时间：2022-03-13 01:07:28
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇发电技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
在“西部大开发”战略的指引下，史无前例的“西气东输”工程全面施工，引进液化天然气和管道气项目也全面开展。国家重点支持发展的天然气燃气—蒸汽轮机联合循环发电工程首批联合招标项目装机总容量8000MW，计划于2005~2006年建成发电。以引进技术形成自主开发能力为目标的燃气轮机制造产业也在分阶段实现。我国天然气燃气轮机和联合循环发电进入一个新的发展时期。
据统计，2001年世界天然气消费量达24049亿立方米，天然气在世界能源消费结构中的比例达24.7%。第16世界石油大会报告认为2010年全球天然气消费量将增加到49000亿立方米，且预计到2040年天然气在世界能源消费结构中的比例将上升到51%。
当今世界主要工业发达国家能源结构中天然气所占比例为：美国25.8%，英国38.1%，俄罗斯54.6%。而我国仅为2.5%。
此外在1995年世界电力结构中天然气发电占18.54%，当时我国是1.4%。近期我国天然气燃气轮机发电装机容量将有增加，但预计到2006年天然气发电在电力结构中的比重仅达2.7%。
以上统计说明，我国在天然气应用和天然气发电上与世界工业发达国家相比有巨大差距，努力推动我国天然气发电的任务是紧迫的，也是有很大发展空间的。
一优质燃料天然气应主要用于燃气轮机联合循环的高效发电。
天然气是化石能源中最洁净的燃料，在燃烧性能、热值、运输等各方面都是最优质的燃料。燃气轮机和联合循环发电应用热力学上布雷顿循环和朗肯循环相结合，既有利于高品位能量的转换，又能充分利用较低品位的能量，具有能源综合利用和最高效率的优点。当今燃气—蒸汽轮机联合循环发电热效率已达到60%，远高于常规或超临界火力发电水平，（见表1）。
应用天然气燃料燃气/蒸汽联合循环发电的另一个优点是最低的环境污染排放。燃气轮机具有优良的燃烧特性，控制低污染排放技术水平不断提高。天然气燃气/蒸汽轮机联合循环机组与常规火力发电机组相比具有最低的污染排放，被称为“绿色能源”，是可持续发展最有希望的发电技术（见表2）。
表2装机容量500MW燃用天然气电厂和燃煤电厂的环境影响比较
注：1原煤热值按全国平均值19678kJ/kg(4700kcal/kg)计；
2原煤含硫按1.1%，灰份按27%计；
3年耗煤量150万吨，除尘效率98.5%；
4燃天然气电厂值取国外资料
由于天然气燃气－蒸汽联合循环是最理想的发电方式，世界燃气轮机发电装机容量大幅度增长。1996年6月到1997年5月世界燃气轮机订货总功率数28222MW，1998年6月到1999年5月订货总功率翻了一番，达到64254MW。燃气轮机发电已是电力结构中的重要组成部分，在新增发电容量中更占主要份额。据报告美国南方电力公司发电新增装机容量中燃气轮机和联合循环占90%以上。
二我国燃气轮机发电应是电力结构中的又一重要组成部分
世界能源结构中，煤炭仍是最丰富的资源。预测全球石油储量尚可开发60年，天然气有120年，煤炭则有200年。我国对煤炭的依赖尤为重要。中国是煤炭大国，现探明的天然气储量有限，应用天然气还要依靠进口，在天然气发电方面也刚起步。我国以燃煤火电为主的状况将会持续一个漫长的岁月。
但是我国应积极发展天然气燃气轮机发电，目的是优化我国电力结构，提升我国电力技术水平。这就要求充分发挥天然气燃气-蒸汽联合循环发电的优点，来加速发展我国天然气发电。
燃气轮机联合循环发电与常规火力发电相比，除具有热效率高、排放污染少外，还具有灵活机动、调峰性能好，以及投资低、建设周期短、占地面积少等一系列优点。
燃气轮机和联合循环发电在电力结构中最适当的位置或用途是：
1人口密集地区、经济发达地区；2负荷中心或电网末梢，以及用电极度紧张地区；
3主要用于电网的调峰
随着我国国民经济高速发展和人民生活水平的提高，在相当长的时期内，我国一方面会存在电力紧张的状况，另一方面电力负荷常常是多变、复杂且具有不稳定性，例如：
1随着电力总量增长，负荷峰谷差矛盾十分突出；
2社会专业化生产规模的提高，促进地区性电力负荷分布不平衡；
3农村城市化和偏远地区经济发展，全国大电网建设仍跟不上广大地区发展用电需求；
4电力负荷的季节性变化也越来越大。
此外大型水电站和核电站建成后在电网中以基本负荷发电，电网则急需配置充分的调峰机组。
可见，我国必须将火电、水电、核电和各种先进的发电技术相结合，也必须加快发展天然气燃气轮机发电技术。燃气轮机应以其自身特点在电网中发挥重要作用。燃气轮机发电应是电力结构中的又一重要组成部分。
三燃用天然气的分布式燃气轮机冷、热、电联供，可望为解决电力负荷峰谷差找到有效途径。
随着经济发展和人民生活水平的提高，用于空调、取暖的电力负荷明显增加，造成日负荷和季节性负荷的峰谷差，这是世界各工业国家普遍存在的问题。我国现今人均用电拥有量远远低于工业发达国家的水平。我国电力的增长，其中一大部分将是满足生活用电的增长。生活用电包括取暖、空调等各方面的电力消耗，伴随着电力负荷的增长又加剧峰谷差的扩大。
按深圳市统计为例，2000年月最大负荷为210～339.5万千瓦，月用电量为83177～187048万千瓦时，季节性峰谷差达129.5万千瓦；2002年月最大负荷为296.7～480万千瓦，月用电量为112630～261780万千瓦时，季节性峰谷差达183.3万千瓦。据预测今年深圳市最高负荷将达到600万千瓦，季节性峰谷差将超过200万千瓦。据深圳市供电部门预计，深圳市现有空调负荷很可能超过100万千瓦。
在电力发展中可按满足高峰负荷来扩大装机容量，必须配备一批调峰机组或增加备用容量。这将会带来电网调整的困难，也影响电网建设的经济性。当代电力系统在继续发展以大型机组为核心大电网的同时，又注重中、小型发电的互补作用。以天然气直燃的微型燃气轮机分布式冷、热、电联供，可使用管网或车运天然气，大大减少在电网上的耗电，可化解电网峰谷差矛盾，提高电网的安全性和经济性，这已成为当代电力发展中的又一热点。
微型燃气轮机简单循环效率达40%，寿命45000小时。微型燃气轮机用于能源综合利用的冷、热、电联供热效率可达80～90%。目前美国、欧洲、日本都已批量生产微型燃气轮机，其性能见表3。
表3先进微型燃气轮机主要性能指标
性能指标
高效率燃料—电力转换效率至少为40%，热电联产效率>85%
环境氮氧化物（NOx）<7ppm(燃天然气)
耐久性大修期之间可靠运行1000小时，运行寿命至少为45000小时
发电费用系统成本<500美元/kW，发电费用能与市场应用替代方案（包
括电网）具有竞争力
燃料适应性可选用多种燃料，包括柴油、乙醇、垃圾掩埋场瓦斯和生化燃料
我国科技部863计划中有自主产权微型燃气轮机的开发项目，正在试制100kW涡轮初温900℃，简单循环供电效率29%的微型燃机，2004年将制成样机。我国发展天然气微型燃气轮机的冷、热、电联供的条件逐步具备，这将为我国解决峰谷差矛盾找新的出路。
四应根据天然气燃气轮机联合循环发电的特点研究制定合理的政策，进一步推动天然气发电的发展。
当前我国天然气燃气轮机联合循环发电正处于起步阶段，国家尚无完善的政策法规按燃机电厂在电网中发挥的特殊作用来制定合理的电价。而天然气作为优质燃料，价格偏高，且国内价格比现行国际价格更高。天然气燃气轮机联合循环发电在经济上与常规燃煤火力发电机组相比还缺少竞争力，而这点常常会限制新颖发电技术发挥作用，影响我国电力建设的普遍水平（见表4）。
表4天然气燃气／蒸汽联合循环与常规火力机组的燃料成本的比较
天然气燃气／
蒸汽联合循环发电常规燃煤火力发电
燃料单价1.45/m3360元／标煤吨
燃料热值8942kcal/m37000kcal/kg
热效率55.4%35%
单位燃料消耗量0.162kg/kw•h0．370kg/kw•h
燃料成本0.2354元／度0.1332元／度
在市场经济发展规律支配下，根据同网、同质、同价和公平竞争的原则，天然气燃气－蒸汽联合循环发电的重要作用，应在经济价值上合理的反映出来。
例如天然气燃气轮机在电网中担当调峰或作备用容量，首先会使机组频繁起停，直接影响经济性和降低设备维修间隔周期，增加运行成本。根据燃气轮机经济性和可靠性的统计规律，机组起停一次相当于10~20个当量运行小时。承担电网调峰作用的燃气轮机，年起停次数一般大于300次以上，相当于增加了3000~6000个运行小时数。如果实际运行3500小时，机组当量运行小时数已达6500~9500小时。
再考虑到调峰机组在负荷低谷时段不发电，在高峰或平峰时段也常减负荷，机组年运行小时数经折合后约为3500小时。若是担当电网备用的机组其年运行小时数更低。年运行小时数低的调峰机组比以基本负荷连续长期运行机组的运行成本将随运行小时数的减少而成比例增加。因电网需要而担当调峰任务的机组，折合年运行小时3500小时，但发电的价值却与7000小时左右的基本负荷相当。
调峰机组只能依靠合理的峰谷电价差来弥补其调峰带来的经济损失。发改委[2003]14号文确定峰、谷时段电价差在2~5倍之间。实际价格差应取在上限才趋向合理。
此外，对燃气轮机低排放污染的优点在电价上也应反映。这项电价的补偿应与常规燃煤火力发电因必须采用脱硫工艺而得到的补偿相当。例如深圳妈湾4＃机组总投资15亿，其中海水脱硫设备投资2.17亿，约占总投资额的14.5％。其4＃机组的电价由当前的0.52元／度提高到0.57元／度。燃气－蒸汽联合循环电厂的环保电价补偿政策可参考这种电价补偿的方法来制定。
关键词：光伏发电技术；教学模式；课堂实验教学；校企合作教学
中图分类号：G646 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0161-02
