城市高层建筑群风能转换与储能技术研究

论文摘要

能源危机已经逐渐成为制约现代社会发展的关键因素,煤炭、石油、天然气等传统资源的耗尽也让人们越来越关注太阳能、风能、地热能等可再生能源的开发利用。其中,风能发电技术的日趋成熟,也是应用最为广泛的技术之一。但是,由于风力发电场选址及建设,均在离城市较偏远的地区,必须通过电力运输的方式将风能转化的电能输送到城市当中。在电能的输送的过程中,由于电线电缆的内阻消耗及外部条件恶化,必然会造成电能的浪费,在城市中寻找适合风能发电的区域及方法就显得十分重要。高层建筑群是城市的主要组成部分,而风与城市建筑是密不可分的,风在流动的过程中和建筑物发生相互作用,会形成其独特的周边风场能量分布。因此,将高层建筑群作为风能利用的载体,分析其周围风能量分布情况,寻找合适的方法进行风能的利用及储存,具有重大的应用价值。本文以城市高层建筑群风能的利用为研究出发点,通过对城市中的高层建筑群的实际构成方式、布局等的考察和分析,选取了城市高层建筑群形态的基本组成单元,采用计算流体动力学(CFD)软件对建筑群的周围风能量分布进行了数值模拟分析,并得到了相应的风速比和风速矢量场数据。在分析数据的基础上,综合利用建筑本身及风力发电系统的特点设计了一套应用方案,并且根据方案制定了具体实施示意图。另外为了使风能的利用程度最大化,设计了相应的混合储能控制系统,可有效平滑输入脉动,优化储能器件的充放电过程,达到能量的高效储存。此项研究在可再生资源的应用领域具有较强的前瞻性,对今后的探索具有一定的指导性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 可再生能源的应用现状及发展
• 1.1.1 国内外应用现状
• 1.1.2 我国可再生能源应用的发展
• 1.2 城市化进程与风能源的联系
• 1.3 高层建筑群风能的研究方法
• 1.3.1 现场实测法
• 1.3.2 风洞试验法
• 1.3.3 数值模拟方法
• 1.4 电能储能技术概述
• 1.5 课题的研究任务与实现目标
• 1.6 论文的内容安排
• 第2章 城市高层建筑群风场能量分析
• 2.1 高层建筑群风场能量的分析方法
• 2.1.1 数值模拟的基本方程
• 2.1.2 湍流及其模拟方法
• 2.1.3 本文采用的研究方法
• 2.2 风速的梯度效应分析
• 2.3 不同布局高层建筑群风能量分析
• 2.3.1 错落式队列分布1
• 2.3.2 错落式队列分布2
• 2.3.3 方块状规则阵列分布
• 2.4 相邻双体高层建筑风能量分析
• 2.4.1 等高等宽，不同间距
• 2.4.2 等宽等距，不同高度
• 2.5 本章小结
• 第3章 城市高层建筑群风能应用方案
• 3.1 城市高层建筑群风能特点
• 3.2 城市高层建筑群的特征分析
• 3.3 风力发电系统特点分析
• 3.3.1 风力机形式及工作原理
• 3.3.2 风力发电机分类及参数
• 3.3.3 风力发电系统的特点
• 3.4 应用方案的确定
• 3.4.1 城市高层建筑群风能评估
• 3.4.2 风机形式、功率选择
• 3.4.3 安装部位
• 3.5 本章小结
• 第4章 混合储能方法的研究
• 4.1 储能系统的构成及作用
• 4.2 蓄电池的特性及工作原理
• 4.3 超级电容器的特性及工作原理
• 4.4 蓄电池与超级电容器混合储能的提出
• 4.5 混合储能系统模型分析
• 4.6 混合储能系统性能分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 混合储能控制系统的软硬件实现
• 5.1 主电路方案设计
• 5.2 控制芯片
• 5.3 硬件电路设计
• 5.3.1 人机接口电路
• 5.3.2 功率变换器及开光MOSFET 驱动电路
• 5.3.3 调控信号的发生
• 5.3.4 检测电路
• 5.3.5 电源电路
• 5.4 软件程序设计
• 5.4.1 主程序
• 5.4.2 子程序模块
• 5.4.3 中断服务程序
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