基本信息
- 项目名称：
- 风能综合利用测试系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 新世纪以来，我国各地区出现了能源短缺以及冬夏两季电力荒的严重问题，为此我们提出了在城市家庭中推广使用具有高效节能的新能源——风能。 为确保小型风力发电系统能够在家庭中得到很好的应用，我们设计制作了一套综合测试系统，通过对系统运行状况的监测和对发电数据的长期采集分析，可以得出太原地区的风力状况，以及系统运行的节能和经济效益状况的相关资料，为后续系统的应用提供技术指导。
- 详细介绍：
- 通过对山西大学物理楼的建筑特征的了解，以及考虑到研究的便利性和操作性，我们在物理楼的楼顶安置了额定功率为400W的风力发电机，由于风力发电机受风速影响，发出的交流电很不稳定，于是，我们将风力发电机的三相线接入位于实验室的逆变控制器中（使用一段时间后，经改装得到的高效逆变控制器），经过整流以后，可以直接逆变转化成220V的交流电进行使用，也可以将其存入在实验室安置的24V的蓄电池中，当风速无法达到直接转换为220V交流电时，由蓄电池供应。当两者都不够的时候，它会自动切换到市电供电，保证日常用电器的正常使用。由于该逆变控制系统无法充分利用低风速下风力发电机产生的电能，我们在原来基础上进行了改装和调试。 在风力发电系统基础上，我们设计制作了测试系统展板，通过它可以直观全面的了解风力发电系统所有线路的各项数据状况。 为了能够充分反映太原市地区的风力状况以及风力发电系统运行状况，我们利用单片机89C52制作了数据采集系统，通过它可以对电路中电流电压进行跟踪采集，并可以绘制一天或是全年的发电机线电压和相电流变化曲线图。通过曲线图可以了解太原地区一天或是全年的风力状况。两个单相电能表可以为我们节能效益和经济效益分析提供数据资料。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、设计发明的目的 在全社会能耗中，城市建筑的相关能耗（包括建筑能耗、生活能耗、空调能耗等）已经超过工业能耗，成为社会第一能耗大户，占社会总能耗的 46.7%。故而在城市发展清洁、高效的新能源成为全球能源发展的潮流和趋势。 在低碳建筑的推广过程中，风电建筑一体化是在继太阳能建筑一体化之后的另一个很好途径。小型垂直轴风力发电机有风能利用率高、起动风速低、无噪声等众多优点，所以在城市建筑中小型低风速垂直轴风机有更加广阔的应用前景。 二、基本思路 1、安装小型低风速垂直轴风机，设计一套监测和控制系统，从而建立城市风机示范工程点。为后续数据采集，示范教学，风况评估提供平台。 2、采集整理数据，对发电状况做出分析报告。 3、对城市风况进行分析，包括城市建筑对风况的影响，高层建筑对风况的影响，城市空旷区域风力分析等，得出城市风况的特点。 4、针对城市风况以及城市建筑规划特点，设计城市不同区域的风机选型，风机安装位置，风机组件融入城市建筑的方案。 三、创新点 建立小型风机在城市中应用示范点，对城市风况进行分析评估，以及对风电建筑一体化的研究，从而推广风电设备在城市中的应用。 四、技术指标和技术关键 对城市不同风力区域进行设备选型、设备安装高度设计以及融入建筑的设计，同时保证设备运行效率和不影响城市外观是该项目的技术指标。 风况评估需要使用专业软件进行分析，以保障设备的运行效率。这是该项目的技术关键。
科学性、先进性
- 一、先进性和科学性 由于目前风能的利用很局限，每个国家仅有一些大型的风力发电站在对风能的综合情况进行测量与研究，他们所给出的数据仅是一些地区性的，如果我们想知道具体到某个城市的风能情况，我们就不得而知了。一旦你的数据没有针对性，我们就无法全面准确的评价这个城市的风能情况，这必然影响风能在城市的普及，以及人们对风能的认识，使得其发展停滞不前。为此，该项目在以下方面体现了其先进性和科学性。 1、该项目有一套实时监控系统，就是着重于对城市风况进行分析评估，以便为后续设备选型安装和风能利用在城市中的推广提供相关资料。 2、采用风能利用率高、起动风速低、无噪声的小型低风速垂直轴风机，易于对风力状况进行数据捕捉和分析。 3、为了减少城市建筑能耗，减少传统能源对环境的污染，我们专门在实验室制作风能应用状况展示板，这样不仅利于学校教学研究，同时为市民对风力的了解认识提供实 物验证，示范教育作用更加直观有效。
获奖情况及鉴定结果
- 作品在山西大学第十五届“创新挑战杯”上获得科技发明二等奖
作品所处阶段
- 运行阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物展示、视频展示、图片展示、宣传资料、设备运行状况展示板、测试数据资料、太原市风况评估资料
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该示范点的测试系统操作简易，便于数据采集，下一步我们将在逆变系统、计算机数据采集、智能控制方面加大力度研究，优化系统使得数据采集和远程控制更加便利。优势将更加明显。 该设备能为实验室提供部分照明需求，同时该测试系统适合在全国各个地方建立示范点，让人们通过它了解到风能的各个方面，此外该小型风力发电系统适合于家庭和城市公共系统的推广使用，而我们的测试数据及风况评估体系能为该设备的推广提供相关指导。物理电子工程学院实验室安装的设备为风能的推广使用起到一个示范作用，将其置于实验室还可以为以后有兴趣研究风能方面的同学提供一个平台。 从市场分析和经济效益角度看，我们的测试系统将为该设备的使用效率、安装、选型、风电建筑一体化设计、经济成本调研作出详细系统的指导，此外从现有安装设备的使用状况看出该设备节具有很高的推广价值。如果有好的政策导向，大力推广该设备在城市中的使用，将大大减少对传统能源的使用，减少化石能源对环境的污染。
同类课题研究水平概述
- 在《内蒙古电力技术》期刊上有内蒙古电力勘测设计院的曹效义老师和内蒙古电力科学研究院的薛志凌老师发表的《风力发电与火力发电的节能减排效益比较分析》，他们进行的是在合巴彦淖尔乌拉特后旗百万千瓦风电场的相关研究与测量。 在2010中国可再生能源科技发展大会上由南京工业大学梁勤杰，朱跃钊等老师发表的《城市型小风机发展概况》，他们对2010上海世博会风电技术运用进行了调研。 1976 年在美国科罗拉多州建立了小型风力装置的试验中心。在这个试验中心 ,主要进行新风力装置的试验,其目的是测定风力装置的性能,并提出研究课题,还协助制造厂商定型产品以及为用户提供必要的试验数据和情报。 现在国内外有关的研究都是针对于地区的大型风力场，很少对具体的城市开展研究与测量。
