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² 概述及教学系统规划
太阳能热发电系统是利用太阳的热能发电。通过集热装置将太阳辐射集中，经吸收器叫收后，转化成热能，产生高温蒸汽或气体进入汽轮发电机组或燃气轮机发电机组产生电能。一般包括集热系统、热传输系统、蓄储能系统、热机和发电机等。
开展新能源中没温热发电的研究对高等院校科研功关及教学能提供可靠的数据及模拟演示装置。能帮助老师、学生学习和理解太阳能中高温光热转换系统的原理及工程应用动手实际能力。适用于高等院校、高职院校的动力工程、暖通机电、能源动力和新能源生产企业等领域开展太阳能光热转换为主课题的教学、实训等领域。
主要目的 | 研究中高温集热器及热发电功能基本原理及性能 |
针对人群 | 本科生教学、教师科研、培养硕士研究生 |
配合课程 | 1.电工基础 2.热储能技术及应用 3.新能源发电技术 4.中高温太阳能热利用 5.热工学与传热学 6.热能的储存技术 7.太阳能热水系统 8.大学物理 9.太阳能热发电系统16.太阳能利用：原理•技术•工程 10.能源工程与自动化 11.热能动力设备与应用 12.蒸汽轮机 |
每台适用学生数量 | 10人 |
² 实训项目
1.研究太阳辐射强度与导热油出口温度的关系；
2.研究太阳辐射强度对中高温集热器效率的影响；
3.研究导热油入口温度对中高温集热器效率的影响；
4.研究导热油进口温度与中高温集热器的热损的关系；
5.研究中高温集热器导热油的流量与集热器的集热效率的关系
6.研究中高温槽式太阳集热器热性能的测试方法
7.掌握中高温槽式太阳集热器的组成结构及设计原理
8.掌握中高温槽式太阳集热器系统特性
9.掌握中高温槽式太阳集热器系统应用模式
10.掌握中高温槽式太阳集热器系统工作原理
11.太阳能追日系统的原理及应用
12.了解掌握热力学定律及能量转换关系
13.了解掌握热力学第二定律及系统的热力循环
14.掌握蒸汽轮机动力发电的基本原理---朗肯循环
15.研究发电的基本原理
16.了解饱和水蒸汽与温度的关系
17.了解不同的蒸汽压力与汽轮机的发电效率的关系
18.掌握太阳能光热发电的基本原理
19.熟悉实验设计与数据采集技术
² 教研平台特点
1.该教研平台同时具有教学实训功能和测试功能的特点，采用模块化设计，自由组建相对应的功能，不但对科研功关及教学提供可靠的数据及模拟演示装置，而且能帮助老师、学生学习和理解太阳能中高温光热转换系统的原理及工程应用动手实际能力；
2.该平台采用高温导热油箱与大气压相通，系统处于低压运行状态，保证了系统的安全性；
3.该教研平台具有供水的流量与过热蒸汽的温度或压力具有自动的调节功能；保证正常发电 的稳定性
4. 本系统采用了闭式循环系统，减少了导热油的用量；在产生蒸汽系统中装有太阳能专用的除垢器，起到软化水的作用，防止换热器结垢，保证了换热效率；
5.本系统部分的采用了板式换热器，占地面积小，节省空间，同时换热效果好；
6.该系统主控系统采用MISUBISHI PLC可编程程序系统，具有恒温、怛流和恒压功能，温度采用高精度PID控温技术和流量采用电动调节技术进自动控制，具有测试精度高，性能稳定，劳动效率高等方面特点；
² 教研平台组成
1.聚光集热系统
2.各级换热系统
3.TMC系列单片机采集及计算系统
4.注水流量控制系统
5.控温系统及导热油预热系统
6.TMC-PLC控制系统
7.蒸汽发电系统
8.太阳能跟踪器
9.注水冷却系统
10.电气控制系统
TMC-PT2新能源光热发电教研平台系统主要技术参数
| 序号 | 项 次 | 主要参数 | 数量 | |
| 1 | 风力供电装置装置系统 | 水平轴永磁同步风力发电机 | 1）输出功率：300W 2)输出（整流）电压：DC12V 3)叶片旋转直径：1.16m 4)叶片数量：3个 5)叶片材质：玻璃纤维 6)启动风速：1.5m/s 7)切入风速：2m/s 8)安全风速：25 m/s | 1套 |
