東北石油大學研究生開題報告

⑴ 化工類開題報告範文(2)

參考文獻

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化工類開題報告範文3：

25萬噸/年二甲醚精餾系統及二甲醚精餾塔設計

一、課題的目的與意義

二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，分 子 式：CH3OCH3 ，結 構 式：CH3—O—CH3 。二甲醚在常溫常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，具有輕微醚香味。相對密度(20℃)0.666，熔點-141.5℃，沸點-24.9℃，室溫下蒸氣壓約為0.5MPa，與石油液化氣(LPG)相似。溶於水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機溶劑。易燃，在燃燒時火焰略帶光亮，燃燒熱(氣態)為 1455kJ/mol。常溫下DME具有惰性，不易自動氧化，無腐蝕、無致癌性，但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。

二甲醚是醚的同系物，但與用作麻醉劑的乙醚不一樣，卻具有神經毒性;能溶解各種化學物質;由於其具有易壓縮、冷凝、氣化及與許多極性或非極性溶劑互溶特性，廣泛用於氣霧製品噴射劑、氟利昂替代製冷劑、溶劑等，另外也可用於化學品合成，用途比較廣泛。

二甲醚作為一種基本化工原料，由於其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制葯、燃料、農葯等化學工業中有許多獨特的用途。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環境的污染和臭氧層的破壞。由於其良好的水溶性、油溶性，使得其應用范圍大大優於丙烷、丁烷等石油化學品。代替甲醇用作甲醛生產的新原料，可以明顯降低甲醛生產成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優越性。作為民用燃料氣其儲運、燃燒安全性，預混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標均優於石油液化氣，可作為城市管道煤氣的調峰氣、液化氣摻混氣。也是柴油發動機的理想燃料，與甲醇燃料汽車相比，不存在汽車冷啟動問題。它還是未來製取低碳烯烴的主要原料之一。由於石油資源短缺 、煤炭資源豐富及人們環保意識的增強，二甲醚作為從煤轉化成的清潔燃料而日益受到重視，成為2010年來國內外競相開發的性能優越的碳一化工產品。作為 LPG和石油類的替代燃料，二甲醚是具有與LPG的物理性質相類似的化學品，在燃燒時不會產生破壞環境的氣體，能便宜而大量地生產。與甲烷一樣，被期望成為21世紀的能源之一。

二、研究現狀和前景展望

1.研究現狀

目前DME的製取工藝有合成氣一步法以及甲醇兩步法，其中兩步法包括甲醇液相法以及氣相法。甲醇液相硫酸催化法和甲醇氣相法製取二甲醚的生產技術較為成熟，兩種方法均有工業裝置運轉。

甲醇脫水法以精甲醇為原料，脫水反應副產物少，二甲醚純度高達99%，使用於有較高要求的氣霧產品，也可以用作製冷劑或醫用氣霧劑的拋射劑5，且三廢排放少。該工藝比較成熟，可以依託老企業建設新裝置，也可單獨建廠生產。但該方法要經過甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝，流程較長，因而設備投資大，產品成本高，受甲醇市場波動的影響也比較大。

合成氣法生產二甲醚的生產工藝在淤漿床中，反應溫度分布均勻，熱平衡較易控制，操作簡單且穩定性好，生產成本低。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化以及天然氣轉化製得，原料經濟易得，因而該工藝可用於化肥廠和甲醇廠。這些工廠可將甲醇裝置適當改造用於生產二甲醚，形成規模生產。目前一步法生產二甲醚面臨的關鍵問題是：需要高效低價的煤制氣工藝及設備;需要能滿足大型化二甲醚生產的反應器;解決以煤為原料制二甲醚生產過程中CO2的利用問題; 相關催化劑的開發與生產;成熟而經濟的二甲醚分離提純技術。

2.前景展望

目前，盡管二甲醚產品供大於求，二甲醚在推廣應用上遇到一定的困難，但從以下幾方面分析，總體上對二甲醚行業來講是機遇大於挑戰。

( 1) 在2009 年5 月18 日國務院辦公廳下發的石化行業調整和振興規劃中，已將煤制二甲醚列為重點抓好的五類示範工程之一，說明利用煤炭高效清潔轉化生產二甲醚已引起國家的高度重視。國家發改委發布的《關於加強煤化工項目建設管理，促進產業健康發展的通知》中要求一般不應批准規模在1 000 kt /a 以下的二甲醚項目，這對於遏制盲目擴張二甲醚產能、引導二甲醚產業有序發展、保持二甲醚市場的相對穩定將起到積極的作用。

