分布式能源期末复习用习题与答案Word格式.docx
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9、回热循环/间冷循环/再热循环
（1）回热循环：
利用燃气轮机的高温排气来加热压气机出口的空气，可以提高进入燃气室的空气温度，同时也降低了乏汽的排气温度，提高了平均吸热温度，提高了循环热效率。
（2）间冷循环：
在低压压气机与高压压气机之间加一个间冷器，采用分段冷却，逐级加压的方法，以此降低压气机耗功。
（3）再热循环：
在高压涡轮HT与低压涡轮LT之间增设一个再热燃烧室，气体膨胀后温度降低，将其抽出来进行补燃加热，使温度再次升高后再做功，实现燃气在燃气轮机中的分级膨胀，增加了涡轮的膨胀功。
10、燃料电池
燃料电池与其他电池的相似之处是都是通过化学反应将化学能转变为电能，不同之处则在于燃料电池是转换装置，而电池是能量储存装置。
燃料电池是一种利用燃料和氧气之间的电
化学反应产生电力的装置。
最常见的是氢氧燃料电池，但由于氢能大规模获取还有一些技术
屏障，因此，人们也在关注甲醇、乙醇、天然气等用于燃料电池。
11、斯特林机
斯特林机是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机。
12、制冷/热泵
制冷技术，是使某一空间或物体的温度低于周围环境温度，并保持在规定低温状态的一门科学技术。
o制冷技术是通过装置将低温物体的热量传给自然环境（地表水、地下水、空气、土壤以及生活污水和中水）以形成低温环境。
热泵技术，是以消耗少量高品位能源为代价，把大量低温热能变为高温热能的技术。
o热泵技术则是通过装置从自然环境（除上述外还包括余热、太阳能）中吸取热量，并把它输送到需要稳定较高的物体中去。
13、臭氧消耗潜能/温室效应指数
ODP-OzoneDepletionPotential臭氧消耗潜能以CFC-11的值1.000作基准，来表示制冷剂消耗大气臭氧分子潜能的程度,所有其他化合物ODP值代表相对于R11损耗臭氧的程度。
GWP-GlobalWarmingPotential温室效应指数是衡量制冷工质对气候变暖影响的指标值。
当选用CFC-11的值作为基准值1.0时，称为HGWP。
近年来人们将作用100年的CO2作为基准，并将CO2的温室效应潜能值订为1.0，称为GWP。
样所有其他温室气体都有一个相对CO2的值。
GWP100为描述气体100年寿命时对大气温室效应的影响。
制冷剂的环保指标及主要替代品
14、制冷剂
蒸汽压缩式循环采用的循环工质一般称为制冷剂，适用于制冷和热泵两种运行模式；
它在系统的各个部件间循环流动以实现能量的转换和传递，达到制冷机向高温热源放热；
从低温热源吸热，实现制冷的目的。
15、工质对
吸收式制冷与热泵循环中所采用的工质是两种沸点不同的物质组成的二元混合物，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂，通常称为：
工质对。
•常用的制冷剂-吸收剂工质对有：
水-溴化锂溶液，氨-水溶液工质对
16、凝汽式汽轮机
凝汽式汽轮机指蒸汽在汽轮内膨胀做功以后，除小部分轴封漏气之外，全部进入凝汽器凝结成水的汽轮机。
17、背压式汽轮机
背压式汽轮机排汽压力大于大气压力的汽轮机。
18、热电冷联产
热电冷联产（CCHP）基于能源梯级利用概念，将制冷、供热及发电过程一体化的联产系统，属于分布式能源。
19、微型电网
2009年33月26日至27日，在国网电力科学研究院召开的“微网技术体系研究”第一次工作会议将微型电网定义为：
•微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。
分布式发电与微型电网
20、分布式天然气
是梯级利用能源方法之一：
以天然气为燃料，通过“冷、热、电三联供”等方式，在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，综合能源利用效率一般可以达到70%以上，是天然气高效利用的重要方式。
21、余热锅炉
余热锅炉选型：
Ø
型式：
自然循环/强制循环，卧式/立式，直流炉Ø
压力级数：
三压、双压或单压，一般无再热Ø
蒸汽参数，和汽轮机或供热参数匹配Ø
