利用車輛風(fēng)能的能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究

【摘要】：為了緩解當(dāng)今社會(huì)的能源緊缺問(wèn)題,解決目前風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供能不穩(wěn)定性,本文考慮利用汽車或列車行駛引起的空氣流動(dòng)即車輛風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能來(lái)彌補(bǔ)自然風(fēng)能的不足,構(gòu)成新的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)——能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。 本文基于一定的假定條件,根據(jù)功能原理和汽車空氣動(dòng)力學(xué)理論,得到了車速和車輛(包括汽車與列車)風(fēng)速分布的定量關(guān)系,u=u0(x/*)1/7進(jìn)而通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、購(gòu)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)際測(cè)速實(shí)驗(yàn)得到實(shí)際數(shù)據(jù),并和用分析軟件SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析,對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證和校正,得到修正模型u=0.028u00.961(0.53x)5.376。 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本原理,通過(guò)簡(jiǎn)化模型、繪制網(wǎng)格,并用流體力學(xué)計(jì)算軟件FLUENT模擬,得到車輛簡(jiǎn)化模型周圍的風(fēng)速場(chǎng)分布數(shù)據(jù)。再通過(guò)程序編寫,試算風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同尺寸和不同安裝高度情況下,每輛小汽車和客車的發(fā)電能力,并根據(jù)全國(guó)高速公路平均流量水平進(jìn)行計(jì)算得到風(fēng)機(jī)每日發(fā)電能力。再根據(jù)用電荷載所需電能,對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的安置高度和尺寸進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果為：風(fēng)機(jī)葉片下邊緣高度h1=0.2m,上邊緣高度h2=0.9m,風(fēng)機(jī)葉片寬0.4m,高△h=0.7m,車輛風(fēng)能每天可供電Ev=5999.85J。 在傳統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,本文發(fā)明設(shè)計(jì)了能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng),并介紹了其技術(shù)領(lǐng)域和技術(shù)背景。該系統(tǒng)包括利用自然風(fēng)能發(fā)電的風(fēng)機(jī)、利用車輛風(fēng)能發(fā)電的風(fēng)機(jī)、染料敏化太陽(yáng)能電池、控制器、儲(chǔ)能供電裝置和逆變器。對(duì)各部件的工作原理、功能和各部件之間的連接方式進(jìn)行了描述。 本文從能量供需平衡的角度,建立能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電能力模型,可行性進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)首都機(jī)場(chǎng)高速公路的情況進(jìn)行算例分析,計(jì)算結(jié)果顯示：考慮車輛風(fēng)能的情況下,首都機(jī)場(chǎng)高速公路的照明能源完全可以依靠能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)提供。因此,該系統(tǒng)應(yīng)用于道路供能在理論上是完全可行的。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng) 能源穩(wěn)定 車輛風(fēng)能 風(fēng)機(jī)優(yōu)化 道路工程
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 選題背景9-14
• 1.1.1 風(fēng)能和太陽(yáng)能的優(yōu)缺點(diǎn)10-11
• 1.1.2 我國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源11-14
• 1.1.3 全球及我國(guó)汽車保有量的現(xiàn)狀14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 風(fēng)/光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的國(guó)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.4 流體力學(xué)計(jì)算軟件 FLUNET 應(yīng)用概況[38]19-20
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容20
• 1.3.1 研究路側(cè)車輛風(fēng)速與車速的關(guān)系20
• 1.3.2 利用車輛風(fēng)能發(fā)電的風(fēng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)20
• 1.3.3 能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)20
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線20-21
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)21-23
• 第2章 車輛風(fēng)能發(fā)電能力23-32
• 2.1 本章引論[8]4023
• 2.2 車速與車輛行駛所引起風(fēng)速的關(guān)系23-25
• 2.3 能量計(jì)算25-26
• 2.4 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)與參數(shù)校正26-31
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器選取26-28
• 2.4.2 選取實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)28
• 2.4.3 擬定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃28-29
• 2.4.4 數(shù)據(jù)處理29-30
• 2.4.5 回歸分析30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 基于車輛風(fēng)能發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)優(yōu)化32-46
• 3.1 本章引論32
• 3.2 建立簡(jiǎn)化車輛模型32-34
• 3.3 流場(chǎng)模擬34-42
• 3.3.1 計(jì)算域及尺寸參數(shù)34-35
• 3.3.2 流動(dòng)參數(shù)35
• 3.3.3 控制方程35
• 3.3.4 邊界條件35-36
• 3.3.5 網(wǎng)格劃分36
• 3.3.6 數(shù)據(jù)選取36-42
• 3.4 編寫程序計(jì)算轉(zhuǎn)換能量42
• 3.5 用電器所需能量42-43
• 3.5.1 用電器所需車輛風(fēng)能總量42
• 3.5.2 每輛車所需轉(zhuǎn)換電能42-43
• 3.6 確定 h1和 h2的最優(yōu)解43
• 3.6.1 初步試算43
• 3.6.2 細(xì)化求解43
• 3.6.3 選取最優(yōu)解43
• 3.7 本章小結(jié)43-46
• 第4章 能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)46-51
• 4.1 本章引論46
• 4.2 傳統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的基本原理與特點(diǎn)[42,43]46-47
• 4.3 能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域及背景47
• 4.4 能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)裝置說(shuō)明47-51
• 4.4.1 能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)方案47-48
• 4.4.2 具體實(shí)施方式48-51
• 第5章 能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電能力分析51-54
• 5.1 本章引論51
• 5.2 能量供需分析51-52
• 5.2.1 能量供給51-52
• 5.2.2 能量需求52
• 5.3 算例分析52-54
• 5.3.1 車輛風(fēng)能發(fā)電量53
• 5.3.2 自然風(fēng)能發(fā)電量53
• 5.3.3 太陽(yáng)能發(fā)電量53
• 5.3.4 LED 光源用電量53-54
• 第6章 結(jié)論與展望54-56
• 6.1 主要研究成果54-55
• 6.1.1 建立了車速與車輛風(fēng)速關(guān)系模型54
• 6.1.2 對(duì)利用車輛風(fēng)能發(fā)電的風(fēng)機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化54
• 6.1.3 設(shè)計(jì)了能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)54-55
• 6.2 研究展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 致謝59-61
• 附錄 A 風(fēng)機(jī)優(yōu)化風(fēng)速分布數(shù)據(jù)61-77
• 附錄 B 試算程序代碼77-81
• B.1 小汽車代碼77-78
• B.2 客車代碼78-81
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果81

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基于科學(xué)發(fā)展的甘肅風(fēng)能發(fā)展問(wèn)題研究    余艷

山東半島風(fēng)能發(fā)電引領(lǐng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略研究    陳利雯

風(fēng)光柴蓄互補(bǔ)發(fā)電集成裝備系統(tǒng)研究    王龍飛

太陽(yáng)能和風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用分析    吳新憲

風(fēng)能發(fā)電與火力發(fā)電的發(fā)展?jié)摿?duì)比研究    原博

福建省風(fēng)能發(fā)電企業(yè)的商務(wù)模式創(chuàng)新研究    胡學(xué)慶

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)研究    唐勇

氫氧聯(lián)合循環(huán)與風(fēng)能耦合發(fā)電系統(tǒng)可行性分析    蔣東方