利用车辆风能的能源稳定型风光互补发电系统研究

【摘要】：为了缓解当今社会的能源紧缺问题,解决目前风光互补发电系统的供能不稳定性,本文考虑利用汽车或列车行驶引起的空气流动即车辆风能转化为电能来弥补自然风能的不足,构成新的风光互补发电系统——能源稳定型风光互补发电系统。 本文基于一定的假定条件,根据功能原理和汽车空气动力学理论,得到了车速和车辆(包括汽车与列车)风速分布的定量关系,u=u0(x/*)1/7进而通过设计实验、购置实验设备、实际测速实验得到实际数据,并和用分析软件SPSS对数据进行了回归分析,对模型中的参数进行了验证和校正,得到修正模型u=0.028u00.961(0.53x)5.376。 根据风力发电机的基本原理,通过简化模型、绘制网格,并用流体力学计算软件FLUENT模拟,得到车辆简化模型周围的风速场分布数据。再通过程序编写,试算风力发电机不同尺寸和不同安装高度情况下,每辆小汽车和客车的发电能力,并根据全国高速公路平均流量水平进行计算得到风机每日发电能力。再根据用电荷载所需电能,对风机叶片的安置高度和尺寸进行优化,优化结果为：风机叶片下边缘高度h1=0.2m,上边缘高度h2=0.9m,风机叶片宽0.4m,高△h=0.7m,车辆风能每天可供电Ev=5999.85J。 在传统风光互补发电系统的基础上,本文发明设计了能源稳定型风光互补发电系统,并介绍了其技术领域和技术背景。该系统包括利用自然风能发电的风机、利用车辆风能发电的风机、染料敏化太阳能电池、控制器、储能供电装置和逆变器。对各部件的工作原理、功能和各部件之间的连接方式进行了描述。 本文从能量供需平衡的角度,建立能源稳定型风光互补发电系统的供电能力模型,可行性进行分析。通过对首都机场高速公路的情况进行算例分析,计算结果显示：考虑车辆风能的情况下,首都机场高速公路的照明能源完全可以依靠能源稳定型风光互补发电系统提供。因此,该系统应用于道路供能在理论上是完全可行的。 【关键词】：风光互补发电系统 能源稳定 车辆风能 风机优化 道路工程
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 选题背景9-14
• 1.1.1 风能和太阳能的优缺点10-11
• 1.1.2 我国的风能和太阳能资源11-14
• 1.1.3 全球及我国汽车保有量的现状14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 风/光互补发电系统的国外研究现状14-16
• 1.2.2 小型风力发电机的国内外研究现状16-17
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的国内外研究现状17-19
• 1.2.4 流体力学计算软件 FLUNET 应用概况[38]19-20
• 1.3 主要研究内容20
• 1.3.1 研究路侧车辆风速与车速的关系20
• 1.3.2 利用车辆风能发电的风机优化设计20
• 1.3.3 能源稳定型风光互补发电系统整体设计20
• 1.4 研究方法与技术路线20-21
• 1.5 论文结构21-23
• 第2章 车辆风能发电能力23-32
• 2.1 本章引论[8]4023
• 2.2 车速与车辆行驶所引起风速的关系23-25
• 2.3 能量计算25-26
• 2.4 实验检验与参数校正26-31
• 2.4.1 实验仪器选取26-28
• 2.4.2 选取实验地点28
• 2.4.3 拟定实验计划28-29
• 2.4.4 数据处理29-30
• 2.4.5 回归分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 基于车辆风能发电的风力发电机优化32-46
• 3.1 本章引论32
• 3.2 建立简化车辆模型32-34
• 3.3 流场模拟34-42
• 3.3.1 计算域及尺寸参数34-35
• 3.3.2 流动参数35
• 3.3.3 控制方程35
• 3.3.4 边界条件35-36
• 3.3.5 网格划分36
• 3.3.6 数据选取36-42
• 3.4 编写程序计算转换能量42
• 3.5 用电器所需能量42-43
• 3.5.1 用电器所需车辆风能总量42
• 3.5.2 每辆车所需转换电能42-43
• 3.6 确定 h1和 h2的最优解43
• 3.6.1 初步试算43
• 3.6.2 细化求解43
• 3.6.3 选取最优解43
• 3.7 本章小结43-46
• 第4章 能源稳定型风光互补发电系统46-51
• 4.1 本章引论46
• 4.2 传统风光互补发电系统的基本原理与特点[42,43]46-47
• 4.3 能源稳定型风光互补发电系统的技术领域及背景47
• 4.4 能源稳定型风光互补发电系统装置说明47-51
• 4.4.1 能源稳定型风光互补发电系统的技术方案47-48
• 4.4.2 具体实施方式48-51
• 第5章 能源稳定型风光互补发电系统发电能力分析51-54
• 5.1 本章引论51
• 5.2 能量供需分析51-52
• 5.2.1 能量供给51-52
• 5.2.2 能量需求52
• 5.3 算例分析52-54
• 5.3.1 车辆风能发电量53
• 5.3.2 自然风能发电量53
• 5.3.3 太阳能发电量53
• 5.3.4 LED 光源用电量53-54
• 第6章 结论与展望54-56
• 6.1 主要研究成果54-55
• 6.1.1 建立了车速与车辆风速关系模型54
• 6.1.2 对利用车辆风能发电的风机进行了优化54
• 6.1.3 设计了能源稳定型风光互补发电系统54-55
• 6.2 研究展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-61
• 附录 A 风机优化风速分布数据61-77
• 附录 B 试算程序代码77-81
• B.1 小汽车代码77-78
• B.2 客车代码78-81
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果81