| 风速传感器 | 1）输出电压：4-20MA 2）风杯数：3个 3）测量范围：0-60m/s， 4）测量精度±0.3M/S | 1套 | ||
| 风向传感器 | 1）输出电压：4-20MA | 1套 | ||
| 轴流风机 | 1）技术参数 风量：31325m3/h 全压：353Pa 电压：AC380V 频率：0-50Hz（由变频器控制） 功率：4Kw 转速：1450r/min 2）辅助系统：配置轴流风机支架和轴流风机防护框罩 | 1套 | ||
| 模拟风向控制机构 | 1）减速电机：减速比：326：1 2）直流减速电机：DC24V ，100W 3）驱动链轮机构 4）旋转机构： | 1套 | ||
| 主动偏航机构 | 1）回转式减速机：速比：62:1 2）直流减速电机：工作电压,DC24V、功率30w ,速比：575:1 | 1套 | ||
| 防护装置 | 铝型材及钢丝网,1m*1.8m | 1套 | ||
| 2 | 光伏供电系统 | 单晶硅太阳电池组件 | 功率：20W 误差：±5% 输出电压：17.2V 输出电流：1.17A 开路电压：21.4V 短路电流：1.27A 工作环境温度：45℃±2℃ 尺寸：450×340×25mm 总功率：40W | 2块 |
| 追日传感器 | 1）输出电压：0-5V 2）跟踪精度：1度 3）结构：4电桥（四象限） | 1台 | ||
| 太阳模拟器 | 1）摆臂机构：立式回转式蜗轮蜗杆减速机 2）电压：DC24V 3）电流：1.2A 4）功率：30W 5）灯光亮度调节器 | 2台 | ||
| 太阳追日机构 | 1）结构：一体式双轴蜗轮蜗杆减速机 2）驱动：交流电机 AC220V 3）轴数：双轴二维 | 1套 | ||
| *辐射传感器 | 1）须采气象探测中心和工程技术研究中心组织的“太阳能资源观测利用气象传感器的研制项目”验收测试报告中规定的合格产品，并提供相关证明材料。 2）光谱范围 305-2800 nm 3）响应时间 15s 4）零点偏移 <10W/㎡ 5）方位误差 <20W/㎡（1000W/㎡到80°） 6）工作温度 -40℃~+80℃ 7）辐照度 0~2000W/㎡ 8）灵敏度 7 - 14μV/W/m² 9）灵敏度温度误差 <0.1%/℃ | |||
| 3 | 风力供电系统 | 电源控制单元 | 由漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座组成 | 1组 |
| 风电控制电源单元 | 由漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯组成 | 1组 | ||
| 威伦通液晶触摸屏 | 1）尺寸：10.1" 2）TFT 彩色液晶 LED背光 | 2块 | ||
| 充放电控制器 | 1）可靠性： 智能化、模块化设计，结构简单，功能强大；工业级的优质元器件和严格的生产工艺，适合于高温、低温等相对恶劣的工作环境并具有可靠的性能和使用寿命。 2）PWM无级卸载：在风力发电机和太阳能电池板发出的能量超过蓄电池的需要时，控制系统将释放多余的能量。普通的控制方式是将整个卸荷全部接入，此时蓄电池一般没有充满，而能量却全部消耗在卸荷上，造成资源的极大浪费；即使采用分阶段卸荷，一般只能做到五六级左右，效果仍然不理想。我公司采用PWM(脉宽调制)方式进行无级卸载，即可以分上千个阶段进行卸载，边对蓄电池充电，边把多余的能量卸除，有效延长蓄电池的使用寿命。 3）采用限压限流充电模式：当蓄电池的电压大于设定的卸载开始电压点时，采用PWM限压充电模式，控制器将多余的能量卸除，以延长蓄电池的使用寿命；当风机的充电电流大于设定的风机刹车电流点时，控制器将启动自动刹车以保护蓄电池。 4）两路输出方式：每路输出均有多种控制方式可供选择。