《新能源發(fā)電與控制技術(shù) 第4版》 課件 第8章 新能源應(yīng)用技術(shù)

1機(jī)械工業(yè)出版社第8章新能源應(yīng)用技術(shù)2機(jī)械工業(yè)出版社主要內(nèi)容電動(dòng)汽車技術(shù)8.1多電飛機(jī)8.2新能源空鐵技術(shù)8.3新能源船舶技術(shù)8.4新能源助力電力行業(yè)碳中和實(shí)現(xiàn)8.58.1電動(dòng)汽車技術(shù)為迎接可持續(xù)交通的挑戰(zhàn)及解決能源和環(huán)保問題，目前，各大研究機(jī)構(gòu)和汽車制造商針對(duì)電動(dòng)汽車的研發(fā)和推廣，主要集中發(fā)展三類電動(dòng)汽車，分別是蓄電池純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。8.1.1電動(dòng)汽車的特點(diǎn)蓄電池純電動(dòng)汽車使用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，以蓄電池作為能源存儲(chǔ)單元，用電力作為能源。純電池電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)上主要由電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置;能源子系統(tǒng)包括能量源（電源）、能量單元以及能量控制單元;輔助子系統(tǒng)包括助力轉(zhuǎn)向單元、溫控單元和輔助動(dòng)力供給單元等。蓄電池純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)是無(wú)排放、不依賴汽油，但是由于蓄電池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多，因此純電池電動(dòng)汽車的連續(xù)行駛里程有限。3機(jī)械工業(yè)出版社混合動(dòng)力電動(dòng)汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，燃油和蓄電池作為能源，蓄電池可由汽車中內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)充電。因?yàn)橥瑫r(shí)有多個(gè)能量源，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中的主要問題在于根據(jù)行駛的循環(huán)工況進(jìn)行多個(gè)能量源之間的優(yōu)化控制。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳統(tǒng)上分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩類。

串聯(lián)式的主要特征是內(nèi)燃機(jī)/發(fā)電機(jī)提供的電能和蓄電池提供的電能以電能形式一起疊加，供給電動(dòng)機(jī)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輪運(yùn)轉(zhuǎn)，以滿足車輛的動(dòng)力需要。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電、能，轉(zhuǎn)化后的電能→部分用來(lái)給蓄電池充電，另一部分由電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪。由于三種能量源是以電能形式疊加的，因此只要用電纜連接即可，容易實(shí)現(xiàn)，器件布置也比較靈活。但是它需要三個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置:發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。因而，該類電動(dòng)汽車的效率通常較低。4機(jī)械工業(yè)出版社串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車：并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車：

并聯(lián)式的主要特征是內(nèi)燃機(jī)輸出能量和電動(dòng)機(jī)輸出能量以機(jī)械能的方式一起提供，滿足車輛的動(dòng)力需要。并聯(lián)式電動(dòng)汽車采用了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通常采用不同的離合器來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪，可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或者發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)三種工作模式。同串聯(lián)式相比，它只需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，不需要單獨(dú)的發(fā)電機(jī)。并且因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛，如果要得到相同的性能，并聯(lián)式的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的尺寸要比串聯(lián)式小，但由于并聯(lián)式電動(dòng)汽車的兩種能量源是以機(jī)械能的形式疊加的，因此需要有相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，故實(shí)現(xiàn)形式不如串聯(lián)式簡(jiǎn)單，器件布置也有一定的局限性。目前市面上大多數(shù)混合動(dòng)力車型都為該結(jié)構(gòu)。5機(jī)械工業(yè)出版社

