1、電工理論與新技術(shù)電工理論與新技術(shù) 電工理論與新技術(shù)學科主要研究電網(wǎng)絡、電磁場和基于新電工理論與新技術(shù)學科主要研究電網(wǎng)絡、電磁場和基于新原理、新材料等電工新技術(shù)等的理論、方法及其應用。它既是原理、新材料等電工新技術(shù)等的理論、方法及其應用。它既是電類學科特別是電氣工程學科的基礎(chǔ)學科，又可成為邊緣學科電類學科特別是電氣工程學科的基礎(chǔ)學科，又可成為邊緣學科與交叉學科的生長點，對電氣工程學科的發(fā)展和社會進步具有與交叉學科的生長點，對電氣工程學科的發(fā)展和社會進步具有廣泛的影響和巨大的作用。廣泛的影響和巨大的作用。電工新技術(shù)的發(fā)展趨勢新理論、新原理新理論、新原理新材料新材料新技術(shù)新技術(shù)等等離離子子體體物物理

2、理放放電電物物理理電電磁磁流流體體力力學學直直線線電電機機超超導導材材料料永永磁磁材材料料半半導導體體材材料料微微電電子子計計算算機機放放電電應應用用核核聚聚變變磁磁流流體體發(fā)發(fā)電電磁磁流流體體推推進進磁磁懸懸浮浮列列車車超超導導電電工工永 磁永 磁電 機電 機與 磁與 磁體體光光電電應應用用電電力力電電子子微電微電子專子專用設用設備備數(shù)控數(shù)控與機與機電控電控制制電工電工裝置裝置CAD電 磁電 磁場 數(shù)場 數(shù)值 計值 計算算 基基礎(chǔ)礎(chǔ)主主要要分分支支電電工工新新技技術(shù)術(shù)的的分分類類 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）發(fā)電

3、系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進動力系統(tǒng)。它由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。 第一部分的主要設備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設備（包括硫的回收裝置）， 第二部分的主要設備有燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。l整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC ）發(fā)電過程向氣化爐中噴入煤粉或水煤漿、水蒸氣和來自空氣分離器的氧化劑，在高壓（23MPa）的條件下產(chǎn)生中低熱值的合成粗煤氣（CO+H2); 經(jīng)過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，生成的高溫高壓的煙氣進入燃氣輪機中膨脹做功發(fā)電。燃氣輪機排

4、氣進入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機做功發(fā)電。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)簡圖 l整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC ）發(fā)電原理 IGCC的原理是：煤經(jīng)過氣化和凈化后，除去煤氣中99以上的硫化氫和接近100的粉塵，將固體燃料轉(zhuǎn)化成燃氣輪機能燃用的清潔氣體燃料，以驅(qū)動燃氣輪機發(fā)電，再利用燃氣輪機高溫排氣經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸氣推動蒸汽輪機做功發(fā)電，即使得燃氣發(fā)電與蒸汽發(fā)電聯(lián)合起來。 l 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC ）發(fā)電技術(shù) 從總體上講，一套完整的IGCC系統(tǒng)應該包括以下三個部分：氣化部分：包括氣化爐、進料系統(tǒng)、粗煤氣顯熱回收系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)。動力部分：包括燃用清潔煤氣的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。

5、空分部分：在需要純氧做氣化劑時的深凍制氧空氣分離系統(tǒng)。l 從聯(lián)合循環(huán)的形式上看，IGCC屬于非補燃余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)，簡單地說，它是利用煤的氣化和凈化設備，將煤轉(zhuǎn)化為干凈的可燃煤氣，從而在高效且比較成熟的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)中使用，以實現(xiàn)煤的潔凈發(fā)電。總體上看，IGCC較好地實現(xiàn)了煤中化學能的潔凈轉(zhuǎn)化，并通過聯(lián)合循環(huán)實現(xiàn)了能量的高效梯級利用。l整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)主要優(yōu)點1熱效率高，目前已達50%。 2環(huán)保性能好。脫硫率9899以上，NOx排放等同于天然氣，CO2排放也較少。 3燃料適應性強，對高硫煤有獨特的適應性。 4可用于對燃油聯(lián)合循環(huán)機組及老燃煤電廠改造，達到提高效率、改善環(huán)保、延長

6、壽命的目的。 l 增壓流化床鍋爐聯(lián)合循環(huán)（PFBC）是將增壓流化床燃燒技術(shù)與高效的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合發(fā)展起來的一項潔凈煤發(fā)電技術(shù)。l 工作原理：將煤等燃料和脫硫劑一起送入壓力為1.01.6MPa的增壓流化床鍋爐中，在其中完成燃燒和脫硫過程；流化床鍋爐生成的高溫煙氣（900C左右）經(jīng)高溫除塵后直接送入燃氣輪機做功發(fā)電，并驅(qū)動壓氣機。蒸汽動力循環(huán)所需的主蒸汽則來自流化床鍋爐受熱面蒸汽側(cè)。 增壓流化床鍋爐聯(lián)合循環(huán)（PFBC）分為第一代和第二代技術(shù)。l 第一代PFBC：分別采用過鼓泡流化床和循環(huán)流化床鍋爐，都實現(xiàn)了商業(yè)運行。然而流化床屬于低溫燃燒方式，其燃氣輪機入口溫度偏低，循環(huán)發(fā)電的整體效率不