人类社会的可持续发展面临着环境恶化、资源短缺的严峻挑战，而取之不尽用之不竭的太阳能则成为新能源的首选之一。曾经在全球光伏产业的推动下，中国光伏产品已占据国际市场的大半壁江山，但却一直面临市场在外的困局。光伏产业经过数年爆发式增长，最终多个环节产能面临严重产能过剩。随着欧美对中国太阳能电池板的“双反”实施，近几年是中国光伏产业发展过程中的一个“寒冬”。光伏企业要应对“寒冬”，一是上游制造企业要提高自身的技术水平和产品质量；二是下游应用企业要抓住机遇，通过技术创新不断提高系统集成能力，致力于为客户提供优质可靠的系统设计方案。依据国家新能源政策的战略部署，结合上海电力学院的专业特色，我校相关太阳能光伏发电专业力图培养出合乎国家和社会需要的、满足光伏产业结构调整的市场需求的光伏材料及光伏系统设计专业方面的人才。有关专业以物理学为基础，系统学习基础物理学、固体物理、半导体物理等，使学生牢固掌握物理学基础理论。同时结合电力教学的优势，将太阳能电池技术、太阳能发电技术、电力分析基础、逆变器原理等作为专业必修课，培养太阳能发电技术行业的高层次专业人才。这样，学生在掌握光伏发电系统设计专门技能的同时具备更加扎实的理论知识基础和科技创新的潜力。其中《太阳能发电技术》包含了太阳辐射、光伏系统设计原理、部件选型、系统安装维护等内容，其教学目标是希望通过该课程的学习能使同学们能掌握太阳能发电系统的设计开发，为今后从事相关工作打下坚实的理论基础。作为最早开设《太阳能发电技术》课程的高等院校，由于该课程属于新课程教学，教学过程中受到教材、实验设备等各方面条件的限制，使用传统的教学方法效果不很理想。本文就近年教学过程中遇到的一些问题，针对目前的教学模式进行探讨。
一、加强课堂实验教学
《太阳能发电技术》作为光伏产业人才培养的基础性课程，主要讲述太阳辐射的相关知识、光伏发电系统的原理、系统设计、配件选型及系统安装维护等相关专业知识，这是一门实践性十分强的专业课程。在目前的教学过程中发现，单纯依靠理论知识讲解，学生很难对光伏系统有深入的理解。总结教学过程发现，在学习理论知识的同时如果能结合相关的实验、实践教学，则可大幅度提高教学质量与课堂教学效果，也能加深学生对知识点的理解与掌握，这就凸显了课程教学中实验环节的重要性。由于《太阳能发电技术》属于新课程，受到实验设备、实验条件和人员的限制，短时间内开展丰富实验教学有着一定的困难。但是，使用计算机软件仿真虚拟实验和设计就没有这方面的限制。因此，着手开发该课程的虚拟实验教学环境也是一种重要的方法。此外，在教学的过程中也可以根据教学的需要，动员学生与老师一起自行设计一些简单可行的实验设备，既可以加深学生对所学理论知识的理解，又能使学生能够得到全面的实际训练，还可以丰富该课程的教学资料。另外，在这个过程中，除了简单的验证性实验，还与控制类、综合设计类的实验相结合，提高了学生对已学知识的综合运用能力，加强了学生的动手能力和实践能力，使学生在走入社会后，能较快适应市场发展需要，提高就业竞争力。此前北京信息科技大学的白连平等[1]针对该课程就设计了一些可行性实验，如光伏阵列设计实验、太阳能路灯照明系统设计等。
二、开展校企合作教学
由于工科课程的实践特性，除了课堂的理论与实验之外，开展校企合作教学则是提高该课程教学效果的制胜法宝[2]。在前期的教学过程中作为实践教学曾经带学生到相关的光伏企业见习，在企业参观实习的结束之后，有些学生反映“公司实习4天比在学校2年学的东西都多”，这句话也让作为教育工作者的我们陷入沉思。现在学生学习知识的途径很多，他们更喜欢看到实际的操作而不是“纸上谈兵”。例如课堂上讲过单晶硅、多晶硅、薄膜太阳电池，而很多学生到了现场仍然分不清楚是什么类型的太阳电池组件；课堂上学习了晶体硅太阳电池的制备工艺，参观的时候学生还是提出为什么这些电池都是蓝色的，不能做成其他颜色呢？虽然这些基础的知识都已经在课堂上讲授过了，明显部分学生不知道或者不懂却从来没有人提出过，而在参观过程中他们都想到了这些问题，通过参观学习对这些知识有了更进一步的理解，充分说明了仅有课堂教学远远无法满足该课程的设置目标。因此，除了辅助的课堂实验教学或者视频演示之外，与相关企业开展校企合作教学也是提高学生认知能力的一项重要教学手段。这就要求在该课程的教学过程中，除了加强实验教学还必须加强学校和企业之间的合作，开展合作教育方可取得更好的教学成果。
三、将科研与新技术融入教学培养学生的科技创新能力
素质教育已经是高等院校的重中之重，学校有很多项目都涉及鼓励大学生科技创新，从近代科学技术的发展史我们也可以看出，年轻人在科技创新上有着巨大的潜力。而如何通过有效途径提高工科学生的科技创新能力也困扰着不少教师。同时作为高校教师大多也同时肩负着科研工作，怎么样将自己的科研工作融入日常教学并以此为基础培养学生的科技创新能力也是一个应该认真考虑的重要问题。大学生在科研领域的创新在国际上屡见不鲜，比如在超导领域，MgB2合金超导体以及NaCoO.H2O超导体都是由日本的本科生首先发现的。《太阳能电池技术》及《太阳能发电技术》课程的开设，为科研融入教学提供了良好的载体。太阳电池材料的研究是目前材料科学的一大热门研究领域，这样可以在教学过程中使学生了解到最新的材料研究，从而让学生了解到了什么是科研，科研对实际生活又有着怎样的影响，从而激发学生的学习兴趣。而《太阳能发电技术》主要包括太阳辐射、电池制造、组件制造、系统原理、系统设计、部件选型以及控制器逆变器原理等技术。它包含了多门理论性和实践性都很强的专业课程，涉及的知识面广、内容概念多，为大学生创新提供了一个良好的平台。学生在老师的指导下开展太阳能电池及发电技术的研究，查阅资料、进行光伏发电方案的设计，促使学生将所学的电学、材料学、物理学等学科联系起来。有利于调动学生的学习积极性，激发学生的科技创新兴趣，培养学生分析和解决问题的能力[3]。
四、课程考核形式多样化
基于该课程的实践性特点和教学目的，可以在传统卷面理论知识考核的基础上增加多样化的考核形式，比如系统设计作品展示、成果汇报等多种方式进行考核，综合考核专业知识、专业技能等方面。对采取不同方式、对各个不同方面进行考核的结果，通过一定的加权系数评定课程最终成绩。
五、小项目形式完成课程设计
在网络化的今天，课程设计面临的一大问题就是论文在网络上复制粘贴完成。而作为实践性较强的太阳能发电方向的毕业生，我们是否可以改变思路，课程设计不再局限于理论推导而转向实践性课程设计。指导老师可以根据地理情况和电网分布情况选择合适的条件用于学生自主设计光伏发电站，包括太阳能电站地点选择、可行性分析、电站规模及组成、蓄电池容量、光伏电站年发电量及经济效益、光伏电站整体布局（组件串并连设计、汇流箱排布、电缆连接、线管地槽整体排布、电缆规格及用量计算、线管规格及用量计算、配电房及看守房布置、支架定点图等）、系统防雷及监测、电网安全性等部分内容[4]。相信完成这样的课程设计，可以培养学生查阅文献和市场调研能力，对其今后独立从事光伏产业内业务是非常有帮助的。这样的课程设计比普通的论文撰写更能提高学生的专业水平，从而使学生的能力达到甚至超越该学科的培养目标。
本文根据《太阳能发电技术》的实际教学经验以及该课程的教学目标，探讨了在现有教学模式基础上需要进行的一些改进。作为工科应用型创新人才，最重要的是应该具有很强的独立获取和应用知识的能力，而传统的理论教学为主模式则很难让学生将书本知识与实际光伏工程结合起来，也就无法真正理解光伏发电系统。本文提出了加强实验教学、开展校企合作教学、将大学生创新融入教学以及改变传统的考核方式等，其实质都是为了改变目前理论教学为主体的教学模式，将实验、实践教学等过去不被重视的教学方式引入这些实践性较强的课程，探索新的教学模式，从而培养出更适合现代企业、社会所需的高层次人才，达到开设该专业的最终目标。
参考文献：
[1]白连平，张巧杰.光伏发电实验设计探讨[C].第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（2）：602-605，2008-04，中国陕西西安.
[2]赵涛，李国强.独立学院校企合作人才培养模式探索与实践[J].实验室科学，2012，（6）：1.
关键词：新能源发电；教学方法；教学改革；教学理念
中图分类号：TM619 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）14-0217-03
从2006年秋季学期开始，我校电气信息学院就面向电气工程及其自动化专业学生开设了新能源发电技术方面的选修课，2009年学院改革，对原有专业进行重组、调整，新成立了电气与新能源学院，开始招收电气工程及其自动化（新能源发电方向）专业的本科生，重点培养从事新能源技术领域的研究、开发、维护、管理等方面的高级工程技术人才，并在2010年开始招生，现已经达到80人规模，开设的相关课程（含实验）一般安排在第五学期。
开设“新能源发电技术”专业选修课的目的是为了帮助电气工程及其自动化专业的学生全面了解能源科学概况、世界范围内面临的能源问题及其解决对策和发展前景、新能源开发利用的重要性以及新能源开发利用技术等方面的知识。课程内容涉及新能源基础知识、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等内容。针对目前选修课的建设和完善已成为高校教学改革深化的重要环节，选修课教学已然成为高校基于社会对复合型人才的迫切需求，本文将以新能源发电技术课程为例，分别从教学内容的选择、教学方法、教学手段和教学理念等方面进行一些改革研究与分析，其目的在于提高选修课教学质量、促进学生综合能力。
一、精选教学内容
