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（1）氢气通过双极板上的导气通道到达电池的阳极，氢分子在催化剂的作用下解离形成氢离子和电子；
（2）氢离子以水合质子H+（xH2O）的形式通过电解质膜到达阴极，电子在阳极侧积累；
（3）氧气通过双极板到达阴极后，氧分子在催化剂的作用下变成氧离子，阴、阳极间形成一个电势差；
（4）阳极和阴极通过外电路连接起来，在阳极积聚的电子就会通过外电路到达阴极，形成电流，对负载做功。同时，在阴极侧反应生成水；
（5）只要持续不断地提供反应气体，PEMFC就可以连续工作，对外提供电能。
2质子交换膜燃料电池的特点
（1）高效率。PEMFC以电化学方式进行能量转换，不存在燃烧过程，不受卡诺循环限制，其理论热效率可达85-90%，目前的实际效率大约是内燃机的两倍。传统动力源为了提高效率必须将负荷限制在很小范围内，而PEMFC几乎在全部负荷范围内均有很高效率。
（2）模块化。PEMFC在结构上具有模块化的特点，可根据不同动力需求组合安装，采用“搭积木”式的设计方法简化了不同规模电堆的设计制造过程。
（3）高可靠性。由于PEMFC电堆采用模块化的设计方法，结构简单，易于维护。一旦某个单电池发生故障，可自动采取适当屏蔽措施，只会使系统输出功率略有下降，而不会导致整个动力系统的瘫痪。
（4）燃料多样性。PEMFC动力系统既可以纯氢为燃料，也可以重整气为燃料。氢气的来源可以是电解水的产物，也可以是对汽油、柴油、二甲醚等化石类燃料重整的产物。氢气的存储方式可以是高压气罐、液氢、金属氢化物等。
（5）环境友好。当采用纯氢为燃料时，PEMFC的唯一产物是水，可以做到零排放。以重整气为燃料时，相对于内燃机而言，排放也极大降低。此外，PEMFC噪声水平也很低，各结构部件均可回收利用。
3研究现状
3.1关键部件
电解质膜、双极板、催化剂及气体扩散电极是质子交换膜燃料电池的四大关键部件。
电解质膜是PEMFC的核心部件，它直接影响燃料电池的性能与寿命。1962年美国杜邦公司研制成功全氟磺酸型质子交换膜，1966年开始用于燃料电池，其商业型号为Nafion，至今仍广泛使用。但由于Nafion膜成本较高，各国科学家正在研究部分氟化或非氟质子交换膜。
双极板在PEMFC中起着支撑、集流、分割氧化剂与还原剂并引导气体在电池内电极表面流动的作用，目前广泛采用的是以石墨为材料，在其上加工出引导气体流动的流场，基本流场形式有蛇形、平行、交指及网格状等。
铂基催化剂是目前性能最好的电极催化剂，为提高利用率，铂以纳米级颗粒形式高分散地担载到导电、抗腐蚀的担体上，目前广泛采用的担体为乙炔炭黑，比表面积约为250m2/g，平均粒径为30nm。
PEMFC的气体扩散电极由两层构成，一层为起支撑作用的扩散层，另一层为电化学反应进行的场所催化层。扩散层一般选用炭材如石墨化炭纸或炭布制备，应具备高孔隙率和适宜的孔分布，不产生腐蚀或降解。根据制备工艺和厚度不同，催化层分为厚层憎水、薄层亲水及超薄三种类型。
3.2测控系统
PEMFC的工作性能受多种因素（温度、压力等）的影响，为确保PEMFC正常运行，提高其可靠性和有效性，就必须监测各个影响因素。即运用有效的措施来连续监测PEMFC运行的关键或重要状态，并对收集到的信息进行必要的分析和处理，以便做到故障预测和及时诊断，为PEMFC管理系统提供依据。目前，进行PEMFC测试系统相关方面研究的公司和机构众多，但仍没有制定出有关PEMFC测试的国际标准和相应的标准测试设备，不过已有实用的测试系统投入使用。加拿大Hydrogenics公司的燃料电池测试站（FCATS）、美国Arbin公司的集成燃料电池测试系统（FCTS）是其中的突出代表。
4质子交换膜燃料电池的应用
质子交换膜燃料电池是目前各种燃料电池中实用程度较高的一类。其优越性不仅限于能量转换效率高、工作温度低，还体现在其可在较大的电流密度下工作，适宜于较频繁启动的场合。因此世界各大汽车生产厂商一致看好其在汽车工业中的应用前景，PEMFC已成为现今燃料电池汽车动力的主要发展方向。目前，通用、丰田等世界上知名的汽车公司，都在积极开发以PEMFC系统为动力源的PEMFC电动车，曾先后推出各种类型的样车，并进行PEMFC电动车队的示范运行。PEMFC电动车以其优异的性能和环境污染很少等突出特点引起了人们的普遍关注，甚至被认为将是21世纪内燃机汽车最为有力的竞争者。
此外，在航空航天特别是无人飞行器领域，以及家庭电源、分散电站、移动电子设备电源、水下机器人及潜艇不依赖空气推进电源等方面也有广泛应用前景。
5质子交换膜燃料电池的发展趋势
在关键部件方面，围绕电解质膜、催化剂及双极板的研究方兴未艾。全氟型磺酸膜价格昂贵，开发非全氟的廉价质子交换膜是今后的研究方向。近年来，新型质子交换膜的的研究热点是开发能够在100℃以上使用的高温电解质膜。在催化剂方面，研制高性能抗CO中毒电极催化剂是最紧迫的任务，此外，还要寻找非贵金属氮化物或碳化物作为现有铂催化剂的替代。目前广泛使用的石墨板具有较好的耐腐蚀能力和较高的热导率，但成本较高，加工难度大，强度、电导率和可回收性均不如金属板。金属板目前急需解决的问题是表面处理，以提高其耐腐蚀能力。复合材料双极板则结合了纯石墨板和金属板的优点，具有耐腐蚀、体积小、质量轻、强度大及工艺性良好等特点，是未来发展的趋势。