尾部烟气余热利用Ø
旁路烟囱Ø
补燃/不补燃余热锅炉是分布式能源系统中的一个重要设备，它吸收燃机排放的烟气余热，借以产生蒸汽来推动汽轮机或者制冷机做功或者供热（冷），实现低品质能量的利用。
22、能的品味
能的品位即单位能量所具有可用能的比例，是标识能的质量的重要指标。
温度越高，热能的品位越高，相反，品位越低。
二问答题
1、能源的常见分类有哪几种（列出三种即可）？
2、什么是分布式能源系统，其本质和具体体现有哪些？
分布式能源系统——是立足于现有能源-资源配置条件和成熟的技术组合，是不同领域新技术革命的整合，建立在信息通信技术、智能控制技术、先进的材料技术、灵活的制造工艺等新技术的基础上，具有低污染排放，灵活方便，高可靠性和高效率的能量生产系统。
•分布式能源系统的本质就是根据用户对各种能源的不同需求，按照“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的功能方式，尽力扩大资源和温度利用空间，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效能与效率的最大化，提高供电安全性、可靠性，为用户提供更多选择，促进电力市场的健康发展。
3、分布式能源系统的分类有哪些，并指明分布式能源系统的组成。
分布式能源系统的分类•分布式能源系统的核心及重要组成部分是分布式冷热电联产系统，其种类繁多。
•①按能源利用形式分类，有化石能源、可再生能源以及这两种能源互补的分布式冷热电联产系统；
•②按热机类型分类，有燃气轮机、内燃机、汽轮机、斯特林发动机，以及燃料电池等分布式冷热电联产；
•③按系统规模分类，有楼宇型、区域型、产业型和城市型分布式冷热电联产等。
组成：
动力发电系统Ø
换热制冷系统Ø
蓄能系统Ø
信息控制系统Ø
辅助系统（燃料、消费等）
4、智能电网发展的优势和目标是什么？
智能电网通过不断研发新型的电网控制技术、信息技术和管理技术，并将其有机结合，实现从发电到用电所有环节信息的智能交流，系统优化电力生产、输送和使用，达到电力网络经济、可靠、安全、环保运行的目标。
•总体来说，智能电网的目标是提高电网运营的安全性、可靠性和经济性，降低用户的电费支出，并提高能源利用效率，实现节能减排。
•智能电网技术的发展，与分布式能源系统的进步相辅相成，在未来能源产业的发展上，分布式能源和智能电网缺一不可。
1.鼓励电力用户参与电力生产和进行选择性消费；
l2.最大限度兼容各类分布式发电和储能；
l3.支持电力市场化；
满足电能质量需要，提供多种的质量-价格方案；
实现电网运营优化；
抵御外界攻击。
5、分布式发电的特点有哪些？
l•具有以下特点
（1）模块化、分散化，接近终端用户
（2）电源容量小（几十kW至几十MW，容量<
30--50MW）
（3）运行在380V或10kV或稍高的配电电压等级上（一般低于66kV）
（4）电力生产者和消费者合一，功率双向流动
（5）常采用洁净或可再生能源,例如以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电（光伏电池、光热发电）、风力发电、生物质能发电等
（6）运行方式灵活（孤岛运行islandingoperation,并网运行paralleloperationmode）
•——比集中发电更可靠：
含有分布式电源的系统中发生大停电（高负荷、风暴、地震、恐怖袭击、战争）的几率较小；
能源危机、南方冰灾、汶川地震等大停电，庞大电力系统存在“笨拙”而“脆弱”的缺点。
•——清洁性更好，利于环保。
6、发电用内燃机的特征有什么？
1.燃料种类的广泛性
ü
·
无论是火花点火式还是压燃点火发动机都可以利用广泛的燃料运行，基本上只要可以燃烧的东西都可以利用。
·
通常，一个特定的发送机是设计运行某种特定燃料的，也可能会有第二种备用燃料。
分布式发电内燃机的燃料类型主要是化石燃料，最普遍应用的是柴油燃料和天然气。
因为汽油太昂贵。
不同的燃料有不同的燃烧性质和效果，不同的点火方式也适用于不同的燃料。
火花点燃式内燃机最适用的燃料是汽油和天然气，柴油等则更适用于压燃式点火方法。
2.内燃机的多缸性
任何大功率输出的往复式活塞内燃机都拥有多个活塞-汽缸，一个发动机由若干个汽缸组成，它们都和同一个曲轴连接。