7、高，一般在41%43%左右。 l 第二代PFBC：在增壓流化床鍋爐前增加一個炭化爐，在燃氣輪機之前增加一個頂置燃燒室，煤在炭化爐內(nèi)發(fā)生部分氣化，生成低熱值煤氣和焦炭，其中焦炭送入增壓流化床鍋爐中燃燒，生成主燃氣以及蒸汽動力循環(huán)所需的主蒸汽；低熱值煤氣則經(jīng)過除塵后送到頂置燃燒室，與從鍋爐中出來的同樣經(jīng)過除塵的主燃氣混合燃燒，使進入燃氣輪機時的燃氣初溫提高到11001300C，從而將循環(huán)的總體效率提高到45%50%左右。l 增壓流化床循環(huán)（PFBC）的特點及影響因素 特點：低污染、高效率。適合于改造已有舊的蒸氣電站，即使新建電站，也由于PFBC的鍋爐壓力高、體積小，而大大減少電廠的占地面積和廠房規(guī)

8、模。 影響發(fā)電效率及功率的因素：增壓流化床燃燒鍋爐。它是整個循環(huán)的核心設備，其能量轉(zhuǎn)換的高低直接影響到系統(tǒng)的發(fā)電效率。炭化爐的轉(zhuǎn)化率。對于第二代PFBC來講，提高煤在炭化爐中的轉(zhuǎn)化率，使更多的煤能夠部分氣化為低熱值煤氣進入燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)，而非轉(zhuǎn)化的主蒸汽的能量直接進入蒸汽動力循環(huán)，有助于提高系統(tǒng)的效率。背景：目前人類使用的能源是以石油、煤炭等為代表的化石燃料為主 。然而大家都知道：第一，化石能源是一種有限的、不可再生的資源；第二，化石燃料的使用帶來了嚴重的環(huán)境問題，威脅人類的健康和生存；第三，國際石油爭奪越來越激烈。因此，開發(fā)和利用來源更為廣泛、清潔、高效的新能源刻不容緩。“氫經(jīng)濟”：氫以

9、其清潔無污染、高效、可儲存和運輸?shù)葍?yōu)點，被視為最理想的能源載體，氫能和可再生能源結(jié)合成一個完整的可再生的能源系統(tǒng)，基于這個系統(tǒng)的經(jīng)濟活動稱為“氫經(jīng)濟”。 歷史：簡單地說，燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和 電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。燃料電池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大約160年的歷 史。 燃料電池的定義及特點概念：在內(nèi)部發(fā)生與水（H2O）電解相反的反應、將此時產(chǎn)生的電流輸出到外部使用的電池。與普通電池

10、不同，無需更換電池及充電。不過，需要供給氫氣及甲醇等燃料。通過這些燃料中含有的氫（H）在燃料電池內(nèi)部與空氣中的氧（O）發(fā)生反應，在生成 H2O的同時產(chǎn)生電流。與其說是電池，倒不如說是發(fā)電機。 燃料電池的定義及特點燃料電池十分復雜，涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統(tǒng)及自動控制等學科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點。總的來說，燃料電池具有以下特點：（1）能量轉(zhuǎn)化效率高他直接將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料電能轉(zhuǎn)換效率在45%60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%40%。 （2）有害氣體x、x及噪音低,2排放

11、因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無機械振動。（3）燃料適用范圍廣。燃料電池的定義及特點（4）積木化強規(guī)模及安裝地點靈活，燃料電池電站占地面積小，建設周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨立電站都非常合適（5）負荷響應快，運行質(zhì)量高燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻率偏移和電壓波動，降低了現(xiàn)有變電設備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。 燃料電池發(fā)電基本原理 燃料電池所使用的氫燃料可以來自于任何的碳氫化合物，例如天然氣、甲醇、乙醇(酒精)、水的電解、沼

12、氣等等。由于燃料電池是經(jīng)由利用氫及氧的化學反應，產(chǎn)生電流及水，不但完全無污染，也避免了傳統(tǒng)電池充電耗時的問題，是目前最具發(fā)展前景的新能源方式，如能普及的應用在車輛及其他高污染之發(fā)電工具上，將能顯著改善空氣污染及溫室效應。 燃料電池發(fā)電基本原理l燃料電池電解反應過程表示為：l燃料電池不是儲藏而是連續(xù)輸出電能，只要燃料和氧化劑源源不斷地供給電極，就可在排除反應產(chǎn)物和熱量的過程中連續(xù)輸出電能。OHOHOHOHeHeH22222222:244:442:總反應陰極陽極燃料電池發(fā)電基本原理l燃料電池克服了普通熱機所不可避免的熱力學損失，從而超越了卡諾循環(huán)的限制，理論上可以實現(xiàn)80%的轉(zhuǎn)化效率，雖然實際運行