在电堆方面，今后的研究重点将是使电堆中的电池单元的性能接近于单电池的性能，这就需要对电堆的结构进行优化，保证电堆中每一片电池单元的整个活性面积处于一致的操作环境，并优化水、热管理，改善电流密度分布的均匀性。
参考文献
［1］李兴虎.电动汽车概论［M］.北京:北京理工大学出版社，2005:9-22.
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燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。人们预测，燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四电方式[1]，它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。
1，中国燃料电池技术的进展
“燃料电池技术”是我国“九五”期间的重大发展项目，目标是，利用我国的资源优势，从高起点做起，加强创新；在“九五”期间，使我国燃料电池的技术发展接近国际水平。内容包括“质子交换膜燃料电池技术”、“熔融碳酸盐燃料电池技术”及“固体氧化物燃料电池技术”三大项目[2]，其中，用于电动汽车的“5kW质子交换膜燃料电池”列为开发的重点。此项任务由中国科学院及部门所属若干研究所承担。所定目标业已全部实现。
在质子交换膜燃料电池（PEMFC）方面，我国研究开发的这类电池已经达到可以装车的技术水平，可以与世界发达国家竞争，而且在市场份额上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我国自把质子交换膜燃料电池列为"九五"科技攻关计划的重点项目以后，以大连化学物理研究所为牵头单位，在全国范围内全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究，取得了很大进展，相继组装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW电池组与电池系统。5kW电池组包括内增湿部分,其重量比功率为100W/kg，体积比功率为300W/L。质子交换膜燃料电池自行车已研制成功，现已开发出200瓦电动自行车用燃料电池系统。百瓦级移动动力源和5kW移动通讯机站动力源也已开发成功。千瓦级电池系统作为动力源，已成功地进行了应用试验。由6台5kW电池组构成的30kW电池系统已成功地用作中国首台燃料电池轻型客车动力源。装车电池最大输出功率达46千瓦。目前该车最高时速达60.6km/h，为燃料电池电动汽车以及混合动力电动汽车的发展打下良好的基础。该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大巴拉德公司联合开发的MK7质子交换膜燃料电池电动车的水平[3]。我国目前正在进行大功率质子交换膜燃料电池组的开发和燃料电池发动机系统集成的研究。
在熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）方面，我国已经研制出α和γ型偏铝酸锂粗、细粉料，制备出大面积（大于0.2m2）的电池隔膜，预测隔膜寿命超过3万小时。在进行材料部件研究的基础上，成功组装和运行了千瓦级电池组。
在固体氧化物燃料电池（SOFC）技术方面，已经制备出厚度为5-10μm的负载型致密YSZ电解质薄膜，研制出一种能用作中温SOFC连接体的Ni基不锈钢材料。负载型YSZ薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.4W/cm2,负载型LSGM薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.8W/cm2。这些技术创新为研制千瓦级、十千瓦级中温固体氧化物燃料电池发电技术的研发奠定了坚实基础。
2，国外燃料电池技术发展迅猛
燃料电池是新世纪最有前途的清洁能源，是替代传统能源的最佳选择。因此，燃料电池技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视。美国将燃料电池技术列为涉及国家安全的技术之一，《时代》周刊将燃料电池电动汽车列为21世纪10大高技术之首；日本政府认为燃料电池技术是21世纪能源环境领域的核心；加拿大计划将燃料电池发展成国家的支柱产业。近十年来，国外政府和企业在燃料电池方面的投资额超过100亿美元。为开发燃料电池，戴姆勒－克莱斯勒公司一家近年来每年就投入10亿美元，丰田公司的年投资额超过50亿日元[4]。
欧、美发达国家和日本等国政府和企业界都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，并且已取得了许多重要成果，PEMFC技术已发展到实用阶段，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，用于国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面；各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成，其中，国际燃料电池产业巨头加拿大巴拉德公司筹资3.2亿美元，建成的燃料电池厂已于2001年2月正式投产。美国和欧洲将成批生产低成本的家用供电－供暖燃料电池作为最近的开发计划。目前，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正快速进入工业化规模应用的阶段。
目前，车用氢燃料电池已成为世界各大汽车公司技术开发的重中之重。迄今为止，世界6大汽车公司在开发氢燃料电池车上的开发费用已超过100亿美元，并以每年10亿美元的速度递增[5]。1997年至2001年，各大公司研制出的车用燃料电池就达41种。
3，我国开发燃料电池技术相对乏力
我国研究燃料电池有过起落。在20世纪60年代曾开展过多种燃料电池的实验室研究，70年入大量人力物力开展用于空间技术的燃料电池研究，其后研究工作长期停顿。最近几年，我国才开始重新重视燃料电池技术的研究开发，并取得很大进展。特别在PEMFC方面，达到或接近了世界水平。但是，在总体上，我国燃料电池的研究开发刚刚起步，仍处于科研阶段，与国外相比，我国的燃料电池研究水平还较低，我国对燃料电池的组织开发力度还远远不够。作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，开发以煤作为一次能源的高温型MCFC和SOFC具有特别重要的意义。但是我国在MCFC、SOFC研究方面与国外的差距很大，要实现实用化、商业化应用还有很长的路要走。迄今为止，我国还没有燃料电池发电站的应用实例。这和我国这样一个大国的地位很不相称。尽管国家也将燃料电池技术列为"九五"攻关项目，国家和企业投入的资金却极为有限，年度经费仅为千万元量级人民币，与发达国家数亿美元的投入相比显得微不足道；承担研究任务的也只是中科院等少数科研院所，且研究力量分散，缺少企业的介入，难以取得突破性进展，尤其是难以将取得的研究成果进行实际应用试验，以形成产业化趋势。从表1所列国外燃料电池的研究和开况看，欧、美国家和日本等大多是以公司企业为主在从事燃料电池的研究开发和制造生产，而且规模很大，例如，仅加拿大的Ballard一家公司的资产就达10亿美元。
4，大力发展燃料电池技术势在必行
从世界燃料电池迅猛发展的势头看，本世纪头十年将是燃料电池发电技术商品化、产业化的重要阶段，其技术实用性、生产成本等都将取得重大突破。预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景，潜在市场十分巨大。可以预料，分散电源供电系统——燃料电池发电厂必将在21世纪内取代以“大机组、大电网、高电压”为主要特征的现代电力系统，成为电力行业的主力军。而燃料电池的普遍推广应用，必将在能源及相关领域引发一场深刻的革命，促进新兴产业的形成，带动国民经济高速发展。能源领域的这场革命是我国政府、企业、科研院所、高等院校不得不正视的课题，我们对此必须有充分认识并给予足够的重视。我们应该准确把握这场革命所带给我们的机遇，毫不迟疑地投入足够的人力、物力、财力，推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作，使之早日实用化产业化，为我国的国家能源安全和国民经济可持续发展服务。
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微生物燃料电池（Microbial fuel cells， MFCs）是一种新兴的高效的生物质能利用方式，它利用细菌分解生物质产生生物电能，具有无污染、能量转化效率高、适用范围广泛等优点。因此MFCs逐渐成为现今社会的研究热点之一。
1 微生物燃料电池的工作原理
图1是典型的双室结构MFCs工作原理示意图，系统主要由阳极、阴极和将阴阳极分开的质子交换膜构成。阳极室中的产电菌催化氧化有机物，使其直接生成质子、电子和代谢产物，氧化过程中产生的电子通过载体传送到电极表面。根据微生物的性质，电子传送的载体可以为外源、与呼吸链有关的NADH和色素分子以及微生物代谢的还原性物质。阳极产生的H+透过质子交换膜扩散到阴极，而阳极产生的电子流经外电路循环到达电池的阴极，电子在流过外电阻时输出电能。电子在阴极催化剂作用下，与阴极室中的电子接受体结合，并发生还原反应[1]。
下面以典型的葡萄糖为底物的反应为例说明MFCs的工作原理，反应中氧气为电子受体，反应完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料电池的分类