( 2) 2010 年9 月2 日，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標准化管理

委員會2010 年第4 號( 總第159 號) 文( 中華人民共和國國家標准批准發布公告) 聯合批准發布了編號為GB 25035—2010 的《城鎮燃氣用二甲醚》國家標准，標准對二甲醚作為城鎮燃氣使用的質量要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸和儲存提出了嚴格的規定，已於2011 年7 月1 日起實施。這使得二甲醚作為城鎮燃氣使用有法可循，二甲醚大規模進入民用燃氣市場有了合法的身份。

( 3) 經國務院批准，財政部、稅務總局聯合發布通知，為支持和促進二甲醚的推廣使用，自2008 年7 月1 日起，二甲醚按13% 的增值稅稅率徵收增值稅，稅收上對二甲醚生產企業給予了一定的優惠。這意味著政府已加大對替代能源———二甲醚的扶持力度。

( 4) 隨著二甲醚在城市公交車、計程車上的成功推廣使用和相應配套設施的建立和完善，二甲醚需求量會大幅增加，將為二甲醚提供一個穩定的大市場。

( 5) 中國城市燃氣協會二甲醚專業委員會的成立，對促進二甲醚作為城鎮民用燃氣的進程將發揮積極的作用。

( 6) 隨著國際原油價格的瘋漲，我國作為一個石油進口大國，無疑會帶來較大的能源安全風險。在此情況下，國家發展和改革委辦公廳[2006] 1404 號文已將發展二甲醚煤基醇醚燃料列為緩解石油供應短缺、高油價矛盾替代工作的重點，這無疑為二甲醚行業帶來了良好的發展商機。

三、課題主要內容、擬解決的問題、研究特色和創新之處

1.主要內容

如圖所示，甲醇經過處理後進入二甲醚合成塔中反應，得到的產物中主要含有二甲醚、甲醇以及水分，將產物送入二甲醚精餾塔中進行精餾分離。由於分離體系中的泡點的不同，二甲醚泡點最低，故得到的輕組分為二甲醚，從塔頂分離出來，而甲醇和水分則從塔底從來。重組分中含有大量的未被反應的甲醇，再送進甲醇回收塔中進行分離，得到較純的甲醇再次循環利用。

本次畢業設計中應用的物料衡算是工藝設計的基礎，根據所需設計項目的年產量，通過對全過程或單元過程的物料衡算，可以計算出原料的消耗量、副產品量及輸出過程物料的損耗量等;並在此基礎上作能量衡算，計算出蒸汽、水、電、煤或者其他燃料的消耗定額;最終可以根據這些計算確定所生成產品的技術經濟指標。同時根據物料衡算所得的各單元設備的物流量及其組成、能量負荷及其等級，對生產設備和輔助設備進行選型或者設計，從而對過程所需設備的投資及其項目可行性進行估價。

2.需解決的問題

本次設計的流程有多種，根據對三廢排放、節能節源的比較，選擇工藝流程，並通過對精餾塔的比較以及對於經濟效益的比較，選擇本次精餾塔的類型，並且根據自己對整個流程的了解畫出本設計的物料流程圖，最後通過計算機繪制精餾工段的物料流程圖、精餾設備的控制流程圖、精餾塔的設備圖、±0.00平面的設備布置圖;用A2圖紙手工繪制二甲醚精餾工段的物料流程圖、預塔冷卻器的控制流程圖、預塔冷卻器的設備圖、±0.00平面的設備布置圖。