13、的燃料電池總的效率在45%60%之間，如果能充分利用反應過程中的生成熱，其綜合利用效率仍可接近80%，遠遠超過常規(guī)燃煤電站（35%左右）以及先進的燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)（50%左右）的發(fā)電效率。圖圖9-2安裝在美國Cinergy的Ballard燃料電池裝置 安裝在柏林的250kW PEMFC燃料電池電站l 技術(shù)思路：由于燃料電池具有高效、無污染的特點，因此人們想到將其融入先進的燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)中，從而提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，減少污染排放。該循環(huán)整合了燃料電池、燃氣輪機和蒸汽輪機三種發(fā)電方式，充分利用了煤氣化、煤氣凈化、余熱鍋爐等先進技術(shù)，即可提高發(fā)電效率，又能解決燃煤發(fā)電的污染問題，為潔凈煤發(fā)電技

14、術(shù)引出一個新的方向。l 系統(tǒng)工作過程：以清潔煤氣為燃料的燃料電池構(gòu)成了系統(tǒng)的“頂循環(huán)”：即煤在高溫高壓下氣化，生成以H2和CO為主的可燃氣體，經(jīng)凈化處理后進入燃料電池的陽極，同時作為氧化劑的空氣經(jīng)壓縮后送入燃料電池的陰極，發(fā)生燃料電池反應進行發(fā)電。燃料電池的高溫排氣或直接、或經(jīng)過燃燒加熱后進入燃氣輪機，完成“底循環(huán)”，預計該系統(tǒng)可將發(fā)電效率提高到60%。太陽能發(fā)電技術(shù)一、太陽能對于人類來講，太陽能取之不盡，用之不竭，無污染。每秒輻射到陸地表面的能量相當于全球1年內(nèi)消耗總能量的3.5萬倍；其中植物吸收的占0.015%，轉(zhuǎn)化為燃料的不到0.002%。太陽能主要利用方式二、太陽能光伏發(fā)電太陽能電池組

15、太陽能控制器蓄電池逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)組成：光伏發(fā)電系統(tǒng)組成：圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖半導體硅的光電效應 光子穿透至PN結(jié)附近，能量被電子吸收。若光子能量大于電子的逸出功，電子擺脫束縛成為自由電子，同時產(chǎn)生一個帶正電的空穴。 PN結(jié)具有由N指向P的電場，電子向N運動，空穴向P運動。表面電極為負，背電極為正。當與外負載連接時形成電流。圖2 光電效應原理太陽能電池太陽能電池太陽能電池類型單晶硅硅電池多晶硅硅電池非晶硅硅電池單晶硅太陽能電池板多晶硅太陽能電池板非晶硅太陽能電池板太陽能供電系統(tǒng)的特點 不必拉設電線，不必挖開馬路，安裝使用方便；一次性投資，可保證二十年不間斷供電（蓄電池一般為5年需更換）；

16、免維護，無污染。系統(tǒng)可分為：直流供電系統(tǒng)和交直流供電系統(tǒng)兩種。直流供電系統(tǒng)控制器作用：控制蓄電池組的放電、充電過程，防止過沖和過放；最優(yōu)化能量管理（最佳工作點跟蹤、溫度補償?shù)龋还夥到y(tǒng)工作狀態(tài)顯示；光伏系統(tǒng)信息存儲等。圖5 直流供電系統(tǒng)交直流供電系統(tǒng) 圖6 交直流供電系統(tǒng)應用實例太陽能路燈太陽能廣告牌太陽能交通燈太陽能車站太陽能電話機太陽能拖車太陽能高爾夫球車太陽能快艇太陽能飛機并網(wǎng)光伏系統(tǒng)集中式大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)（大型并網(wǎng)光伏電站）分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)（住宅并網(wǎng)光伏系統(tǒng)）并網(wǎng)光伏電站投資巨大、建設期長，需要復雜的控制和配電設備，占用大片土地，目前其發(fā)電成本遠高于目前市場電價。住宅并網(wǎng)光伏系

17、統(tǒng)，特別是與建筑結(jié)合的住宅屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，投資小，有諸多優(yōu)越性，在發(fā)達國家備受青睞，發(fā)展迅速。住宅并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要特點，是所發(fā)的電能可直接分配到負載上，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)是否允許向電網(wǎng)饋電，可分為可逆流與不可逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)u可逆流系統(tǒng)：光伏系統(tǒng)電力可逆流系統(tǒng)：光伏系統(tǒng)電力剩余剩余時送入電網(wǎng)，電時送入電網(wǎng)，電力力不足不足時由電網(wǎng)供電。時由電網(wǎng)供電。u不可逆流系統(tǒng)：光伏系統(tǒng)的發(fā)電量始終小于或等不可逆流系統(tǒng)：光伏系統(tǒng)的發(fā)電量始終小于或等于負荷用電量，電力不足由電網(wǎng)供電，即光伏系統(tǒng)于負荷用電量，電力不足由電網(wǎng)供電，即光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)形成并聯(lián)與電網(wǎng)形成并聯(lián)向負載供電。向

