电气工程概论第六章电工新技术优质课件

电气工程概论第六章电工新技术电气工程概论第六章电工新技术电气工程专业导论电气工程专业导论2新理论、新原理新材料新技术等离子体物理放电物理电磁流体力学直线电机超导材料永磁材料半导体材料微电子计算机放电应用核聚变磁流体发电磁流体推进磁悬浮列车超导电工永磁电机与磁体光电应用电力电子微 电子 专用 设备数控与机电控制电工装置CAD电 磁场 数值 计算 基础主要分支图6-1 电工新技术的分类 一、电工新技术的发展趋势一、电工新技术的发展趋势一、电工新技术的发展趋势一、电工新技术的发展趋势“LIREX”with flywheel energy storage3）Photochemical conversion,chemical energy being图6-25 太阳能发电的四种方式主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为Marx in 1924.Flywheel energy storage system1）Photothermal conversion,using the sun to heat waterswitches research,high current narrow pulse achieving,etc.Four methods to collect solar energy,showed in the figuresbeside the trackFourth,solid oxide fuel cell(SOFC),used solid electrolyte,avoids the danger of electrolytes corrosion and leakage;Third,molten carbonate fuel cell(MCFC),higher efficiency than PAFC,used to generate strong power;A momentous discovery by Dutch scientist H.Pulsed power technology ApplicationsJapan superconducting Maglev trains电气工程专业导论电气工程专业导论3二、超导电工技术二、超导电工技术二、超导电工技术二、超导电工技术图6-2 液氦温区低温超导材料NbTi导线 电气工程专业导论电气工程专业导论4二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）图6-3 液氮温区高温超导材料Bi系带材电气工程专业导论电气工程专业导论51.超导现象超导现象超导现象超导现象2.1911年荷兰科学家昂纳斯（H.Kamerlingh Onnes）在测量低温下水银电阻率的时候发现，当温度降到-269附近，水银的电阻突然消失。3.超导态的两个基本性质：4.一是零电阻效应；零电阻效应；零电阻效应；零电阻效应；5.5.二是完全抗磁性，又称迈斯纳（二是完全抗磁性，又称迈斯纳（二是完全抗磁性，又称迈斯纳（二是完全抗磁性，又称迈斯纳（MeissnerMeissner）效应，即）效应，即）效应，即）效应，即在磁场中超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强在磁场中超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强在磁场中超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强在磁场中超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零，即磁度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零，即磁度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零，即磁度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零，即磁力线完全被排斥在超导体外面。力线完全被排斥在超导体外面。力线完全被排斥在超导体外面。力线完全被排斥在超导体外面。二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）电气工程专业导论电气工程专业导论6二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）图6-4 超导体的完全抗磁性现象电气工程专业导论电气工程专业导论7二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）2.2.超导技术的应用超导技术的应用超导技术的应用超导技术的应用 超导电机超导电机超导电机超导电机图6-5 83MW超导发电机超导转子（左）与试验车间（日本）电气工程专业导论电气工程专业导论8图6-6 5MW船用高温超导推进电动机电气工程专业导论电气工程专业导论9图6-7 5MW船用高温推进电动机结构图电气工程专业导论电气工程专业导论10图6-8 300kW超导单极电动机（武汉712所等）图6-9 由超导电动机作动力的吊舱式螺旋推进器（图片来源：ABB公司）电气工程专业导论电气工程专业导论11 超导变压器超导变压器超导变压器超导变压器图6-10 500kW,6600/3300V高温超导变压器（日本）图6-11 26kW高温超导变压器（中国科学院电工研究所等）电气工程专业导论电气工程专业导论12 超导输电超导输电超导输电超导输电图6-12 2000A高温超导电缆结构云电英纳超导电缆公司电气工程专业导论电气工程专业导论13图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆云电英纳超导电缆公司电气工程专业导论电气工程专业导论14 超导储能超导储能超导储能超导储能图6-14 超导储能装置的储能线圈图6-15 2 MJ超导储能设备（德国）图6-47 电磁发射装置图6-47 电磁发射装置Solar thermal power stationNuclear Fusion Electrotechnics1）Photothermal conversion,using the sun to heat water（a）（b）Flywheel energy storage-regenerative braking systemmain research topics are,图6-48 国外研制的电磁炮No mechanical friction,SteadyIn recently,there appeared a new type fuel cell called microbial fuel cell(MFC),large power,small size,and high efficiency.ApplicationsHSST:High Speed Surface Transportin the superconductor,and the two magnetic fields repel to levitate the magnet.Principle diagram of MHD power generator电气工程专业导论电气工程专业导论15 超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车图6-16 日本超导磁悬浮列车电气工程专业导论电气工程专业导论16 超导在电气工程领域的其他应用 超导电磁线圈：应用于托克马克装置、磁流体发电机等；超导磁悬浮轴承：无机械摩擦，稳定好。