綜合式電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，無(wú)法歸結(jié)到上面三種形式之中，它包含了更多的能量控制單元，能夠提供更多的工作模式，其結(jié)構(gòu)和混聯(lián)式相似，它們都有起電動(dòng)和發(fā)電作用的電動(dòng)機(jī)。兩者的主要區(qū)別在于綜合式中的電動(dòng)機(jī)允許功率流雙向流動(dòng)，而混聯(lián)式中的電動(dòng)機(jī)只允許功率流單向流動(dòng)。雙向流動(dòng)的功率流可以允許綜合式電動(dòng)汽車有更多的工作模式。雖然這樣的配置會(huì)給電動(dòng)汽車帶來(lái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)，但是現(xiàn)在有些新型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也采用了這種雙軸驅(qū)動(dòng)的復(fù)合式系統(tǒng)。6機(jī)械工業(yè)出版社綜合式混合動(dòng)力汽車：8.1.2系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)1.純電動(dòng)汽車之前的電動(dòng)汽車主要是將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和油箱替換為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電池組，同時(shí)保留所有其他部件。這類電動(dòng)汽車由于重量大、靈活性差、性能一般等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其逐漸淡出試駕應(yīng)用。而現(xiàn)代春電動(dòng)汽車是從初始的車身和車架開始加以定制，這滿足了電動(dòng)汽車獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也利用了電驅(qū)動(dòng)的巨大靈活性。7機(jī)械工業(yè)出版社圖8-1純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)的概念圖現(xiàn)代電驅(qū)動(dòng)的概念圖如圖8-1所示。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)主要的子系統(tǒng)組成，即電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括整車控制器、電力電子功率變換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)輪。能源子系統(tǒng)包括能量源、能量管理單元和能量補(bǔ)充單元。輔助子系統(tǒng)由助理轉(zhuǎn)向單元、車內(nèi)空調(diào)溫控單元和輔助功率單元組成。8機(jī)械工業(yè)出版社2.混合動(dòng)力混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)可大致定義為能量通路與控制端口間的連接關(guān)系。傳統(tǒng)意義上的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車被分類為兩種基本形式，即串聯(lián)式和并聯(lián)式的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。而自2000年開始，一些推廣應(yīng)用的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車難以歸入這樣的分類中。因此，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車現(xiàn)分類為四種，即串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和復(fù)聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，具體分類如圖8-2所示。圖8-2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的分類a)串聯(lián)式（電耦合）b)并聯(lián)式（機(jī)械耦合）c)混聯(lián)式（機(jī)械耦合和電耦合）d)復(fù)合式（機(jī)械耦合和電耦合）9機(jī)械工業(yè)出版社8.1.3電機(jī)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）的心臟。該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、功率變換器和電子控制器構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能推動(dòng)車輛，或反之將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行再生制動(dòng)和（或）對(duì)車載儲(chǔ)能裝置充電。功率變換器為電動(dòng)機(jī)提供特定的電壓和電流。