采用多缸的原因：
一是一个单独的往复式活塞会产生极大的振动，当采用多个活塞-汽缸时，他们的往复式运动可以协调安排使得发动机变的越来越平衡；
二是工程师可以分单元的设计出一系列不同型号的内燃机，使用在一系列的分布式发电系统单元，在这些单元中，一个单独的内燃汽缸设计适用于4个、6个、8个和12个汽缸模型，制造出275-1100kW不同等级的功率。
3.采用液体冷却或空气冷却
往复式内燃机需要被冷却，一是因为缸内燃烧未控制住的热量将熔化许多零部件，损坏其他装置；
二是因为冷却可以提高卡诺循环效率；
内燃机内部的润滑油除了作为支撑和运动表面的润滑剂外，还起到冷却汽缸的作用（约15%-20%）；
内燃机可用空气外部冷却方法，也可用液体内部冷却，液体从发动机挡板处注到一个液体-空气热量交换器（散热器）。
空气冷却便宜，因为水冷却需在内燃机内建立水袋和内部液体流动通道，液体冷却还需要泵和散热器。
空气冷却效率低，只在小内燃机上才能良好运行，因为随着内燃机型号的增加，外表面区域（空气流过的区域）与内容积（热量所在之处）之比降低，冷却效果不好。
（多数22.5kW以上的内燃机就用水冷却方式）。
7、内燃机的具体工作过程有哪些？
•四行程内燃机工作原理——因为发电用内燃机多为四行程内燃机
•四行程单缸内燃机运转是按进气、压缩、做功和排气的顺序不断循环反复的工作
进气过程
•作用：
吸入新鲜混合气
•活塞运动:
:
从上止点向下止点，排气门关闭，进气门打开
•曲轴转角:
~
•气门状态:
进气门打开排气门关闭
•终了压力:
75--90kPa
•终了温度:
80--130
压缩过程
在密闭气缸内压缩混合气，为燃烧创造条件
从下止点向上止点，进气门和排气门都关闭
~
进、排气门均关闭
800--1400kPa
350--400
做功过程
燃烧高温高压气体膨胀做功
从上止点向下止点，进气门和排气门都关闭
进气门、排气门均关闭
•最高压力:
2490~3520kPa
300~500kPa
1200
排气过程
排出膨胀做功后的废气
从下止点向上止点，排气门开启，进气门关闭
进气门关闭、排气门打开
105--120kPa
600--900
•综上所述：
发动机每完成一个工作循环时，曲轴转动二周（720℃），进、排气门各开启一次，活塞完成四个行程，其中进气、压缩和排气行程是消耗动力，只有作功行程产生动力。
•发动机一个工作循环：
每完成一次进气、压缩、作功、排气的过程，称为一个工作循环。
•四行程发动机特点：
发动机曲轴转二周，活塞往复四个行程完成一个工作循环。
8、衡量发电用内燃机的性能指标的标准有哪些？
他们主要用来评价内燃机的什么性能？
内燃机的性能指标是用来衡量内燃机性能好坏的标准。
其主要性能指标为：
动力性能指标p经济性能指标p排放性能指标
动力性能指标
动力性能指标是指曲轴对外做功能力的指标，包括有效扭矩、有效功率和曲轴转速。
（1）有效扭矩指内燃机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩（torque），通常用Te表示，单位为Nm.有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。
p
（2）有效功率指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。
有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。
它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。
发动机的有效功率可以在专用的实验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下式计算出有效功率。
Pe=（Te*n）/9550
（3）转速指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。
内燃机铭牌上表明的功率和相应转速称为额定功率和额定转速。
p经济性能指标
通常用燃料消耗率来评价内燃机的经济性能。
燃料消耗率是指单位有效功的燃料消耗量，也就是内燃机每发出1kW有效功率在1h内所消耗的燃料质量（以g为单位），燃料消耗率通常用be表示，其单位为g/（kWh），计算公式如下：
be=B/Pe（式中，B为每小时的燃油消耗量，kg/h）
很明显，燃料消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃料越少，其经济性能越好。
通常，发动机铭牌上给出的有效燃料消耗率是be最小值。
p排放性能指标
排放性能指标包括排烟度、有害气体排放量、噪声等。
烟尘、有害气体、噪声等，都是越小越好。
9、燃气轮机的基本组成和工作过程有哪些？
三大基本机械组成部分
压气机：
Compressor--C燃烧室：
CombustionChamber--CC涡轮（透平）：
Turbine--T
工作原理：
压气机从外部吸入空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在受控方式下进行燃烧，生成的高温、高压烟气进入透平（涡轮）膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，从而使得转子旋转做功。
转子做功的大部分（现时情况下约2/3左右）用于驱动压气机，另约1/3的功被输出用来驱动机械设备，如发电机、泵、压缩机等等。
透平出来的烟气温度很高，可再利用（如利用余热锅炉进行余热回收利用）或直接排入大气（如航空发动机）。
10、提高简单燃气轮机循环性能的途径一般有哪些？
1.回热循环
2.间冷循环（多级压缩中间冷却），降低压气机压缩功
3.再热循环（分级膨胀中间再热），增加涡轮机膨胀功
4.燃气-蒸汽联合循环，充分利用余热，降低放热量
5.复杂循环（回热间冷再热）
11、微型燃气轮机的组成及系统工作原理是什么？
•先进微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控和诊断等一系列先进技术特征，除了分布式发电外，还可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等，是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式
发电及热电联供的最佳方式，无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。
•微型燃气轮机单纯的发电效率不算很高，但用于冷热电联产时的能量利用率高，甚至超过了大型机。
•回热微型燃气轮机的排气温度约为250-300℃，用于分布式供电时靠近用户，可方便的按用户需求利用排气热量来取暖、供热和供冷。
多种热负荷的相互重叠和衔接，使供热负荷的波动减少，提高了能源有效利用程度。
•微型燃气轮机发电机组由微型燃气轮机、燃气轮机直接驱动的内置式高速逆变发电机和数字电力控制器等部分组成。
•微型燃气轮机由径流式叶轮机械（向心式透平与离心式压气机）、燃烧室、板翘式回热器构成。
•系统工作原理为：
从离心式压气机出来的高压空气先在回热器内由涡轮排气预热，然后进入燃烧室与燃料混合、燃烧，高温燃气送人向心式涡轮做功，直接带动高速发电机发电。
•发电机首先发出高周波交流电，然后转换成高压直流电，再转换为60Hz/480V的交流电供用户使用。
12、与传统能源相比，燃料电池的特点有哪些？
•与传统能源相比，燃料电池最大的特点是在反应过程中不涉及燃烧，因而能量转换效率不受卡诺循环的限制，其能量转换率高达60%－80%。
•唯一产物为水，具有高效，清洁的显著特点，被认为是21世纪首选的洁净高效发电技术。
•结构简单，没有运动部件，不需要外部动力装置，所以首先被应用于太空，作为航天器的功能系统。
•燃料电池既有普通电池所具备的临近用户，可以作为移动或固定电源进行分布式供能的优势，同时，借助连续的燃料输送，还可以像常规动力电站一样长期稳定的运行。
•可模块化应用，并可利用多种燃料，资源广泛。
13、燃料电池与常规电池的不同之处在于什么？
可以持续添加燃料有生成物排出可以连续的输出电力
所以燃料电池使用的燃料和氧化剂均为流体。
最常用的燃料为纯氢、各种富含氢的气体（如重整气）和某些液体（如甲醇水溶液）。
常用的氧化剂为纯氧、净化空气等气体和某些液体（如过氧化氢和硝酸的水溶液等）
14、燃料电池的组成及各部分作用分别是什么？
•燃料电池主要由三部分组成：
电极、电解质隔膜和以串联方式连接不同燃料电池单体的双极板。
•电极是燃料电池中发生氧化还原反应的场所，分为阴极和阳极；
•电解质隔膜是分隔氧化剂与还原剂以及传导离子的作用；
•双极板则是用于收集电流、疏导反应气体和分隔氧化剂与还原剂。
15、斯特林机的基本结构是什么？
有一个热气缸与一个冷气缸。
热气缸上有吸热片帮助吸热，冷气缸上有散热片帮助散热，
两个气缸通过回热器连通；
回热器有较大的热容量与很好的导热性，比回热器温度高的气
体通过回热器时，回热器吸收气体的热量；
比回热器温度低的气体通过回热器时，气体吸
收回热器的热量；
在气缸内充有气体作为工质，工质不会向外泄漏。
热活塞可在热气缸中
往复移动，冷活塞可在冷气缸中往复移动，热气缸外有加热源对气缸内气体进行加热，冷
气缸外有冷却源吸收气缸内气体的热量。
加热源由炉火表示，冷却源用风扇表示；
两个活塞通过一个机构相连接，按一定的规律移
动。
16、斯特林机的工作过程是什么？
•斯特林发动机利用的是斯特林循环原理。
•热力循环过程可以分为：
d-a定温压缩
a-b定容吸热
b-c定温膨胀
c-d定容放热
第一阶段：
定温压缩
第二阶段：
定容吸热
第三阶段：
定温膨胀
第四阶段：
定容放热
17、斯特林机的特点有哪些？
•燃料多样加热方式灵活，可用多种可燃物质，并可回收各分散或低品位热能，几十度的温差就能使其运转。
•振动噪音低其热源温度低，且连续燃烧，工质压力变化较平稳，工质不燃烧，不存在震爆做功，循环压缩比较小
•污染物排放少其燃烧是在过量空气下燃烧，燃烧充分，污染物低，且燃气或排气还可再循环
•效率高两等温两等容，效率高，一般25-35%，最高47%
•结构简单，维护方便只有三大零件，全封汽缸，两个活塞，无复杂传动机构，具有很高的机械效率和可靠性
•运行特性好扭矩均匀，运转平稳，转速变化范围大，超负荷能力强，外燃机出力和效率不受海拔高度影响，在高原等恶劣环境仍可使用
18、按照热源不同，热泵的分类有哪些？
热泵的分类按照热源不同
1.太阳能空调热泵系统
2.空气源热泵
3.
地源热泵
19、制冷机与热泵的常见结构及其作用是什么？
压缩机：
将低温低压气体压缩成高温高压气体
l四通阀：
制冷、制热时换向
l冷凝器：
制冷时，向环境散热，制热时，从环境吸热
l蒸发器：
制冷时，从室内吸热制热时，向室内散热
l毛细管：
节流元件
l气液分离器：
保护压缩机
20、制冷机的工作原理是什么？
制冷原理
由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程。
制冷机的基本原理：
利用某种工质的状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量
，通过一个消耗功W的补偿过程，向较高温度的热源放出热量
。
在这一过程中，由能量守恒得
21、热电冷三联供系统的组成是什么？
作为能源集成系统（IntegratedEnergySystems），冷热电联供系统按照功能可分成三个子系统：
动力系统（发电）、供热系统（供暖、热水、通风等）和制冷系统（制冷、
除湿等）。
目前多采用燃气轮机或燃气内燃机作为原动机，利用高品位的热能发电，低品位的热能供热和制冷，从而大幅度提高系统的总能效率，降低了燃气供应冷热电的成本。
也可用燃气轮机、内燃机动力装置或其他原动机构成小规模、分布式系统布置在用户附近，独立地输出电、热或（和）冷能。
22、储能技术发展的重要性是什么？
Notastranger！
u电力生产具有连续性，发电、输电、变电、配电、用电须时刻保持动态平衡；
u负荷存在峰谷差，须留有很大的备用容量，造成系统设备运行效率低。
——储能技术的应用，于传统大电网而言，可对负荷削峰填谷，提高系统可靠性和稳定性，减少系统备用需求及停电损失。
•分布式发电发展的瓶颈——
由于自然资源的特性，风能、太阳能及海洋能等发电时其功率输出具有明显的间歇性和波动性，其变化甚至是随机的，易对电网产生冲击，严重时会引发电网事故。
为充分利用可再生能源，保障其供电的连续性、可靠性和稳定性，就要对这种难以准确预测的能量变化进行及时的控制和抑制。
——储能装置，可
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