新能源发电技术是一门专业性、综合性较强的应用学科，涵盖了风能、太阳能、生物质能等多种新能源的内容，综合了电气工程、机械工程、工程力学、物理学等学科知识。因其涉及的专业门类、知识面比较宽广，学生普遍反映不太容易找到学习规律，难以把握重点，理解稍困难。因此，结合新能源发电技术课程的培养目标，适当选择课程的教学内容，综合与电气工程相关的专业课，在教学过程中以新能源的发电方式为核心，分析各种类型的新能源、能量转化方式、发电原理等内容之间的相关联系，引导学生逐步把各个关联的知识点汇成知识链，促进学生学习和记忆。对于各种新能源的发展历史、资源分布和特点则可做简单介绍。另一方面，考虑到电气工程专业对学生的培养目标要求，比如有关风力机的空气动力学原理、太阳能热转换原理、生物质热裂解过程等内容可只做概述性讲解，让学生了解其基本概念。教师在教学过程中，需要注意引进当前国际国内的最新科研成果来丰富新能源课程的教学内容。该课程涵盖多方面学科，是当前大力提倡发展的一个技术方向，其涉及到的信息量多，知识更新快。特别是最近几年，不断涌现出研究新能源发电及其相关技术的新方法，使得新能源发电技术得到大力发展。因此，在选择和组织教学内容时，以教材为主体，综合大量的相关文献资料及网络资源，例如中国新能源网、中国新能源发电网等，适当增加一些不仅能反映新能源发电技术前沿领域的新理论、新技术，而且又能展现学科交叉、扩大学生视野的教学内容，不断在教学实践过程中提高这门课程的教学质量。
二、探索灵活的教学方法
在新能源发电技术课程的教学中，需要积极探索，发掘与课程特点相匹配的教学方法。在课堂教学中，需要注重知识性、趣味性，注意理论与实际相结合，可在教学过程中采用启迪式、比较式、讨论式和流程式等多种不同的教学方法，目标明确，重点突出，充分调动学生的学习积极性。
1.启迪式教学法。这种方法可以较好地激发学生的学习积极性，促进他们主动思考，培养他们分析和解决问题的能力。例如，在讲解并网光伏发电系统时，根据学生之前掌握的光伏发电基本原理，启发他们思考为什么要对独立的大规模光伏发电系统进行并网、并网的方式是怎样的、并网的过程中还需要增加哪些相应的装置。通过在教学过程中设置这样一些问题，逐渐开阔他们的思维方式，让他们认识到要使得太阳能发电得到大规模、高效率的利用，必然要对光伏发电系统进行并网，在并网的光伏发电系统中，并网逆变器又是核心设备，不仅能够把光伏电池组件输出的直流电转换成与电网同频同相的交流电馈入电网，同时还起到调节电力的作用。此外，在讲解上述知识点的过程中，还能够巩固学生在电力电子技术课程中所学到的关于逆变器的知识点，培养他们对所学到的各种知识点进行融会贯通、举一反三的学习能力。
2.比较式教学法。采用不同形式的图表对各种新能源发电方式或同一种新能源的不同利用形式进行互相对比，不但形象直观，还有利于培养学生综合分析问题的能力。例如在讲解恒速恒频与变速恒频风力发电系统时，由于这两种风电系统涉及到的知识点特别多，且较难理解，学生在学习过程中难以深入掌握各种系统的工作原理、结构差别等内容，多数学生仅了解大概情况，因此，十分有必要采用图表形式，分别从恒速恒频与变速恒频风力发电系统的拓扑结构、原理、发电机类型、并网方式等多种角度进行归纳、对比，加强学生对这两种最重要的风力发电系统的认识，逐步化解学习风力发电的困惑。
3.讨论式教学法。这种教学方法不仅可以发挥教师的导向作用，还可引发学生的学习主动性。比如在讲解三种经典的太阳能热发电系统时，可以提前安排三组学生分别搜集关于槽式、塔式和碟式太阳能热发电系统的资料，并在上课时先分别邀请各组的学生代表描述他们所认识的这三种不同的太阳能热发电系统，可以从热发电系统的基本原理、系统结构、组成部件、系统功能、应用情况等方面进行阐述。在讲述过程中，教师可适时启发他们，就其中的某一知识点，可以是大家感兴趣的，或者是十分重要的知识点进行展开，和同学们一起探讨，帮助学生深入理解不同类型的太阳能热发电系统的工作原理等内容。同时，在这种讨论式教学过程中，结合不同太阳能热发电系统的图片进行讲解，可以使得整个教学过程更生动、更丰富多彩。
4.流程式教学法。当涉及到知识点繁多、关联性强的教学内容时，可以采用流程式教学法。这种方法可首先从系统的角度进行说明，再逐层清晰讲解，可帮助学生培养良好的思维习惯和分析解决实际问题的能力。例如，在讲解有分拣场垃圾发电工艺流程时，结合美国的H-Power夏威夷垃圾发电厂实例，采用如图1所示的垃圾发电工艺流程来介绍。
先阐述在垃圾焚烧前，需要经过一系列输送、筛选和粉碎装置，把那些不易处理和不能燃烧的垃圾首先在分拣场清理掉。再介绍经过处理后的垃圾则被送入高温焚烧炉中焚烧，形成的残渣、灰渣送出填埋。烟气在排放前需注入石灰脱硫，中和酸性气体，并传热给水变成高温高压蒸汽，进入汽轮机发电。最后，还要说明烟气经锅炉尾部受热面后，经静电除尘达标后，进入烟囱排放，静电除尘后的细灰渣则可做建材进行综合利用。通过这样一个简洁的垃圾发电工艺流程图，可让学生迅速掌握垃圾发电的基本原理，了解各个生产环节的作用和相互关系，培养学生分析复杂问题的系统性思维。
三、采取多样的教学手段
相对于必修课而言，专业选修课的特点决定了它的教学方式有所不同，其更注重知识体系的完整性和学生兴趣的引导。这必然要求教师不断革新自己的教育观念，在教学过程中全面认真地设计教案，采用多样化的教学手段调动学生的学习兴趣，充分激发学生的学习积极性，引导他们主动参与到课堂教学过程中，展现他们的课堂主人翁精神。
1.主次分明，突出重点。由于新能源发电技术课程涵盖内容较多，而授课学时又有限，因此在教学中不可能讲授全部内容，必须做到重点突出，精讲主要内容。比如在纵多类型的新能源发电方式中，根据我们学院的专业设置特点，可重点讲授太阳能发电、风能发电和小水力发电。此外，还要注意详略结合，对主要的、基本的内容仍可采用讲课方式，而对其他内容则可以讲座、讨论方式开展，增大课堂教学的信息容量。比如在讲授太阳能发电时，就应以讲课方式详细讲解光伏发电，而以讲座方式讲解太阳能热发电。这种主次分明的讲课模式，不仅能使学生扎实学到本课程最主要、最核心的内容，还可以开阔他们的知识面和视野。
2.应用先进教学手段，提升教学效果。根据精选的授课内容，有效地运用网络资源，制作形象直观的多媒体课件，以改善教学的直观效果，增加授课内容的信息量。例如，当介绍不同类型的水平轴式风力机和垂直轴式风力机时，可以多向学生演示一些与它们相关的图片和Flas，结合这些多媒体资料讲解，可加深学生印象，让他们对这几种典型的风力机及其工作方式等内容有更深刻的理解。同时在上述教学过程中，要注意与传统板书方式相结合，引导学生逐步分析，并适当地留给学生一些思考时间，较好地把握课堂节奏。
3.结合实事，激发学生学习积极性。新能源发电技术课程所讲授的一些主要新能源发电方式在目前逐渐得到越来越多的应用，与人们的日常生活也越来越紧密。在介绍不同类型的新能源时，可以充分结合当前社会生活中出现的一些相关时事焦点事件，把它们提出来让学生讨论，既能激发他们的学习热情，活跃课堂气氛，还加强了他们对讲课内容的理解。例如，墨西哥湾的BP公司漏油事件、康菲环渤海湾污染事件，特别是全球石油供需关系的发展态势、气候变化和环境保护的压力，都迫切需要全球共同确定和构筑能源发展的新理念，开创新时期能源发展的新路子。结合上述实例，引导学生思索大力发展新能源、调整能源结构的必要性，让他们从新能源利用方式等层次进行探讨。通过这种教学方式，不仅可让学生深入理解课程内容，激发他们的兴趣，还能培养学生解决实际问题的能力。
4.穿插习题，实时归纳。在风力发电部分的教学过程中，其涉及到的不同类型风力机结构、发电方式、并网方法等知识点比较多，多数学生会感到理解有一定困难。为了让学生能够及时掌握课堂所学内容，讲课过程中可在恰当时候穿插一些事先准备好的习题，这些习题不一定来自教材，教师可根据其他相关资料自主设计。通过课堂练习，可以考查学生对相关知识点的掌握程度和存在问题，及时解决他们的困惑。比如，在讲解变速风机驱动双馈异步发电机并网系统时，可穿插一个关于发电机转子回路控制方式的多选题，通过该练习，能够加深学生对这部分重要内容的理解，从一定程度上也可改善课堂氛围，充分激发学生的学习主动性，发挥学生的主体作用。
5.结合共同点，学习新能源发电。新能源发电方式与常规能源发电方式，除了在一次能源的来源与能量转换方式等方面有较大不同外，它们在发电环节大多具有很多共同点。因此，在讲授各种新能源发电形式时，注意随时和常规能源发电方式进行类比，结合两者之间的共同点讲解，不仅可以促进学生对新能源发电方法的理解，还可以巩固他们对常规能源发电方法的认识。例如，在讲授地热发电时，其和火力发电的原理基本一样，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。
四、培育素质教育的教学理念
不论是专业必修课，还是选修课，教师都需要培育素质教育的教学理念，新能源发电技术课程的教学更是如此。通过在理论教学过程中，结合一些生动的经典案例等进行讲授，既可调动学生学习的主观能动性，又能加强他们对新能源发电方法的认识，逐渐培养学生探索求知的精神。比如，通过介绍风能发电的几种典型装置与设备，以探究风能发电在当前得以大规模运用的原因。正是这些大量科研人员对风能发电装置的研发，才使得风能发电不仅仅是论文里的成果。通过一些经典案例，充分调动学生学习的主观能动性、学习兴趣和求知欲，这样才能达到开设专业选修课“培养学生能力，挖掘学生潜能”的目的。
五、结语
新能源发电技术课程是一门知识覆盖面广、学科前沿的专业选修课，而随着其利用方式和技术的不断发展，这门课程的教学内容也将不断更新，教学方法也会随之不断改进，通过改进教学手段和逐步增加实验环节，实时强化创新意识，这样就一定能够逐步改善人才培养过程中普遍出现的一些问题，如学生能力薄弱、缺乏创造性、主动性等，达到真正提升学生的思维创造能力以及综合素质的目的，培养出与时俱进的、创新型的合格应用型人才。
参考文献：
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[5]翟秀静，刘奎仁，韩庆.新能源技术[M].北京：化学工业出版社，2011.
