臺灣博碩士論文加值系統

近年來全世界在能源方面的過度開發已造成地球環境之諸多破壞如氣候暖化、溫室效應等；因此再生能源的利用已逐步引起大眾的關注。為了國家能源之永續經營，尋求及開發無汙染之綠色科技已列為政府能源政策未來發展之項目； 其中水力發電一直是符合台灣地理環境之可行方案。目前運用之水力發電機組多採衝動式，亦即以高速水柱沖擊葉片；因此需要高水位之山川地形及大型機組搭配。至於河川邊之水輪機亦屬此種型式，安裝前需考量及遷就河川地形，亦屬不便。有鑑於此，開發一套適度水量供應(不需要高流速)之反動式旋轉機構進行小水力發電引起本研究之興趣； 其特徵效益為機構簡單、體積較小、價格經濟、可適應川河地形進行小型發電。

本論文內容含蓋製作3組尺寸不同的旋轉機構模組，經實驗結果發現進水量、系統轉動慣量為本研結果之重要參數，其中系統轉動慣量為首要因素；而轉動慣量最小(細長結構)之3號模組其水位易達到測試管的上限，發電增益最大(測試條件設定進水量95公升/分~125公升/分)。此時，測試轉速將達約23.7轉/分、發電電壓6.3伏特、電流達105毫安培；若分別增加進水量，1號或2號模組亦可達到發電功率上限。

In recent years, the over-exploitation of energy has caused many damages to the earth's environment, such as global warming and effect of greenhouse. Therefore, the use of renewable energy has gradually aroused public concern. From the point of view of sustainable management of natural resource, seeking and developing pollution-free technology is urgent, which has been scheduled as the upcoming project of government energy policy. Among various type of energy used in our country, hydroelectric power has been a feasible solution in accordance with the geographical environment of Taiwan. At present, most of the hydropower generating sets, belong to impulsive type by impacting the blades, which needs the high-speed water column specified from the mountain terrain. Such issue will be also experienced for the river-wheel prior to install and accommodate across the river-side topography. In view of this, developing a reactionary rotary mechanism ,without high flow rate, for small hydropower generation has arisen our interest and becomes the subject of this research. And it takes some special advantages such as simple mechanism with small volume, economical cost, and easily operated for small-scale power generation.

In this paper, three groups of rotating mechanism modules with different characteristic sizes are prepared. Here the water -flow rate and the inertia moment of system are found to be the key parameters and the latter is the primary factor. Under the water flow specified as 95 l/min ~125 l/min , module 3 , the smallest moment of inertia charactered by thin and elongated structure, is found to have the best performance with a small flow rate to reach the upper limit of test tube. In which , the rotary speed about 23.7 RPM and power generation voltage 6.3 volts with current up to 105 mA are accessed. However, The performance of module 1 or module 2 might be promoted if the water flow rate is increased separately to fill the test tube.

目錄

摘要 I
ABSTRACT II
致謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
符號說明 X
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 2
1.3文獻回顧 2
1.4論文架構 5
第二章 水力發電機相關原理 6
2-1 水輪機的基本介紹 6
2-1-1 衝動式水輪機 6
2-1-2 反動式水輪機 8
2-1-3 水泵水輪機 11
2-2 發電機基本介紹 11
2-2-1 電磁感應 11
2-2-2轉子 12
2-2-3定子 12
第三章 理論分析及實驗架構 14
3-1理論分析 14
3-2實驗方法 17
3-3製作流程 18
3-4實驗步驟 24
第四章、結果與討論 26
4-1 理論與實際轉速對比實驗 26
4-2 1號發電模組實驗 28
4-3 2號發電模組實驗 29
4-4 3號發電模組實驗 32
第五章 結論 34
參考文獻 35


 
圖目錄
圖 1 台灣歷年用電量[1] 1
圖 2 切擊式水輪機[10] 7
圖 3 斜擊式水輪機[11] 7
圖 4 軸流式水輪機[13] 8
圖 5 混流式水輪機[14] 9
圖 6 斜流式水輪機[15] 10
圖 7 貫流式水輪機[16] 10
圖 8 水力發電機轉子[17] 12
圖 9 發電機定子[18] 13
圖 10 牛頓第二定律示意圖 14
圖 11 力矩示意圖 15
圖 12 模組示意圖 17
圖 13 小水力發電機製作流程圖 18
圖 14 模組主管 19
圖 15 主管鑽完孔及安裝管帽 20
圖 16 排水管及出水口 20
圖 17 實驗模組完成圖 21
圖 18 1號模組 22
圖 19 2號模組 22
圖 20 3號模組 23
圖 21 實驗步驟流程圖 24
圖 22 空載示意圖 26
圖 23 負載示意圖 27
圖 24 理論與實際轉速對比 27
圖 25 1號模組水位及轉速與流量比較圖 28
圖 26 1號模組電壓及電流與流量比較圖 29
圖 27 2號模組水位及轉速與加大流量比較圖 30
圖 28 2號模組電壓及電流與加大流量比較圖 31
圖 29 3號模組水位及轉速與加大流量比較圖 32
圖 30 3號模組電壓及電流與加大流量比較圖 33

 
表目錄
表 1、模組數據表 24
 

[1]圖1參考，https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=43\&cid=29&cc
hk=34db42ba-62b1-4684-9fc8-59881779ac23#b03
[2]參考網址， https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=33
[3]黃廷祺，"小水力發電機構之應用"，和春技術學院電機工程研究所碩士論文，2010年。
[4]楊文政，"小型水力發電機研製"，國立成功大學工程科學系碩士論文，2013年。
[4]陳正隆，"小型水力發電機研製"，國立成功大學工程科學系碩士論文，2013年。
[5]黃粵閔，"葉片形狀對小型水力發電機效率之影響"，國立成功大學工程科學研究所碩士論文，2015年。
[6]王琮銘，"小型水力發電機的動態分析與設計"，國立高雄科技大學機械與自動化工程系碩士論文，2019年。
[7]陳守仁，"低水頭微水力發電機系統設計製作與分析"，國立宜蘭大學綠色科技學程碩士在職專班碩士論文，2022年。
[8]White,”Fluid Mechanics”,McGraw-Hill,1986年。
[9]圖2參考，http://ch-fd.com/SiteFiles/Inner/page.aspx?s=1&n=10
[10]圖3參考，https://itw01.com/G8MAQET.html
[11]Pao, R.H.F., “Fluid Dynamics”,Charles E. Merrill Books,Inc.1967。
[12]圖4參考，https://kknews.cc/finance/pgjakaj.html
[13]圖5參考，https://kknews.cc/finance/pgjakaj.html
[14]圖6參考，https://kknews.cc/finance/pgjakaj.html
[15]圖7參考，https://kknews.cc/finance/pgjakaj.html
[16]圖8參考，https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?id=4733
[17]圖9參考， https://www.easyatm.com.tw/wiki/%E6%B0%B4%E8%BC%
AA%E7%99%BC%E9%9B%BB%E6%A9%9F%E5%AE%9A%E5%AD%90