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关于空调的风能与热的综合发电


关于空调的风能与热的综合发电
一 、设计背景: 设计背景:
当今世界,能源问题是许多工业、科技发展的一个最大的限制因素。如今世 界范围内能源紧缺,作为重要能源之一的石油价格也在飞涨。同样的,作为人类 发展生活不可或缺的另一能源——电力也日趋紧张。 由于温室效应的影响日益明显,加之人民生活水平的不断提高,空调的普及 率也在不断提高。炎炎夏日,空调在飞速运转为人们

带来夏日的凉爽的同时却消 耗的大量的电力资源, 而空调在对外排风时的大量转动机械能和空气流通产生的 风能却在没有加以丝毫利用的情况下白白流失了。在目前能源紧张的情况下,如 此大规模的能源浪费是我们所不乐见的。 因此,我们利用空调排风扇转速较为稳定,引起的空气流动速度相对恒定的 特点,利用风力进行小规模发电并储存电力。利用空调排风扇发电的优点的因为 其风力相对恒定,所产生的电压也相对恒定;并且做到了资源的回收再利用,可 以减少对能源的浪费。

二 设计原理
主要包括风能应用和热能应用:

(1) )

风能应用

现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距 (风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励 磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也 处于发电状态,通过变流器向电网馈电.

最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上, 这是小型离网风机. 最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频 率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系 统、液压系统、刹车系统和控制系统等.

齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500 千瓦的风机通常为 12-22 转/分)变为很 高的发电机转速(发电机同步转速通常为 1500 转/分).同时也使得发电机易于控制, 实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要 知道,1500 千瓦的风机机舱总重 50 多吨,叶轮 30 吨,使这样一个系统随时对准主风 向也有相当的技术难度.

风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水 平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心 轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.

早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下 使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.

就 1500 千瓦风机而言,一般在 4 米/秒左右的风速自动启动,在 13 米/秒左右 发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达 到 25 米/秒时自动停机.

现代风机的设计极限风速为 60-70 米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也 不会立即破坏.理论上的 12 级飓风,其风速范围也仅为 32.7-36.9 米/秒.

风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下 运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出 现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.

(2)热能应用 )
温度这个名词是因为我们天天听得到,所以不去问什么是温度的实质。温度 是指一定环境下物体内分子或原子热运动的“速度” 。比如气温就是指气体分子 的运动速度。不过他们的运动是“热”运动,没有固定的方向,或者说物体内由 于分子相互碰撞,能量相互传递,方向时时因碰撞而改变。故物体内分子运动很 快达到同一运动速度“状态” 。 再说温度传递。两片具有温差的物体接近时,有两种方式可以形成“热”传 递。 或者说形成分子运动速度传递。 第一是分子碰撞, 温度低的速度慢, 能量低。 温度高的速度快。两者结合再一起,最终形成“中和” 。第二种是“热辐射” ,说 到底就是“电磁辐射” 。只是这种电磁辐射的波长要比可见光长一些,但温度高 时发出的辐射就是“可见光”了。所以说在空间内“电磁辐射”是能量传递的最 基本形式。物体只要在绝对零度以上就能向外界发射“电磁辐射”线。只是不同 物体在不同温度下,电磁辐射的强度不同。 温差就是指两种物体在接触时电磁辐射强度有差别。 即物体间存在电磁场强 度差别,即存在“电位差”或者说存在“电动势” ,导线可以理解为“等势体” 。 这样温度不同的物体间接一导线,有“电流”产生就好理解了。 “温差发电”就 不奇怪了。

温差发电将热能直接转化为电能,只有微小温差存在的情况下也能应用,是 适用范围很广的绿色环保型能源——它甚至能利用人的体热, 为各种便携式设备 供电,真正做到‘变废为宝’” 。

就温差电技术的机理、该领域最新研究进展、进行推广应用的紧迫性和当前 可能取得进展的突破点等问题, 两位从事能源材料与设备技术研究的专家接受了 本报记者的专访。

Seebeck 效应

“温差发电通过热电转换材料得以实现,而检定热电转换材料的标志,在于 它的三个基本效应:Peltier 效应、Seebeck 效应和 Thomson 效应。 ”栾伟玲副教 授说,正是这三个效应,奠定了热力学中热电理论的基础,也为热电转换材料的 实际应用展示了广阔前景。其中,Seebeck 效应是温差发电的基础。

1821 年,德国人 Seebeck 发现,在两种不同金属(锑与铜)构成的回路中, 如果两个接头处存在温度差,其周围就会出现磁场,又通过进一步实验发现回路 中存在电动势。这一效应的发现,为测温热电偶、温差发电和温差电传感器的制 作奠定了基础。

热电转换材料直接将热能转化为电能,是一种全固态能量转换方式,无需化 学反应或流体介质,因而在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄漏、体积 小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点,在军用电池、远程空间探测器、远 距离通讯与导航、微电子等特殊应用领域具有“无可替代”的地位。在 21 世纪 全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下,温差电技术 更成为引人注目的研究方向。

温差发电的工作原理是,将两种不同类型的热电转换材料 N 和 P 的一端结 合并将其置于高温状态,另一端开路并给以低温时,由于高温端的热激发作用较

强,空穴和电子浓度也比低温端高,在这种载流子浓度梯度的驱动下,空穴和电 子向低温端扩散,从而在低温开路端形成电势差;如果将许多对 P 型和 N 型热 电转换材料连接起来组成模块,就可得到足够高的电压,形成一个温差发电机。 现在已经有专门的温差发电片,结构如下图:

淘宝上卖的 40x40 的片子温差发电片(不是制冷片) ,每 20 摄氏度可以产生 1V 的电压 (保持两面 60 度温差,可以得到 3.5V 电压,3-5A 电流) 。 基本原理如下图:

三 、发展前景 空调工作时,风扇会一直吹出恒速的风,因此用作风力发电时会给好,把空调的风能 利用风力发电机加以利用,可以有效的减少能量损耗。同时,由于空调的工作原理,吹出的

风是热风因此其中所蕴含的热能是很可观的。 而且热能转换到电能较风力发电更容易, 因此 可利用性更高。当我们把空调放出的本来会浪费的能量利用风力发电和热能发电利用之后。 那么它所含有的利用价值可想而知。

节能减排大赛

项目

关于空调风能和热能的综合发电

组员

许葭

王育佳

陈思宇

童秋卉

时间

2010 年 4 月 13 号


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