要。电力电子技术行业主要涉及三个领域：电力电子元器件、电力电子装置、电力电子技术的应用。电力电子技术在新能源和新材料行业中的应用效果(1)节能效果明显电子电力技术天生具有节能的效果，现阶段我国的能源总产量中，煤炭占67％、石油占22.7％、其余大多来自水电等发电方式。将电力电子技术应用在新能源系统中，发展风能、光伏等清洁能源，节能效果非常明显，能有效改变我国以煤炭为主的能源结构。(2)绿色可靠采用全新电力电子装置，如有源电力滤波器(APF)或PWM整流器，可以实现接近1的功率因数和接近0的谐波含量，实现对电网的零污染。若采用电力电子器件开发无触点开关等，不但可大大降低用电设备的起停冲击能耗，还可延长设备的使用寿命，充分体现了电力电子装置的可靠性。(3)精确控制与自动化早期的控制电路使用分立元器件，属于模拟控制电路，系统的参数由各分立元件的参数决定，存在元器件数量多、控制收稿日期：2014-12-30作者简介：xx(1993-),男74漳州师范学院学报（自然科学版）2010年精度低、动态响应慢、系统的调试复杂、灵活性差、参数整定不方便、温度漂移严重、容易老化、参数的稳定性差等缺点，导致电源系统在环境条件稳定的实验室工作尚可，难以在复杂工况条件下可靠运行。现阶段主要的新能源方案一、风力发电风能是洁净的，可再生的，储量很大的低碳能源，为了缓解能源危机和供电压力，改善生存环境，在20世纪70年代中叶以后受到重视和开发利用。风力发电是可再生能源领域中除水能外，技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之目前我国主要的能源是火力发电、水力发电、核能，风力发电的成本比核电要低。风力发电相对于太阳能、生物质能等其它可再生能源技术更为成熟、成本更低、对环境破坏更小。在过去20多年里,风力发电技术不断取得突破,规模经济性日益明显。随着风力发电技术的改进,风力发电机组将越来越便宜和高效。增大风力发电机组的单机容量就减少基础设施的投入费用,而且同样的装机容量需要更少数目的机组,这也节约了成本。随着融成本的降低和开发商的经验丰富,项目开发的成本也相应得到降低。风力发电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。国际能源专家预言:21世纪是风力发电的世纪。可以说,绿色能源———风力发电将为人类最终解决能源问题带来新的希望。目前风力发电通常有三种运行方式：1.独立运行2.联合供电方式3.并网型风力发电运行方式，这是风力发电的主要运行方式。风力发电系统示意图大部分可再生能源和其他分布式发电系统产生的电能通常都是不稳定的，如果不加控制和调节，就会对电网造成严重的冲击，同时为了保证将尽可能多的有功能量送人电网，风力发电系统还必须有储能环节，并需解决存储能量再次转化的问题。上述这些过程都需要利用电力电子技术对其进行控制。风能取之不竭,耗之不尽。合理利用风能,既可减少环境污染,又可减轻越来越大的能源短缺所造成的压力。发展风电有利于调整能源结构:电源结构中75%是燃煤火电,增加风电等洁电源。尤其在减少C02等温室气体排放,缓解全球气候变暖方面,风电是有效措施之一。发展风电是解决我国能源供应不足的有效途径之一。就社会效益来讲,开展风力发电技术的研究有助于解决我国乃至全世界范围内的能源短缺的问题。二、太阳能发电太阳能是取之不尽，用之不竭的能源。太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。中国的太阳能资源至少是风能资源的100倍，每年接收的太阳能是总消耗一次能源的600倍，据统计，我国2/3以上国土面积的年日照时间在2200h以上，年辐射总量在502万kJ/m2以上，为太阳能的利用创造了丰富的资源和有利条件。目前太阳能在利用中，主要采用了三种技术：太阳能光电技术、太阳能光热技术和太阳能光伏发电技术。太阳能光电技术是指利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要。目前占主流的太阳电池是硅太阳电池，它又分单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池(总称晶体硅太阳电池)和非晶硅太阳电池。整个光伏系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。太阳能热发电技术就是利用光学系统聚集太阳辐射能，用以加热工质，生产高温蒸汽。驱动汽轮机组发电，简称光热发电技术。