包括：常开；常关；常半功率；光控开、光控关；光控开、时控关；光控开、时控半功率、光控关；光控开、时控半功率、时控关。通过液晶按键可以设定三种输出控制方式：常开；光控开、光控关；光控开、时控关。 5）LCD显示功能：LCD以直观的数字和图形形式显示系统状态和参数。如：蓄电池电压、风机电压、光伏电压、风机电流、光伏电流、风机功率、光伏功率、负载电流，输出控制方式，时控输出关断时间，光控开、光控关电压点，白天或夜晚指示，负载状态指示，蓄电池过压、欠压指示等状态。 6）完善的保护功能：蓄电池过充、过放、防反接保护；负载短路、过载保护；风机限流、自动刹车、手动刹车保护；光伏防反充、防反接保护；防雷保护等。 7）远程通信功能：可实时监控系统的运行状态，包括控制器LCD液晶屏上显示的所有参数，通过软件可以对相关参数进行设定和修改，还可以对系统中风机和负载的运行状况进行控制，并在故障发生时报警。 8）卸载控制方式：PWM脉宽调制。 | 1套 | ||
| 直流输入单元 | 1）电流表： DC 0-5A 2）电压表： DC 0-500V 3）数据接口：RS485 | 1组 | ||
| 风力供电控制单元 | 1）风场运动方向：顺时、逆时 | 1组 | ||
| 2）轴流风机控制：给风 | ||||
| 3）偏航控制：主动、被动偏航和停止 | ||||
| 4）自动控制：启动和急停 | ||||
| 自动PLC控控仪 | 三菱 FX3U ，用于直接连接传感器和编码器. | 1套 | ||
| 变频器 | 1）交流三相AC380，50HZ,0.75KW,9A； | 1套 | ||
| 2)采用高性能DSP微处理器并采用现代*的IGBTA输出器件，脉冲宽度调制开关频率可选， | ||||
| 3)采用V/F控制和无感矢量控制技术 | ||||
| 4)具有内置通讯串口，可以和威纶通触摸屏直接通讯，功能强大。 | ||||
| 电阻 | 1）范围：0-1000Ω | 1套 | ||
| 2）带刻度，可无级可调 | ||||
| 4 | 光伏供电系统 | 电源控制单元 | 由漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座组成 | 1套 |
| 光伏控制电源单元 | 由漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯组成 | 1套 | ||
| 威伦通液晶触摸屏 | 1）尺寸：10.1" 2）TFT 彩色液晶 LED背光 | 1套 | ||
| 充放电控制器 | 同上 | 1套 | ||
| 直流输入单元 | 1）电流表：PA1951-AK1G， DC 0-5A 2）电压表：PZ195U-AK1G， DC 0-500V 3）通讯接口：RS485 | 1套 | ||
| 光伏供电控制单元 | 电池板跟踪方向：东、南、西、北 2）投光灯控制：灯1、灯2 3）投光灯运动方向：东西、 西东、停止 4）自动控制：启动和急停 | 1套 | ||
| 自动PLC控控仪 | 三菱 FX3U ，用于直接连接传感器和编码器 | 1套 | ||
| 电阻 | 1）范围：0-1000Ω 2）带刻度，可无级可调 | 1套 | ||
| 5 | 逆变与负载系统 | 逆变输出显示单元 | 1）电流表：AC 0-5A 2）电压表：AC 0-500V 3）通讯接口：RS485 | |
| 逆变控制电源单元 | 由漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯组成 | 1套 | ||