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于模糊控制的风光互补能源系统    计长安;张秀彬;赵兴勇;吴浩;曾国辉;

浅谈风光互补路灯在道路照明中的应用前景    陈宇;

新型太阳能-风能混合发电系统的研制    杨苹 ,杨金明 ,张昊 ,吴捷

风-光复合发电系统的优化设计    茆美琴,何慧若

FLUNET——CFD的领跑者    郭菁 ,董素艳

太阳能风能综合发电系统在高速公路中的应用    王继芳;

染料敏化太阳能电池用固态电解质研究进展    林红;庄东填;李鑫;李下蹊;李建保;

基于multi-Agent和Petri网的分布式风光互补系统    余晓明;曾君;郭红霞;柳澹;

试析高速公路对经济发展的促进作用    任萍;王增伟;

可再生能源与可持续发展    石定寰;

浓缩风能型风力发电系统的理论与实验验证    田德;王海宽;陈松利;辛海升;韩巧丽;

分布式发电能量管理系统平台的构建与开发    汤琼

小型风力发电机永磁轴承承载特性研究    徐波

小型风力发电机起动阻力矩及磁悬浮支承的研究    王念先

农牧区离网型风力发电系统控制策略    赵强;崔畅;

地下水流动对埋地换热器影响的模拟研究    魏晋;

基于发动机动态试验台的整车排放特性研究    高翔;丁焰;谭建伟;何超;葛蕴珊;

汽车减振器相对阻尼系数的确定    顾信忠;张铁山;

基于Fluent的末制导炮弹初始段气动仿真    庞英良;宋卫东;杨晓霖;

自动转向滑模变结构控制参数选取方法    赵熙俊;刘海鸥;熊光明;龚建伟;陈慧岩;

FLUENT在汽车工业中的应用    许涛;过学迅;

轻质烷烃异构化进展述评    易玉峰,丁福臣,李术元

配电系统的可靠性分析    刘百东;

基于FLUENT的轴流式波浪能发电装置叶片角度设计    王世明;张福曦;胡庆松;

节流器类型对空气静压导轨静特性的影响分析    龙威;宗洪锋;

Distributed Generation System Development based on Various Renewable Energy Resources    

开关磁阻电机RBF神经网络滑模控制器的设计与转矩脉动优化的研究    高洁;孙鹤旭;董砚;何林;

钢筋混凝土双向偏心受力截面非线性分析    蔡銮;徐栋;

DVR逆变单元补偿方法分析与研究    徐宏;张瑚;

基于TDC-GP2的激光测距系统设计    李玉株;肖江;黄丽燕;刘君;

原位聚合制备氧化石墨烯/聚酰亚胺纳米复合薄膜    彭思敏;王世敏;万丽;董兵海;

丙烯酸改性水性聚氨酯涂料    徐锦华;

海底光缆护套层故障探测技术    殷杰;徐伟弘;王顺;张旭苹;

攀达穹顶体系设计计算前处理程序的开发    赵剑利;刘锡良;陈志华;田浩;

预应力空间网格结构优化理论及可靠性分析    张春玉

基于形态学多尺度图像分析的海藻细胞图像分割及特征提取    程军娜

长江口水沙运动及三维泥沙模型研究    刘高峰

基于CAS理论的地震紧急救援系统模型构建与模拟仿真    石云龙

ACA互连的多因素作用分析与性能优化    王正家

多屏同步三维显示技术的研究和实现    胡平平

知识型员工个人知识管理能力影响因素研究    詹越

不确定环境下的班轮企业资源管理研究    王琳

CuO-Mn_xO_y/γ-Al_2O_3催化剂的制备、表征及其催化还原NO的性质研究    李丹

水泥基压电智能器件特性分析    韩嵘

农产品冷链物流库存管理应用研究    程祥

基于时间窗口的高速公路交通分析系统研究    陈善智

植物纤维增强热塑性本薯淀粉复合材料的制备与性能研究    钟宇翔

LOFT建筑中的节能设计    俞亚明

基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析    谷骁勇

泰安山城结合部公园游人行为研究    王海波

CFRP增强高强混凝土柱延性性能研究    余文华

低碳经济背景下风力发电布局与评价研究    黄海燕

深部煤体瓦斯吸附规律的研究    年军

齿轮传动接触问题的数值模拟研究    张宛君

永磁轴承磁化方向的研究    谭庆昌,孟慧琴,修世超,彭履忠

永磁轴承的刚度研究    高刚;张钢;赵志峰;梁世颇;