p 总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超 导电力应用与强磁场应用等领域，随着低温超导技术和高导电力应用与强磁场应用等领域，随着低温超导技术和高导电力应用与强磁场应用等领域，随着低温超导技术和高导电力应用与强磁场应用等领域，随着低温超导技术和高 温超导技术的不断发展，特别是如果实现了临界温度达到温超导技术的不断发展，特别是如果实现了临界温度达到温超导技术的不断发展，特别是如果实现了临界温度达到温超导技术的不断发展，特别是如果实现了临界温度达到 室温的实用超导体，将带来革命性的改观。室温的实用超导体，将带来革命性的改观。室温的实用超导体，将带来革命性的改观。室温的实用超导体，将带来革命性的改观。电气工程专业导论电气工程专业导论17三、三、三、三、聚变电工技术聚变电工技术聚变电工技术聚变电工技术 与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的 结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展 主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为 需要的关键技术超导技术、大体积强磁场技术、需要的关键技术超导技术、大体积强磁场技术、需要的关键技术超导技术、大体积强磁场技术、需要的关键技术超导技术、大体积强磁场技术、大能量脉冲电源技术、辅助加热技术、等离子体大能量脉冲电源技术、辅助加热技术、等离子体大能量脉冲电源技术、辅助加热技术、等离子体大能量脉冲电源技术、辅助加热技术、等离子体 控制技术都属于电工新技术。控制技术都属于电工新技术。控制技术都属于电工新技术。控制技术都属于电工新技术。Wind power plant and grid connectedA superconductive disk on the bottom,cooled by liquid nitrogen,Nuclear Fusion Electrotechnics30m length、35kV、2kA HTS cables system图6-15 2 MJ超导储能设备图6-10 500kW,6600/3300V“LIREX”with flywheel energy storage如太阳能发电机。Pulsed Power Technology总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超的导轨结构图6-32 Transrapid原理电气工程专业导论电气工程专业导论18图6-17 托克马克装置原理（环形核聚变反应装置）电气工程专业导论电气工程专业导论19图6-18 基于托克马克的核聚变电站原理（a）（b）Switzerland flywheel energy storage图6-29 磁悬浮列车分类Magnetohydrodynamic propulsion shipFour methods to collect solar energy,showed in the figures图6-8 300kW超导单极电动机The floating magnet induces a current,and therefore a magnetic field,高温超导变压器（日本）Solar power generation图6-49 微机电系统电机Third,molten carbonate fuel cell(MCFC),higher efficiency than PAFC,used to generate strong power;Solar thermal power station电气工程专业导论电气工程专业导论20四四四四 、磁流体发电技术、磁流体发电技术、磁流体发电技术、磁流体发电技术 当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种 发电方式的热效率很低，最高只有发电方式的热效率很低，最高只有发电方式的热效率很低，最高只有发电方式的热效率很低，最高只有40%40%40%40%。磁流体发电的热。磁流体发电的热。磁流体发电的热。磁流体发电的热 效率可以从火力发电的效率可以从火力发电的效率可以从火力发电的效率可以从火力发电的30-40%30-40%30-40%30-40%提高到提高到提高到提高到50-60%50-60%50-60%50-60%甚至更高。甚至更高。甚至更高。甚至更高。磁流体发电是将高温导电燃气或液体与磁场相互作用而将磁流体发电是将高温导电燃气或液体与磁场相互作用而将磁流体发电是将高温导电燃气或液体与磁场相互作用而将磁流体发电是将高温导电燃气或液体与磁场相互作用而将 热能直接转化为电能的新型发电方式。热能直接转化为电能的新型发电方式。热能直接转化为电能的新型发电方式。热能直接转化为电能的新型发电方式。电气工程专业导论电气工程专业导论21图6-19 磁流体发电原理与试验装置（日本）电气工程专业导论电气工程专业导论22图6-20 磁流体发电用超导磁体（中国科学研究院电工研究所）电气工程专业导论电气工程专业导论23五、磁流体推进技术五、磁流体推进技术五、磁流体推进技术五、磁流体推进技术 磁流体推进船磁流体推进船磁流体推进船磁流体推进船图6-21 日本超导磁流体推进船电气工程专业导论电气工程专业导论24 等离子磁流体航天推进器等离子磁流体航天推进器等离子磁流体航天推进器等离子磁流体航天推进器 （a）（b）图6-22 等离子推进器（a）结构示意图（b）“SMART-1 号”探测器等离子推进器的喷口电气工程专业导论电气工程专业导论25 风力发电风力发电风力发电风力发电图6-23 风力发电站与电力系统并网六、可再生能源发电六、可再生能源发电六、可再生能源发电六、可再生能源发电电气工程专业导论电气工程专业导论26图6-24 海上风力发电机正在安装（丹麦）电气工程专业导论电气工程专业导论27 太阳能发电太阳能发电太阳能发电太阳能发电 主要有三种：一是使太阳能直接转变成热能，即光热转换，如太阳能热水器；二是使太阳能直接转换成电能，即光电转换，如太阳能电池；三是使太阳能直接转变成化学能，即光化学转换，如太阳能发电机。