3.特色和創新

本設計考慮到原料的充分利用，即將未被反應的甲醇通過回收循環利用，這樣，既能減少原料的損耗，同時也符合經濟效益。同時，被設計中二甲醚採用的是甲醇氣相法，其優點：

生產二甲醚的原料可為精甲醇或粗甲醇， 蒸汽消耗和生產成本較低。

二甲醚反應器是列管式反應器，反應溫度易控制，且催化劑在反應器中分布較均勻。

採用先進塔器內件和分離工藝， 回收效果好， 流程簡化， 醇耗低。

四、研究方法、步驟和措施

查閱並收集與畢業設計內容相關的資料，認真總結，完成文獻綜述;同時根據文獻綜述的詳細內容進行總結歸納，完成開題報告。

嘗試通過ASPEN PLUS，對甲醇精餾流程進行全流程模擬;對單個設備預塔冷卻器進行設計和模擬，並分析其操作影響因素從而得到一個較為可行性的優化方案。

對全流程進行物料衡算、能量衡算，並對所使用的換熱器的設備尺寸進行計算，從而繪制工藝流程圖。

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⑵ 開題報告範文怎麼寫（關於分離乙醇和水）

－－生物能源發展調查之一
國際市場油價的日高一日，日前超出每桶70美元，給我國高速發展的社會經濟帶來越來越大的壓力。近一個多世紀來，石油是應用最為廣泛的化石能源，有「現代社會血液」之稱。它不僅僅是能源之母，還是紡織、電子、化工、材料等現代工業產品的基礎原材料。油價高漲、資源短缺、環保壓力和高速增長的需要，形成無法調和的矛盾，直接制約我國加速建設「全面小康」和國家安全。記者調查采訪了解到，我國有能力替代石油的生物能源和生物材料產業研究有數十年歷史，在生物質能加工轉化及相關環保技術方面有了一定的積累。專家認為，我國有條件進行生物能源和生物材料規模工業化和產業化，可以在2020年形成產值規模達萬億元，在「石油枯竭拐點」形成部分替代能力。
石油消費仍是我國國民消費水平標志，巨量進口危及社會經濟發展和國家安全
進入本世紀，石油價格上漲已讓很多平常百姓感到壓力。以車用93號汽油為例，目前價格已經從2000年前的1.8元左右上漲到現在的4.4元左右。中國工程院院士、清華大學原副校長倪維斗教授日前接受記者采訪時介紹：據美國能源部和世界能源理事會預測，全球石化類能源的可開采年限分別為石油39年、天然氣60年、煤211年，而其分布主要在美國、加拿大、俄羅斯和中東地區。中國是石油資源相對貧乏的國家，專家測算石油穩定供給不會超過20年，很可能我們實現「全面小康」的2020年就是石油供給喪失平衡的「拐點年」。
根據國家海關總署提供的資料，我國由1993年變為石油凈進口國。過去的10年中，我國石油需求量幾乎翻了一倍。2004年進口原油1.2億噸，比上年增長34.8%，占國家石油總供給量40%以上。今年石油進口依存度將上升到57%。到2010年，我國石油消費總量將達4億噸。而國內生產能力僅為1.6億噸到1.7億噸。免費公文網版權所有!
另外，我國以石油為原料的能源、材料，如乙烯、醇類，需求量激升。2004年實際消費量1600多萬噸，進口量佔40%以上。專家預測，到2010年，此類產品的需要量將上升到3000萬噸左右。這些是化工、電子、汽車、紡織、塑料、能源產品等的基礎原料。而且，目前這類石油加工品的成套設備均為國外大公司壟斷。
據有關部門的粗略統計，2004年一年的國際原油價格上漲，使我國增加支付金額60億到80億美元，相當的2000萬待業職工一年的低保費用。2005年8月25日，紐約油價再創新高，突破67美元。同時，美國高盛公司預測油價還將繼續上升，最終可能達到每桶105美元。國際貨幣基金組織日前再次預測，由於中國石油進口持續大幅度增加，國際原油價格將穩定攀升100美元以上。更有專家分析，發達國家將把石油價格不斷推升，作為壓制中國、印度等後發展國家的重要手段。
石油是基礎能源原材料，由於資源制約因而無法調控價格，對國內市場已經造成很大壓力。以安徽為例，3月下旬，安慶市因成品油價格上調引發了計程車行業的罷運、上訪，全市癱瘓。此前，南京等全國大中城市多次發生類似事件發生多起。8月1日，合肥再度發生因油價直接導致的計程車行業罷運事件。即使不考慮國際政治變幻對我國能源安全的影響，要保證社會經濟健康穩定發展，實現全面小康目標，發展石油替代產業，也成了當務之急。
建設「小康社會」汽車工業發展仍是主流
汽車，被認為是現代小康社會的標志。2000年，我國政府提出建設「全面小康」社會。當年，我國汽車銷售市場出現井噴，同時出現由集團購買為主變個人購車為主的重大轉折。安徽奇瑞集團介紹，汽車業界把2000年確定為「中國汽車元年」，認為這是中國汽車進入高速發展時期的起始點。
現在的成品油價格高位運行，對汽車工業發展與產品普及有一定影響，但從發達國家的經驗和我國發展趨勢看，汽車保有量迅速增加之勢不可逆轉。國際貨幣基金組織日前再次預測，中國到2030年汽車保有量將達3.9億輛，約為現在的20倍。
合肥工業大學是中國汽車人才的搖籃之一。記者采訪中，專家、教授們一致表示：「發達汽車工業」是一個國家步入工業化、現代化的必然支柱。中國科技大學商學院有關「國家經濟發展時期」研究的課題組得出結論，任何發達國家的工業化過程均離不開汽車工業，特別是轎車工業的貢獻。過去的100年間，沒有任何一項發明比得上汽車對人類進步的推動。轎車的普及以民族意識的改變、國民素質的飛躍式提高，有不可比擬的作用。汽車是新技術、新材料、新工藝的集大成者，對技術進步的推動是全方位的。汽車還是高度產業關聯的工業，按公認的數據，以家用轎車為主的汽車工業對輔助產業、相關產業的拉動效應可達1：7：11；調查研究顯示：目前世界上國民生產總值超過1萬億美元的國家有7個，其中包括中國。其餘6個均擁有「具有國際競爭力的汽車工業」，每千人擁有汽車數200－600輛。唯有中國在民族汽車工業方面相對落後，因而同列gdp總值大國，人均則只有6強的二十一分之一。
據國家科技部調研室的一項調查，進入2000年以後，我國汽車市場進入高速增長時期，近兩年增幅超過30%。2003年與上年同比，汽車產量增長35.20%，銷售量增長34.21%。特別轎車，產量由上年的109.28增長到206.89，增幅達84.7%。
我國生物能源產業市場前景廣闊
專家分析，石油已不是可持續發展的理想汽車燃料，過度依賴存在四大問題，包括：國內資源短缺和國際石油爭奪劇烈的雙重風險；汽柴油的性能已不能滿足汽車高水平和高清潔的可持續發展要求；油價居高不下，用戶負擔增加；依靠進口，要花大量外匯，影響國內就業。巨大的國際采購會使我國原油陷入類似現在鐵礦砂市場的「價格合圍」。適應汽車消費需求，建設車用燃料替代體系成為必然趨勢。
據了解，目前中國汽車保有量超過2000萬輛，2010年將達到5000萬輛至6000萬輛。屆時，國內汽車年生產量將達1000萬輛以上，汽車用成品油市場就將有數千億元。另一方面，環境保護逼迫中國採取石油替代技術。北京、上海等大城市較早對公共交通車輛實行天然氣替代石油等措施，主要是出於環境因素。目前，天然氣、煤炭、生物質能等技術路線替代石油，其燃燒排放都小於石油類40%左右。按我國城市進程，2020年前還將有4億人口「進城」，汽車保有量將急劇增加，不採用潔凈的替代能源將無法維持人類適宜的城市居住環境。有人這樣計算：大城市裡按每車每天用15kg汽、柴油計，100萬台車即用1.5萬噸汽、柴油，它將耗盡18338萬立方米空氣中的氧氣，使之變成只含二氧化碳和和氮氣等的無氧氣體。又因二氧化碳比空氣重得多，所以，它們大都分布在地面附近，可在100平方公里范圍內堆積1.83米厚，比正常的中國人還高出一巴掌。如果沒有大自然賜予的空氣流動，這將是一種多麼可怕的情景呀！
中國工程院院士，國家生化工程技術研究中心主任、南京大學校長歐陽平凱說，美國國家委員會預測，到2020年，將有50%有機化學品和材料來自生物質原料。我國最先起步的是生物質轉化替代石油，即乙醇汽油。生物柴油是利用植物油脂、動物油脂等提煉的車用燃料，可直接替代柴油，低排放，無需改造發動機，而且對車輛發動機還有保護作用。世界各國對此非常重視，發展迅速，美國、加拿大、巴西、日本、印度等都有龐大的發展計劃。歐盟國家用菜油加工生物柴油，2001年加工量已達100萬噸。本世紀我國政府也很重視這項工作，近年來相繼建成了許多年產量超萬噸的生物柴油廠，預計到2010年，我國生物柴油需求量將達2000萬噸。
車用能源的市場穩定、數量巨大。石油價格居高不下的情況下，石油延伸替代市場也非常可觀。安徽豐原集團在宿州建設的世界第一個生物質原料乙烯生產廠，2004年底投產，年產2萬噸，效益可觀。2005年7月底，記者當企業采訪，負責人吳玉熙介紹，「當原油價格在每桶35美元左右，企業即可有利潤；到40美元每桶，噸產品利潤可達5000元，原油超過50美元一桶，噸產品利潤可達8000元，利潤率高達35%以上。
接受采訪的專家、企業家強調，石油替代產業還有煤化工替代線路。但用一種緊缺能源替代另一種緊缺能源，只能是權宜之計。生物能源與生物材料產業鏈長，涉及基礎研究、工藝創造、成套設備、運輸分銷、終端產品設計生產，等等。我國正由出口拉動轉向內需接動，能源原材料「內需」強勁，必然呼喚出龐大的的石油替代產業。
替代能源：替代石油將使我國資源狀況化短為長
－－生物能源發展調查之二
按目前國內外研究水平，燃料電池汽車、電動汽車、氫動力汽車等仍有很多技術上不確定性，何時投入運營是未知數。混合動力汽車造價高，而且仍以成品油消耗為主。另一方面，石油的應用不僅僅是作為交通運輸的動力，其衍生的乙烯等化工產品還是比鋼鐵應用更廣泛的基礎材料。因此，發展生物能源是必然之路，眼前解決車用燃油問題，中、長期解決後石油時代的能源、原材料問題。
目前，國際上生物能源技術相對成熟，替代石油的路線是：穀物、秸桿、其它植物等－發酵－乙醇－車用油、乙烯、無毒溶劑及上百種化工、原材料產品等；另一種是利用劣質食用油、麻瘋樹籽等直接加工生產高品質車用柴油。無論何種生物質轉化，都是我國資源的「長腿」。發展生物能源是農業大國和「缺油多煤」資源現狀化短為長的最佳契機。
發展石油替代行業有利於解決「三農」問題
農村、農民和農業的「三農」問題、環境與資源問題，是13億人口大國均衡發展、建立和諧社會的關鍵，建立龐大的「石油替代」能源體系，不僅為我國農業產業化、農村地區城市化提供良好的機遇，是我國相當長時間發展重要驅動力，也是解決這些突出問題的最佳切合點。我國最著名的農業科學家之一、中國科學院院士、中國工程院院士石元春日前公開提出：讓我國農民「種出綠色大慶」。
據科技部有關單位的調研，我國南方的甘蔗、木薯，中、東部地區的小麥、水稻，北部的土豆、玉米，西部地區的油桐。麻瘋樹，乾旱地區的山芋，等等，都是加工轉化燃料酒精、生物柴油的良好原材料。其中麻瘋樹籽含油率達50%，是製造生物柴油的良好材料。我國西南地區現有10萬畝，到2010年種植面積可達1000萬畝。國家科技部生物技術中心主任王宏廣接受采訪時告訴記者：目前我國富餘的農副產品加工轉化，確可「再造大慶」，即相當於5000萬噸原油。如果把每年農民白白焚燒的秸桿收集處理後加工乙醇，替代車用油，總量可達6000萬到1億噸。已經開始用生物質能加工品全線替代石油產品的安徽豐原集團董事長李榮傑測算：只要石油不低於35美元每桶，用生物質能加工成燃料酒精、生物柴油、乙烯、聚酯等，都有利可圖。