18、負載供電。圖7（a） 可逆流系統(tǒng)圖7（b） 不可逆流系統(tǒng)根據(jù)是否有儲能裝置，分為有儲能系統(tǒng)和無儲能系統(tǒng)。有儲能系統(tǒng)主動性強，在電網(wǎng)掉電、停電情況下可正常供電。圖8（b） 無儲能系統(tǒng)圖8（a） 有儲能（帶蓄電池）系統(tǒng)徐州光伏電站徐州光伏電站德國巴伐利亞太陽公園6.3MW太陽能發(fā)電站 美國Tucson地區(qū)4.59MW太陽能電站 深圳園博會屋頂太陽能電源太陽能熱力發(fā)電太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。目前主要熱力目前主要熱力發(fā)電裝置：發(fā)電裝置：槽式槽式塔式塔式碟（盤）式碟（盤）式槽式太陽能熱電廠 產(chǎn)能產(chǎn)能64兆瓦，可為兆瓦，可為140

19、00個家庭提供足個家庭提供足夠的電能。夠的電能。 由西班牙阿希奧由西班牙阿希奧納集團負責建造，占納集團負責建造，占地面積地面積250英畝，擁英畝，擁有有18.2萬塊凹面鏡。萬塊凹面鏡。 圖10 “內(nèi)華達太陽能一號”槽式太陽能熱電廠，位于美國內(nèi)華達州柏德市。槽式太陽能熱電廠圖11 加利福尼亞州KramerJunctionSEGSIII太陽能熱發(fā)電項目 塔式太陽能熱電廠塔式太陽能熱電廠 2009年4月，西班牙在安達盧西亞（Andalucian）沙漠中建成當時全球最大太陽能電站。碟式太陽能熱電裝置碟式太陽能熱電裝置三種發(fā)電裝置比較表1 塔式、槽式、盤式發(fā)電裝置比較磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電 磁流體發(fā)電的興

20、起 磁流體發(fā)電的研究始于磁流體發(fā)電的研究始于2020世紀世紀5050年代末，被認為是最現(xiàn)實可年代末，被認為是最現(xiàn)實可行、最有競爭力的直接發(fā)電方式。它涉及到磁流體動力學、等離行、最有競爭力的直接發(fā)電方式。它涉及到磁流體動力學、等離子物理、高溫技術(shù)及材料、低溫超導技術(shù)和熱物理等領(lǐng)域，是一子物理、高溫技術(shù)及材料、低溫超導技術(shù)和熱物理等領(lǐng)域，是一項大型工程性課題。許多先進國家都把它列為國家重點科研項目項大型工程性課題。許多先進國家都把它列為國家重點科研項目，有的建立國際間協(xié)作關(guān)系，以期早日突破。，有的建立國際間協(xié)作關(guān)系，以期早日突破。 法拉弟發(fā)現(xiàn)電磁感應原理后，相繼出現(xiàn)了三大發(fā)明：法拉弟發(fā)現(xiàn)電磁感應原

21、理后，相繼出現(xiàn)了三大發(fā)明：勵磁電機、電燈、電話，從而引起電力技術(shù)革命。勵磁電機、電燈、電話，從而引起電力技術(shù)革命。18821882年世界第年世界第一座較正規(guī)的發(fā)電廠建成，容量一座較正規(guī)的發(fā)電廠建成，容量6716715kW5kW，到，到19961996年末全世界電年末全世界電力裝機容量力裝機容量2 2773TW773TW，發(fā)電量達，發(fā)電量達11601TWh11601TWh；我國；我國在上海建在上海建成第一個成第一個12kW12kW發(fā)電廠，到發(fā)電廠，到19981998年裝機容量年裝機容量277GW277GW，發(fā)電量，發(fā)電量1167TWh1167TWh。一個世紀以來，電力得到如此迅速的發(fā)展，是由于它

22、在使用上。一個世紀以來，電力得到如此迅速的發(fā)展，是由于它在使用上的高效、清潔和方便，電不但給家庭帶來光明、舒適，更是一個的高效、清潔和方便，電不但給家庭帶來光明、舒適，更是一個國家現(xiàn)代化、工業(yè)化的標志之一。國家現(xiàn)代化、工業(yè)化的標志之一。 ，美國的阿夫柯，美國的阿夫柯1號磁流體發(fā)電機發(fā)出號磁流體發(fā)電機發(fā)出11.4k的電力，的電力，點亮了點亮了228盞盞50的燈泡，運行了的燈泡，運行了10S，世界上第一臺能夠發(fā)出實，世界上第一臺能夠發(fā)出實際有用電功率的磁流體發(fā)電機宣告研制成功。際有用電功率的磁流體發(fā)電機宣告研制成功。1966年，美國空軍年，美國空軍研制成功一臺實際輸出電功率研制成功一臺實際輸出電功