磁悬浮风力发电机用磁力轴承的分析与设计    胡业发;许开国;张锦光;吕辉榜;

太阳能光伏并网发电系统的研究    王飞,余世杰,苏建徽,沈玉梁

磁极偏移削弱永磁电机齿槽转矩方法    杨玉波;王秀和;张鑫;贺广富;

小型垂直轴风力发电机在国外的新发展    杨慧杰;杨文通;

数字电力系统(DPS)    卢强

现代能量控制中心概念的扩展与前景展望    张伯明

EMS数据流管理系统的框架设计    何轶璇;罗毅;涂光瑜;

双环无源磁悬浮轴承的径向刚度研究    敏政,杨逢瑜,杨瑞,刘峰,杨洪娟

人工智能及其在风—光互补发电场中的应用研究    张伯泉

永磁轴承和导轨磁力解析模型的研究    田录林

风/光互补混合发电系统优化设计    李爽

独立运行风/光互补电站控制监测系统的研究    定世攀

我国风电产业投资战略研究    冯晖

中小型直驱式永磁风力发电机设计及特性研究    柏建龙

1kW低转速稀土永磁发电机改进设计与试验研究    王利俊

风/光互补发电系统的管理控制及系统平台研发    甘璐

永磁悬浮风力发电机转子的研究与设计    许开国

低风速条件风力发电机组的初步研究    吴正泳

宣城发展并网风能发电可能性综合分析    张民蓓;李龙;王周青;

世界风能发电进入快速发展时期    进材;

新型太阳能-风能混合发电系统的研制    杨苹 ,杨金明 ,张昊 ,吴捷

最具创意的风能发电设计    郭湘华;

新世纪的绿色环保能源    宫自强,季福坤

2003年德国风能发电量将超过水力发电量    

新型风能发电装置    刘春芳

德国:风能发电渐成规模    晓风;

浅析风能发电的现状与发展趋势    颜根英;肖贻滨;

大漠中的风能发电村    芦开文;

风能发电的环境效益分析    刘荣;丁卫颂;王天龙;

风能发电及风光互补发电系统在边际油田开发中的应用研究    张理;王春升;

风能发电在超高层建筑中的应用研究    李秋胜;李永贵;陈伏彬;赵松林;朱楚南;

太阳能风能在高速公路上的应用    曹建宏;钟铭;朱岸生;

浅说风光互补路灯    魏文信;

基于RSM与常规气象台站观测资料分析的浙江省风能资源情况研究    姜瑜君;康丽莉;张斌;滕卫平;

太阳能电池表面纳米微结构研究    李美成;

有机染料锚数对染料敏化太阳能电池性能的影响    尚会霞;罗艳红;孟庆波;占肖卫;

太阳能电池输出特性的分析及检测    张海波;

量子点敏化太阳能电池--新材料的设计、制备及器件研究    李冬梅;罗艳红;孟庆波;

太阳能、风能发电投资从概念走向实战    本报记者陈兴安

英国积极推广家用风能发电    王涛

国电集团风能发电项目落户含山    王彬

真诚赢得垂青    王喜山 特约记者 矫海

高校将加大风电人才培养    通讯员 郭耀红

全球风能发电明显提速    本报驻柏林记者　 魏爱苗

世界风能市场发展迅速    建华

全球风能发电势头迅猛    

全球风能发电势头迅猛    聂立涛

让风能发电缓解“电荒”    赵小兰

河西地区风速变化特征及风能预测方法研究    仝纪龙

反型体异质结聚合物太阳能电池的研究    陶晨

有机/聚合物太阳能电池：活性层结构、形貌及光伏性能    薛丽丽

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

聚合物太阳能电池中光吸收增强效应的研究    李国龙

聚光多结太阳能电池的设计、制备及可靠性研究    宋明辉

知识流动理论框架下的科学前沿与技术前沿研究    庞杰

有机小分子太阳能电池的效率优化及衰减性研究    邹业

太阳能电池正面银浆的制备及其性能研究    郭桂全

利用车辆风能的能源稳定型风光互补发电系统研究    陈天琦

变速恒频风力发电最大风能跟踪研究    王丽娟

基于科学发展的甘肃风能发展问题研究    余艳

山东半岛风能发电引领低碳经济发展策略研究    陈利雯

风光柴蓄互补发电集成装备系统研究    王龙飞

太阳能和风能在船舶上的应用分析    吴新宪

风能发电与火力发电的发展潜力对比研究    原博

福建省风能发电企业的商务模式创新研究    胡学庆

变速恒频双馈风力发电机控制系统研究    唐勇

氢氧联合循环与风能耦合发电系统可行性分析    蒋东方