中國工程院院士、天津大學教授王靜康等專家指出：「國際上許多國家和組織的預測表明，本世紀中葉可再生能源在一次性能源消耗中將超過50%。」科技難度更大的生物制氫等一旦投入應用，生物能源前景更為廣闊。可喜的是，我國生物質能富集區往往是老少邊窮地區和純農業區，經濟建設相對落後，發展生物能源不僅經有經濟意義，對解決農業產業化、農村剩餘勞動力轉移、農村地區工業化和建設和諧社會，都有很大意義。中國著名農業專家石元春教授等專家強調：發展生物能源要做到「一石四鳥」：其一，生物質能的全面利用，可解決農民增收問題；其二，中小型加工企業的發展，可以加速農業產業化和農村城鎮化；其三，生物質能與土地資源富集的中部、西部貧困農村的地區會形成中國生物能源企業集群，從而促進和諧社會進程；其四，結合中國能源戰略調整，中國自主品牌汽車工業可以考慮生產適應中國能源體系的生物能源汽車產品，在汽車普及化過程中迎頭趕上，提升競爭力。
發展生物能源和原材料可以做到「四不」
能源、原材料是國家、社會的支撐體系，戰略調整是否會觸及社會基礎和多方利益，從而引發較大的社會震盪？國家科技部中國生物技術發展中心進行了大量了調查研究，中心主任王宏廣總結為「四不」：「不與人爭糧，不與糧爭地，不與傳統行業爭利，不與發達國家爭資源」。
「不與人爭糧，不與糧爭地，不與傳統行業爭利」，這是我國發展生物質能利用的新特點，科技部、發展改革委、清華大學、北京農業大學的研究人員均強調這一點。生物技術開發中心主任王宏廣、北京農業大學教授李十中、大連理工大學生命科學院院長修志龍等表示：我國科學用糧潛力很大，每年陳化糧、飼料用糧約1億噸左右，加工轉化可獲得相當5000萬噸的原油，同時還有30%繼續成為飼料。現狀是每年8000萬噸糧食直接用作飲料，浪費3000萬噸以上的澱粉。利用小麥陳化糧生產燃料酒精的河南天冠燃料乙醇有限公司提供的數據：僅小麥麩皮中提取的物質，價值就和小麥差不多。而目前發展生物能源、生物材料，原料是分布更為廣泛、利用價值更高的植物。如我國科學家研究的甜玉米，每公頃產量可達70噸，可生產6噸以上燃料酒精。南方的木薯、甘蔗，生長廣泛的菊芋、土豆、山芋，等等。這些不宜食用的植物，是轉化為生物能源、材料的最佳原料。另外，我國現在每年僅廢棄的作物秸桿、林業棄置物達10億噸，相當於1億多噸的燃料汽油。
就發展生物能源、材料的土地資源而言，我國有約40億畝的低質地、荒坡、灘塗等，可以用來種植適宜物種；淮河以南還有3億計冬季閑田，用來種油菜生產生物柴油，相當於「再造大慶」。專家介紹，我國加工替代石油產品的農作物、薯類植物研究時間長，來源非常豐富，潛力巨大。早在「七五」、「八五」時期，部委、高校就組織科學家研究、攻關，尋找到很多取之不盡、用之不絕的植物種質。如有穩定的市場，推廣種植條件相當成熟。大連理工大學有教授在山東灘塗種植菊芋（洋生薑）數十萬畝，長勢很好。這種植物我國南北方農民都有小規模種植。在貧瘠的土地上，鹽鹼地、灘塗都可以長得很好，固沙能力還很強。一次種下，自然生長。每年挖取其塊莖即可，第二年還會自己生發。畝產量可達萬斤。糖的含量超過甘蔗30%，甜度是蔗糖的一倍。結合「山川改造」工程，我國可以大量種植生物質能富集的植物。我國西南地區的麻瘋樹等木質油料發展迅速，籽含油率達50%，現有10萬畝，2010年可達1000萬畝。

⑶ 開題報告分布式電源

開題報告分布式電源

分布式電源裝置是指功率為數千瓦至50 MW小型模塊式的、與環境兼容的獨立電源。可以用於滿足電力系統和用戶特定的要求。下面是我精心整理的開題報告分布式電源，希望對你有幫助!

1 題目研究的意義

1.1 分布式發電的概念

分布式電源指的是規模不大、分布在負荷附近的電源，是相對於傳統集中式電源而言。目前，分布式發電技術在全球的發展很快。在大電網供電的基礎上，在配電系統靠近用戶側引入容量不大(一般小於50Mw)的分布式電源(DG)供電，可以綜合利用現有資源和設備，向用戶提供可靠和優質的電能。當在配電系統中引入分布式電源後，引起了配電線路中傳輸的有功和無功功率的數量和方向的改變，配電系統成為了一個多電源的系統，稱為分布式發電系統，實際上即是含並網運行的分布式電源的配電系統。現在全世界的供電系統是以大機組、大電網、高電壓為主要特徵的集中式單一供電系統。雖然全世界90%的電力負荷都由這種集中單一的大電網供電，但是當今社會對能源與電力供應的質量與安全可靠性的要求越來越高，大電網由於自身的缺陷已經不能滿足這種要求。由於大電網中任何一點產生的故障都有可能對整個電網造成較大影響，嚴重時會引起大面積停電甚至是全網崩潰，造成災難性後果，這樣的事故在國外時有發生;而且這種大電網又極易受到戰爭或恐怖勢力的破壞，一般的軍事打擊都把摧毀大電廠或電站作為主要目標之一，一旦大電網受到破壞將嚴重危害國家的安全;另外集中式大電網還不能很好的解決跟蹤電力負荷變化的問題，而為了短暫的峰荷建造發電廠其花費是巨大的，經濟效益也非常低。根據西方國家的經驗：大電網系統和分布式發電系統相結合是節省投資，降低能耗，提高系統安全性和靈活性的主要方法。

1.2 分布式發電對電網的影響

傳統配電網規劃的主要任務是根據規劃期間網路中空間負荷預測的結果和現有網路的基本狀況確定最優的系統模肢行建設方案，在滿足負荷增長和安全可靠飢擾供電的前提下，使配電系統的建設和運行費用最小。

但分布式發電的接入，使得配電網規劃突破了傳統的方式，對配電網規劃造成了深遠的影響。主要表現為：

(1)分布式電源的接入會影響系統的負荷增長模式，使原有的配電系統的負荷預測和規劃面臨著更大的不確定性。

(2)配電網本身節點數非常多，系統增加的大量分布式發電機節點，使得在所有可能網路結構中尋找最優網路布置方案更加困難。

(3)對含多種類型分布式發電混合聯網供電系統，根據各類型能源分布特徵建立模型，在配電網中確定合理的電源結構，協調有效利用各種類型電源成為待解決的問題。

1.3 潮流計算的作用以及DG引入後對潮流演算法的要求潮流計算的作用主要有：

(1)在電網規劃階段,通過潮流計算,合理規劃電源容量及接入點，合理規劃網架,選擇無功補償方案,滿足規劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調峰、調相、調壓的要求。

(2)在編制年運行方式時,在預計負荷增長及新設備投運基礎上,選擇典型方式進行潮流計算,發現電網中薄弱環節,供調度員日常調度控制參考,並對規劃、基建部門提出改進網架結構,加快基建進度的建議。

(3)正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算,用於日運行方式的編制,指導發電廠開機方式,有功、無功調整方案及負荷調整方案,滿足線路、變壓器熱穩定要求及電壓質量要求。

(4)預想事故、設備退出運行對靜態安全的影響分析及作出預想的運行方式調整方案。

然而分布式電源引入配電網系統後，對潮流計算的有了新的要求。分布式電源不同於一般的負荷節點，且要復雜得多，因此必然會在潮流計算中引入新的節點類型。因此要形成一種能有效處理各種分布式電源的潮流計算方法。原來呈輻射狀結構的系統中有可能出現環網，因此形成的潮流計算方法必須有處理環網的能力。而影響到傳統潮流演算法的應用的難點，主要集中在對分布式電源的建模及其在潮流演算法中的處理方法上。將分布式旦嘩電源簡化成一種節點類型，將其代入傳統的潮流計算中。一般的簡化處理有，將同步發電機處理成PQ節點，即用一個三相平衡的電壓源接同步發電機三相阻抗所形成的功率輸出恆定的模型，而在能處理PV節點的演算法中，也可以將其直接處理成有功輸出和電壓幅值恆定的PV節點;而對非同步發電機，雖然其吸收的無功是隨該點的電壓幅值而改變的，但在配電網中,各點的電壓標幺值基本都在1.0附近，因此可以近似認為非同步發電機的吸收無功恆定，將其處理成PQ節點。