23、率18M的磁流體發(fā)電機，每天大約的磁流體發(fā)電機，每天大約運行運行3次，每次次，每次1miN。這是世界上第一臺作實際應用的磁流體發(fā)。這是世界上第一臺作實際應用的磁流體發(fā)電機。電機。1977年美國建成年美國建成300M磁流體發(fā)電示范站。磁流體發(fā)電示范站。20世紀世紀90年代年代，獨聯(lián)體獨聯(lián)體建造了一個燃燒天然氣的磁流體蒸汽聯(lián)合電站，總輸建造了一個燃燒天然氣的磁流體蒸汽聯(lián)合電站，總輸出功率出功率582M。該電站采用超導磁體，磁感應強度為。該電站采用超導磁體，磁感應強度為6T。磁流體發(fā)電的定義及工作原理定義： 磁流體發(fā)電就是導磁流體發(fā)電就是導電流體電流體(氣、液體氣、液體)以一定的速以一定的速度垂直通

24、過磁場，從而感應度垂直通過磁場，從而感應電動勢產(chǎn)生電功率，把內(nèi)能電動勢產(chǎn)生電功率，把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電直接轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。方式。工作原理：目前開發(fā)的目前開發(fā)的方案是將等離子體噴入磁場方案是將等離子體噴入磁場，在洛倫磁力的作用下，帶，在洛倫磁力的作用下，帶正負電荷的粒子分別反向運正負電荷的粒子分別反向運動，各自聚集到電極上，將動，各自聚集到電極上，將電極外接負載（用電器），電極外接負載（用電器），就能輸出電能就能輸出電能。幾種不同發(fā)電方式比較一、風力發(fā)電(wingd-forceelectric power generation)原理：利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋

25、轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。即把風的動能轉(zhuǎn)變成機械能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電能。優(yōu)點：1、清潔，環(huán)境效益好。 2、可再生，永不枯竭。3、基建周期短。4、裝機規(guī)模靈活。缺點：1、噪聲，視覺污染。2、占用大片土地。3、不穩(wěn)定，不可控。4、目前成本仍然很高。二、水力發(fā)電二、水力發(fā)電（Hydro-Electric Power ）原理：利用河流、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含之位能轉(zhuǎn)換成水輪機之動能，再藉水輪機為原動力，推動發(fā)電機產(chǎn)生電能。優(yōu)點：水能是一種取之不盡、用之不竭、可再生的清潔能源。水力發(fā)電效率高，發(fā)電成本低，機組啟動快，調(diào)節(jié)容易。缺點：工程投資大、建設周期長，利用自然水源，受

26、自然條件的影響較大。三、核能發(fā)電三、核能發(fā)電（nuclear electric power generation） 核能發(fā)電的 能量來自核反應堆中可裂變材料(核燃料)進行裂變反應所釋放的裂變能。即利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發(fā)電的方式。核能發(fā)電無空氣污染，所需化石燃料少但投資成本大，風險高，易引起政治糾紛。四、太陽能發(fā)電四、太陽能發(fā)電(solar energy electricity)特點：無枯竭危險；絕對干凈（無公害）；不受資源分布地域的限制；可在用電處就近發(fā)電；能源質(zhì)量高；使用者從感情上容易接受；獲取能源花費的時間短。不足之處是：照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；獲得的能源

27、同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)五、磁流體發(fā)電（magnet0hydrodynamic gengratio)優(yōu)點：利用磁流體發(fā)電機發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強度，就能提高發(fā)電機的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動裝置，就可以使發(fā)電機功率達到1000萬kW，這就滿足了一些需要大功率電力的場合。 節(jié)約燃料1/4-1/5，甚至更多，這是個巨大的數(shù)字，具有重要的經(jīng)濟意義。 污染少也是與普通火力發(fā)電比較而言。磁流體發(fā)電有“種子”回收裝置，起自動脫硫作用，大氣污染大為減少；聯(lián)合循環(huán)熱效率高，熱污染比火力發(fā)電減少1/3，比原子能發(fā)電減少一半，大大減少冷卻水的用量。 此外，還有單機容量

28、大，可達千萬千瓦1臺；起動快，可在幾秒鐘內(nèi)達到滿負載；比功率很大，發(fā)電機體積和重量相對比較小等等。 超導技術(shù)及其應用超導技術(shù)及其應用 超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 超導是某些金屬或合金在低溫條件下出現(xiàn)的一種奇妙的現(xiàn)象。最先發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的是荷蘭物理學家卡麥林昂納斯。1911年夏天，當昂納斯的兩個研究生在做低溫實驗時，偶然發(fā)現(xiàn)某些金屬在極低溫環(huán)境中，金屬的電阻突然消失了。昂納斯接著用水銀做實驗，發(fā)現(xiàn)水銀在4.1K時（約相當于-269），出現(xiàn)了這種超導現(xiàn)象；他又用鉛環(huán)做實驗，九百安培的電流在鉛環(huán)中流動不止，兩年半以后仍舊毫無衰減。超導之性質(zhì)電阻為零，一個超導體環(huán)移去電源之后，還能保持原有電流有人做過

