光伏发电实训装置HL-SNY03太阳能光伏并网发电教学实验台  一、系统实训应用范围：  主要提供于职高、大学、研究生、企业技工以太阳能发电为主课题的研究和培训。  二、技术参数  2.1、太阳能电池板  太阳能电池板采用阵列组装形式，主要采用4块（或更多）小型太阳能电池板组建，可实现太阳能电池板的并接方式和串接方式，进而提供大电流或大电压的两种太阳能电池板组网方式。  最大输出功率：100W*4块  开路电压：35V（并联）  短路电流：4*3.25A（并联）  2.2、照度计  量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自动切换量程。  2.3、环境监测模块技术指标  含有照度计、温度表、湿度表，单片机时钟系统，实现时间的显示  2.4、17寸工控一体机，带触摸功能  CPU:Intel1037U1.8GHz22nm双核处理器TDP17W超低功耗处理器  主板:IntelM11工控固态节能主板  内存:1GDDR31333超高速内存,支持1333/1066MHz内存,最大可支持8GB。  硬盘:24GSSD固态硬盘  显卡:集成IntelHDGraphics核心显卡,提供VGA、LVDS、双HDMI显示输出,LVDS支持双通道24bit,支持单独显示、双显复制、双显扩展。  声卡:集成ALC6626声道高保真音频控制器  网卡:集成1个RTL千兆网卡,支持网络唤醒、PXE功能。  电源:外置电源（100V至220V宽幅电压，全球通用）  显示屏:13寸LED工控屏分辨率：1024*600  触摸屏:台湾军工Touchkit4线触摸屏，透光率高；性能稳定，触摸灵敏  整机接口:4*USB2.0接口,其中两个可支持USB3.0(需定制)，  1*HDMI接口:1*VGA接口,1*RJ-45网络接口,1*Lineout（绿色）,1*Mic（红色)  2*COM串口,1*12VDC_JACK输入接口  系统状态：  太阳能控制器（带报警功能）：  输入电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示  输出电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示  蓄电池：电压数据显示及动态曲线显示  2.5并网逆变器：  并网逆变器具有DC－DC和DC－AC两级能量变换的结构。DC－DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC－AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。  系统面板设有用来测量DC、AC相关参数的多个测试端口，可测量DC-DC电压电流变化和DC-AC逆变过程中的电压电流及曲线变化和波形对比。  6级功率搜索功能  在自动调整的过程中，会看到LOW灯不停的闪烁，功率会由0作为起点，向最大功率点加大输出功率，重启最多为6次，然后进入功率锁定状态，锁定时ST灯长亮。  在进行6级功率搜索程序时，所需的时间为10分钟。  直接连接到太阳能电池板（不需要连接电池）  AC标准电压范围：90V～140V/180V～260VAC  AC频率范围：55Hz～63Hz/45Hz～53Hz  并网输出功率：300W  输出电流总谐波失真：THDIAC<5%  相位差：<1%  孤岛效应保护：VAC;fAC  输出短路保护：限流  显示方式：LED  待机功耗：<2W  夜间功耗：<1W  环境温度范围：-25℃～60℃  环境湿度：0～99%(IndoorTypeDesign)  高性能自动功率点追踪（MPPT）  强大的MPPT算法，以优化来自太阳能电池板的功率收集，可精确地捕捉及锁定最大输出功率点，使发电量大幅提高到大于25%以上。  MPPT追踪图  电力输出:（逆向电力传输）  高效的电力逆向传输技术，专利技术之一，逆变器在并网输出模式时电力以反方向电力传输，自动检测电路中的负载并优先进行使用，用不完的电力才向电网逆方向传输供应到其他地方使用，电力传输率可达99.9%。在光伏发电应用系统中使输出效率更高。  三、教学及研究实训项目  2、1、光伏能量变换实验  实验1、光伏阵列单元组成原理。  实验2、太阳能光电池能量转换组合原理。  实验3、阵列电子最大功率跟踪器原理。  实验4、阵列汇流与防雷接地原理。  实验5、阵列结构件、防腐安装原理。  实验6、最大功率跟踪器与光伏转换提效实验。  实验7、在不同天气和日照强度下光波对光伏转换效率的影响实验。  实验8、在不同季节太阳运轨变换下对光伏能量转换的影响实验。  实验9、在不同季节环境温度变换下对光伏能量转换的影响实验。  实验10、阵列低、中、高通过开关组合后能量变换实验。  实验11、光感仪和风速传感仪各自作用实效实验。  2、2、同步逆变电源实验  实验1、逆变电源单元组成原理。  实验2、逆变电源MPPT的最大功率跟踪控制方法的实验。  实验3、逆变电源输出功率与光伏能量变换的实验。  实验4、MPPT与电子跟踪器有效结合和分离控制方面的比较实验。  实验5、晴天，多云，阴雨天情况下逆变电源输出交流电的波形、谐波含有率、功率因素的比较实验。  实验6、逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号的防孤岛效应保护试验。  实验7、逆变电源直流输入欠电压控制实验。  实验8、输入电压为额定值，负荷满载时距离设备水平位置1m处，的噪声测试实验。  2、3、光伏并网发电系统软件实验  实验1、在上位软件里查看单站监控项目：  ◆直流电压VDC、直流电流A、输入功率KW  ◆交流电压VDC、交流电流A、输出功率KW  ◆日发电量KWh、日运行时数hmin、总发电量KWh、总运行时数h、Co2减排量Kg  ◆系统运行状态正常/不正常  ◆系统运行温度正常/不正常  ◆系统监控PC机状态正常/不正常  ◆系统功率测试曲线  实验2、在上位软件里查看单站电量记录项目：  ◆设备编号1号机:  日发电度数、日运行时数hmin、总发电量度数、总运行时数h  实验3、在上位软件里查看单站故障记录项目：  ◆设备编号1号机:  直流过压、直流欠压、直流过流  交流过压、交流欠压、交流过流  系统过载、频率异常、孤岛保护、ADC异常（快速检测并网电压，电流）、IPM故障、过流保护、过温保护、温度异常、DSP异常（数字信号处理器，将模拟信号转为数字信号）