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2設計任務

如前所述，配電網潮流計算是配電網經濟運行、系統分析等的重要基礎。在大電網供電的基礎上，在配電系統靠近用戶側引入容量不大的分布式電源(DG)供電，可以綜合利用現有資源和設備，向用戶提供可靠和優質的電能。但分布式發電(DG)的引入給電網的潮流、電壓質量、功率損耗等帶來了巨大的影響。傳統的配電網潮流演算法難以滿足分布式發電系統潮流計算的要求，必須對現有的'配電網潮流演算法進行改造和調整才能適用於含DG的系統，開展此研究具有重要的理論意義和實際意義。

根據任務書要求，需要完成的設計任務為：

1、研究常用的幾種適合三相不平衡配網系統的傳統潮流演算法--牛頓拉夫遜法，改進前推回代法。並選擇一種重點研究;

2、分析常見的DG的特性，建立其模型;

3、研究能處理DG的潮流演算法;

4、MATLAB編程，IEEE標准及改進算例對所提演算法進行驗證。

3 設計方案

3.1分布式發電類型及其特點

常見的分布式發電技術包括風力發電、太陽能光伏發電、微型燃氣輪機、燃料電池。

(1)風力發電:風力發電技術是將風能轉化為電能的發電技術，也是一種清潔能源，它的輸出功率由風能決定。風力發電是目前新能源開發技術中最成熟，最具規模化商業開發前景的發電方式。

(2)太陽能光伏發電：光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。並網光伏發電系統是光伏發電系統的主流趨勢。

(3)微型燃氣輪機發電：微型燃氣輪機是一類新型燃氣機，其功率范圍在30~300KW更小。微型燃氣輪機技術的發展及其商用推出大大增加了DG面向較小用戶的可能性，微型汽輪機發電裝置的緊湊性，可靠性和遙控運行以及環境友好等特點，意味著它們特別合適DG的區域性應用。

(4)燃料電池發電：燃料電池發電不同於傳統的火力發電，其燃料不經過燃燒，而是在催化劑的作用下直接將燃料與空氣或氧氣之類的氧化劑相結合，發生化學反

西南石油大學本科畢業設計開題報告

應，在生產水的同時進行發電，因而其實質是化學能發電。

3.2 傳統配電網潮流計算方法

配電網潮流演算法是配電網網路分析的基礎, 配電網的網路重構、故障處理、無功優化和狀態估計等都需要用到配網潮流的數據。因此,一套性能優良的配電網潮流程序是開發DMS系統的關鍵。與輸電網相比配電網的網路結構有著明顯的。

3.2.1牛頓拉夫遜法

牛頓-拉夫遜法是一種通過計算非線性方程的方法,只要狀態量達到其解的某一個領域,便以平方速度收斂,具有與解題規模無關的特性,即不論網路大小如何均可經2～5次代收斂,適用於目前各種復雜配電網(輻射狀、環狀或網狀)線損理論計算的實際演算法。

牛頓-拉夫遜法潮流計算基本步驟：

(1)形成節點導納矩陣;

(2)將各節點電壓設初值U;

(3)將節點初值代入相關求式，求出修正方程式的常數項向量;

(4)將節點電壓初值代入求式，求出雅可比矩陣元素;

(5)求解修正方程，求修正向量;

(6)求取節點電壓的新值;

(7)檢查是否收斂，如不收斂，則以各節點電壓的新值作為初值自第3步重新開始進行狹義次迭代，否則轉入下一步;

(8)計算支路功率分布，PV節點無功功率和平衡節點注入功率。

以上即為牛頓拉夫遜法, 其優點為計算精確,原理簡單;易於編程;計算速度快。

3.2.2改進前推回代法

該演算法採用了一種獨特新穎的分層方法，將網路節點從末稍節點依次向上層搜索至根節點，形成了一個鏈式層次的分層節點數組，省去計算過程中對節點和支路的復雜編號;同時考慮到配電網的三相參數不對稱和三相負荷不平衡問題比較突出，直接採用相域模型進行計算;而對於環網問題，則運用功率補償的方法進行了有效處理。有收斂速度快、迭代次數少、節省內存的優點。

目前，前推回代法主要採用廣度優先搜索編號的分層方法，但是這種方法需要對網路的節點和支路重新編號，並記錄下每個節點的層次，這樣處理起來比較復雜。本文對節點的分層方法進行了改進，直接記錄下節點和支路的關聯關系，不需要重新號而是直接形成一個一維的鏈式結構分層數組，簡潔明了，易於操作。

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