29、實驗，發(fā)現(xiàn)超導環(huán)中的電流持續(xù)了兩年半而無顯著衰減完全抗磁性，這一現(xiàn)象由德國物理學家邁斯納發(fā)現(xiàn)，只要超導材料進入超導狀態(tài)，便可把磁感線排斥體外，其體內(nèi)的磁感應強度總是零（邁斯納效應）超 導 技 術(shù) 應 用（1）能源-超導輸電、超導儲能、超導電機等（2）交通-磁懸浮列車（抗磁性應用）、船舶磁推進器（3）醫(yī)療衛(wèi)生-核磁共振成像、生物磁儀器等（4）電子技術(shù)-超導微波技術(shù)應用、各類超導傳感技術(shù)、 半導體 超導體集成電路、超導計算元件等（5）重大科學工程-加速器、受控熱核裝置等（6）國防技術(shù)-超導反潛、掃雷、電磁推進、通訊及制導等在磁懸浮列車方面的應用 1999年月，日本研制的超導磁懸浮列車時速已達552

30、公里 西南交通大學研制成功的超導磁懸浮列車，最高設計時速達500公里 列車的最高時速為300公里，飛機的為1000公里。所以人們就想尋求一種時速介于兩者之間的交通工具。磁懸浮列車整好滿足了這個要求。最高時速可達到500公里。 磁懸浮列車是利用超導體的完全排磁性，使列車懸浮在空中，以直流電動機作為推動力。他的優(yōu)點是，不接觸軌道，無摩擦，運行安全，無噪聲，無任何有害氣體排放。 在上海浦東已經(jīng)建成了我國第一條磁懸浮鐵路，全長30公里，僅需8分鐘。在磁懸浮列車方面的應用 超導技術(shù)在定向武器方面的應用 在軍事上，定向武器在未來戰(zhàn)爭中將起到舉足輕重的作用。美國和俄羅斯已經(jīng)把定向武器的研制放在突出的位置。定

31、向武器就是把能量匯聚成極細的能束，并沿著指定的方向以光速向外發(fā)射，從而摧毀目標。 存在一個問題：如何在瞬間提供大量的能量呢？用超導材料制成的閉合線圈就是一種理想的儲能裝置。因為在超導線圈中的電流沒有功率損失，可長時間維持。只要線圈保持超導狀態(tài)，它所儲存的電磁能就會毫無損耗地長期保存下去并可隨時把強大的能量提供給聚能武器，超導儲能裝置使聚能武器如虎添翼，有如給聚能武器提供了一個機動靈活、容量無比的彈藥庫，使聚能武器隨時可以對敵實施攻擊。飛飛 機機 推推 進進 器器超導技術(shù)在定向武器方面的應用 精確制導武器的發(fā)射超導技術(shù)在定向武器方面的應用 核 潛 艇 圖超導技術(shù)在定向武器方面的應用 核磁共振核磁

32、共振 超導技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用超導技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術(shù)。是繼CT后醫(yī)學影像學的又一重大進步。自80年代應用以來，它以極快的速度得到發(fā)展。其基本原理基本原理：是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經(jīng)電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像。磁共振成像技術(shù)(MRI)和CT成像技術(shù)比較，首先是成像原理不同。CT即計算機斷層掃描技術(shù),是將X射線對人體組織作橫斷面掃描后通過計算機對密度對比分析成像診斷疾病，對

33、人體有X線輻射損傷，MRI是通過發(fā)射脈沖磁場信號，對人體氫質(zhì)子磁共振信號進行分析成像，診斷疾病，不存在X線幅射損傷。可根據(jù)需要對人體進行橫斷面、矢狀面、冠狀面三維任意角度切層，通過各種角度顯示病變，立體感更強，而且在同一切層可采用不同序列、不同參數(shù)掃描，這更有利于對不同生物學特性的組織的充分顯示，由于MRI掃描中不同組織信號差異遠大于CT上組織間密度差異，因此，使許多病變更易辯認，有利于對病變早期診斷，尤其是細小病變。 核磁共振核磁共振 超導技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用超導技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用受控熱核聚變裝置超導體在托卡馬克裝置中的應用 托卡馬克裝置是一種磁約束熱核聚變實驗裝置，經(jīng)過人們50多

34、年的不懈努力，1992年以來，已經(jīng)成功的在歐洲聯(lián)合環(huán)jet和美國TFTR上進行了氘氚放電，開發(fā)聚變能的科學可行性終于在托卡馬克裝置上得到證實。中科院等離子體物理研究所超導托卡馬克HT-7巨大的電感線圈但是常規(guī)托卡馬克裝置，體積大，效率低而且是脈沖運行。而超導托卡馬克正是在這一點上有著極大的優(yōu)勢，即:高效緊湊，穩(wěn)態(tài)運行。利用超導體產(chǎn)生的巨大磁場，應用于受控制熱核反應。核聚變反應時，內(nèi)部溫度高達1億2億，沒有任何常規(guī)材料可以包容這些物質(zhì)。而超導體產(chǎn)生的強磁場可以作為“磁封閉體”，將熱核反應堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來，然后慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為21世紀前景廣闊的新能源。氫彈蘑菇云