| 逆变器 | 1）额定直流输入电压： 12V 2）直流电压输入范围 9.5-15.5 V 3）持续功率@25℃：300VA 功率接线端子： 直流输入为 20-2AWG，交流输出为 22-14AWG， 4) 5秒钟功率@25℃：750VA 5)效率：93% 6)额定输出电压：220Vac±5%&110Vac±5% 7)额定输出频率：50Hz±0.1%&60Hz±0.1% 8)波形失真率：<3% 9)输出波形：纯正弦波，谐波优于市电 10)低压报警、断开、恢复：11.3 V、11.0 V、 12.0 V 11）高压报警、断开、恢复：15.0V、15.5V、 14.5V 12)测量点外引，为观察波形预留接口。 13)高温报警、断开、恢复：80°C、85°C、 70°C 14)设备输入直流电压范围宽，结构合理，尽可能减少中间环节，系统可靠、稳定、效率高、具备防反接、短路、高热等保护。 15)基于网络通讯技术的物联网终端，通讯接口： RS485、RJ45 网口、Meter、RF 通讯，可扩展WIFI、GPRS；； 16）工业级产品设计及制造：可用于工业级使用环境； 17）智能待机：自功率损耗低； 18）内置时钟：四时段精准时控开关负载， 记录实际日期的日报表； 19）内存空间大：4M字节FLASH：可以存储 至少5年以上系统运行数据； 20）2个LED指示灯：显示蓄电池、交流输出状态及故障等； 21）可以通过拨码开关设置基本的工作模式 22）设计使用寿命：15年； | 1套 | ||
| 开关电源 | 1）型号：DR-120-24 2）输入电压：220V 3）输出电压：DC 24VAC 4）输出电流：5A | 1套 | ||
| 变频器 | 1）交流三相AC380，50HZ,0.75KW,9A； 2)采用高性能DSP微处理器并采用现代*的IGBTA输出器件，脉冲宽度调制开关频率可选， 3)采用V/F控制和无感矢量控制技术 4)具有内置通讯串口，可以和威纶通触摸屏直接通讯，功能强大。 | 1套 | ||
| 电机负载 | 1）功率：25W 2）电压：AC220V 3）转速：1300rpm | 1套 | ||
| 舞台灯光负载 | LED发光灯泡 | 1套 | ||
| 阀控密封式铅酸蓄电池 | 1）容量：12V 18Ah/20HR 2）重量：1.9kg 3）尺寸：345mm×195mm×20mm | 4套 | ||
| 6 | 监控系统 | 工控机 | 包括6个串口和键盘鼠标，微软Window XP操作系统软件 | 1台 |
| 组态软件 | 组态王 | 1套 | ||
| 打印机 | HP Deskjt 1000 | 1台 | ||
| 数据采集系统 | 1）可以实时采集和保存风光互补控制器、光伏特性、风电特性、逆变负载特性数据； 2）多种而方便的外部接口： USB，LAN，RS-232C，LTP 3）实时显示蓄电池电压、超压断开电压、超压断开恢复电压、低压断开电压、低压断开恢复电压、风光电压、电流、发电功率、发电器、风速、风向、负载电量和I-V/P-V参数 | 1套 | ||
| 电源分析系统 | 1）将光伏电池模块和风力轮机产生的能量通过功率调节器后直流电将转换为交流电。 蓄电池的充电控制单元对电能进行转换，限度降低这些转换中的损耗可以提升整个能源系统的效率。能够提供多个通道的功率输入，可以测量显示阵列电压、阵列电流、阵列功率、蓄电池电压、蓄电池功率、负载电压、负载电流、负载功率、、风光电信息、负载信息的对应实时参数。 2）分析计算出实训数据报表和曲线CRV 文件，生成I-V/P-V曲线和功率点跟踪（MPPT）测试及参数历史数据； | 1套 | ||
| 7 | 自动操作实验台 | 1）竖式网孔板基本结构： 上方为整体模块代不锈钢实验面板，美观直接便利； 下方为竖式网孔板，工具箱+4个滚轮 2）尺寸：800(长)×600（宽×2000(高) 3）外框架构成： 铝合金型材和不锈钢材料，内嵌喷塑不锈钢板， 钢板尺寸：1000mm×720mm 钢板厚度：3mm 钢板孔规格： 下方孔尺寸6×10mm，孔左右间距为6mm， 上下间距为6mm且错位8mm； 4）网孔板配有推拉式抽屉，抽屉采用型材外框、2mm钢板底部； | 4套 | |
| 8 | 实验跳线及通讯电缆 | 1）材质：双芯屏蔽线 2）红、绿、兰、黑等不同色号 | 1批 | |
