新能源發(fā)電專業(yè)在線作業(yè)題及評分標準一、作業(yè)設(shè)計說明本在線作業(yè)旨在考察學(xué)生對新能源發(fā)電核心概念、關(guān)鍵技術(shù)及實際應(yīng)用的理解與掌握程度。作業(yè)內(nèi)容涵蓋風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等主流新能源發(fā)電形式的原理、系統(tǒng)構(gòu)成、關(guān)鍵設(shè)備、運行特性及影響因素等。題型包括概念辨析、簡答及少量分析計算，注重理論聯(lián)系實際，強調(diào)對知識的靈活運用能力。學(xué)生應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成，嚴禁抄襲。二、在線作業(yè)題（一）概念辨析（每題5分，共20分）請判斷下列說法的正誤，并簡要說明理由。1.風(fēng)力發(fā)電機組的切入風(fēng)速是指其達到額定輸出功率時的最小風(fēng)速。2.太陽能光伏組件的轉(zhuǎn)換效率不會隨著工作溫度的升高而變化。3.在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的主要功能是將直流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電。4.風(fēng)電場的尾流效應(yīng)會導(dǎo)致下游風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)速增加，從而提高其發(fā)電效率。（二）簡答題（每題10分，共50分）1.簡述影響風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率的主要因素，并說明風(fēng)電場選址時需要考慮哪些關(guān)鍵的風(fēng)資源特性參數(shù)。2.請解釋光伏陣列的"最佳傾角"的含義，以及確定最佳傾角時需要考慮哪些因素？3.簡述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中齒輪箱的主要作用。在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機組中，為何可以取消齒輪箱？這帶來了哪些優(yōu)勢？4.什么是光伏效應(yīng)？請簡述晶體硅太陽能電池的基本工作原理。5.新能源發(fā)電（如風(fēng)電、光伏）接入電網(wǎng)會對電力系統(tǒng)的哪些方面帶來挑戰(zhàn)？請列舉至少三點并簡要說明。（三）分析計算題（每題15分，共30分）1.某地區(qū)擬建一小型并網(wǎng)光伏電站，選用的光伏組件參數(shù)如下：標準測試條件下（STC）的開路電壓為Voc，短路電流為Isc，最大輸出功率點電壓為Vmpp，最大輸出功率點電流為Impp，組件效率為η。若該電站選用N塊此類組件進行串并聯(lián)組合，其中串聯(lián)組數(shù)為S，每組并聯(lián)組件數(shù)為P。假設(shè)忽略組件間的失配損失及線纜損耗，在標準測試條件下，試計算：（1）該光伏陣列的總開路電壓和總短路電流；（2）該光伏陣列在最大輸出功率點時的總輸出功率。（注：實際答題時，會給出具體數(shù)值，此處為框架示意）2.某風(fēng)力發(fā)電機組的額定功率為Prated，其功率特性曲線簡化如下：當風(fēng)速達到切入風(fēng)速Vin時，機組開始并網(wǎng)發(fā)電，輸出功率隨風(fēng)速增大近似線性增加；當風(fēng)速達到額定風(fēng)速Vrated時，機組輸出額定功率；當風(fēng)速超過額定風(fēng)速但小于切出風(fēng)速Vout時，機組保持額定功率輸出；當風(fēng)速達到或超過切出風(fēng)速時，機組停機。若某段時間內(nèi)的風(fēng)速序列已知（實際答題時會給出具體風(fēng)速數(shù)據(jù)或風(fēng)頻分布），請簡述如何估算該段時間內(nèi)此風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電量。三、評分標準（一）概念辨析（每題5分，判斷正誤1分，理由闡述4分）1.錯誤（1分）。理由：切入風(fēng)速是指風(fēng)力發(fā)電機組開始并網(wǎng)發(fā)電的最小風(fēng)速（2分）；達到額定輸出功率時的最小風(fēng)速稱為額定風(fēng)速（2分）。2.錯誤（1分）。理由：太陽能光伏組件的轉(zhuǎn)換效率通常會隨著工作溫度的升高而降低（4分，強調(diào)“降低”即可得主要分數(shù)，若能簡要說明原因如半導(dǎo)體材料特性等可酌情加分，但此處總分4分）。3.正確（1分）。理由：逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，其主要功能是將光伏組件產(chǎn)生的直流電（DC）轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的交流電（AC），包括電壓、頻率、相位的匹配（3分，核心點：DC轉(zhuǎn)AC，與電網(wǎng)匹配）。4.錯誤（1分）。理由：風(fēng)電場的尾流效應(yīng)會導(dǎo)致下游風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)速降低（2分），從而降低其發(fā)電效率（2分）。（二）簡答題（每題10分，按要點給分，表述清晰、準確即可）1.影響風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率的主要因素（5分）：*風(fēng)速（1.5分，最主要因素）；*空氣密度（1分）；*葉尖速比（1分）；*槳距角（1分）；*發(fā)電機效率、傳動系統(tǒng)效率等（0.5分，其他合理因素也可酌情給分）。風(fēng)電場選址關(guān)鍵風(fēng)資源特性參數(shù)（5分）：*平均風(fēng)速（1.5分）；*風(fēng)速頻率分布（如威布爾分布參數(shù)）（1.5分）；*風(fēng)功率密度（1分）；*風(fēng)向玫瑰圖及主導(dǎo)風(fēng)向（0.5分）；*湍流強度（0.5分）。2.最佳傾角含義（4分）：使光伏陣列在特定時間段（如一年、一個月）內(nèi)接收到的太陽總輻射量最大化的安裝傾斜角度（核心點：接收輻射量最大，特定時間段）。確定最佳傾角考慮因素（6分，每點2分，答出3點即可）：*當?shù)鼐暥龋ㄗ钪饕蛩兀?季節(jié)因素（是追求全年最佳還是特定季節(jié)最佳）；*氣象條件（如降水、積雪對傾角的影響，是否需要自清潔等）；*地面反射率（albedo）；*安裝空間及陰影遮擋情況。3.齒輪箱主要作用（4分）：將風(fēng)輪在低風(fēng)速下獲得的低轉(zhuǎn)速、高扭矩機械能，轉(zhuǎn)換為適合發(fā)電機發(fā)電的高轉(zhuǎn)速、低扭矩機械能（核心點：變速，匹配風(fēng)輪與發(fā)電機轉(zhuǎn)速）。直驅(qū)式機組取消齒輪箱原因（3分）：采用多極同步發(fā)電機，可直接與風(fēng)輪連接并達到發(fā)電機所需的額定轉(zhuǎn)速，無需中間增速環(huán)節(jié)。直驅(qū)式機組優(yōu)勢（3分，每點1.5分，答出2點即可）：*減少了機械損耗，提高了發(fā)電效率；*減少了運動部件，降低了維護成本和故障率；*運行更加平穩(wěn)，噪聲更低。4.光伏效應(yīng)（3分）：指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。晶體硅太陽能電池工作原理（7分，按步驟或核心環(huán)節(jié)給分）：*光吸收與電子-空穴對產(chǎn)生（2分）：當陽光照射到晶體硅半導(dǎo)體材料上時，光子能量被吸收，使價帶電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對。*載流子分離（2分）：在PN結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子和空穴向相反方向（電子向N區(qū)，空穴向P區(qū)）移動分離。*形成光生電動勢（1.5分）：分離的電子和空穴在PN結(jié)兩側(cè)積累，形成光生伏特電壓。*外接電路形成電流（1.5分）：當外接負載時，在閉合回路中形成光生電流，對外輸出電能。5.新能源發(fā)電并網(wǎng)挑戰(zhàn)（6分，每點2分，答出3點并簡要說明即可）：*電網(wǎng)穩(wěn)定性問題（2分）：新能源發(fā)電出力具有波動性和間歇性，可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、頻率波動，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行。*電能質(zhì)量問題（2分）：如諧波污染（尤其逆變器）、電壓波動與閃變等。*調(diào)度與消納問題（2分）：出力預(yù)測難度大，給電網(wǎng)調(diào)度計劃制定帶來困難，可能出現(xiàn)棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。*對繼電保護的影響（2分）：改變了電網(wǎng)故障電流特性，可能導(dǎo)致傳統(tǒng)保護裝置誤動或拒動。*無功補償與電壓調(diào)節(jié)（2分）：新能源電站自身無功調(diào)節(jié)能力有限，需額外配置無功補償設(shè)備以維持并網(wǎng)點電壓。（注：上述要點中，學(xué)生答出任意3點，并能進行簡要解釋，即可得滿分6分，每點判斷準確且解釋合理得2分）。（三）分析計算題（每題15分，按步驟給分）1.（注：實際評分時，會根據(jù)給定的具體數(shù)值進行計算。此處為通用評分框架。）*總開路電壓（5分）：Voc_total=S*Voc（公式正確3分，代入數(shù)據(jù)計算正確2分）*總短路電流（5分）：Isc_total=P*Isc（公式正確3分，代入數(shù)據(jù)計算正確2分）*總最大輸出功率（5分）：Pmpp_total=N*Vmpp*Impp或Pmpp_total=N*Pmpp_single（公式正確3分，代入數(shù)據(jù)計算正確2分，若通過效率計算，思路正確也可得分）2.發(fā)電量估算方法（15分）：*明確功率特性曲線各階段（3分）：根據(jù)題目描述，清晰劃分出切入風(fēng)速以下（不發(fā)電）、切入風(fēng)速到額定風(fēng)速（線性增長）、額定風(fēng)速到切出風(fēng)速（額定功率）、切出風(fēng)速以上（不發(fā)電）四個區(qū)間。*處理給定風(fēng)速數(shù)據(jù)（4分）：*若給出的是一段時間序列的離散風(fēng)速數(shù)據(jù)：逐一判斷每個風(fēng)速值所在區(qū)間。*若給出的是風(fēng)頻分布：明確不同風(fēng)速段的持續(xù)時間或概率。*分區(qū)間計算功率（6分）：*對于風(fēng)速v<Vin或v>=Vout：功率P=0。*對于Vin<=v<Vrated：功率P=Prated*(v-Vin)/(Vrated-Vin)（假設(shè)線性）。*對于Vrated<=v<Vout：功率P=Prated。*計算總發(fā)電量（2分）：將各時間段（或各風(fēng)速區(qū)間對應(yīng)時長）的功率乘以時間（或概率乘以總時長），然后累加求和，得到總發(fā)電量E=Σ(P_i*t_i)。*公式應(yīng)用與結(jié)果準確性（酌情扣分，最多扣3分）：若公式選擇錯誤、計算過程出現(xiàn)原則性錯誤或結(jié)果偏差較大，根據(jù)嚴重程度扣分。四、總體評分說明1.本作業(yè)滿分100分。2.概念辨析注重對基本概念的準確理解；簡答題注重知識點的全面性和表述的清晰度；分析計算題注