在能源緊缺和環(huán)境污染日益嚴重的背景下,大規(guī)模開發(fā)利用一系列清潔可再生能源迫在眉睫。水能是可再生能源發(fā)電的重要組成部分,大力開發(fā)利用建筑水能發(fā)電并進行資源化的利用積極響應(yīng)了國家海綿城市的建設(shè),符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。首先,介紹了本文的研究背景與對各種分布式可再生能源利用的意義,對建筑水力發(fā)電的基本類型和概念進行了闡述,并對世界各國對建筑水能資源化利用的研究現(xiàn)狀進行了分析。其次,以廈門市為例,收集統(tǒng)計近年來的廈門市年均降雨量和城鎮(zhèn)居民生活用水量,分析了可利用建筑水能的總量,并與水力發(fā)電機的效率結(jié)合考慮,探討了樓宇水力發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量,對建筑水能資源化利用所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益進行評估,并分析了水力發(fā)電機的出力計算以及過機流量的測量方法。然后,本文提出建筑單級水力發(fā)電系統(tǒng)的不足,從充分利用建筑水能的角度出發(fā),首次提出樓宇梯級水力發(fā)電的概念,系統(tǒng)由多臺水輪機發(fā)電系統(tǒng)連接至同一引水管道上,合理的利用水力發(fā)電機的工作水頭,實現(xiàn)對水能的多次利用,彌補了單級水力發(fā)電系統(tǒng)因輸出電壓過高而需進行卸載的問題,使水能的利用率得到提高,水輪機發(fā)出的電能可直接供家用負荷使用,也可經(jīng)變壓器和AC/DC模塊儲存于蓄電池中。并利用Matlab對水輪機調(diào)速系統(tǒng)進行建模與仿真,模擬水輪機開機以及甩負荷的頻率變化過程,仿真結(jié)果表明模糊PID控制可以很好的起到調(diào)速的作用,且響應(yīng)速度快,不會發(fā)生超調(diào)。最后,利用LabVIEW軟件平臺搭建樓宇梯級水力發(fā)電電能管理系統(tǒng)的上位機,具體功能包括水力發(fā)電機基本測量參數(shù)的傳輸和顯示、功率的監(jiān)測、電壓波動與閃變的計算、電度的監(jiān)測并進行停電時間的記錄,減少了大量使用硬件電路計算與測量的誤差,完成樓宇梯級水力發(fā)電電能管理系統(tǒng)的設(shè)計。并搭建硬件實驗平臺,通過現(xiàn)場試驗對樓宇梯級水力發(fā)電系統(tǒng)的可行性和優(yōu)勢進行了驗證。
【學(xué)位單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM612;TM312
【部分圖文】：

本章以廈門市為例討論樓宇水能資源化利用，根據(jù)近兩年的降水情況以及城鎮(zhèn)居民生活用水情況分析可利用水能資源量，對建筑水能資源化利用所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益進行評估。并分析水輪機的出力情況，進而計算出樓宇水力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，討論樓宇水能資源化利用的可行性。2.1 建筑水能資源化利用2.1.1 廈門市降雨量的分析廈門市位于我國東南沿海，在北回歸線偏北 1°，屬于熱帶季風(fēng)氣候。根據(jù)自動氣象資料統(tǒng)計顯示，2015 年廈門市各地降水量在 975.2（會展中心）~2805.1（云頂山）毫米之間，2016 年廈門市各地降水量在 1637.4（會展中心）~3488.8（云頂山）毫米之間，降水空間分布大體呈由東南向西北遞增趨勢，基本符合常年分布規(guī)律。《廈門市氣候公報》將廈門市降水情況分為五季，即冬季（12 月~2 月）春雨季（3 月~4 月）、雨季（5 月~6 月）、夏季（7 月~9 月）和秋季（9~11 月）。每個季度的降水量如圖 2.1 所示。

圖 2.2 超聲波測流原理圖超聲波傳感器 A 和 B 分別貼在管道的兩側(cè)，管道內(nèi)徑為 d，管道厚度為 r，傳感器 A 與傳感器 B 之間的傳輸距離為 d/ 。超聲波在管壁及內(nèi)部傳輸具有延遲，延遲時間為 δ 遠小于超聲波的傳輸時間。設(shè)超聲波在水中傳播速度為c，管道中水流速為 v，流量為 Q。超聲波向前傳播由傳感器 A 傳輸?shù)絺鞲衅?B 的時間 ： = ( d/ )/( + ) +δ (2.7)超聲波向前傳播由傳感器 B 傳輸?shù)絺鞲衅?A 的時間t ： = ( d/ )/( ) +δ (2.8)公式2.7和公式2.8可以計算超聲波在正向流動中和反向流動中的傳輸時間差 t：t= =(2dv )/( - ) (2.9)因為 遠大于 ，于是可得：v=( )/(2d ) (2.10) =42 (2.11)

第 3 章 樓宇梯級水力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計水能是清潔可再生能源的重要組成部分，為了對建筑水能進行資源化的利用，本章建立樓宇水力發(fā)電系統(tǒng)的實驗?zāi)Ｐ�，對各個單元的作用進行分析和介紹，對水輪機的輸出電壓提出問題，并設(shè)計分級水力發(fā)電系統(tǒng)擬解決輸出電壓過高問題，表明系統(tǒng)提高了水能的利用率，使發(fā)電量得到了提高。并在 Matlab上利用模糊 PID 控制對水輪機的開機以及甩負荷的過程進行仿真。3.1 樓宇水力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計樓宇水力發(fā)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖 3.1 所示，首先通過屋面將雨水匯集至上蓄水池蓄能，中水經(jīng)過濾后引入管道，將水引入水輪機，水流推動葉片旋轉(zhuǎn)，水輪機發(fā)電[65]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2816409