1 成果简介潮流发电技术是利用适当的能量转换装置，将由海洋或河流水面的自然升降造成的水流动能，或者因为太阳能输入不均而形成海水流动所致的动能转化为电能的技术。潮流发电属于一种新型的清洁、可再生能源利用方式。 潮流发电的主要发电装置位于洋面或河面以下，基本不占用或占用极少陆地面积，且没有类似风力发电机的噪声，是一种被人们普遍看好的新能源。而且， 潮流发电不需要建设大坝或堤堰，是借自然的流动直接通过水轮机获取能量。所以潮流发电涉及的工程投资很少，装置相对简单，可以在交通欠发达的山村、渔村及海岛建设独立的电源系统，能够有效解决当地人民的生产和生活用电、降低电力成本。 清华大学在水能和海洋能的工程利用方面进行了长期研究；研究了适合潮流发电的水轮机转轮及叶片翼型，获得了多项发明专利；利用先进的 CFD 技术模拟发电装置的各种运行工况，并优化了水能转化机构。目前单机的发电功率为 1.5~10kW，效率达到国际领先水平。2 应用说明潮流发电技术主要用于建设孤立电源系统，或在获得特殊许可情况下向电网供电。在进行发电厂站选址设计时，需开展充分调研，获取必要的信息，如海洋或河流的水文数据（如常年的水流速度、水位、含沙量等）、对电能质量及容量的需求、储能方式等。 潮流发电技术不涉及建设移民，工程量小，发电装置的安装简单、便利，基本上不抬高洋面或河面，对生态环境没有影响。因此，潮流发电技术除了适用于能源相对缺乏的我国东部和东南沿海地区以开发丰富的海洋能外，尤其适合在偏远山区、西藏等生态脆弱的地区开发内陆河流的水能，满足社会发展和人们生活的需要。3 应用范围潮流发电技术一般适用于开发非集中的河流水能和海洋能，因而发电机组的单机容量一般小于 10kW（尤其在海洋环境中）。如果在内陆河流上开发电能，配置相应的变速装置后可达到数百 kW。潮流发电技术最佳的应用流速为 2.5~6 m/s。流速在 1.0~2.0 m/s 时，属于技术可利用范围，但随着流速降低项目经济性变差。

小型风力发电是风能利用的重要途径，分为垂直轴风力发电和水平轴风力发电两种形式，其中小型垂直轴风力发电装置的发电功率从几百瓦到几十千瓦之间，具有结构简单、造价低；组装维护简单方便；启动风速低，抗风能力强、安全性好；适用场所广；噪音低、美观等优点。因此，美国、欧洲等发达国家出台了许多激励政策，大力扶持小型垂直轴风电技术的发展和应用。在这些国家，小型垂直轴风力发电已是家庭和公共设施用电的重要形式之一。 大型风力发电机组在较大风速下才能正常工作，存在易损坏、运输、安装难度大、上网困难、投资大等问题，鉴于大型风电场建设的弊端，国家能源局正在调整风电的发展策略，在继续推进大型风电基地的基础上，将着重进行中小型风电项目的建设。小型风力发电技术市场前景广阔，既可用于家庭和公共设施，又可用于农村、偏远地区、海上等连接电网困难、用电不便的地区，从而缓解国家电力集团节能降耗压力，促进我国不发达地区的经济建设，具有巨大的市场和潜在的经济效益。 北航在风力发电技术方面有着长期的研究基础，承担了传统大型叶片、垂直轴发电装置、集风式发电装置等多项国家863、国家973项目，形成了集设计、材料、制造、电控等为一体的专业齐全、技术融合的研发团队。已针对小型垂直轴风力发电技术进行了深入研究，设计出百瓦至千瓦级系列小型垂直轴风力发电装置，拥有从气动设计、结构设计到材料工艺、发电机、控制系统的全套技术。针对不同风况和应用场合开发出了多台样机，能够在2m/s的风速下启动，实现了照明工程与城市景观相结合，风力发电与光伏发电相结合，单机发电与多机成网相结合，同时还具有发电效率高、噪声小、外形美观、安全性好、运输安装方便、适用场所广等特点。