投稿须知
1 稿件总则
重点突出，论述严谨，文字简练，字数以不超过6000字(包括图表)为宜。
论文的排序为：中文标题、作者姓名、工作单位(包括二级单位，邮政编码和所在省、市)、中文摘要、中文关键词、中图分类号（参照中国图书馆分类法，第四版）、英文标题、作者汉语拼音、工作单位英译名(包括邮政编码和所在城市汉语拼音)、英文摘要、英文关键词、正文、参考文献。
来稿请用Word排版，格式尽量与《洁净煤技术》一致，请参照本刊网站的“论文模板”。
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3 题目
题目应准确、精练、易读和便于检索（含关键词），中文题目一般不宜超过20个汉字，英文题名应与中文题名含义一致，一般不超过10个实词为宜。
4 摘要
摘要是对论文内容不加注释和评论的简短陈述，独立成章；目的是让读者尽快了解主要内容，补充题目的不足，同时便于文献检索。摘要中应含有研究的目的、方法、结果和具体的结论。
采用第三人称，具体明确，语言精练，中文摘要篇幅为250~300字，英文摘要应与中文摘要内容对应；缩略语/字母词至少在文摘中出现一次全称，新的外文中译名至少出现一次。
5 关键词
主要用于文献检索，尽量使用通用名称，专业范围宽窄适宜，缩略语/字母词应以全称形式出现，关键词要求4~8个。
6 正文
6.1 基本要求
论点明确，论据充分，论证合理；
事实准确，数据准确，计算准确，语言准确；
内容丰富，文字简练，避免重复、繁琐；
条理清楚，逻辑性强，表达形式与内容相适应；
用词规范，平铺直叙，不用口语、俗称和感叹词等。
6.2 引言
引言的主要内容为研究的理由、目的、背景、理论依据、试验基础、研究方法以及预期的结果、作用和意义等。主要包括3部分：①阐述论文的写作背景及其在相关领域的地位、作用和意义；②阐述与本课题相关的国内外学者在该领域的研究成果、进展情况及现在的知识空白和不足，参考文献的引用一般在此处标注；③引出主题，通过比较本文与其他研究成果的不同之处，引出本文研究的目的和价值。
6.3 图表
插图绘制要大小适宜（半栏或通栏）、工整、匀称。图中尽量使用符号，请用6号Times New Roman及宋体字，图号和图名用中英文对照。插图应少而精，一般不超过5幅。
稿中表格也按顺序编号，表名用中英文对照，表文中尽量使用符号。
7 基金和科研项目
一般只列出省部级及以上科研和基金项目，并提供项目编号。
8 参考文献
8.1参考文献的主要作用是：
科学依据，表明论文的起点和深度；
区别论文作者的成果与前人成果；
索引作用、节省篇幅；
有助于情报研究和文献计量学研究。
8.2参考文献的要求
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在全世界太阳能绿色能源产业的带动下,中国的太阳能产业发展迅猛。经过近10年的快速发展,中国太阳能光伏产业无论在规模、数量、市场成熟度方面,还是在核心技术、民族品牌方面,都领先于世界平均水平。中国已经成为世界上最大的太阳能集热器生产国和使用国,并在日本和德国之后成为全球第三大光伏产品生产国。
2009年,太阳能在中国的发展达到前所未有的,国家对太阳能的补贴扶持政策陆续出台,年初的3月,财政部、住房和城乡建设部联合印发《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》及《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》,“意见”和“办法”确定了对光电建筑2009年的补助标准为20元W。同年7月,国家财政部、科技部、国家能源局发出《关于实施金太阳示范工程的通知》,通知提出对光伏并网项目和无电地区离网光伏发电项目分别给予50%及70%的国家财政补贴;9月,《新兴能源产业发展规划》规定的太阳能发电目标也进一步明确,计划到2020年将达到20GW,一系列的国家政策出台,昭示着太阳能这一新兴绿色能源在未来的能源舞台上将出演主角。
与此同时,与太阳能有关的、相关的、无关的产业都冠以“太阳能”的桂冠遍地开花,导致国家在进行宏观调控时给这个产业整体“降了温”。叫停了部分具有一定污染的电石产业,但真正环保并可持续发展的光电产业仍可享受国家补贴。
在国家将节约能源确定为基本国策,大力提倡节能减排、发展可再生能源的今天,如何推动我国太阳能聚光式热能发电产业更好更快地健康发展是我们面临的亟待解决的重要问题。热能发电只需要太阳的光和水,是唯一可与化石燃料抗衡的技术,美国eSolra公司的技术做到了实质性的商业运行。
山东蓬莱电力设备制造有限公司于1987年成立,是为火力发电厂做辅机配套的民营企业,有自营进出口权。公司为高新技术企业,拥有多项专利,同时也美国硫化床锅炉配套的进口设备。公司国际部经过一年多的努力,将这项全球能源领域的先锋已商业化运行的热能技术成功地引进中国,此作为中国的总并在本厂制造,实现真正的国产化。
太阳能聚光热力发电技术的引进者王韬博士,身兼山东蓬莱电力设备制造有限公司国际部副总裁,曾担任美国斯坦佛大学的客座讲师,其论文曾在美国人类遗产学杂志、科学、美国科学院院报及多家专业周刊发表。
王韬博士花了大量的时间对目前各大类新能源技术作了广泛地了解和比较。大气中40―50%的温室气体是火力发电厂所排放的。对此,各国政府都在治理,但见效甚微,没有更好的可商业化运行的成熟技术来推广。王韬做了大量的市场分析,找到了位于美国加州帕沙地那市的eSolra公司,这是美国唯一一家商业化运行的塔式太阳能发电厂。eSolra公司的技术不仅领先于国际,而且填补了国内在该领域的空白。近日,eSolra公司分别获得2010年世界经济论坛全球能源先锋技术奖,动力工程周刊2009最佳可再生和可持久发展技术奖两项大奖。
美国eSolra公司中国总、山东蓬莱电力设备制造有限公司北京代表处李君女士对记者说:太阳能聚光热电技术是利用太阳能的光把循环水加热转换为蒸汽推动汽轮发电机发电,不仅在转换的过程中无任何污染,而且其制造过程也不需要提炼重金属、稀有金属和硅。eSolra的塔式太阳能热力发电技术巧妙地把数以万面的日光反射器分成16个子基地,统一反射到塔顶的锅炉以达到聚光的效果,这样的设计,从光学上讲,优化了布局并提高了土地运行的效率,每个子基地可以产生可直接发电的高热度(440摄氏度)高压力(60bar)的蒸汽。每一个单独的反射器都可以自动跟踪太阳在天空的位置,准确度在一毫弧度之间,最高效率可达22―25%,而且,这样的“模块化太阳能基地布局”是以成本为首的设计,大批量的日光反射器生产可以实现经济规模的效益。因此,eSolra突破了其他传统太阳能技术30多年以来无法突破依靠政府补贴的事实。另外,eSolra设备最有力的优势就是它的每个日光反射器都是预制的,均采用了重覆式的结构设计和革命性的校队系统,大大地提高了设备安装的效率。在安装时只需要普通工人操作,没有技术门槛,从而有效地降低了人工成本。该项目从开发到施工安装,只需要12―16个月时间。周期短,见效快,简单方便。而且,此项技术可以直接与正在运行的火力发电厂、生物发电厂进行技术嫁接,可以很好地为我国政府在丹麦哥本哈根气候会议上提出2020年减少碳排放40―45%的目标实施帮助。
目前公司的第一个用户华阳示范混合电站正在筹备和报批中,将落户陕西省榆林市榆阳新能源产业园区,预计在今年可动工建厂,希望得到政府的批准和支持。
Abstract: wind power in the modern power system in the occupying an increasingly important position. With the development of modern science and technology, wind power generation technology is also in day by day mature. But there is no denying that with the scale and industrialization of wind power development, some of the problems brought by the wind, also caused people's widespread concern and thinking. Many scholars are actively research brought by the wind power system stability to reduce hot spots and focus problems, and actively explore the method of improving technology and measures. The author in this article, in reading literature on the basis of other scholars, combined with the own life thinking, for the effect of wind power on power system operation cost, stable operation of wind power on power systems, wind power generation on power system electrical .
关键词：风力发电；现状；电力系统；影响
Key words: wind power generation; The status quo; Power system; impact.
研究方法：
1、文献阅读与归纳
笔者在创作之前阅读了相关的论文与参考书目，对其中所提出的风力发电系统运行的问题与建议加以汇总与借鉴，加以辩证思考，理性对比。
数据统计与归纳
本文引证了一些具体的国内风力发电情况，并结合具体数据加以分析。
一、我国风力发电现状
风力发电技术的应用、发展与全球能源危机下人们的忧患意识息息相关。20世纪70年代爆发的全球能源危机，促使人们不得不思考经济发展与能源利用之间的良性关系建立的问题。人口的不断增长与人类可用能源的有限性构成了不容忽视的矛盾，化石能源在过度开采之下的耗竭与人类的长远发展的冲突激起了人们对能源保护的重视。这一切也在重塑电力工业，促使电力系统开创资源利用的新途径。风能的利用在这一背景下迅速发展，不仅在于其作为可再生能源的低廉成本，更在于其超越其他常规能源的污染小，环保等方面的优势。如今，风力发电在电力系统所占比例不断上升，成为除水力发电之外的最成熟，最现实的清洁能源发电方式。
中国位于亚欧大陆东部，濒临太平洋。这一独特的地理位置，使中国具备形成季风的条件。再加上境内高大山系的阻挡，改变了气压分布和大气环流状况，加剧了季风的复杂性。冬季由于受蒙古西伯利亚高压的影响，强冷气团以极其迅疾的速度南下，波及到中国的华北、东北、西北、在中国北部形成了强烈的寒冷干燥的冬季风。在夏季，由于受到洋面上夏威夷高压的影响，来自太平洋的暖气团风为沿海地区带来了东南风。印度洋和南海的气团也为西南地区带来风力略逊于东南季风的西南季风。中国18000多公里的海岸线，国土面积大，在夏秋两季极易受热带风暴的影响，带来强劲风力。但在现实中，中国的风能利用比例仍然很小。中国的发电系统中，火电所占比例较大。中国正在进一步探索利用风能优势弥补改善供电系统的有效方法。我国迅速发展的风力电网建设以及风力发电站的动工无疑证实了这一点。据国家风电信息管理中心所提供的资料统计：
到2012年底，全国（不含港、澳、台）共建设1445个风电场，安装风电机组52827台。单机容量1.5兆瓦和2兆瓦的风电机组是目前国内风电市场主流机型，占吊装容量的81%。截止2012年底，全国装机114491万千瓦，风电6083万千瓦，我国风力发电装机容量仅占全国电力装机的5.3%。
风力发电对电力系统运行的影响
（一）风力发电对电力系统运行成本的影响。
风力发电作为一种发电方式在现代主要是用其对火力发电系统做一补充，究其本质，是将其作为对部分火力发电的替代。但风力发电受到风力的制约，风力的间歇性与随机性将会对风力发电系统的稳定性与安全性带来较大挑战。就目前的发展情况来看，风力发电技术比传统发电技术的竞争优势还是落后的。风力发电系统初建的高额设施投入，对技术的严格要求，系统运行时备用容量的加大都制约着风电系统成本的降低。根据中国目前的资料统计，就能略窥一二。10千瓦级的产品在国内还不能够生产。且风电设备主要依靠进口，价格昂贵。我国风电场每千瓦造价约8000或9000元，我国大多数地方的风能年利用小时数偏低，2012年，东北电网、辽宁、吉林、黑龙江、蒙东风电利用小时分别是1643、1761、1420、1780、1605小时，发电成本较高。另外，离网型风力发电机组必需配套使用蓄电池，由于风能的不连续性，使蓄电池容易出现过充过放现象，导致蓄电池使用时间减短。而这种蓄电池的高成本是需要大量资金投入的。通过以上数据显示，就能感知到风力发电在成本减少方面所面临的巨大挑战。其与传统的发电方式相比，在成本低廉方面的优势是远远落后的。但从长远发展来看，其发展潜力是较大的，风电能力每增加一倍，成本就下降15%。随着中国发电技术的提高和国产化的培育，风电成本的降低是有希望的。
王宁在研究风力发电对电力系统成本的影响时，在对火力发电单位 成本与风力发电单位成本的比较论述中，从扣除环境成本与不扣除环境成本的综合情况下，得出结论：在引入风电后，风电投资、运行费用、与系统备用容量补偿成本导致了系统供电成本的增加。但在加入环境成本考察时，风力发电代替火电所产生的资源节约与环保效益，促进了整个供电系统成本的降低。但目前的风电初始投资较大及各项建设中的花费与风电的这些环境效应是可以抵消的。笔者对这一观点是持批判态度的，就经济效益的等量计算来说，这样的结论是无可厚非的。但环境保护所产生效益本就与经济效益无法相提并论。尤其是在能源消耗日益增多，污染日益严重的现代社会，在化石能源利用节能控制成本较高，难度较大，技术水平受到限制的严峻情况下。
（二）风力发电对电力系统稳定运行的影响
1、风力发电对电网调度的影响
风力发电是对风能的利用，其本身就是具有较大的随意性与不可控制性。发电状态和所发电量基本取决于风速状况，风速的不稳定性和间歇性影响了风电机组发电量的稳定实行，并网后的风电场对电网能够实施随机扰动，其不稳定性需要电网侧预留出更多的备用电源和调峰容量，在一定程度上加剧了整个发电系统调度的难度。而对于电网结构薄弱的地区来说，无充足的容量备用与良好的电源结构，电力电量的平衡也就很难实现，电网也就无法消纳风电资源。风电功率的输入必然要改变电网的潮流分布，对局部电网的节点电压也将产生较大的影响。
2、风力发电对电压的影响
风电机组输出功率的波动性，使风电机组在运行过程中受湍流效应、尾流效应和塔影效应的影响，造成电压偏差、波动、闪变、谐波和周期性电压脉动等现象，尤其是电压波动和闪变对电网电能质量影响严重。一旦风力发电电量作为电网电量的补充大规模注入，电网的稳定性和频率标准将会被打破。二是风力发电机中的异步电动机没有独立的励磁装置，并网前本身无电压，在并网时要伴随高于额定电流 5 ～ 6 倍的冲击电流，导致电网电压大幅度下跌。如果电网的设计与规划忽视这一要素，电网电压将会超出安全范围，甚至濒临崩溃的边缘，带来难以估量的损失。
结语：风力发电对电力系统运行的影响是需要学界不断加以思考与关注的问题。风力发电作为电力系统中的重要一环，如何实现与电网运行的协调发展也是不可回避的重要问题。通过改善技术，努力优化风能发电的客观效果，对能源的合理利用，社会的可持续发展都具有重大的意义。
参考文献：
[1]雷亚洲；；与风电并网相关的研究课题［J]； 电力系统自动化，2010；
【关键词】投影;自动跟踪;精度检测
0.引言
传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。因此太阳能光伏发电系统是一个重要的发展方向；但对于某一个固定地点的太阳能光伏光热系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，阳光日照角度时刻都在变化，如果光伏组件能够时刻正对太阳，效率才会达到最佳状态，所以需要太阳能电站自动跟踪式控制系统来完成。
太阳能自动跟踪电站精度的测试是繁琐的，如何高效、简便的测试太阳能自动跟踪电站精度，是每个太阳能自动跟踪电站使用者正在探索的。而本文论述的一种太阳能自动跟踪电站精度测试仪设计，则解决了这个问题，从而简便、准确的测试电站跟踪精度。
1.太阳能自动跟踪电站精度测试仪的工作原理
图1
太阳能自动跟踪电站精度测试仪是根据投影原理工作的，如图1，上下小孔的直径大小是一直的，根据上下间距H的距离，当上孔的投影D与下孔边缘相切时，就可以推算出偏差角度α的数值。这种方法简单方便，对于精度一目了然，增加了太阳能工作站精度测量的操作性和实用性，提高了跟踪精度测量的工作效率。
2.太阳能自动跟踪电站精度测试仪的结构设计
图2
如图2，太阳能自动跟踪电站精度测试仪具有上透光板，下投影板，四个支柱。上透光板设有大小不等的20个透光孔，下投影板设有与上透光板中透光孔位置相同大小相等的一一对应的20个透光孔。将精度测试仪垂直安装在跟踪电站表面，根据太阳光投影原理特性，依据上透光板、下投影板之间的距离，当光通过上透光板一个光孔透过时，会在上透光板产生投影。当上透光板对应的下投影板光孔周围没有投影，说明太阳光垂直从上透光板与下投影板穿过，此时太阳能自动跟踪电站跟踪精度为0度，如果上透光板0.1度光孔的投影与下投影板0.1度光孔相切，说明此时太阳能自动跟踪电站跟踪偏差角度为0.1度。依次类推，其他精度的测量只要跟据相应上透光板光孔与下投影板光孔的投影情况，便可准确读出。
假设上透光板，下投影板距离为200mm，透光孔直径与测量偏差角度对应如下：
3.结论
按此方法设计的太阳能自动跟踪电站精度测试仪，与昂贵的CDD光检测设备比较，不但价格低廉，不需要复杂的调试，操作简单，一目了然，测量准确，适合大范围使用。
【参考文献】
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关键词：光伏发电；远洋船舶；位置选择；容量计算
中图分类号：U665.1 文献标识码：A
1 前言
随着全球经济由“重碳经济”向“低碳经济”转型，作为国民经济重要组成部分的航运业温室气体排放问题日益受到国际社会关注。根据国际油轮船东协会的研究报告，目前航运业每年消耗20亿桶燃油，排放超过12亿t的二氧化碳，约占全球总排放量的6%。有预测认为，到2020年全球航运业将需要40亿t燃油，温室气体排放也将在目前基础上增长75%。可见，航运业承担着低碳减排的社会责任和历史使命，各主要航运国家和地区开始高度重视发展安全、环保、节能的“绿色船舶”，倡导“绿色航运”。太阳能是一种可再生能源，不污染环境，被认为是替代石油能源的理想能源。太阳能光伏发电技术在船舶上应用近年来得到发展，尤其在内河小型船舶、游艇上已有初步的应用成功的案例。但在远洋船舶方面，太阳能光伏发电技术应用还不成熟，许多国家正在致力于此技术的开发和完善。本文通过分析，拟在常规船舶上建立一套太阳能光伏发电系统，为船舶提供部分电力支持，达到节能减排的目的。
2 光伏系统介绍
2.1 光伏系统的组成及原理
光伏系统由三部分组成：太阳电池组件；充放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备；蓄电池或其他蓄能和辅助发电设备。图1为直流负载太阳能光伏系统原理图。
太阳能光伏发电基本工作原理就是在阳光照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于交流负载，还要增加逆变器，将直流电转换成交流电。
2.2 光伏系统的分类
一般将光伏系统分为独立系统、并网系统、混合系统三类。
2.2.1 独立（离网）型光伏系统
独立型光伏系统，又称为离网型光伏发电系统，独立给用电设备供电，但整体能量利用比较低，系统的供电稳定性和可靠性比较差，需要储能设备（蓄电池）稳定供电电网电压和平衡发电与负载。
2.2.2 并网型光伏系统
并网型光伏系统的最大特点是太阳电池组件产生的直流电，经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统光伏方阵所产生的电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网，不足时由电网补充，但系统中需要专用的并网逆变器。这种系统可降低整个系统负载缺电率，而且可以对公共电网起到调峰作用。
2.2.3 混合型光伏系统
混合型光伏系统中除了使用太阳能电池组件阵列之外，还使用了燃油发电机等作为备用电源。这种系统控制比较复杂，比独立系统需要更多的维护，而且因为系统中使用了柴油机，这样就不可避免地产生噪声和污染。很多偏远地区的通信电源盒民航导航设备电源，因为对电源的要求很高，都采用混合系统供电，以达到最好的性价比。
在远洋船舶上选用何种类型光伏发电系统，要综合考虑船舶结构、性能、航线、经济性等因素确定，本文将在下节详细论述。
3 光伏阵列安装位置的确定
3.1 目标船型的确定
典型的远洋船舶通常包括以下六种类型：集装箱船；特种船；杂货船；客滚船；干散货船；大型运油船。在船上敷设光伏发电系统，要求目标船舶主甲板及以上某些位置具有足够的安装光伏阵列的空间。经计算，平均输出功率1 kW的单晶硅太阳能电池阵列需要10左右的布置面积[1]（组件效率13%左右）。一般远洋船舶整船系统功率都在100kW以上，有的甚至几千千瓦，若以100kW为参考，则大约需要1 000的布置面积。考虑到集装箱船、杂货船及特种船的主甲板上及主甲板以外的其它位置不具有提供大面积安装电池阵列的可能性，而油船主甲板虽有较大面积，但因主甲板管路纷繁复杂，其所运输的石油类燃料易挥发出可燃易爆性气体，对电器要求的绝缘防护等级较高，所以以上四种船舶不适合安装光伏发电系统。客滚船的主甲板驾驶台后的区域附属甲板机械设备较少，拥有较大的可利用空间，其与油船相比对易燃易爆性物质的安全防护等级较低，因而可以搭载光伏系统。对于干散货船，其主甲板上若干货舱盖占有很大的一部分面积，除部分船型有辅助克令吊外，大多数船舶的甲板上属于平整区域，其有利于太阳能电池阵列的安装。因此，滚装客货船和散货船是搭载光伏阵列的理想船型。
3.2 光伏系统类型选择及用电负荷确定
远洋船舶航程较远，每一航次历经天数较长，且海洋环境、天气复杂多变，在此条件下不宜建立独立型（离网型）和混合型光伏发电系统[1]。对于并网光伏发电系统，光伏阵列只需提供部分负载的用电需求，多余的电能反馈给主电网，不足时就由主电网供电，故此类型发电系统适合于安装在船舶上。
船舶在航行中动力和机械等设备要求供电系统能持续、稳定地供电，而光伏发电量依赖于天气条件，供电稳定性达不到动力设备用电要求，所以不适合为动力设备和机械设备供电。选择目标供电系统为上建的生活用电部分，经查76 000DWT某散货船上建的电力系统图，上建部分生活用电总功率在200 kW左右。显然，如果200 kW的电量全部由光伏系统提供，需要为光伏阵列提供约2 000 m2的敷设面积，这在目标船上是无法实现的。由电力系统图可知，空调系统压缩机在机舱，可不考虑为其供电，只考虑风机部分供电20kW；厨房电器功率60kW；全部房间照明功率4kW。这三部分合计功率84 kW，我们把光伏系统的设计容量定位在100kW，为这三部分系统供电。除去传输损耗及遮挡引起的功率减少（约10%～15%），光伏系统也可以提供足够的电量。白天有太阳辐射时，光伏系统直接为这三部分系统供电，多余的电能可以反馈给主电网，晚上或白天太阳辐射不足时，转换成船舶主电网供电，这样100kW的光伏系统可以承担船舶部分用电要求，起到节约能源的作用。