電子控制器根據(jù)駕駛要求，通過為功率變換器提供控制信號(hào)來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，進(jìn)而調(diào)整電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，以產(chǎn)生特定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電子控制器可進(jìn)一步分為三個(gè)功能單元，即檢測(cè)器、接口電路和處理器。檢測(cè)器通過接口電路將所測(cè)量的物理量，如電流、電壓、溫度、速度、轉(zhuǎn)矩和磁通轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、這些信號(hào)被處理成相應(yīng)的電平后輸入處理器。處理器的輸出信號(hào)通過放大，經(jīng)由接口電路，驅(qū)動(dòng)功率變換器的功率半導(dǎo)體器件。電驅(qū)系統(tǒng)的功能模塊如圖8-3所示。10機(jī)械工業(yè)出版社圖8-3典型電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能模塊框圖11機(jī)械工業(yè)出版社與電動(dòng)機(jī)的工業(yè)應(yīng)用不同，用于電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)通常要求頻繁地起動(dòng)和停車、高變化率的加速度/減速度、高轉(zhuǎn)矩且低速爬坡、低轉(zhuǎn)矩且高速行駛以及非常大的運(yùn)行速度范圍。應(yīng)用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可分為兩大類，即有換向器電動(dòng)機(jī)和無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)，如圖8-4所示。有換向器電動(dòng)機(jī)主要指?jìng)鹘y(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)，包括串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)、他勵(lì)和永磁（PermanentMagnet，PM）勵(lì)磁的直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)需要換向器和電刷來(lái)給電樞供電，因而使該類電動(dòng)機(jī)的可靠性降低，不適合免維護(hù)運(yùn)行和高速運(yùn)行。此外，繞線轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的直流電動(dòng)機(jī)功率密度較低。然而，由于技術(shù)成熟和控制簡(jiǎn)單，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一直在電驅(qū)系統(tǒng)中有著突出的地位。圖8-4應(yīng)用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的分類12機(jī)械工業(yè)出版社作為一種確定電動(dòng)汽車的無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。這是因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的成本低、可靠性高且能夠免維護(hù)運(yùn)行。但是，異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)控制，如變頻變壓，不能提供所期望的性能。隨著電力電子和計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)定向控制（Field-OrientedControl，F(xiàn)OC）原理，即矢量控制原理已被用來(lái)克服由于異步電動(dòng)機(jī)非線性帶來(lái)的控制難度。然而，這些采用矢量控制的電動(dòng)汽車用異步電動(dòng)機(jī)在輕載和限定恒功率工作區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，仍會(huì)遭遇低效率的問題。采用永磁體代替?zhèn)鹘y(tǒng)同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組，永磁同步電機(jī)可排除傳統(tǒng)的電刷、集電環(huán)以及勵(lì)磁繞組的銅耗。這些永磁同步電機(jī)因其正弦交變電流的供電和無(wú)刷結(jié)構(gòu)，也被稱作永磁無(wú)刷交流電動(dòng)機(jī)或正弦波永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)通常結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，但輸出功率相對(duì)較低。與異步電動(dòng)機(jī)類似，對(duì)高性能要求應(yīng)用場(chǎng)合，這種永磁同步電動(dòng)機(jī)通常也使用矢量控制。因?yàn)槠涔逃械母吖β拭芏群透咝?，在電?dòng)汽車領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)已被認(rèn)為具有與異步電動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的巨大潛力。