我国水泥产量连续20年位居世界第一,水泥工业不仅是能源消耗大户，也是能源浪费大户，即使先进的新型干法工艺，仍然有约占水泥熟料烧成系统总热耗量35%的350℃以下低温废气余热不能被充分利用而直接排放。 为了实现节能降耗减排的可持续发展的战略，充分利用水泥生产中的中低温余热，降低水泥生产中的能源消耗，开发研制水泥生产线中低温余热利用系统具有重要的现实意义和工程实用价值。 为此，西安交通大学与相关单位合作，1991年承担国家重点科技攻关计划，2007年承担国家高技术“863”计划项目，进行水泥窑中低温余热发电工艺及系统的研究。针对5000T/D、2500T/D等水泥生产线，采用双压技术，开发研制了系列化的具有自主知识产权的纯低温余热发电系统。与5000T/D水泥窑配套的BN7.5、BN9双压纯低温余热发电系统已经投入工程实际使用，后续BN5、BN10、BN14.5、BN20发电系统也已经开发完成。2006年9月27日BN7.5MW双压纯低温余热发电系统在辽源金刚水泥集团建成投产，2007年8月27日，BN9MW机组在河南省驻马店豫龙同力水泥公司并网发电。在项目的实施过程中，合作单位主要负责项目的产业化和设备制造安装调试，而关键技术则由西安交通大学进行研究和开发。主要内容包括采用新型高效叶片、抗水蚀特性和数字电液控制系统的双压进汽补汽式汽轮机的开发，新型高效换热部件的研制，锅炉换热器的抗摩、抗腐、防集灰关键技术研究，以微处理器为核心的DCS控制系统的研制，水泥生产和发电工艺相结合的双压余热发电工艺研究和系统参数优化。经过系统的分析和深入的研究，为纯低温双压余热发电系统的建设提供了理论基础和试验数据，在工程实际中得到推广和应用。

本成果提出一种灵活智能燃煤发电技术。该成果技术历经团队15年科技攻关，包括了以下成果内容： （1）首创了激光拉曼法煤质在线检测技术，研制了基于煤质在线检测的锅炉灵活燃料与智能燃烧装备。 （2）提出了基于煤流识别的燃料自学习动态智能混配模型，发明了非接触式煤流自动识别与示踪技术，研发了多煤仓多煤种煤位分层动态辨识技术，研制了基于煤流在线监测的锅炉灵活燃料与智能燃烧装备。 （3）发明了炉膛、烟道及制粉系统CO浓度网格式多点高精度在线监测技术，研制了基于CO/O₂双参量协同的锅炉智能燃烧装备。 （4）构建了基于煤质-煤流-CO在线监测-飞灰含碳量等关键实时参量的燃煤火力发电灵活燃料、智能燃料燃烧技术体系，形成了全套系统与装备。 图1 激光拉曼煤质在线检测系统示意图 图2 基于煤流在线监测的锅炉智能燃烧示意图 【技术优势】 本项目发明的具有自主知识产权的“基于CO/O₂双参量的智能燃烧控制技术”、“基于煤质-煤流-CO-飞灰含碳量等实时多关键参量锅炉智能燃烧优化技术”、“激光拉曼煤质在线检测技术”、“非接触式煤流自动识别与示踪技术”，经国际国内查新及专家鉴定，均为本项目组独创技术，其主要技术参数国际领先，填补了锅炉智能燃料燃烧技术的空白，具有明显市场竞争力。

 针对目前日趋小型化的各种民用与军用微电子产品对高能量密度便携式电源系统的需求，开展新型清洁能源的研究尤为重要。纳米催化燃烧发电技术使得燃料可以充分燃烧，无需点火过程，无需任何机械运动部件就可以在纳米尺度下将热能直接转化为电能。燃烧所释放的能量，其单位质量输出的功率是传统使用的化学电池的几十倍，从而大大提高了能源利用率，更重要的是此反应的生成物是无毒的二氧化碳和水，是一种全新的燃烧方式。此发明已经获得了美国发明专利“Solid state transport-based thermoelectric converter”,US 7696668。已经首创完成了第一代NanoEPower的结构测试和芯片的设计制造，在一块邮票大小的硅片上集成了上千个微米级发电单元，纳米催化低温燃烧发电的概念已经完成了实验室原理验证。该项目得到了科技部、上海市科委、云南省科委等多家单位支持, 可以应用在芯片级纳米催化燃烧发电系统上。