1945年，美国贝尔电话实验室制造除了世界上第一块 实用的硅太阳能电池，开创了现代人类利用太阳能的 新纪元。电气工程专业导论电气工程专业导论28图6-25 太阳能发电的四种方式（a）槽型抛物面（b）菲涅耳透镜（c）盘形抛物面-中心接受器（d）分布平面塔式接收器With the development of LTS and HTS technology,some badly expected practical house Tc superconductors will be founded.Wind power generationFlywheel energy storage device in power system图6-16 日本超导磁悬浮列车Flywheel energy storage-regenerative braking system主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为图6-29 磁悬浮列车分类Flywheel Energy StoragePlasma MHD propeller的LIREX混合动力轻轨列车Zero electrical resistance;New Technology of electrotechnics电气工程专业导论电气工程专业导论29图6-26太阳能热发电站图6-27 塔式太阳能热电站 原理示意图电气工程专业导论电气工程专业导论30图6-28 太阳能光伏电池阵电气工程专业导论电气工程专业导论31七、磁悬浮列车技术七、磁悬浮列车技术七、磁悬浮列车技术七、磁悬浮列车技术 超导长定子永磁长定子常导短定子常导长定子电动式长定子电磁式短定子电磁式长定子永磁式长定子图6-29 磁悬浮列车分类电气工程专业导论电气工程专业导论32 日本超导磁悬浮列车日本超导磁悬浮列车日本超导磁悬浮列车日本超导磁悬浮列车图6-30 日本超导磁悬浮列车 的转向架图6-31 日本超导磁悬浮列车 的导轨结构电气工程专业导论电气工程专业导论33 德国常导磁悬浮列车德国常导磁悬浮列车德国常导磁悬浮列车德国常导磁悬浮列车TransrapidTransrapid图6-32 Transrapid原理电气工程专业导论电气工程专业导论34 日本常导磁悬浮列车日本常导磁悬浮列车日本常导磁悬浮列车日本常导磁悬浮列车HSSTHSST图6-33 日本名古屋常导磁悬浮列车（Linimo）电气工程专业导论电气工程专业导论35 永磁磁悬浮列车永磁磁悬浮列车永磁磁悬浮列车永磁磁悬浮列车图6-34 德国柏林永磁半悬浮列车电气工程专业导论电气工程专业导论36八、燃料电池技术八、燃料电池技术八、燃料电池技术八、燃料电池技术燃料电池的雏形是1839年由英国科学家格罗夫（William Robert Grove，1811-1896）提出的（当时称为“气体伏打电池”）。图6-35 燃料电池的外部结构图电气工程专业导论电气工程专业导论37图6-36 为计算机供电的燃料电池电气工程专业导论电气工程专业导论38p 第一代燃料电池，碱性燃料电池，效率最高，但成本昂贵；p 第二代燃料电池，磷酸型燃料电池，技术先进，实用；p 第三代燃料电池，熔融碳酸盐型（MCFC）电池，效率比磷酸 型高，燃料也不仅仅限于氢气，是一种大容量发电燃料 电池；p 第四代燃料电池，固体电解质型燃料电池（SOFV），性能优 良，电解是固体，因此免去了腐蚀和溢漏的危险；p 第五代燃料电池，聚合物电解质型薄膜燃料电池（PEMFC），与氢能源关系十分密切；p 最近又出现了生物燃料电池，具有功率大，体积小，效率 高，成本低等优点。电气工程专业导论电气工程专业导论39九、飞轮储能系统九、飞轮储能系统九、飞轮储能系统九、飞轮储能系统图6-37 瑞士1955年试制的 飞轮储能轨道试验车图6-38 飞轮储能系统电气工程专业导论电气工程专业导论40p 飞轮储能的应用 电力调峰 电动车辆飞轮电池 飞轮储能-再生制动系统 风力发电系统不间断供电 卫星姿态控制 大功率脉冲放电电源 其他应用Pulsed Power TechnologyZero electrical resistance;Main types of fuel cells:Japan normal-conducting HSST MaglevAmerica internal combustion engine(Institute of electrical engineering Chinese academy of science)switches research,high current narrow pulse achieving,etc.Marx in 1924.或冲击机，是德国人马克斯（E.British physicist William Robert Grove,1811-1896,produced the first fuel cell in 1839(called“Gas Voltaic battery”at that time).ApplicationsDischarging pulsed high power supply电气工程专业导论电气工程专业导论41图6-39 电力系统中的飞轮储能装置 电力调峰电力调峰电力调峰电力调峰电气工程专业导论电气工程专业导论42 电动车辆飞轮电池电动车辆飞轮电池电动车辆飞轮电池电动车辆飞轮电池图6-40 英国Bristol的新型 纯飞轮供电有轨车电气工程专业导论电气工程专业导论43 飞轮储能飞轮储能飞轮储能飞轮储能-再生制动系统再生制动系统再生制动系统再生制动系统图6-41 德国采用飞轮储能装置 的LIREX混合动力轻轨列车图6-42 美国内燃机发电机-飞轮 储能混合动力公交车ATTB电气工程专业导论电气工程专业导论44图6-43 轨旁飞轮储能再生制动系统电气工程专业导论电气工程专业导论45 卫星姿态控制卫星姿态控制卫星姿态控制卫星姿态控制图6-44 卫星姿态控制用飞轮系统电气工程专业导论电气工程专业导论46 大功率脉冲放电电源大功率脉冲放电电源大功率脉冲放电电源大功率脉冲放电电源图6-45 航天飞机电磁发射示意图电气工程专业导论电气工程专业导论47十、脉冲功率技术十、脉冲功率技术十、脉冲功率技术十、脉冲功率技术脉冲功率技术的基础是冲击电压发生器，也叫马克斯发生器或冲击机，是德国人马克斯（E.Marx）在1924年发明的。图6-46 马克斯发生器电气工程专业导论电气工程专业导论48目前，脉冲功率技术的发展方向是提高功率水平，具体的主攻方向是：提高储能密度，研制大功率和高重复率的转换开关，向着高电压、大电流、窄脉冲、高重复率的方向发展。脉冲功率技术的应用：强激光的研究 强脉冲X射线 核电磁脉冲 高功率微波武器电磁炮电气工程专业导论电气工程专业导论49轨道炮线圈炮磁悬浮发射器 磁悬浮加速托架磁悬浮间隙电枢线圈 驱动线圈线圈 电枢（等离子体）电流图6-47 电磁发射装置电气工程专业导论电气工程专业导论50图6-48 国外研制的电磁炮电气工程专业导论电气工程专业导论51十一、微机电系统十一、微机电系统十一、微机电系统十一、微机电系统微机电系统微机电系统微机电系统微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS），是融合了硅微加工、光刻铸造成型和精密机械加工等多种微加工技术制作的集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微米（10e-6m）尺寸微型机电系统。电气工程专业导论电气工程专业导论52图6-49 微机电系统电机和一根头发的对比（显微图）图6-50 微机电系统继电器（放大图）电气工程专业导论电气工程专业导论53图6-51 微机电系统陀螺仪电气工程专业导论电气工程专业导论54图6-52 封装好的微机电系统产品电气工程专业导论电气工程专业导论55图6-52 微机电系统卫星（概念图）电气工程专业导论电气工程专业导论56谢谢!电气工程专业导论电气工程专业导论57Chapter 6 New Technology of electrotechnics 电气工程专业导论电气工程专业导论581.Developments of Electrotechnics1.Developments of Electrotechnics1.Tendencies of Electrotechnics1.Tendencies of Electrotechnics2.Superconductor Electrotechnics2.Superconductor Electrotechnics3.Nuclear Fusion Electrotechnics3.Nuclear Fusion Electrotechnics4.Magnetohydrodynamic Power Generation4.Magnetohydrodynamic Power Generation5.Magnetohydrodynamic Propulsion Technology5.Magnetohydrodynamic Propulsion Technology6.Renewable Power Generation6.Renewable Power Generation7.7.Magnetic Levitation TrainMagnetic Levitation Train8.Fuel Cells8.Fuel Cells9.Flywheel Energy Storage Systems9.Flywheel Energy Storage Systems10.Pulsed Power Technology10.Pulsed Power Technology11.Micro Electro-Mechanical Systems11.Micro Electro-Mechanical Systems电气工程专业导论电气工程专业导论592.Superconductor Electrotechnics2.Superconductor ElectrotechnicsLiquid Helium region low temperature superconductive material NbTi wire 电气工程专业导论电气工程专业导论60Liquid Nitrogen region high temperature superconductive material-Bi series tapes电气工程专业导论电气工程专业导论61 Superconducting Phenomenon Superconducting Phenomenon A momentous discovery by Dutch scientist H.Kamerlingh H.Kamerlingh OnnesOnnes in 1911,that the resistance of the mercury turned to zero when the temperature below-269.It is a phenomenon displayed by some materials when they are cooled below a certain temperature,known as the superconducting critical temperature,Tc.HTSHTS:high Tc superconductor Below Tc,superconducting materials exhibit two characteristic properties:Zero electrical resistance;Full diamagnetism(Meissner Effect).When the superconductor below its critical temperature，and a magnet is brought near to it,the inner magnetic field intensity of the superconductor is completely expelled to zero,behaving as a full diamagnet.电气工程专业导论电气工程专业导论62 Meissner EffectA superconductive disk on the bottom,cooled by liquid nitrogen,causes the magnet above to levitate.The floating magnet induces a current,and therefore a magnetic field,in the superconductor,and the two magnetic fields repel to levitate the magnet.电气工程专业导论电气工程专业导论63 Applications Applications Superconducting motorSuperconducting motor83 MW superconducting rotor and its test plant(Japan)电气工程专业导论电气工程专业导论645MW HTS ship propulsion motor电气工程专业导论电气工程专业导论655MW HTS ship propulsion motor structures电气工程专业导论电气工程专业导论66300kW superconducting homopolar motor（712 institute of Wu Han,China）Superconducting motor podded propeller电气工程专业导论电气工程专业导论67 Superconducting transformerSuperconducting transformer500kW,6600/3300VJapan HTS transformer26kW HTS transformer (Institute of electrical engineering Chinese academy of science)电气工程专业导论电气工程专业导论68 Superconducting power transmission Superconducting power transmission 2000A HTS cableInnopower superconductor cable Co.,Ltd.,Beijing电气工程专业导论电气工程专业导论6930m length、35kV、2kA HTS cables system电气工程专业导论电气工程专业导论70 Superconducting magnetic energy storage(SMES)Superconducting magnetic energy storage(SMES)SMES coilGermany 2 MJ SMES电气工程专业导论电气工程专业导论71 Superconducting magnetic levitating train(Maglev)Superconducting magnetic levitating train(Maglev)Japan superconducting Maglev train电气工程专业导论电气工程专业导论72 Applications in electrical engineering Superconducting coil:Tokamak device,Magnetohydrodynamic Power Generation Superconducting Maglev bearing:No mechanical friction,Steadyp In short,superconducting electrotechnics has gained In short,superconducting electrotechnics has gained advanced development from superconducting magnet to advanced development from superconducting magnet to superconducting power applications fields.With the superconducting power applications fields.With the development of LTS and HTS technology,some badly development of LTS and HTS technology,some badly expected practical house Tc superconductors will be expected practical house Tc superconductors will be founded.Once this happens,the whole world of electronics,founded.Once this happens,the whole world of electronics,power and transportation will be revolutionized.power and transportation will be revolutionized.电气工程专业导论电气工程专业导论733.Nuclear fusion electrotechnics3.Nuclear fusion electrotechnicsIn contrast to nuclear fission reactor,In contrast to nuclear fission reactor,which based on the integrating withwhich based on the integrating withNuclear and heat engineering technology,Nuclear and heat engineering technology,the combination with new technology of the combination with new technology of electrotechnics is the mainstream to electrotechnics is the mainstream to research fusion reactor,such as research fusion reactor,such as superconducting,strong magnetic field,superconducting,strong magnetic field,high pulsed power,assistant heating,high pulsed power,assistant heating,plasma technology.plasma technology.电气工程专业导论电气工程专业导论74Principle of Tokamak device(Toroidal nuclear fusion device)Deuterium-Tritium-Helium 电气工程专业导论电气工程专业导论75Tokamak fusion reactor power plant电气工程专业导论电气工程专业导论764.Magnetohydrodynamic(MHD)Power Generation4.Magnetohydrodynamic(MHD)Power Generation At present,the efficiency of coal-fired power generating At present,the efficiency of coal-fired power generating is poor about 30-40 percent,while MHD power generation is poor about 30-40 percent,while MHD power generation could reaches 50-60 percent or even higher.could reaches 50-60 percent or even higher.MHD power generation is that a new method to generate MHD power generation is that a new method to generate electric power from heat energy by interactions between hot electric power from heat energy by interactions between hot gas or liquid and magnetic field.gas or liquid and magnetic field.电气工程专业导论电气工程专业导论77Principle diagram of MHD power generator and test devices电气工程专业导论电气工程专业导论78Superconducting magnet of MHD power generator(Institute of electrical engineering Chinese academy of science)电气工程专业导论电气工程专业导论795.Magnetohydrodynamic Propulsion Technology5.Magnetohydrodynamic Propulsion Technology Magnetohydrodynamic propulsion shipMagnetohydrodynamic propulsion shipJapan superconducting MHD propulsion ship电气工程专业导论电气工程专业导论80 Plasma Magnetohydrodynamic spaceflight propellerPlasma Magnetohydrodynamic spaceflight propeller （a）（b）Plasma MHD propeller（a）Structure sketch map （b）Propeller spout of “SMART-1”detector电气工程专业导论电气工程专业导论81 Wind power generationWind power generationWind power plant and grid connected6.Renewable Power Generation6.Renewable Power Generation电气工程专业导论电气工程专业导论82Offshore wind power generation being installed（Denmark）电气工程专业导论电气工程专业导论83 Solar power generationSolar power generation Three principles：1）Photothermal conversion,using the sun to heat water and produce steam to run electrical turbines,such as solar water heater;2）Photoelectric conversion,converting solar energy to DC electricity,such as solar cells;3）Photochemical conversion,chemical energy being generated from solar energy.Four methods to collect solar energy,showed in the figures as follows:电气工程专业导论电气工程专业导论84Four methods of solar generation(a)Parabolic trough(b)Fresnel lens (c)Solar dishes (d)Solar power towers 电气工程专业导论电气工程专业导论85Solar thermal power stationSolar power tower sketch map电气工程专业导论电气工程专业导论86Solar photovoltaic arrays(PV arrays)电气工程专业导论电气工程专业导论877.Magnetic levitating train(Maglev)technology7.Magnetic levitating train(Maglev)technology 超导长定子永磁长定子常导短定子常导长定子电动式长定子电磁式短定子电磁式长定子永磁式长定子Maglev trains classification电气工程专业导论电气工程专业导论88ThereThere are two types of Maglevs:ones that use like magnets which repel each other and ones that use opposing magnets that attract with each other.Ones that use repelling magnets are called Superconducting Maglevs,while Electromagnetic Maglevs use opposing magnets.How does a Maglev Train work?Each project is developing its own version of Maglev but the main difference rests on the way the magnetic field is generated.u The German model and the Japanese HSST(High Speed Surface Transport)use Electromagnetic Suspension(EMS).China in its Shanghai Maglev uses German technology.EMS uses the attractive magnetic force of a magnet beneath a rail to lift the train up.u The Yamanashi Maglev(Japan)and the projected Florida Maglev use Electrodynamic Suspension(EDS).EDS uses a repulsive force generated by the interaction between the magnetic fields in the train and the rail to push the train away from the track.u The project in Los Angeles(Indutrack)uses Permanent Magnet EDS.电气工程专业导论电气工程专业导论89 Japan superconducting Maglev trainsJapan superconducting Maglev trainsSuperconducting Maglev bogieSuperconducting Maglev track电气工程专业导论电气工程专业导论90 Germany normal-conducting maglev:TransrapidGermany normal-conducting maglev:TransrapidPrinciple of Transrapid电气工程专业导论电气工程专业导论91 Japan normal-conducting HSST MaglevJapan normal-conducting HSST MaglevNormal conducting maglev-Linimo in Nagoya,JapanHSST:High Speed Surface Transport电气工程专业导论电气工程专业导论92 Permanent Maglev(PM)Permanent Maglev(PM)Berlin permanent magnet half levitating train,Germany电气工程专业导论电气工程专业导论938.Fuel cells8.Fuel cellsBritish physicist William Robert Grove,1811-1896,produced the first fuel cell in 1839(called“Gas Voltaic battery”at that time).Fuel cell exterior structure电气工程专业导论电气工程专业导论94Fuel cell as Computer power supply电气工程专业导论电气工程专业导论95 Main types of fuel cells:Main types of fuel cells:p First generation,alkaline fuel cell(AFC),high efficiency but cost much;p Second,phosphoric acid fuel cell(PAFC),advanced and very practical;p Third,molten carbonate fuel cell(MCFC),higher efficiency than PAFC,used to generate strong power;p Fourth,solid oxide fuel cell(SOFC),used solid electrolyte,avoids the danger of electrolytes corrosion and leakage;p Fifth,proton exchange membrane fuel cell(PEMFC),closely related to hydrogen energy;p In recently,there appeared a new type fuel cell called microbial fuel cell(MFC),large power,small size,and high efficiency.电气工程专业导论电气工程专业导论969.Flywheel Energy Storage9.Flywheel Energy StorageSwitzerland flywheel energy storage track test vehicle in 1955Flywheel energy storage system电气工程专业导论电气工程专业导论97p Applications Power grid peak shaving Electric vehicles flywheel battery Flywheel energy storage-regenerative braking system Wind power generation systems uninterrupted power supply Satellite attitude control Discharging pulsed high power supply Other applications电气工程专业导论电气工程专业导论98Flywheel energy storage device in power system Power grid peak shavingPower grid peak shaving电气工程专业导论电气工程专业导论99 Electric vehicles flywheel batteryElectric vehicles flywheel batteryBristol new tramcars with flywheel power supply电气工程专业导论电气工程专业导论100 Flywheel energy storage-regenerative braking systemFlywheel energy storage-regenerative braking systemGermany hybrid power light rail train “LIREX”with flywheel energy storageAmerica internal combustion engine generatorflywheel energy storage hybrid public transit“ATTB”电气工程专业导论电气工程专业导论101Flywheel energy storage-regenerative braking system beside the track电气工程专业导论电气工程专业导论102 Satellite at