13機(jī)械工業(yè)出版社實(shí)際上，通過轉(zhuǎn)換永磁直流電動(dòng)機(jī)（有刷電動(dòng)機(jī)）定子和轉(zhuǎn)子的位置，就可以得到永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（BrushlessDC，BLDC）。這種電動(dòng)機(jī)由矩形波交變電流供電，因此也稱為矩形波永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是排除了電刷，其另一優(yōu)點(diǎn)是因電流與磁通間的正交相互作用，能產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩。此外，這種無(wú)刷結(jié)構(gòu)使得電樞繞組可以有更大的橫截面。由于整個(gè)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)有了改善，故電負(fù)荷的增加導(dǎo)致了更高的功率密度。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SwitchedReluctanceMotor，SRM）已被公認(rèn)為在電動(dòng)汽車應(yīng)用中具有很大潛力。基本上，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是由單組定子可變磁阻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接衍生而來(lái)的。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)用于電動(dòng)汽車的明顯優(yōu)點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性好。盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但并不意味著開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和控制也簡(jiǎn)單。由于其極尖出的高度磁飽和，以及磁極和槽的邊緣效應(yīng)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和控制既困難又精細(xì)。傳統(tǒng)上，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行借助于轉(zhuǎn)軸位置檢測(cè)器檢測(cè)轉(zhuǎn)子與定子相對(duì)位置。這些檢測(cè)器通常容易因機(jī)械振動(dòng)而受損，并對(duì)溫度和塵埃較敏感。因此，位置檢測(cè)器的存在降低了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的可靠性，并限制了一些應(yīng)用。14機(jī)械工業(yè)出版社8.2多電飛機(jī)8.2.1基本原理二次能源的形式多樣化給飛機(jī)設(shè)計(jì)、維護(hù)及可靠性帶來(lái)諸多負(fù)面影響。例如，遍布機(jī)身的液壓管路嚴(yán)重制約飛機(jī)氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)，液壓油存在泄漏起火風(fēng)險(xiǎn)，使地面支援設(shè)備復(fù)雜化等。電能具有無(wú)污染、易傳送、低損耗等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是理想的二次能源，由此在上世紀(jì)70年代誕生了全電飛機(jī)(allelectricaircraft,AEA)的設(shè)計(jì)藍(lán)圖，然而技術(shù)進(jìn)步并非一蹴而就，AEA的實(shí)現(xiàn)也絕非簡(jiǎn)單的系統(tǒng)替換，航空領(lǐng)域?qū)煽啃缘目量桃笤跓o(wú)形中限制了新技術(shù)的應(yīng)用，因此幾十年里只是逐步增加電氣系統(tǒng)所占的比重，多電飛機(jī)(moreelectricaircraft,MEA)的設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生。圖8-5美國(guó)EviationAircraft公司設(shè)計(jì)的全電動(dòng)力飛機(jī)Alice15機(jī)械工業(yè)出版社8.2.2電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)飛機(jī)電氣系統(tǒng)可以分為發(fā)電設(shè)備、配電設(shè)備和用電設(shè)備。以一架現(xiàn)有的雙發(fā)多電飛機(jī)的電氣系統(tǒng)為例，其電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖8-6所示。圖8-6一架雙發(fā)多電飛機(jī)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖16機(jī)械工業(yè)出版社系統(tǒng)名稱最大持續(xù)總功率（kW）

電動(dòng)機(jī)數(shù)量功率（kW）飛行控制系統(tǒng)802850環(huán)境控制系統(tǒng)401010燃油管理系統(tǒng)35109電力作動(dòng)系統(tǒng)30215起落架系統(tǒng)30205其他20101發(fā)電機(jī)125/通道6125合計(jì)-86-表