本技术利用自主研发的新型热电材料，加工成温差发电器件或者温差制冷器件。具有结构紧凑、没有移动部件、无工作噪声、使用寿命长、安全不失效、易于自动检修、无污染等优点。适于工厂废热发电，汽车尾气发电，及利用人体温度发电用于手机电池，医疗器件等供电领域。 这种发电装置可以灵活利用各种不同形式的热能，如工业冷却水、汽车发动机的余热、沙漠的地表热量等等。因此可以大大节约资源，减少污染，为国家带来可观的经济效益。热电转换材料微器件的另一个极有可能的应用在小功率领域，如各种传感电路、逻辑门和消错电路的短期μW、mW级电源，小的短程通讯装置以及生理学研究中的小型发电机等。

1. 痛点问题 光伏太阳能发电是实现双碳目标的重要途径。目前主流的光伏发电技术采用的是晶硅太阳能电池，但是它仍然存在着多种问题。主要包括效率还有待进一步提高；光电转换效率受光照强度影响大（光照较弱的时候几乎不发电）；有倾斜角要求不适合用于立面；不便用于需要透光的场合如窗户等。 2. 解决方案 钙钛矿太阳能电池是新一代光伏发电技术的典型代表。钙钛矿是一类带隙可调的材料，因而可以用来制备效率更高的叠层太阳能电池。作为直接带隙材料，钙钛矿光吸收系数高，光电转换效率不受光照强度影响，而且可以利用散射光发电，因此钙钛矿太阳能电池安装没有倾斜角要求。此外，还可以制备半透明的钙钛矿太阳能电池。基于钙钛矿太阳能电池的这些特点，可以开发多种形式的太阳能电池新应用场景。本实验室开发了真空蒸发制备高效率钙钛矿太阳能电池的新工艺，并且通过多种方法大幅度提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性，结合钙钛矿太阳能电池的特点可开发多种应用场景的太阳能光伏电池产品。 合作需求 可行的需求包括： 1、中试验证和连续化生产线需要场地约800平方米，购置相关的设备需要资金约2000万元。 2、从事光伏发电和清洁能源相关的企业，可开展合作技术开发和技术转让。

本项目针对风电并网问题进行了深入研究，应用风电场有功功率分配算法、基于变时间尺度和缓冲算子的风电场超短期功率预测算法、风电机组全局控制策略和基于扰动观测器的风电机组反演控制算法、故障诊断与远程维护技术和自恢复通信网络技术，研制了风电场有功功率控制系统和风电机组控制系统，达到了国际先进水平。项目共申请发明专利9项，已授权3项。基于该项目关键技术的相关产品已在国内多个风电场稳定运行，实现了我国风力发电控制技术的跨越式升级，促进了我国大规模风能开发与并网应用，在取得巨大经济效益的同时，为国家经济的快速发展

01. 成果简介 本项成果应用于电厂，在电厂凝汽器改造过程中采用该仿生优化管束布置形式，可以实现换热性能增强20%以上。该仿生优化管束布置的凝汽器，其换热管在管板上的布置呈仿生双连树形布置，由仿生双连树疏松树枝管束区管束、仿生双连树密集管束区管束、渐缩空冷区管束等组成；仿生双连树疏松树枝管束区由上部倾斜向上的仿生树枝形管束、下部水平的仿生树枝形管束和底部向下的仿生树枝形管束等组成。本项成果具有管束汽流流场均匀无涡流、壳侧汽阻小、热负荷分布均匀、凝结水过冷度小、凝汽器的传热系数和运行真空度都较高的优点，其换热系数可按HEI计算值高10%-20%，可大幅节能。 图1 仿生优化布置管束凝汽器数值模拟流场  图2 某600MW机组凝汽器施工现场 在国家发改委示范工程项目的支撑下，分别在莱城电厂2台机组、蒲城电厂1台机组（330MW），华电邹县电厂2台机组（600MW）等进行了工程示范，改造后的凝汽器压力降低0.8-1.5kPa，节约标煤约2-4g/kWh，节能效果明显。02. 应用前景 电厂凝汽器改造。03. 知识产权 相关成果已授权中国发明专利2项。04. 团队介绍 团队主要研究领域为传热强化与节能理论技术及工程应用研究, 负责人为副研究员。承担国家十二五重大专项子课题、973课题、重点基金、国家发改委示范工程项目课题、科技支撑计划子课题、国际合作等项目，曾获国家科技进步二等奖、教育部科技进步一等奖。科研成果发表论文80余篇，申请专利70余项。05. 合作方式 商务合作。06. 联系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn