风力磁涡流致热装置设计与运行特性研究

发布时间：2020-06-15 01:16

【摘要】：磁涡流致热作为一种新型的风能利用方式,因其节能减排、零排放、无污染、风能利用率高等特点受到越来越多的关注,近年来我国风电行业飞速发展,产生了较为严重的“弃风限电”现象,极大促进了我国风力致热系统的发展,同时风力磁涡流致热系统具有结构简单、风能利用系数高及布置更加灵活等优点,有广泛应用前景,开展风力磁涡流致热装置的设计与运行特性研究,对提高风力磁涡流致热系统风能利用效率,对缓解“弃风限电”问题具有重要意义。本文首先依据电磁场理论,结合麦克斯韦方程组对磁涡流致热器进行电磁场计算,分析得出影响致热器致热功率的主要因素,提出提高致热器致热功率的有效途径,设计出了致热器结构,其中包括实心钢致热器、闭口槽致热器和开口槽致热器,为后续的数值模拟及致热器结构的参数优化提供了模型基础。其次利用Maxwell 2D模拟仿真软件分析了实心钢结构磁涡流致热器的磁场及涡流密度的分布规律;分别改变实心钢结构致热器的定子壁厚、气隙长度、定子材料,分析了每种因素对致热功率的影响,以提高致热器材料利用率、致热功率为目标优化了致热器的结构设计参数;在实心钢结构致热器优化设计基础上,分别改变闭口槽致热器中导体条的尺寸、数量、位置和开口槽致热器中导体条的尺寸、数量,分析了每种因素对致热功率的影响,结合模拟仿真结果及加工技术要求,进一步对致热器的结构进行了优化设计。最后依据优化后的致热器结构搭建了风力磁涡流致热系统试验台,对闭口槽和开口槽致热器,在不同转速、铜条数量、循环水的进口温度条件下,进行了致热器致热功率和致热效率的试验探究;依据在不同转速下致热器致热功率试验探究结果与模拟结果对比分析,最终验证软件模拟方法及结果的正确性,为以后致热器的设计提供了理论参考。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK83
【图文】：

装机容量,全球,变化趋势,风电

1.1 选题背景及意义能源为社会的发展提供了基础，随着世界经济水平的飞速发展，对能源的需求也日益增加，一次能源（煤、石油、天然气等）不仅资源有限，而且造成严重的环境污染，目前世界各国都在积极地研究及开发安全、可靠、绿色的可持续利用的能源。风能是一种取之不尽，用之不竭、安全、零排放的可再生绿色能源，已经得到了广泛关注[1-4]。风能作为一种清洁的可再生能源，是最理想的替代能源，将成为未来世界能源的基石[5,6]。目前风能主要用于风力发电，根据全球风能理事会统计，2017 年全球风电新增装机容量为 5257 万千瓦，累计装机容量为 5.3958 亿千瓦，其中我国（除港、澳、台地区外）新增装机容量 1966万千瓦，占全球新增装机容量的 37%，累计装机容量达到 1.88 亿千瓦，占全球累计装机容量的 35%，中国风电累计、新增容量均居世界第一[7]。全球近十年风电新增及累计装机容量如图 1-1 所示，从图中 1-1 可知全球风电行业飞速发展，其中近十年中国风电新增及累计装机容量如图 1-2 所示，近十年来中国新增装机容量居高不下，累计装机容量强劲增长，中国引领风电行业发展。

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