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节能环保类,机械类

来源:融融通资金yabovip手机app下载网 时间:2015-08-28 15:39:42

基本信息

成果分类:节能环保类,机械类

成果/专利名称(编号):200710088056.7

技术成熟度:成熟

合作方式:完全转让

成果适用地区:全国

技术成果简介

本发明专利是大功率直流发电机,已于2009年4月获得国家知识产权局发明专利授权书,并通过知识产权局涉外代理机构,申请国际PCT(国际专利)组织,届时将向国际专利成员国申请专利保护。它填补了发电机领域的一项国际空白,是发电机技术发展史上的一场技术革命。本发明专利具有五大特性:

一、本发明专利有技术革命性的突破

1、世界大功率发电机的现状

1831年英国科学家法拉第发现了电磁感应现象,一百多年来,人们根据这一科学原理,不断研究、探索,发明了各种发电装置,从根本上促进了社会生产力的高速发展,迄今最普遍的发电装置是三相交流发电机。这一原理、模式、结构经科技界工程技术人员无数次实验改造,发电功率有很大提高。目前,全世界最大发电单机容量为130万千瓦,仅美国和瑞士拥有,我国发电厂单机装机容量大多在30万千瓦以下,三峡水力发电最大单机装机容量70万千瓦的机组刚刚投入运营,全国火力发电单机装机容量平均仅6.09万千瓦。继华能沁北国产首台超临界60万千瓦燃煤发电机组投产后,近百台60万千瓦超临界机组正在建设中,国产100万千瓦超超临界燃煤发电机组也正在投入商业运行。

2、我国发电机组的能耗

由于机组越小能耗比例越大,国家的产业政策是限制小型发展大型的发电机组,以达到上大压小(小火电厂)降低能耗的目的。据初步统计,至2006年,我国总装机容量达6.2亿千瓦,居世界第二位,其中火电装机占77.82%。水电占20.67%,核电占1.1%,风电和其它占0.41%。全世界每年开采约50亿吨煤70%用于发电。我国2006年用于发电原煤超过12亿吨,是煤炭消费总量的一半。我国火电机组供电标准煤耗为每千瓦366克,部分单机煤耗每千瓦超过500克,比日本299克、韩国300克、意大利303克高出六分之一。如果我们能达到日本的耗煤水平,一年可节约原煤2.2亿吨。我国火电污染排放的二氧化硫占全国总排放量的54%,是环境污染的主要产业之一。由此可见,我国电力工业处于装机数量大,单机容量小,能耗过高,污染严重的状况。我国国民经济正处于高速发展阶段,一方面反映出生产发展需求旺盛和电力资源不足的矛盾,一方面承受着能源消耗过大和环境保护的压力,因此节能减排、节能增效提到了国家各级政府的议事日程上,也是全人类十分关注的焦点。

3、大功率直流发电机的优势

本专利发明的新型大功率直流发电机,填补了世界上该领域的空白,就功能优势方面,克服了交流发电装置存在的诸多缺陷和不足,以其原理简单、构思新颖、结构奇特,功率巨大的特点解决了多年困扰人类电力发展的技术难题,实现了发电史上的重大突破。该发明专利的突出优势是:①在现有的动力(如蒸汽轮机和水轮机)条件下,使用“大功率直流发电机”比现有交流发电机的效率可增加一倍,就是说,不再新建发电厂,在现有原动力不变的情况下,可使发电量翻一番;②在动力(如蒸汽轮机和水轮机)允许的条件下,功率可增加10倍以上,也就是说,制造100万千瓦以上的超大功率直流发电机,从功能和技术的角度考虑,不存在障碍;③该发明专利如全面代替现有发电厂发电机组,我国将在原有每年用煤量基础上节约一半,全世界的煤炭消耗枯竭期可延缓240年;④小型直流发电机装置同样用途非常广泛,可以说涉及所有行业,如使用该发明专利,在功率、效率同样的情况下,体积可缩小一半,同比现在普遍使用的交流发电机还可节省硅整流装置,同时制造钢材用量和使用油耗也可节省50%以上。如能将其代替现有机组和推广到中小型直流发电机领域,我国将彻底改变因电力不足以及全面实现能耗、污染、成本大幅降低,功率、效率大幅增长的有益效果。全面落实节能减排(碳)的目标,一年内可节约煤炭6亿吨,相应减少二氧化硫排放1200万吨。

二:本发明专利的结构新颖、效率翻番

1.本发明专利的结构、效率

新型大功率直流发电机,采用双转子、单感应导体结构,所产生的感生电流不再流回磁场,不会产生额外的安培力,减少了一半的电磁阻力,能量转化效率可提高一倍。

2.本发明专利的原理、优势

采用本专利技术的电机转子的表面分布极性相同的磁极,通过定子磁路形成放射状的磁通特性,定子槽内感应导体在任意电角度,都在垂直切割磁力线,定子槽内所有感应导体在同一时间电动势、感生电流都相等。定子槽内的导体经串联后,只有一组线圈、输出电功率在相同条件下要比交流机提高3倍。由于所产生的是直流电,在没有“集肤效应”的前提下相同的导体截面电流密度增加了3倍。

3.本发明专利的内阻、功率

该发明在线路排序上作了新颖的设计,磁场内的单感应导体没有线圈,感应导体长度缩短,横截面增大,内阻减小到1欧以下,电阻值只相当于现有交流发电机的1%,热效应处于微弱状态。极大的改善了发电机内部运行环境和通过能力,最大限度地解决了现有技术在大功率输出电流时产生的热效应而温度持续升高的技术难题,从而可使发电输出功率提高10倍以上。

三、本发明专利的用途广泛性

本发明专利虽然称为“大功率直流发电机”,发明初衷是为解决交流发电机存在的缺陷和不足,但从其优势看可以替代现有交流发电机技术。并在涉及所有发电机应用领域,用途广泛。目前所有用电行业,包括企业自用发电装置和应急发电装置以及所有汽车、火车、轮船、拖拉机等,使用的发电机都是中、小型交流发电机,大部分终端使用直流电时,(如汽车发电机等),必须另加硅整流装置。如使用该发明专利,制造发电机在功率、效率同样的情况下,发电机体积可缩小一半以上(在现有技术上制造的发电机能缩小5%的体积都是很困难的),所用材质可减少50%以上,发电油耗也可节省50%以上,同时可减去硅整流装置。尤其在油电混合动力的电动汽车的直流充电机应用上有着广阔的市场。如全面替代现有中小型发电装置,制造成本和使用成本节省、节约将是一个难以估量的巨大效果。

四、 本发明专利节能减排显着、建设费用大幅降低

新型大功率直流发电机由于在节能增效上有绝对优势,应用前景非常广泛,在电力行业的制造领域,输变电建设领域和电网管理模式上将会产生一场技术革命。

1、效率、功率两大突破的有益效果

通常交流发电一马力可产生735瓦电能,使用该发明技术方案,在原动力(蒸汽轮机或水轮机)功率不变的条件下发电机综合节能效率可达50%以上,相应的可节约能源50%以上,整体效果非常明显。

就功率提高而言,交流发电机由于受发电机内阻热效应,温度持续升高和材料热效值有限的问题,加大功率十分困难。使用该发明技术方案,内阻非常微弱,在原动力允许的条件下,制造超过美国和瑞士达到超大功率100万千瓦以上的热发电机组不会有技术障碍。

2、节能减排(碳)的有益效果

电力工业是经济社会发展的重要支撑,也是能源消耗和污染物排放大户,同时也是节能减排的重点,国家在“十一五”规划期间决心将国内生产总值能耗和主要污染排放量分别降低20%左右和10%,这是科学发展观及环保意识的重大举措,在规划开局之年,各项经济任务指标都按计划顺利完成,惟有节能减排虽下了很大气力,没有完成预定计划,这已引起中央政府的高度重视,下大决心采取各种有效措施加大了节能减排的工作力度。电力行业排放的二氧化硫占全国排放总量的54%,其主要原因是发电结构“小型化”。全国单机容量10万千瓦及以下小火电机组有1.15亿千瓦,占火电装机容量的29.6%,煤耗每千瓦都比大型高效发电机组高出100—200克标准煤。排放的二氧化硫占到电力行业总排放量的35%。如使用该发明专利替代现有火电机组,一年可节约6亿吨标准煤,相应的减少二氧化硫排放1200万吨。由此电力行业对完成国家节能减排将会起到至关重要的作用。

3、直流发电和直流输电配套设施的有益效果

直流发电的显着效果和直流输电的显着优势相匹配将是相得益彰。人们知道,现普遍采用的交流输电模式,因为受电感、电容、电阻的制约,输电沿途消耗大,输变技术要求高,线路相应成本高。而直流输电只解决电阻一个问题,而且建设费用可节省三分之一,优势非常明显。直流输电与交流输电相比有以下优点:①、直流输电在输送相同功率时,线路造价低,交流输电架空线路通常采用三根导线,而直流输电可采用一根或两根导线也可;②有功损耗小,至少比交流少了一根导线,线路电阻上的损耗也比交流输电少了三分之一,并且具有“空间电荷”效应,其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路小,对通讯设备的干扰和对环境的污染都比交流输电小得多;③不存在系统稳定问题,可实现电网的非同机互联,调节快速、运行可靠。④更适合于海下输电和地下电缆输电,直流输电没有电容电流产生,可以使用地下输电电缆,有效避免冰雪灾害和恶劣气象条件的影响。(如2008年初春一场历史罕见的冰雪灾害,造成大范围线路损坏,停电、经济损失上千亿元。如果用地下电缆直流输电,就可避免这种灾难的发生。),可以极大的提高电网运行的可靠性。⑤能限制系统的短路电流,用交流输电线路连接两个交流系统时,由于系统容量增加,将使短路电流增大,有可能超过原有断路器的遮断容量,这就要求更换大量的设备,增加大量的投资;直流输电时就不存在上述问题。⑥输送容量大,输送功率的大小和方向可以快速控制和调节。⑦在直流输电线路中,各级是独立调节和工作的,彼此没有影响,所以当一级发生故障时,只需停用故障级,另一级仍可输送不少于一半功率的电能,但在交流输电线路中,任一相发生永久性故障时,必须全线停电。⑧直流输电可分期建设,分期投入运行,先建一极,并与大地和海水构成回路,待负荷增大后,再建另一极,相应可以更快的收回投资成本,优势非常明显。目前三峡水电站在建15条输电线路中,有三条超高压±500千伏直流输电线路送往华东和广东,国家开发东北的直流输电线路也在计划建设中。交流发电进入直流输电的过程,是在发出电后要建造一个换流站进入直流输电系统,到终点再通过逆变站输入用户电网。使用直流发电机发电,可直接进行直流输电,减少了建造昂贵的换流站费用,据报道,建造一个换流站费用高达27亿元,如果将来使用直流发电并输电,每个电厂少建设一个换流站,将节省巨大建设资金。随着高效率直流无刷电动机的投入使用,必将替代广泛使用的交流感应电动机。一个高效节能的直流发电、输电、用电完整系统的时代必将很快到来。

4、电网管理模式的有益效果

交流发电存在频率周期,频率始终保持在50Hz,输出功率只能做微调,存在用电高峰时电能不够用,到深夜低谷时,电能又不能充分利用的缺陷。新型直流发电机电流输出没有频率,可以通过微机根据用电量大小随时调整发电机转速控制输出功率,从而解决峰电消除谷电达到增产节能目的,另外由于交流发电、输电技术性能的特殊性,发电、输电存在着调度障碍。目前,我国发电调度方式是以电厂或发电机组为单位,参照上一年度发电量完成情况,对各类机组大致平均分配发电量指标,这种调度方式忽视能源和排放因素,大小火电机组享有同样的发电利用小时,这在很大程度上刺激了小火电建设,造成巨大的资源浪费和环境污染。全面使用新型大功率直流发电、输电、用电系统后,电网调度管理模式可全面实行现代化微机调控系统,可随时按照发电机组的能耗和环保指标以及可用功率排序,优先调度高效清洁机组,限制能耗高、污染重的机组发电。由此通过先进的科学管理,改变可调控管理模式产生较大的有益效果。

五、本发明专利的商业价值巨大

1、直流发电机的有效值

现有技术“三相交流发电机”导体的感应电动势是随时间作周期性的变化。它有最大值、最小值。最小值是零值,没有电流输出,线圈每运行一周,要有两次最小值,原动机要拖动没有电功率输出的线圈运行,消耗了额外的机械能,降低了电功输出的有效值。新型大功率直流发电机其结构特殊,感应导体始终处于感应电动势最大输出状态,消除了交流发电装置无功率输出时机械消耗的弱点。根据电流的热效应,直流电的有效值是100%,交流电的有效值是70%,原因是直流电流是稳衡电流,而交流电流的电流强度是随时间作周期性变化的,通俗讲,就是100瓦的直流电可以带动100瓦用电器做功,而交流电只能带动70瓦的用电器做功,从而能量转换效率可提高30%。

2、大功率直流发电机效益分析

①可节省6亿吨标煤,(这里指全面替代现有发电装置,用一吨煤按提高效率一倍计算)每吨标煤按800元,可节省煤4800亿元。

②节省建造用材(钢、铜、铝),每10兆瓦用材按7.5吨计算,6.2亿千瓦×7.5吨=46.5万吨,节省一半用材可发同样的电能,用材只一半是23.3万吨,每吨按1万元计算,可节省用材233亿元。

③直流发电直接直流输电可减少换流站建造,建换流站每兆瓦需100万元。6.2亿×100万=620亿

④输电线路全面改造可节省三分之一线路建设,全国保守估计高压线路30万公里,每公里按一万元建设,可节约10亿元。

⑤应用该发电机组替代现有火电机组同比减少排放二氧化硫每年1200万吨,每吨减少治理费2000元,可节省240亿元。

⑥中、小型发电装置应用方面,只计算汽车发电机用材每台可节省一半,用材按2公斤计算,全国2.5亿辆车可节省5亿公斤,每公斤按10元计算合50亿元。

⑦还有企业、民用发电装置、农用、军用装备发电装置不计算在内。

综合效益可省5953亿,这里指全面替代(在不改变原动力设施的基础上,只需更换发电机就可以将整个电厂或电站改造成直流发电形式,以配合直流输电),如果国家分期分批逐步实现,在10年内得到改善,每年保守估计有595.3亿增值效益。

3、实用价值巨大,市场前景广阔

大型直流发电机适用于火电站、水电站、核电站等大规模发电。中、小型机适用于风力发电、轮船、火车、汽车、电动汽车、发电机组等发电领域。

①风力发电在2008年底全球累计风电装机容量已超过12.08万兆瓦(相当于减排1.58亿吨二氧化碳),并以 30%的速度增长。 2008年我国累计风电装机容量跃过1.3万兆瓦大关,中国风力等新能源发电行业前景十分广阔。预计未来很长一段时间都将保持高速发展,权威专家预计全国累计风电装机容量有望在5年内突破20万兆瓦。2010年、2011年增速将达到60%以上,发电机的年总产值约在20亿元以上。年利润约10亿元,上缴利税约为3亿元。

②轮船用发电机单机容量在1兆瓦左右,年需求量约在1万兆瓦以上,年产值约在3亿元,利润为约为1.5亿元,上缴利税约0.45亿元。

③电动汽车用直流充电机单机容量5千瓦,有资料预测2010年后仅国内以年需求量300兆瓦的速度递增,年产值约1亿元,年利润约0.5亿元,上缴利税约为0.15亿元。

④燃油汽车用发电机,单机容量在1000瓦——2000瓦左右。目前而言,国内外市场需求量在1万兆瓦左右,年产值4亿元左右,年利润约为2亿元,上缴利税约为0.6亿元。

统计表明,每迟开发应用一天,就会无情的浪费164万吨煤炭,就有3280吨相当于一专列二氧化硫排放。

新型大功率直流发电机的面世,其性能特点、显着效果无疑是发电史上的重大突破,这一重大成果的转化,将会给全社会产生巨大的经济效益,商业价值难以估量,随着加快建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要,这一科技成果必将引起国家各级政府和有识之士的重视和支持开发。
 
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