他与光伏发电相比，具有效率高、结构紧凑、运行成本低等优点。目前技术比较成熟且应用比较广泛的是蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥及太阳能热水器等。将光能直接转换成电能的过程确切地说应叫光伏效应。光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光第4期刘金海:Simulink自带永磁同步电动机模型矢量坐标变换分析与国产化改造75伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。国产晶体硅电池效率在10至13％左右，国外同类产品效率约12至14％。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。目前，光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电正在起步阶段。三、地热发电地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。而地热发电实际上就是这种能量的转变过程。地热能是来自地球深处的可再生热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水深处的循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。地热能的储量比人们所利用的能量总量还要多，大部分集中分布在构造板块边缘一带。地热能不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，那么热能还是可再生的。地热发电利用液压或爆破碎裂法将水注入到岩层中，产生高温水蒸气，然后将蒸汽抽出地面推动涡轮机转动，从而发电。在这过程中，将一部分未利用的蒸汽或者废气经过冷凝器处理还原为水回灌到地下，循环往复。简而言之，地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。相对于太阳能和风能的不稳定性，地热能是较为可靠的可再生能源，美国的地热能使用仅占全国能源组成的0.5%。据麻省理工学院的一份报告指出，美国现有的地热系统每年只采集约3000兆瓦能量，而保守估计，可开采的地热资源达到10万兆瓦。相关专家指出，倘若给与地热能源相应的关注和支持，地热能很有可能成为与太阳能、风能等量齐观的新能源。和其他可再生能源起步阶段一样，地热能形成产业的过程中面临的最大问题来自于技术和资金。地热产业属于资本密集型行业，从投资到收益的过程较为漫长，一般来说较难吸引到商业投资。可再生能源的发展一般能够得到政府优惠政策的支持，例如税收减免、政府补贴以及获得优先贷款的权力。在相关优惠政策的指引下，投资者们将更有兴趣对地热项目进行投资建设。地热能的利用在技术层面上有待发展的主要是对于开采点的准确勘测，以及对地热蕴藏量的预测。由于一次钻探的成本较高，找到合适的开采点对于地热项目的投资建设至关重要。地热产业采取引进石油、天然气等常规能源勘测设备，为地热能寻找准确的开采点。电子电力的可持续发展开发新能源，电力电子器件的应用和先进的控制技术是关键。将最新的电力电子技术、控制技术应用于新能源系统中，提高新能源的效率和电力变换质量、降低新能源成本，使得清洁可再生能源逐步替代传统的化石燃料，以改善人类生存的环境，提高人们的生活水平，具有重大的经济效益和社会价值。电子电力技术的发展和其他科学技术一样，是有其历史继承性的。电子电力技术的发展在整个科学技术发展历史中占有76漳州师范学院学报（自然科学版）2010年极其重要的位置。电力是现代工业的命脉；电气化程度是体现国民经济和科学技术水平的杠杆。研究、展望我国电力的可持续战略，首先要了解所面临的外部环境影响。能源是人类文明进步的最重要物质基础，电更是不可缺少的动力。我国电力的可持续发展战略的重要目标之一，是持续调整电力结构和持续推进电力体制的改革。持续调整电力结构，包括电力结构和电网结构的调整。持续推进电力结构改革，其改革的目标模式，是以市场化为基本取向的“厂网分开、竞价上网”，建立竞争有序的电力市场。我国政府相关职能部门已经采取了一系列有力措施，将发展电力电子技术作为在相当长的一段时间里的重点发展的关键技术。在国家政策强有力的推动下，电力电子技术正迎来其发展的大好时机。参考文献：[1]孙梅主编.电工学（非电类）第一版.清华大学出版社。2006年.[2]黄晞主编.中国近代电力技术发展.第一版。山东教育出版社.2006