35、能源儲量（109J）可用年數(shù)石油1.2X101340天然氣1.4X101350煤1.0X1014300鈾235（裂變堆）101330鈾238釷232（增殖堆） 101630000鋰（DT聚變堆）10193X107各種能源儲量和可用年數(shù)（按目前消耗水平） 煤DT聚變?nèi)剂?9000噸煤0.5公斤D21.5公斤Li6(0.7公斤T2)廢料30000噸CO2 600噸SO2 90噸NO22公斤He4煤和DT聚變所耗燃料和產(chǎn)生廢料對比（一天提供109W電能）1952年，美國第一次Sherwood方案會議在Denver舉行。在以后幾年里，發(fā)展了仿星器、磁鏡、箍縮等裝置。1957年，英國環(huán)形箍縮裝置ZETA

36、運行。1958年，國際和平利用原子能會議召開。各主要國家將聚變研究解密。1961年，IAEA第一次國際核聚變會議在薩爾茨堡召開。 1964年，蘇聯(lián)研制T-3裝置，大半徑1m，環(huán)向磁場2-2.5Tesla，電子溫度達到600-800eV。1968年，蘇聯(lián)在新西伯利亞會議上公布托卡馬克上的結(jié)果。1969年，英國Calham實驗室的科學家攜激光散射測量裝置去蘇聯(lián)T-3裝置實地測量，證實確實達到很高的電子溫度。 1970年，各國開始建造自己的托卡馬克。1974年，美國公布角向箍縮裝置Scyllac的結(jié)果。1979年，美國串列磁鏡TMX成功驗證串列磁鏡概念。磁約束聚變研究歷史1985年，蘇美首腦建議合作

37、建造國際熱核實驗堆，即ITER1989年，德國ASDEX實現(xiàn)H模運轉(zhuǎn)。1990年，ITER完成概念設計1991年，歐洲的JET裝置用DT反應產(chǎn)生1.7MW聚變功率。1993年，美國TFTR裝置用DT反應產(chǎn)生6.4MW聚變功率，后來又將這一功率提高到10.7MW。1997年，JET又創(chuàng)造了DT反應產(chǎn)生16.1MW聚變功率的新記錄。1998年，日本JT-60裝置的DD反應的實驗參數(shù)的等效DT反應能量增益因子Q達到1.25。ITER完成工程設計2005年，參加ITER計劃六方?jīng)Q定將裝置建在法國磁約束聚變研究歷史（續(xù)） 電動汽車電動汽車 1 電動汽車的概述 電動汽車是與燃油汽車相對應的，1881年就出

38、現(xiàn)了電動汽車。在20世紀20年代達到了鼎盛時期，然而在燃油汽車出現(xiàn)后電動汽車無論在整車質(zhì)量、動力性能、行駛里程、機動性和靈活性方面愈來愈落后于燃油汽車。 在全球溫室效應與能源問題逐漸受到各國政府的重視下，主要國家之污染法規(guī)漸趨嚴格，因此對低污染車輛之需求勢必增加。隨著各種高性能蓄電池和高效率電機不斷地出項，使人們把目光又轉(zhuǎn)向了零污染或超低污染排放的電動汽車。從20世紀70年代起，新一代電動汽車脫穎而出，出現(xiàn)了各種高性能的電動汽車。 電動汽車是至少以一種動力源為車載電源，全部或部分由電機驅(qū)動，符合道路交通安全法規(guī)的汽車。它因車載動力系統(tǒng)不同可分為三類：以車載燃料電池為動力的燃料電池電動汽車（Fu

39、el Cell Electric Vehicle-FCEV） ；以車載蓄電池為動力的蓄電池電動汽車（ Electric Vehicle-EV ），亦稱之為純電動汽車；以車載多能源為動力的混合動力電動汽車（ Hybrid Electric Vehicle-HEV），其動力來自2 個或2 個以上能源，如蓄電池，超級電容，飛輪電池，太陽能，內(nèi)燃機，燃氣輪機，斯特林發(fā)動機等。 2 電動汽車的特點 隨著能源危機和環(huán)境污染的全球兩大突出問題日益嚴重，特別是隨電動汽車自身難點不斷解決，使電動汽車具有更多突出特點。 (1)對環(huán)境無污染 (2)節(jié)能及能源多樣化和綜合利用 (3)結(jié)構(gòu)簡單和維護使用方便 3.1 蓄

40、電池電動汽車（EV） EV是一種最好的零污染或超低污染的車輛，它沒有噪聲和振動，操作性能好等，遠遠地優(yōu)先于燃油汽車，是當前開發(fā)和研制取代燃油汽車的首選車型。EV動力源采用蓄電池-電動機系統(tǒng)。 EV的基本組成部分： (1) 車載電源 (2) 電池的管理系統(tǒng) (3) 驅(qū)動電動機和驅(qū)動系統(tǒng) (4) 控制技術(shù) (5) 車身及底盤 (6) 安全保護系統(tǒng)蓄電池電動汽車的發(fā)展 EV發(fā)展的瓶頸在于電池。近年來由于電池技術(shù)的制約使得EV發(fā)展速度有所緩慢。在車載電源得到解決后，電動汽車必會迅速地發(fā)展。 目前EV趨于小型化、個性化和家庭化發(fā)展，主要為家庭輔助用車或休閑用車。幾種典型EV世界各國有各種微型和小型EV在

41、使用。 韓國現(xiàn)代公司推出的蓄電池電動跑車 美國洛杉磯車展法國文圖瑞（Venturi）公司推出，集各種高端性能于一身，當今世界上最昂貴的一款電動車。 3.2 燃料電池電動汽車（FCEV） 采用燃料電池作電源的電動汽車稱為燃料電池電動汽車即Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)。其動力源是用燃料電池發(fā)動機-電動機系統(tǒng)。燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)是FCEV的核心部分，不同燃料作為動力源，發(fā)電機系統(tǒng)組成是有差別的。目前，多以壓縮氫氣或液化氫氣及作為基本燃料。 通用Hy-wire氫動三號由200塊相互串聯(lián)在一起的燃料電池塊組成的電池組產(chǎn)生電力，通過68升的氫氣儲存罐向燃料電池組提供氫氣

42、。電池組所產(chǎn)生的電能輸入電動機后，通過功率為60千瓦/82馬力三相異步電機驅(qū)動車輛行駛，并幾乎不產(chǎn)生任何噪音。氫儲存罐分為兩種，一種罐內(nèi)儲存的是溫度為-253C的液態(tài)氫，另一種罐內(nèi)儲存的是承受最高壓力可達700Pa的高壓氫氣。一次充氣行駛里程分別可達400公里和270公里。 通用Hy-wire氫動三號的電池組3.2.2 FCEV的發(fā)展現(xiàn)狀 燃料電池技術(shù)被認為是21 世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)，其具有能量轉(zhuǎn)化效率高、不污染環(huán)境、使用壽命長等不可比擬的優(yōu)勢。但是由于目前燃料電池研究還沒有取得重大突破，燃料電池電動汽車的發(fā)展也受到了限制。3.3 混合電動汽車（HEV） 從世界范圍內(nèi)電動汽車的發(fā)展

43、過程看，電動汽車的研究是從單獨依靠蓄電池供電的純電動汽車開始的。但由于純電動汽車是從單獨依靠蓄電池供電的，而目前動力電池的性能和價格還沒有取得重大突破，因此，純電動汽車的發(fā)展沒有達到預期的目的。目前燃料電池研究還沒有取得重大突破，燃料電池電動汽車的發(fā)展也受到了限制。 在此情況下，混合動力汽車成為電動汽車開發(fā)過程中最有可能市場化的一種新車型，它將現(xiàn)有內(nèi)燃機與一定容量的儲能器件通過先進控制系統(tǒng)相組合，可以大幅度降低油耗，減少污染物排放。國外普遍認為它是投資少、選擇余地大、易于滿足未來排放標準和節(jié)能目標、市場接受度高的主流清潔車型，從而引起各大汽車公司的關(guān)注。3.3.1 HEV的工作過程 HEV采用

44、發(fā)動機-發(fā)電機和電動驅(qū)動系統(tǒng)。發(fā)動機的動力保證HEV正常行駛時所需要的基本動力。然后采用控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍、降低發(fā)動機的最高轉(zhuǎn)速、保持發(fā)動機的穩(wěn)定均衡地運轉(zhuǎn)和“開關(guān)”的控制方式，使發(fā)動機避開啟動、怠速和轉(zhuǎn)速突然變化時，燃料燃燒不完全而引起的燃料經(jīng)濟性降低和增加有害氣體的排放。HEV以電動機驅(qū)動作為輔助動力。一般在HEV發(fā)動機啟動、車輛啟動、加速和爬坡時起作用。還起發(fā)電機的作用，使發(fā)動機的動能轉(zhuǎn)換為電能，儲存到電池組中去。在1998 年，通用公司研制出的Gen2 斯特靈混和動力車，使用斯特靈發(fā)動機通用公司Gen2 混合動力樣車 標致雪鐵龍集團推出基于“柴油-電力”混合動力的兩款展示車標致307和雪鐵龍C4。這種混合動力車平均百公里能耗為3.4升柴油，二氧化碳的排放量為每公里90克。在高速行駛模式下為80g/km，與307及C4的柴油發(fā)動機車型相比，分別減少了28和45。柴油混合動力車的燃效為29.4km/L，比汽油混合動力車提高25，每100km可節(jié)省1L左右的燃料。 混合動力系統(tǒng)由最大輸出功率為66kW的1.6L柴油發(fā)動機、柴油顆粒過濾器（DPF）、起動器兼交流發(fā)電機、“Stop Start”系統(tǒng)、DC無刷馬達、逆變器及鎳氫充電電池構(gòu)成。該系統(tǒng)配套使用6速手自一體變速箱。 3.3.3 柴油混合動力車 混合動力系統(tǒng)采用以發(fā)動機為主