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走进电世界 4 武汉大学电气工程学院 4电能利用与发电类型 引言 社会从来都不会准备接受任何发明 每一个新生事物都会受阻 发明者的声音也只有经过很多年以后才会为世人所听取 新生事物本身则需要更长的时间才会被接纳 爱迪生 电能利用 现有的发电类型 新型发电方式 发电 供电和用电的基本设备 4 1 4 2 4 3 4 4 4 1电能的利用 4 1 1能源的分类 世界能源利用过去与未来的变化情况与发展趋势 4 1 2电能的利用及生产方式 4 1 3电能利用的发展方式 火力发电 水力发电 现有的发电类型 核能发电 4 2现有的发电类型 燃料煤能量 锅炉燃料能量 涡轮机能量 发电机能量 火力发电的流程 4 2 1火力发电 汽水系统 电气系统 控制系统 燃烧系统 火力发电系统的构成 火力发电系统 水力发电的类型 流入式水力发电 调整式水力发电 水库式水力发电 扬水式水力发电 4 2 2水力发电 三峡水电站鸟瞰图 三峡水电站输电范围 压水堆核电厂简化工艺流程 4 2 3核能发电 核反应堆类型 太阳能发电 潮汐能发电 燃料电池发电 地热发电 生物质能发电 风力发电 新型发电方式 4 3新型发电方式 太阳能发电塔示意图 4 3 1太阳能发电 太阳能发电原理示意图 利用潮汐的动能发电利用潮汐的势能发电 4 3 2潮汐能发电 潮汐发电原理图 地热加热系统 地热发电示意图 4 3 3风能发电 4 3 4地热发电 燃料电池发电示意图 4 3 5燃料电池发电 生物质能发电 甲醇发电 城市垃圾发电 生物质燃气发电 秸秆发电 4 3 6生物质能发电 核聚变反应原理 4 3 7核聚变 人类未来的能源之星 4 4发电 供电和用电的基本设备 直流发电机 同步发电机 风力发电机 太阳能发电机 潮汐发电机 发电机 类型 发电机主要部件 4 1 1发电机 直流发电机工作原理图 转场式同步发电机结构模型 风力发电机内部构造图 风力发电机外观图 太阳能发电 变压器工作原理 一次电压 二次电压 一次线圈 二次线圈一次侧的功率 二次侧的功率 4 4 2变压器 电力变压器结构及外形示意图 4 4 3无线电能传输 电能的无线传输方式 一 电磁感应无线电能传输方式 该方式利用变压器原副边耦合原理传输电能 传输功率大 效率高 但距离很近 仅在1cm内 目前已在轨道交通方面应用 二 无线电接收传输方式 该方式利用无线电波收发原理传输电能 传输功率只能在几毫瓦至一百毫瓦之间 应用范围不大 三 谐振耦合电能无线传输方式 该方式利用电路中电感电容谐振原理传输电能 理论上电能的传输功率 传输距离不受限制 是当前最有希望突破传输距离和传输功率的一种电能无线传输技术 四 电场式传输技术 该技术传输距离较远 功率较大 且能够克服电磁干扰和金属障碍物造成的能量传输阻断 因此也非常受到重视 一 电磁感应型 电磁感应型非接触电能传输的原理主要是一次侧线圈和二次侧线圈相邻数厘米 在一次侧线圈中施加高频交流电流 以电磁场作为媒介在二次侧线圈感应出电动势 二次侧经过整流滤波稳压 为移动终端供电 从而实现电能传输 该技术已经逐渐普遍应用于移动终端非接触充电 效率可以达到70 以上 二 无线电接收型 无线电接收型非接触电能传输的原理主要是利用天线来发射和接收无线电波能量 不同于以往的放大电路 而使用整流滤波电路将无线电波转化成直流进而应用 无线电接收型距离较远 但传输效率和传输功率很不理想 三 谐振耦合型 磁耦合谐振式无线电能传输技术是最近两年才被提出的世界前沿课题 该技术思路最早是由美国麻省理工学院 MIT 物理系助理教授Marin Soljacic的研究小组于2006年11月在美国AIP工业物理论坛上提出 并于2007年6月 通过验进行了验证 相隔2 16m隔空将一只60W灯泡点亮 该技术通过磁场的近场耦合 使接收线圈和发射线圈产生共振 来实现能量的无线传输 该技术可以在有障碍物的情况下传输 四 电场耦合型 电场耦合方式的电能无线传输的概念最早由特斯拉所提出 但当时由于技术条件的限制未能得到广泛关注 近几十年来 电场耦合技术在信号方面的应用得到了比较好的发展与应用 但随着技术等各方面的进步 电场耦合技术在能量传输方面的优势逐渐显露出来 如能够克服电磁干扰和金属障碍物能量传输阻断等问题 实现能量的无线传输