3.3 安装位置的选择
以76 000DWT散货船为例， 100kW的光伏阵列至少需要1 000m2的敷设面积，经查总布置图，有三处位置区域开阔，即舱口盖、主甲板上舱口围与栏杆之间的区域、栏杆处，适合搭建光伏系统，可以初步确定为光伏阵列的安装位置。
3.3.1 直接安装于舱口盖上
两个舱口盖合在一起可供安装面积为15x14=210， 7个舱口合计14个舱口盖可供安装的面积为210x7=1470。但因No.7舱靠近上建，不可避免在一天当中会受到遮挡，所以总体输出功率会因遮挡而减少；而No.4舱盖为直升机坪，不允许安装其他部件，所以从总面积中减去420。考虑上述因素后剩余面积为1050>1000，可以满足安装面积需求。
该安装位置在装卸货物时可能会遭受坠落物的撞击，故要在上面安装防护装置，此防护装置在装卸货物时要能闭合，起到保护作用；在航行时敞开，不影响光伏阵列发电。
3.3.2 安装于主甲板上舱口围与栏杆之间
将光伏电池板安放于支承舱盖的导轨之间，在垂直高度上低于舱口盖，安装面积与上述方案基本相同，同时在装卸货物时因有舱盖保护，可有效避免船装卸货物过程中掉落的杂物破坏电池板，如图2所示。
3.3.3 安装于代替主甲板栏杆位置
本安装要求电池组件垂直于主甲板，且电池安装要达到船舶建造规范对栏杆安装的相关要求，如图3。
已知船舶总长225 m，型宽32 m，沿船舶周长布置电池组件总长225x2+32x2=514 m，去除中间导缆孔、绞缆机等预留宽度20 m，取总长494 m，则安装面积为494x1.58=780
（1）电池组件敷设面积不够，直接影响输出功率；
（2）电池板垂直安装，接受太阳辐射的面积相较于水平敷设时要小，从而导致输出功率降低。
但可以采取一定方法规避此不足。在选取电池组件上，可选用双面太阳电池组件[2]，这种太阳电池正反两面都可以接受辐射，所以可以区别于传统单面太阳电池组件的朝南倾斜安装而可以垂直于地面安装，经试验验证，双面太阳电池比单面晶硅太阳电池相同条件下发电效率提高30%[3]。采用双面太阳电池，输出功率可达 78x1.3=101.4 kW，刚好满足预设功率要求。同等面积的双面太阳电池比单面太阳电池贵三分之一，所以这种布置成本较高，经济性不如前两种方案。三种安装位置的对比分析如表1所列，通过对比分析综合考虑，位置一、位置二可操作性较大。
4 光伏阵列容量确定
4.1 太阳能电池的选择
国内光伏太阳能电池市场主要提供单晶硅和多晶硅两种类型的电池板。根据船舶运行特点，非晶硅太阳电池[4]不适合在船舶上安装，而在晶硅太阳电池中，相同面积情况下单晶硅发电效率比多晶硅高，在实验室里单晶硅太阳电池最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%[5]。而型号、输出功率、封装质量及防护等级相同的单晶硅电池板和多晶硅电池板相比，前者的价格稍高，但差别不大，所以单晶硅太阳电池是较合适的选择。
4.2 光伏组件方阵容量计算
太阳电池组件容量设计的指导思想，就是满足年平均日负载的用电需求。计算太阳电池组件的基本方法是用负载平均每天所需要的能量（安时数）除以一块太阳电池组件在一天中可以产生的能量（安时数），这样就可以算出系统需要并联的太阳电池组件数，使用这些组件并联就可以产生系统负载所需的电流。将系统的标称电压除以太阳电池组件的标称电压，就可以得到太阳电池组件需要串联的太阳电池组件数，使用这些太阳电池组件串联就可以产生系统负载所需要的电压。
在船舶运行过程中，由于海区环境的复杂多变，电池组件表面会附着灰尘、结晶的海盐，再加上组件性能慢慢衰变，会使降低电池组件输出。我们采取在计算时减少太阳电池组件的输出8%～10%（衰减因子）来加以修正[6]，也可以看作是光伏系统设计时需要考虑的工程上的安全系数。此外，设计时还要将负载功率增加10%，以应对在船舶营运期限内额外增加的用电设备。
5 总结
太阳能光伏发电在船舶上的应用目前还处于初步探索阶段，小型内河船、游艇已有不少成功案例，但在大型远洋船舶上的应用较少。本文在常规的远洋船舶上，拟搭载一套太阳能光伏发电系统，介绍了光伏发电系统类型，光伏阵列在船舶上的安装位置选择、光伏阵列的容量计算。
本文未对经济性做深入研究，相关内容另文讨论。
参考文献
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【关键词】 应用型 工学结合 新能源 人才培养模式
面对日益严峻的化石能源枯竭和环境恶化问题，人们已经清楚的意识到太阳能将是人类最重要的能源。目前，太阳能光伏发电技术与应用得到快速发展。到2008年年底，全球光伏累计安装容量大约18.5GWp，但其主要市场在欧美和日本。欧美和日本已经形成了光伏应用的设计、安装、运行维护的新兴产业队伍和人才培养教育体系。而我国虽然是光伏组件的生产大国，但光伏的安装总量包括光伏电站的安装占世界光伏安装总量的比重很小，设计、安装、运行维护产业队伍尚未形成，人才培养体系还没有建立。
根据我国新能源中长期发展规划，2009年-2010年均新增55MW，到2010年我国光伏发电累计装机容量将达到250MW；而到2020年年需新增1350MW，累计装机将达到1600MW。因此我国光伏发电应用的潜在市场非常巨大。面对国家推动国内光伏发展的政策到位，国内光伏市场即将规模化发展，人才制约瓶颈将很快显现。因此，必须加大力度，迅速建立和完善我国光伏应用人才培养体系。
南昌理工学院就是在这一背景下于2008年成立了太阳能光电工程学院，在应用型太阳能光伏专业人才培养模式的教育理念、培养方案、课程设置、教学内容等方面进行了有益的改革与探索，学校把新能源科学与工程专业教育厅重点学科优势和应用型光伏创新人才培养结合起来，并率先摸索出光伏专业应用型、创业型人才培养模式，具有一定的创新性。以此为案例，本文力求总结与阐述工学结合教学模式在光伏应用专业教育中的成效性。
一、工学结合，依托行业、企业确定人才培养方案
人才培养模式是是教育教学思想、理论转化为创新教学实践， 实现培养目标的物质力量的中介[1] ，它包含教育思想与教学观念、专业培养目标与规格、专业设置、教学内容与课程体系等几个基本要素[2]。为适应世界光伏产业发展和工科院校教育改革的趋势，南昌理工学院联系我国光伏产业现状，紧密结合学校的学科优势与办学特色，根据江西区域经济发展的要求，建立适应“光伏产业应用性人才教育基本要求”为目标的教育教学体系。力争在省属工科本科院校中培养具有国际光伏产业发展思维，能够胜任光伏电池组件生产、研发以及光伏系统的设计、安装维护等工作，促进本地区经济社会发展的具有创新能力与创业思维的新一代光伏产业复合型人才。学院与国内大型光伏企业如赛维、晶科能源等高科技企业强强联合，建立起订单式培养。根据企业的需要确定人才培养方案，开设有光伏电池片制造工艺、光伏材料与检测、单晶硅/多晶硅制造工艺、光伏组件加工与工艺、太阳能发电技术、光伏发电设计与施工等核心专业课程，并到企业实训，强化技能素质培养，掌握光伏电池片及组件加工技术，使学生在就业初期就能够在技术岗位上脱颖而出，从而获取更多的升职机会；同时，要求学生掌握光伏电池片、光伏组件生产过程的原理与工艺要求，掌握光伏发电及相关供用电技术，有利于学生的可持续发展。
二、开展实验教学改革，不断完善实验室硬件设施，为学院的发展提供硬件支撑条件。实践教学是职业教育的核心环节，主要培养学生的职业能力，即专业能力、方法能力、社会能力[3]。新能源产业人才教育教学改革的关键是新能源产业相关实践技能的培养，加强新能源专业本科生生产实践课程的教学，以创业型、应用性人才培养为主，科研教学型人才培养为辅。
1. 修订各专业实验教学大纲，加大实践教学的比例。
打破专业和学科的界限，合并内容相同或相近的课程，优化专业基础课理论与实验教学内容，删除陈旧过时和过深过难的内容，吸收前沿科技成果，增加实践教学内容，尽可能应用新的实验技术，在教学之中使学生的综合能力得到培养。
2. 增开综合性实验和设计性实验，实施学生开放实验室建设
学校建有实验实训中心1个，其中包含6个实验室（机房、操作平台），教学机房、电子电工实验室、光伏基础实验室、光伏发电实验室、光伏材料实验室，多晶硅铸锭实验操作平台。实验实训中心平时对学生开放，66.67%的实验室为开放性实验室。制订实施了《实验室开放管理暂行办法》，对实验室开放做出明确规定和具体要求，并提供专项经费保障，有效改变目前本科生实验教学中存在的动手能力不足的问题，学生综合实验能力得到很好地培养。同时，在开放实验室中学生可以自行设计实验，科研兴趣小组还能设计专题实验。
三、 改变既往单一的实习模式，加强实习实训基地建设，探讨加强新能源专业本科生假期专业技能社会实践的有效模式
学校还建成由实践教学设备配套的校内实践教学基地（含专业实训室）[4]，能对行动体系课程[5]的教学提供具体的学习情境[6]，因此， 建设校内实践教学基地是工学结合教学情境实现的关键。学校还先后与江西上饶光电、江西上饶晶科、上海正泰、泉州百来等公司签订了长期合作协议，共建实习实训基地，企业技术人员来校任教或参与实训指导、毕业设计（论文）指导等方式参与人才培养。改变新能源专业学生实习模式，利用假期组织学生进入实习实训基地进行社会实践工作，提高学生学习专业课的主动性，充分认识用人单位对毕业生的需求。并且还可以提高学生的组织能力、社会活动能力，倡导个性发挥的教学。
短短四年来，学院立足新建地方本科院校实际，积极探索具有自身特点的发展之路，努力提升符合时代要求的办学理念。在光伏学科专业建设、人才培养等方面，突出地方性，发展应用性，着力实践性，强化专业性，不断提高人才培养质量，通过主课堂教学与课外创新相结合，学生的应用能力和创新能力有了明显的提高，这是工学结合教学的成果，值得推广和实践。
参考文献：
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[2]王振洪. 构建新型高师院校人才培养模式刍议[ J] . 课程・教材・教法， 2004， （ 9）： 75-79.
Abstract： Aiming at the problems in wind power generation， such as wind turbine access DC microgrid is inefficient and difficult to control， the paper puts forward improved wind power generation model， including wind turbine， permanent magnet synchronous generator， three-phase rectifier bridge， DC-DC converter and battery. PSIM simulation software is used to do equivalent simulation. The simulation results show that the wind generator after rectifier convert can access the DC microgrid and provide users with high-quality electric energy.
关键词： 风力发电；BUCK变换器；PWM控制；蓄电池模型；Thevenin定理；仿真设计
Key words： wind power；BUCK converter；PWM control；battery model；Thevenin Theorem；simulation design
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0044-03
0 引言
随着社会经济的快速发展，社会工业化步伐的加快，社会经济对能源的巨大依赖与能源储量逐渐枯萎之间的矛盾日益突出。正因为经济发展对能源的依赖，而许多国家又处在发展的大好阶段，所以能源的问题日益严重。与此同时，以化石燃料为代表的大量的常规能源的利用，给环境带来了巨大的污染，环境问题刻不容缓。在这样的一种状况下，新兴的清洁能源发电技术运应而生，风力发电技术是起步较早的一种可行性较高的发电手段，传统风力接入微电网发电仍然存在一些局限性，如转化效率低、控制不方便等诸多问题。基于此类问题，需要一种优化的系统结构和控制手段来解决以上问题。
为了减弱多个分布式电源作为多电源给电网带来的运行状况的影响，微电网的概念运用而生。美国的CERTS最早提出了“微电网”概念，微电网主要是用来对多个分布式电源进行统一的管理和控制，微电网作为一个单一的单元接入原电网，在一定程度上可以大大地降低对电网的影响，同时也解决了单个分布式电源自身能源不足等诸多的问题。微网运行灵活可靠、调度方便、投资成本低，它具有三种运行模式：①孤岛运行模式；②并网运行；③在孤岛和并网两者之间转换运行。根据资料[1]，微网在并网运行的模式下，当电网发生事故时，微网必须脱离大电网。
微网又分为直流微网与交流微网。针对目前许多电器设备如手机、电脑等需要直流电，所以，我们的仿真是针对直流微网设计的。理论上，直流微网仅需一级变流器便能方便地实现与DER和负载的连接，具有更高转化效率；同时，直流电在传输过程中不需要考虑配电线路的涡流损耗和线路吸收的无功能量，线路损耗得到降低[2]。
当直流微网处于孤岛运行模式，且DER和蓄电池提供的能量已无法满足负荷的需求，即母线电压低于预先的设定值时，需要将不重要负载脱落，最大限度地保证重要负荷供电的连续性。负载脱落需要平滑地进行，将不重要的负载分时脱落[3]。
1 风力机的工作特性
风力机将风能转化为机械功率输出的表达式：
Pm=0.5Cp？籽Av3（1）
式中，PM为风轮输出的积雪功率；CP为风能利用系数；？籽为空气密度（Kg/m3）；A=？仔R2为风力机扫过的面积（M2），其中R为风轮的半径，V为风速（m/s）。
把公式A=？仔R2带入式，可以很容易地得到
Pm=0.5Cp？籽A？仔R2v3（2）
从公式中，在空气密度、风力机半径以及风速一定的情况下，可以看出风力机输出的机械功率主要与风能利用系数CP有关，输出功率与风能利用系数CP成正比，而风能利用系数CP与叶尖速比？姿存在着对应的关系。所谓叶尖速比？姿就是叶片的叶尖旋转速率与上游未受干扰的风速的比值，其表达式如下：
？姿=■=■（3）
式中，N为风轮的转速（r/min），R为叶尖的半径（m），v为上游的风速（m/s），？棕为风轮旋转角速度（rad/s）。风能利用系数CP与风力机叶尖速比？姿的对应关系，如图1所示[4]。
在风能利用系数CP与风力机叶尖速比？姿的函数图中，风能利用系数CP随着风力机叶尖速比？姿变化而变化，但总存在一个叶尖速比？姿opt，使得风能利用系数CP最大，即输出的机械功率最大。
2 风电系统构成及模型
本文章描述的风电系统主要包括风力机、直驱式永磁同步发电机（PMSG）、三相整流桥模块、DC-DC变换器、蓄电池以及一些控制辅助调整模块。
系统组成框图如图2所示：
系统的组成框图如图所示，与传统的风力发电系统，本系统具有以下几个方面的优势：①三相整流部分采用三相不可控整流桥，DC-DC部分采用可控的IGBT开关管，因此整个风电系统就一个开关元器件，通过占空比来实现对开关管的控制，从而实现电压、功率上的控制。整个系统具有结构简单，动态性能好，调节方便可靠以及系统稳定等特点。②通过调节开关管的占空比可以对输出的电流和电压进行有效的控制，进而改变发电机的输出特性，实现对风力发电系统输出的功率控制。③不需要测量风速这个物理量，在控制和测量上大大简化了系统的复杂度，能够实现控制系统的输出功率的目标。
3 风力机仿真模型
3.1 发电机的选取 因为是实验性的风电系统，系统将采用永磁直驱同步发电机。从励磁而论，由于省去了容易出问题的集电环、电刷等换向和引流装置，提高了电机运行的可靠性，结构大大简化，降低了加工和装配的费用和时间。结构的简化也减小了同步发电机的体积，其体积比一般的同步发电机要小5%-10%左右。还由于无励磁电流，也就没有所谓的无励磁损耗，提高了电机的效率和功率的密度[5]。在一定程度上，这也是一种有效的节能方式，因此它被越来越广泛地应用在各个领域。
3.2 BUCK斩波模块 在系统中，将采用BUCK斩波电路作为系统的DC-DC斩波模块。BUCK变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。它的拓扑为电压源、串联开关和电流负载组合而成，不含有中间部分。图3给出了它的电路原理图：
负载电压的平均值为
U0=？琢E（4）
？琢=■（5）
式中，t0n为开关管处于通态的时间；toff为开关管处于断态的时间；T为开关周期；？琢为占空比。
3.3 蓄电池模型的建立 Thevenin电池蓄电池模型也是一种比价比较常见的蓄电池模型，通常有理想电压源E。内阻Rin，电容C0和过电压电阻R0组成，其中，C0表示两级之间的容量，R0代表电极与电解质之间的非线性电阻[6]。Thevenin蓄电池的模型图大致如下[6]：
从等效的蓄电池模型图上，可以看到非线性电阻，这克服了上一个模型未能体现蓄电池在消耗过程中内阻不断变化的缺点。Thevenin蓄电模型是相当准确的，因此把这个模型添加到风力发电系统中是完全可以满足系统要求。
4 仿真系统模型
4.1 控制原理框图 对蓄电池的电流和电压的调整，依旧采用PID调节法和PWM波控制手段，流程框图如下：
通过对BUCK模块与蓄电池模块之间的电流进行采集，对采集的电流与PID控制算法中预设值比较得到电流的误差。此外，对输入到微电网的电压进行采样，将采样值与算法中预设值进行对比得到电压的误差。对上面得到的电流误差和电压误差进行PID调节，生成PWM控制波，作用于BUCK模块的开关管，实现这个对系统电流、电压的控制。
4.2 系统模型 把Thevenin蓄电池模型添加到系统中，可以得到下面的设计电路图：
蓄电池的充电过程是这样的：当蓄电池的电量未达到设计的容量时，用较大的电流对蓄电池充电，经过一段时间之后，蓄电池的电势达到了预设值，此时，需要减小蓄电池的充电电流，这样做是为了延长蓄电池的寿命，合理地调整蓄电池的充放电过程，减少蓄电池在满容量的情况，长时间对其充电造成的损坏。
4.3 仿真波形图
PWM控制波波形图如下：
蓄电池电流如图8所示：
输出电压波形如图9所示：
从蓄电充电电流图和系统输出电压图中，可以清晰地看到当电压达到设定值的稳态时，对蓄电池的充电电流就慢慢降到了很小的一个电流（近似等于零），从波形图上来看，系统已经能够实现对蓄电池充电电流的合理有效的控制。
5 结论
本文介绍了改进型风电系统的这个搭建过程，在现有较为常见的风电系统模型上，做出了改进型的风电系统，并对改进型的风电系统做了仿真实验，并对各个阶段得出图谱进行分析，验证了搭建的风电系统及其控制系统的可行性。本次仿真试验拓扑结构清晰明了，在一定程度上克服了传统风电系统不足之处。由于实验器材和实验条件等因素的影响，本次设计没有实物性的验证，这也是本次设计的缺陷所在。本文的仿真实验结果在某种意义上为今后风电系统研究与建立提供了一定的理论基础。
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摘要:随着我国社会经济的快速发展，电力客户对电能质量方面的要求越来越高，电系统处于电力系统的末端，直接与用户相连，其可靠性问题是影响电能质量的关键因素之一，而分布式发电(DG)是利用可再生能源和新能源提供清洁、高效的电能，DG并网发电将成为未来发展趋势，因此研究分布式发电对配电系统可靠性的影响具有重要的现实意义。论文分析了分布式电源接入配电网后，DG的并网、接入、运行方式以及可靠性模型对配电网可靠性的影响。根据分布式电源的特点，建立了适用于含分布式电源的配电网可靠性评估模型。同时以最大等值有效负荷为目标函数，运用解析法求解，基于最小路与区间运算相结合的配电网可靠性分析。
关键词：配电网；可靠性；分布式电源；孤岛
1.1 配电网可靠性评估的意义及现状
随着我国社会经济的快速发展，不但用户对电能质量方面的要求越来越高，国家对供电企业供电可靠性的要求也越来越高，因此研究电力系统可靠性具有重大的现实意义。
目前，分布式发电技术在全球范围内发展很快，像风力发电、光伏发电等都己经相当成熟。分布式电源接入电网后，将会影响电网，尤其是配电网的运行和规划，如电力损耗、供电可靠性、电压稳定、继电保护和电能质量等。因此可靠性研究的一个重要方面就是分布式电源对配电网可靠性的影响。
对于配电系统供电可靠性评估，国外的研究起步较早，早期的研究主要是统计分析。现在，供电可靠性评估已成为许多国家配电系统规划决策中的一项常规性工作，美国、英国、法国等都成立了专门的研究机构，负责配电系统供电可靠性评估参数的收集和整理工作，并建立了完善的配电系统供电可靠性评估指标体系。
国内于上世纪80年代初期开始对配电系统供电可靠性进行研究，配电系统可靠性研究与发电和输电系统相比起步比较晚。同时由于缺乏必要的统计数据和比较有效的分析方法，发展比较缓慢。近些年来，随着社会经济的快速发展，城市用电负荷不断增长，供需矛盾日益突出，为使有限的资源得到最大的收益，非常需要对配电系统进行科学合理的规划，从而促进配电系统供电可靠性评估的发展。目前，配电网可靠性的研究已经成为电力工程领域中的研究热点。
2 配电系统的可靠性评估
配电系统可靠性指标能够定量评估配电系统可靠性，良好的评估指标可以准确清晰地反映配电系统的可靠性水平，从而为管理人员提供详细准确的配网供电情况。因此在进行评估时首先要确定配电系统可靠性指标。
由于配电系统中辐射状主馈线系统在配电网中占主导地位，与发输电系统相比，配电网的可靠性评估的方法有较大的差异。
配电系统的可靠性指标及评估方法。根据评估对象的不同配网可靠性指标可分为两类，一类是负荷点的可靠性指标，另一类是系统的可靠性指标。
目前配网的可靠性评估方法主要有解析法和模拟法。同时随着人工智能技术的不断深入研究，人工智能技术也逐渐引入到了配电系统的可靠性评估中。
解析法目前广泛用于配网的可靠性评佶中，其基本原理是根据系统的结构和元件的功能以及两者之间的逻辑关系建立系统的可靠性概率模型，然后通过递推和迭代等数学方法对该模型精确求解，从而计算出可靠性指标，下面介绍一下解析法中的最小路法。
最小路法首先对每一个负荷点求取其最小路模型，即负荷点与电源之间的最短通路，根据网络的实际，将非最小路上元件对负荷点的影响折算到相应的最小路节点上。因此，对于每个负荷点，仅对其最小路上的元件与节点进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标，并最终形成整个系统的可靠性指标。最小路法考虑了分支线保护、分段断路器、隔离开关的影响，同时考虑了计划检修的影响，并且能够处理有无备用变压器和有无备用电源的情况。
3 基于最小路与区间运算相结合的配电网可靠性分析
配电系统的可靠性评估是配电系统可靠性研究中最核心的内容之一，论文提出的可靠性评估方法结合最小路的概念，对配电网中每个负荷点求出其最小路，将非最小路上元件的故障折算到最小路上，然后对最小路上的元件与节点进行计算，从而求出负荷点的可靠性指标，最后得到系统的可靠性指标。同时考虑统计和测量上的误差，可靠性的原始参数具有一定的不确定性，不可能是一个确切的数。可靠性参数用一个给定范围的区间数表示，结合最小路法进行可靠性评估，从而有效地控制了参数的不确定性。
3.1 可靠性评估的最小路法。最小路的数学定义。图是节点和弧的集合。无向弧是指联接两个节点之间的弧是无向的，有向弧是指联接节点之间的弧是有方向的。只有流入弧而无流出弧的节点，称为流出节点。只有流出弧而无流入弧的节点，称为输入节点。由有向弧构成的图叫有向图；由无向弧构成的图是无向图；既有有向弧又有无向弧的图称为混合图。根据数学上的定义，连接任意两个节点间的所有无向弧或有向弧的整体称为这两节点间的一条路。如果任意一条弧被除去，就不再是一条通路了，则称这些弧构成两个节点间的一条最小路。由最小路构成的集合称为最小路集。在进行可靠性分析时特别值得注意的是负荷点从电源进线到出线要经过的设备的集合。如图3.1所示的系统图。
图中路集为：
x1x4 ，x2x5，x1x3x5，x1x3x4，x1x2x4，x1x4x5，x2x3x4，
x2x3x5，x1x2x5，x2x4x5，x2x1x5，x2x1x4，x1x2x4x5，
x1x2x3x4，x1x3x4x5，x2x3x4x5，x1x2x3x4x5
最小路集为：x1x4 ，x2x5，x1x3x5，x2x3x4
3.2 结合区间运算的最小路法。传统的配电系统进行可靠性计算都是建立在元件的可靠性原始参数基础上的，但是由于统计误差或统计资料不足等原因会使原始参数具有不确定性。此时若再利用不准确的参数对配电系统进行可靠性计算是不合理的，也将会导致评估结果与实际情况有较大的偏差。
可靠性原始参数可根据其不确定性用一个数值范围区间来表示。在工程中，一般不能确切的知道一个元件的原始参数，而只知道在给定范围内的一个区间值，此时即可用区间数学来进行配电系统的可靠性评估。
基于最小路与区间运算相结合的配电系统可靠性评估方法的基本思想是：在最小路算法的基础上，引入区间数与区间运算，将所需要的元件原始参数用区间数表示，负荷点与系统可靠性计算公式也区间化，在进行计算时，将其中的参数改为区间数。在计算过程中要注意，如果一个或多个变量在一个公式中出现两次或两次以上时，为了克服区间运算的过估计问题，在计算工程中引入区间计算的反演公式，能够在一定程度上克服了区间运算的相关性问题。
引入区间数和区间运算后，计算的结果都是一个区间，给每个可靠性评估指标确定了一个范围，在一定程度上克服了因为参数的不精确而给评估结果带来的不确定性。因此，用这种方法得出的结果更具有灵活性，更好的反映了系统的真实程度，更加适用于工程实际情况。在运用此方法对复杂配电系统可靠性评估时，可按以下步骤进行：
①分析和处理配电系统元件可靠性原始参数，得到各元件的可靠性原始参数的区间值；
②分析配电系统结构，确定各个负荷节点的最小路，以及最小路上和非最小路上的元件；
③对每个负荷点进行可靠性计算，原始参数使用区间数表示。为了避免区间运算的阶数，在计算过程中每次只进行两个区间数间的运算；
④在各负荷点的可靠性指标基础上，计算整个系统可靠性指标。
通过以上分析，该评估算法的流程图如图3.3所示。
4 结论与展望
4.1 结论。随着人们对电能质量的要求越来越高，配电网的供电可靠性越来越受到人们的重视。同时随着电力技术的发展，分布式电源越来越多的接入到电网中，配电网从一个辐射式网络变成一个遍布电源与用户互联的网络。因此研究含分布式电源的配电网可靠性有重要的意义。
4.2 展望。分布式电源作为一种有潜力的发电技术，是对传统的集中式电源供电的有益补充。正确考虑DG接入配电网后的孤岛作用，可以提高配电网供电可靠性。由于分布式电源是刚刚兴起的一个研究方向，国内外对其的研究都还较为浅显，还需作进一步深入的研究。
参考文献
[1] 郭永基．电力系统可靠性原理和应用[M]．北京：清华大学出版社，1986
[2] 梁才浩，段献忠．分布式发电及其对电力系统的影响[J]．电力系统自动化，2001
关键词：高职；光伏应用技术专业；课程体系；工作过程
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）05-0040-02
近年来，随着光伏产业的蓬勃发展，各地区高职院校纷纷开设了光伏应用技术专业。由于光伏应用技术专业是一门新专业，而且各地区光伏产业结构不尽相同，因此课程体系也存在差异。高职教育作为现代教育的组成部分，坚持以服务为宗旨，通过合理的专业课程体系建设更好地为地方经济服务，一直是专业建设的首要任务。笔者拟从课程体系构建原则、区域产业特色、职业岗位能力分析、课程体系构建等四个方面，探讨我院光伏应用技术专业基于工作过程的课程体系建设。
课程体系构建原则
以科学发展观为指导，全面贯彻落实国家的教育方针，主动适应地方经济社会发展需要，以提高质量为核心，以突出特色为重点，以合作办学、合作育人、合作就业、合作发展为主线，创新体制机制，推进产教结合，促进专业与产业对接、课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接、学历证书与职业资格证书对接、职业教育与终身学习对接。
坚持主动适应区域经济和社会发展需求的原则 要深入行业或企业一线，广泛开展社会调研，充分听取行业、企业专家意见，关注市场经济和本专业领域技术的发展趋势，对人才需求状况进行充分分析和预测，准确把握专业定位和发展方向，并据此作为设计专业人才培养方案的起点，使专业人才培养定位和规格既具有特色，又适应社会经济发展和现代产业体系建设的时代要求，具有一定的前瞻性。
坚持工学结合、校企合作共育人才的原则 深化人才培养模式改革，以工学结合为切入点，校企合作共同探索工学交替、任务驱动、项目导向、顶岗实习等有利于增强学生能力的多样化人才培养模式；共同开发专业课程和教学资源，将企业（行业）工艺流程、产品标准、服务规范等引入教学内容。推行“双证书”制度，使学校的教学过程与企业的生产过程、专业课程内容与职业标准紧密结合，校企共同完成教学任务，突出人才培养的针对性、灵活性和开放性。
坚持能力与素质并重，知识、技能与素质协调发展的原则 以素能并重为原则，正确处理好传授知识、培养能力与提高素质三者之间的关系，坚持素质、知识、能力整体设计协调发展。要从岗位工作任务或职业能力分析入手，按照实际工作任务、工作过程和工作情境进行整体设计，梳理工作逻辑，理顺课程之间的关系，确定课程结构，形成工作过程系统化的工学结合现代高职教育课程体系。进一步强化学生职业道德、诚信品质、敬业精神、责任意识、交流沟通能力、团队合作能力、创新创业意识等职业素质与关键能力教育，并将之渗透到所有课程中，全面提高学生的核心竞争力。
坚持理论与实践结合、“教学做”一体多元化教学模式改革的原则 重视教学过程的实践性、开放性和职业性，遵循理论与实践结合、“教学做”一体的原则，单项技能实训回归课程，将仿真教学、情境教学、案例教学等多元教学方法融入课程中，积极试行多学期、分段式等灵活多样的教学组织形式。构建“以培养职业能力为核心”的岗位认识实习、情境式仿真实训、综合性生产实训、就业式顶岗实习等能力递进的实践教学体系，探索建立“校中厂”、“厂中校”等形式的实践教学基地。
区域产业特色与人才培养定位分析
浙江省现有光伏企业200余家，是全国光伏电池生产大省，产量约占全国的35%。衢州市作为浙江省第一个省级光伏产业基地，现有光伏企业60余家，是国内光伏产业链最为完善的地区之一。从市场调研情况来看，由于受到国际金融危机及欧债危机的影响，2011年下半年，硅材料加工、光伏电池市场受到了极大的影响，产量及价格受到巨大冲击。但从光伏应用市场来看，由于光伏电池、原材料价格的下降及国家光伏发电标杆电价的出台，给光伏发电系统集成市场带来了前所未有的利好前景。从国内光伏发电装机容量上看，2009年装机不到300MW，2010年装机约500MW，2011年装机约2.8GW。随着不可再生能源的不断消耗和国家对能源需求的不断增长，预计在未来的10年内，每年装机容量将急剧增加，人才需求将非常短缺。
根据以上调研情况，我院对光伏应用技术专业的培养目标进行了重新定位，即重点培养具备光伏应用技术的基础知识，掌握光伏发电系统集成的能力，能适应光伏电站建设和光伏产品生产等光伏企业生产运行、技术服务、产品检测等一线需要的高素质技能型专门人才。
职业岗位能力分析
在课程体系构建中，我们主要围绕专业培养目标，以职业核心能力为主线，引入行业职业资格标准，以生产岗位典型工作任务为载体，与企业共同开发基于工作过程的系统化课程体系。结合专业定位，我们对处于光伏产业下游的光伏电站建设与光伏应用产品企业展开了调研。
光伏电站建设工作岗位能力分析 从调研情况来看，光伏电站建设的主要工作岗位有电站建设前期调研、工程设计、工程项目申报、工程施工、入网调试、电站运行维护与检修等，具体能力要求如图1所示。
光伏应用产品生产工作岗位能力分析 从调研情况来看，光伏应用产品生产的主要工作岗位有单体电池检测、特种组件生产、组件检测、控制器制作、系统集成与检测、系统维护与技术服务等，具体能力要求如图2所示。
专业拓展能力调研分析 结合专业定位及企业调研，本专业毕业生可在光伏电池生产、光伏发电系统集成等相关企业从事硅太阳电池方阵组合工、光伏系统集成工程师等相关岗位工作，经过1～3年后，可升为技术员，或转岗至管理岗位，如车间班长、车间主任等。学生的专业拓展能力如图3所示。
课程体系构建
高职教育是以培养高素质技能型人才为目标的，课程体系的建设必须抓住区域产业、企业、学生三个要素，要保证学生在掌握专业技能的同时，具备大学生应具有的素质。因此，课程体系的建立不能仅考虑学生职业技能的提高，而是更应该关注学生职业素质的养成与提高。
文化素质课程平台构建 在课程体系建设过程中要以专业人才培养为目标，对原属于文化素质课的公共基础课程进行重新定位。比如，在大学英语课程中，应改变以往课程模式，设置基础英语与行业英语；在计算机文化课程中，应按照专业定位及要求，设置Word高级应用、Excel高级应用、PowerPoint高级应用等课程模板，供不同专业学生选择。为加强大学生文化素质教育和交叉学科能力培养，使学生更好地适应社会需求，应基于文化素质课平台开设人文社会科学、自然科学、工程技术、艺术鉴赏等四大类素质拓展课程。
专业课程平台构建 专业课程平台主要包括基础理论课程与职业能力课程。基础理论课程是为专业核心技术提供基础理论知识和基本实践技能的课程，主要有《电工基础》、《太阳能电池材料制备工艺》、《光伏电子产品制作》、《电子线路制图与制板》、《工程制图与CAD》、《电力系统基础》等课程。在课程体系中，基础理论课程与职业能力课程的实践教学比重应占50%以上，平时的课程教学应注重学生的技能培养。由于学生在学科系统理论学习上存在一定的缺失，所以在课程体系中，很有必要增设一门回顾总结性课程——《光伏发电技术》，使学生在“做”的基础上掌握学科的完整性，有利于学生的可持续发展。职业能力核心课程是培养职业岗位能力的关键课程，必须根据技术领域和职业岗位（群）任职要求，参照相关职业资格标准设置。本专业开设了《光伏电池制造工艺》、《光伏发电系统集成与设计》、《光伏逆变技术》、《光伏发电系统施工与入网调试》、《光伏电气设备检修与电站维修》、《智能光伏产品制作》等6门职业核心课程。
独立综合实训平台构建 独立综合实训课程是针对多门专业课程的综合实训，不是对一门课程的实训。在专业综合实训平台上除了军事课、毕业论文、顶岗实习等实践环节外，还开设了《光伏认识实习》、《光伏电子产品生产综合实训》和《光伏电站安装与维护综合实训》等课程。
在专业建设过程中，课程体系建设、专业课程建设、实践基地建设、教学团队建设、质量评价管理体系建设等内容都是决定专业服务水平提升的主要因素。由于光伏应用技术专业是近两年刚兴起的新专业，专业建设需要在实践探索过程中不断发展，不断完善。
参考文献：
[1]程忠国.以职业能力为本位的高职专业课程体系之构建[J].职业教育研究，2012（2）.
[2]张继媛.依托地方特色产业构建工作过程导向的专业课程体系[J].教育与职业，2010（12）.
[3]徐少华.基于工作过程的高职机械制造与自动化专业课程体系的构建[J].职教通讯，2012（3）.
[4]马中宝.高职院校人文素质课程体系建设研究[J].教育与职业，2011（1）.