2-1一架現(xiàn)有雙發(fā)飛機(jī)中的電機(jī)用途和數(shù)量電機(jī)的大量使用是MEA與傳統(tǒng)飛機(jī)最大的不同。表2-1中展示了該多電飛機(jī)中所需的電動(dòng)機(jī)的用途和數(shù)量。該機(jī)共包含86個(gè)電動(dòng)機(jī)，其中28個(gè)安裝在飛行控制系統(tǒng)、10個(gè)安裝在ECS、2個(gè)用于電動(dòng)氣壓系統(tǒng)、20個(gè)用于起落架系統(tǒng)、6個(gè)用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)。安裝在飛行控制系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)主要驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器進(jìn)行舵面偏轉(zhuǎn)、起落架收放等動(dòng)作；在ECS和燃油管理等系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)則用來(lái)壓縮空氣、泵送燃油。17機(jī)械工業(yè)出版社8.2.3電力傳動(dòng)裝置1.同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其原動(dòng)機(jī)通常由發(fā)動(dòng)機(jī)充當(dāng)。開關(guān)磁阻電機(jī)（switchedreluctancemachine，SRM）和同步發(fā)電機(jī)是比較理想的機(jī)載發(fā)電。它們的控制方法成熟、機(jī)器本身成本低、可靠性高且能在高速下穩(wěn)定工作。此類發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)是其重量和尺寸隨著輸出功率的增加而指數(shù)增加，增加了飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量。為了解決這個(gè)問題，功率密度和可靠性都更高的永磁同步電機(jī)是未來(lái)機(jī)載發(fā)電設(shè)備的一個(gè)主要選項(xiàng)。2.功率轉(zhuǎn)換器功率轉(zhuǎn)換器可以將電能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，主要包括三種：DC/DC直流變壓器，AC/DC整流器和DC/AC逆變器。DC/DC直流變換器可以降低或升高直流電壓的電平。AC/DC整流器是一種可以從交流電壓獲得連續(xù)直流電壓的電氣設(shè)備。18機(jī)械工業(yè)出版社在航空工業(yè)中，變壓器整流器單元（transformerrectifierunit，TRU）廣泛用于調(diào)節(jié)三相總線的28V直流電壓。一般六脈沖AC/DC整流器有13個(gè)工況。在每個(gè)工況下，整流器會(huì)根據(jù)其輸入端交流電流的狀態(tài)自動(dòng)獲得各二極管的端電壓和各電感的電流降。DC/AC逆變器可以將直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓，通常用于電機(jī)控制。它一般包含六個(gè)晶體管，這些晶體管通常由PWM控制，并且需要能夠承載電動(dòng)機(jī)的峰值相電流。DC/AC逆變器的工況與AC/DC整流器類似。在一個(gè)有DC/AC逆變器參與的閉環(huán)電機(jī)控制回路中，根據(jù)電機(jī)的反饋信號(hào)可以調(diào)整PWM的輸出，以確定逆變器中每個(gè)開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間，最終控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩。3.伺服電機(jī)伺服電機(jī)可以將控制面移動(dòng)到一定角度并保持在該位置直到下一次移動(dòng)。無(wú)人機(jī)上使用的許多伺服電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、逆變器、位置控制器和搖臂組成。由于控制算法簡(jiǎn)單和成本低，伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中一般使用直流電機(jī)。大型飛機(jī)中使用的伺服電機(jī)則包含永磁同步電機(jī)和更復(fù)雜可靠的驅(qū)動(dòng)器，如EHA和EMA等。19機(jī)械工業(yè)出版社20機(jī)械工業(yè)出版社8.3新能源空鐵技術(shù)8.3.1新能源空鐵概述新能源空鐵是指以鋰電池動(dòng)力包為動(dòng)力源的空中懸掛式軌道列車系統(tǒng)。這是我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型軌道交通系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用新能源、新材料、新設(shè)計(jì)，集成了多種相關(guān)成熟技術(shù)。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、舒適性、安全性高、節(jié)能環(huán)保、低噪音、低農(nóng)、適應(yīng)性強(qiáng)、工期短、難度低、自然美觀、前瞻性等優(yōu)點(diǎn)。這是一個(gè)連接和整合中心城市交通樞紐，覆蓋熱門旅游景點(diǎn)的現(xiàn)代化新型交通系統(tǒng)。21機(jī)械工業(yè)出版社2016年12月8日，一臺(tái)新能源空鐵在中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司竣工下線，這是我國(guó)西部地區(qū)誕生的首臺(tái)新能源空鐵列車，這意味著一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)將誕生?？砧F是一種輕型、中速、中低運(yùn)量的新型制式城市軌道交通方式，是城市立體公交的新裝備，也是公交錯(cuò)位發(fā)展的新選擇。首臺(tái)的空鐵列車，每列定員144人，時(shí)速最高可達(dá)65km/h。8.3.1新能源空鐵概述22機(jī)械工業(yè)出版社8.3.1新能源空鐵概述新能源空鐵23機(jī)械工業(yè)出版社新能源空鐵主要具有以下優(yōu)勢(shì)：第一，高架擁有獨(dú)立路權(quán)?？砧F系統(tǒng)可沿道路綠化帶高架敷設(shè)，空鐵列車懸掛于導(dǎo)軌梁下方，不受地面道路交通狀況、火災(zāi)、洪水等自然災(zāi)害的影響，緊急情況下起到運(yùn)輸救災(zāi)物資及人員的作用。第二，產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景廣泛?？砧F系統(tǒng)運(yùn)量適中，既可滿足特大、超大城市軌道交通支線、市郊線、連接線等多制式協(xié)同發(fā)展補(bǔ)網(wǎng)需求，又可作滿足中小城市城市軌道骨干網(wǎng)絡(luò)運(yùn)量需求。同時(shí)，該車型乘坐體驗(yàn)感強(qiáng)、視野開闊，亦可作為旅游城市、旅游景區(qū)快速交通接駁和旅游觀光工具，場(chǎng)景適應(yīng)能力極強(qiáng)。第三，環(huán)境友好度強(qiáng)?？砧F爬坡能力是地鐵的三倍，最小轉(zhuǎn)彎半徑是地鐵的十分之一，選線靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，可有效減少征拆和對(duì)沿線地塊影響。8.3.2新能源空鐵優(yōu)勢(shì)24機(jī)械工業(yè)出版社新能源空鐵系統(tǒng)，可以利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源自主發(fā)電作為驅(qū)動(dòng)電能的補(bǔ)充，有效節(jié)約了運(yùn)行過程中的電能消耗，具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)具有能量反饋回收系統(tǒng)，通過回收制動(dòng)能量作為驅(qū)動(dòng)電能的補(bǔ)充，擴(kuò)充了單次運(yùn)行的有效距離，節(jié)約能量消耗，降低了能源消耗。8.3.3新能源空鐵原理25機(jī)械工業(yè)出版社8.3.3新能源空鐵原理新能源空鐵側(cè)面圖26機(jī)械工業(yè)出版社8.3.3新能源空鐵原理新能源空鐵車廂結(jié)構(gòu)圖27機(jī)械工業(yè)出版社8.3.3新能源空鐵原理新能源空鐵框架圖28機(jī)械工業(yè)出版社8.4新能源船舶技術(shù)8.4.1新能源船舶概述隨著新能源不斷的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)的推廣完善，將其應(yīng)用于船舶成為一種發(fā)展趨勢(shì)，并且有著較為廣闊的前景。新能源應(yīng)用于船舶有著諸多的優(yōu)勢(shì)，這主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：1.新能源應(yīng)用與船舶能夠有效的實(shí)現(xiàn)成本的降低。2.新能源的應(yīng)用能夠保證船舶供電的安全性。3.新能源的來(lái)源豐富，供應(yīng)充足。4.新能源廣闊的應(yīng)用范圍為其在船舶供電系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了條件。29機(jī)械工業(yè)出版社8.4.2太陽(yáng)能動(dòng)力船舶早在1985年，美國(guó)的德克薩斯州的SumSmith就推出了太陽(yáng)能充電裝置，可供車輛和船舶蓄電池充電。之后的多個(gè)國(guó)家都研制出了小型太陽(yáng)能電池充電的樣船，這些可以看做是太陽(yáng)能在船舶領(lǐng)域的首次應(yīng)用。2000年澳大利亞造出了太陽(yáng)能風(fēng)能的混合動(dòng)力的雙體客船，這標(biāo)志著可再生能源在船舶動(dòng)力領(lǐng)域的一次大的飛躍。2007年5月8日，瑞士的“太陽(yáng)21號(hào)”全太陽(yáng)能動(dòng)力船經(jīng)過5個(gè)多月的航行，完成了橫渡大西洋之旅。30機(jī)械工業(yè)出版社目前，太陽(yáng)能在船舶動(dòng)力領(lǐng)域的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電力作為船舶的主動(dòng)力源即船舶主機(jī)的能量1.基本都來(lái)自于太陽(yáng)能所產(chǎn)生的電能2.將太陽(yáng)能作為船舶的輔助機(jī)械動(dòng)力能源大型船舶的輔助機(jī)械有很多3.將太陽(yáng)能作為船舶制冷空調(diào)設(shè)備和生活照明系統(tǒng)能源遠(yuǎn)洋船舶一般航期相對(duì)較長(zhǎng)4.將太陽(yáng)能作為大型油船卸貨和加熱系統(tǒng)的能源大型油船一般航行時(shí)間長(zhǎng)，防火要求高，冬季原油卸貨困難，而這些剛好給了太陽(yáng)能在船舶上的應(yīng)用很好的發(fā)揮空間8.4.2太陽(yáng)能動(dòng)力船舶31機(jī)械工業(yè)出版社8.4.2太陽(yáng)能動(dòng)力船舶32機(jī)械工業(yè)出版社8.4.3風(fēng)能動(dòng)力船舶日本在20世紀(jì)80年代建造出世界上第一艘現(xiàn)代化風(fēng)帆助推船新愛德丸號(hào)。該船使用鋼骨架和聚酯纖維制成的硬質(zhì)風(fēng)帆，并通過“帆-機(jī)結(jié)合”使其無(wú)需人力就可以根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向等參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)帆。法國(guó)在1985年研制出一種可以自適應(yīng)風(fēng)向的抽氣式渦輪帆，并裝配于翠鳥號(hào)，升力系數(shù)達(dá)到6.0。不僅大幅度提升了船速，節(jié)能效果也有所改善。德國(guó)在2007年制造出全球第一艘用巨型風(fēng)箏拉動(dòng)的貨輪白鯨天帆號(hào)。該船利用沖壓式傘翼的原理，把懸在貨輪上方的巨型風(fēng)箏作為船舶的輔助動(dòng)力，風(fēng)箏與船舶的連接處安裝電子控制器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)元件，用于檢測(cè)和控制風(fēng)箏的飛行軌跡。33機(jī)械工業(yè)出版社8.4.3風(fēng)能動(dòng)力船舶34機(jī)械工業(yè)出版社8.4.4核能動(dòng)力船舶1942年12月，美國(guó)芝加哥大學(xué)建成了世界上第一座反應(yīng)堆，證明了實(shí)現(xiàn)可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的科學(xué)可行性，標(biāo)志著核能利用新時(shí)代的開始。在第二次世界大戰(zhàn)期間及以后的一段時(shí)間內(nèi)，世界各國(guó)先后建成了一批生產(chǎn)核武器用钚的生產(chǎn)堆和核潛艇用動(dòng)力堆。自20世紀(jì)50年代初以來(lái)，人們利用已有的軍用核技術(shù)建造了以發(fā)電為目的的核電廠，核能利用從軍用轉(zhuǎn)向了民用。經(jīng)過60多年的發(fā)展，核能已經(jīng)成長(zhǎng)為能源和動(dòng)力領(lǐng)域的強(qiáng)大支柱。35機(jī)械工業(yè)出版社自從1955年4月世界上第一艘壓水堆核動(dòng)力潛艇——“鸚鵡螺”號(hào)問世以來(lái)，不同類型的可移動(dòng)核動(dòng)力得到了快速的發(fā)展?？梢苿?dòng)核動(dòng)力為核潛艇、核動(dòng)力航空母艦、核動(dòng)力破冰船、核動(dòng)力深海潛水器、核動(dòng)力航天器、航天核火箭、航天核電源等提供所需的推進(jìn)動(dòng)力，在諸多領(lǐng)域或發(fā)揮著巨大作用，或展現(xiàn)了誘人的應(yīng)用前景。8.4.4核能動(dòng)力船舶36機(jī)械工業(yè)出版社8.4.4核能動(dòng)力船舶37機(jī)械工業(yè)出版社8.5新能源助力電力行業(yè)碳中和實(shí)現(xiàn)碳中和碳達(dá)峰2020年，習(xí)主席提出2030年前碳達(dá)峰和2060年前碳中和新戰(zhàn)略目標(biāo)，主動(dòng)提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)指標(biāo)，這對(duì)國(guó)內(nèi)加速綠色低碳轉(zhuǎn)型和長(zhǎng)期低碳發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，以及推進(jìn)全球氣候治理進(jìn)程都將發(fā)揮重要指引作用。當(dāng)前電力行業(yè)二氧化碳排放約占中國(guó)能源活動(dòng)二氧化碳排放的40%，推進(jìn)電力部門脫碳、加速終端能源的電氣化是推動(dòng)能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型和長(zhǎng)期溫室氣體減排的主要手段。能源互聯(lián)網(wǎng)是以電為核心，利用可再生能源發(fā)電技術(shù)、信息技術(shù)，融合電力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)、供熱/冷網(wǎng)絡(luò)等多能源網(wǎng)以及電氣交通網(wǎng)形成的異質(zhì)能源互聯(lián)共享網(wǎng)絡(luò)，是促進(jìn)可再生能源消納、提高能源使用效率、實(shí)現(xiàn)中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。38機(jī)械工業(yè)出版社碳中和碳達(dá)峰中國(guó)能源行業(yè)碳排放占全社會(huì)碳排放總量的80%左右，要實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，核心是推動(dòng)能源低碳轉(zhuǎn)型。中國(guó)的能源轉(zhuǎn)型仍處于關(guān)鍵發(fā)力期，在能源供應(yīng)方面，高比例風(fēng)電、光伏的接入給電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)；在能源消費(fèi)方面，數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車等新形態(tài)負(fù)荷逐年增加，可挖掘的靈活性資源潛力巨大。處于演進(jìn)過程的綜合能源系統(tǒng)，持續(xù)推動(dòng)了傳統(tǒng)能源利用模式的變革；多種能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃和靈活調(diào)度，可有效提升能源利用效率，促進(jìn)對(duì)可再生能源發(fā)電的消納，