目前为止，MFCs的分类方法没有统一标准，通常有以下几种分类方法。
（1）基于产电原理进行分类，包括氢MFCs、光能自养MFCs和化能异养MFCs。氢MFCs的原理是利用微生物制氢，同时利用涂有化学催化剂的电极氧化氢气发电；光能自养MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接将光能转化为电能；而化能异养MFCs则是在厌氧或兼性微生物的作用下，从有机底物中提取电子并转移到电极上，实现电力输出[3]。
（2）基于电池构型进行分类，包括单极室微生物燃料电池、双极室微生物燃料电池和多级串联MFCs。图1中的微生物燃料电池即为双极室结构，电池通过质子交换膜分为阳极室和阴极室两个极室。单极室MFCs则以空气阴极MFCs为主，将阴极与质子交换膜合为一体，甚至是去除质子交换膜。为了提高产电量，将多个独立的燃料电池串联，就形成了多级串联MFCs[4]。
（3）基于电子转移方式分类，包括直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池两类。直接微生物燃料电池是指底物直接在电极上被氧化，电子直接由底物分子转移到电极，生物催化剂的作用是催化在电极表面上的反应。间接微生物燃料电池的底物不在电极上氧化，而是在电解液中或其它地方发生氧化后，产生的电子由电子介体运载到电极上去[5]。
（4）基于电子从细菌到电极转移方式进行分类，可分为有介体MFCs和无介体MFCs两类。电子需要借助外加的电子中介体才能从呼吸链及内部代谢物中转移到阳极，这类为有介体MFCs。某些微生物可在无电子传递中间体存在的条件下，吸附并生长在电极的表面，并将电子直接传递给电极，这称为无介体MFCs。
3 电池性能的制约因素[6～7]
迄今为止，MFCs的性能远低于理想状态。制约MFC性能的因素包括动力学因素、内阻因素和传递因素等。
动力学制约的主要表现为活化电势较高，致使在阳极或者阴极上的表面反应速率较低，难以获得较高的输出功率[8]。内电阻具有提高电池的输出功率的作用，主要取决于电极间电解液的阻力和质子交换膜的阻力。缩短电极间距、增加离子浓度均可降低内阻。不用质子交换膜也可以大大降低MFC的内阻，这时得到的最大功率密度为有质子交换膜的5倍，但必须注意氧气扩散的问题[9]。另一个重要制约因素为电子传递过程中的反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区电子最终受体的扩散速率。最终电子受体采用铁氰酸盐或阴极介体使用铁氰化物均可以获得更大的输出功率和电流。
另外，微生物对底物的亲和力、微生物的最大生长率、生物量负荷、反应器搅拌情况、操作温度和酸碱度均对微生物燃料电池内的物质传递有影响[10]。
4 微生物燃料电池的应用
（1）废水处理与环境污染治理。
微生物燃料电池可以同步废水处理和产电，是一种废水资源化技术。把MFC用于废水处理是其最有前景的一个应用方向，也是当前微生物燃料电池的研究热点之一。同时，在生物脱氮、脱硫、重金属污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽视的作用。
（2）海水淡化。
普通的海水淡化处理技术条件苛刻，需要高压、高效能的转化膜，有的还要消耗大量的电能，故不能大规模的处理，并且成本较高，难以有效地解决海水淡化问题。如果找到一种高效的产电微生物和特殊的PEM交换膜，那么MFC，就可以达到海水淡化的目的，而且具有能耗低，环保和可持续的优点。利用MFC淡化海水也将成为具有发展潜力的研究方向[11]。
（3）便携式电源。
微生物燃料电池能够利用环境中自然产生的燃料和氧化剂变为电能，用于替代常规能源。可以为水下无人驾驶运输工具、环境监测设备的长期自主操作提供电源。
（4）植物MFCs。
通过光合作用，植根在阳极室的绿色植物将二氧化碳转换为碳水化合物，在根部形成根瘤沉积物；植物根系中的根瘤沉积物被具有电化学活性的微生物转化为二氧化碳，同时产生电子。这种植物MFCs能够原位将太阳能直接转换为电能[12]。
（5）人造器官的动力源[13]。
微生物燃料电池可以利用人体内的葡萄糖和氧气产生能量。作为人造器官的动力源，需要长期稳定的能量供给，而人体内源源不断的葡萄糖摄入恰好可以满足MFC作为这种动力源的燃料需要。
5 微生物燃料电池技术研究展望
MFCs技术正在不断成长并且已经在许多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，该技术还没有实现真正的大规模实际应用。基于其产电性能的制约因素，今后的研究方向主要可归纳为以下几点。
（1）深入研究并完善MFCs的产电理论。MFCs产电理论研究处于起步阶段，电池输出功率较低，严重制约了MFCs的实际应用。MFCs中产电微生物的生长代谢过程，产电呼吸代谢过程以及利用阳极作为电子受体的本质是今后的研究重点[14]。
（2）筛选与培育高活性微生物。目前大多数微生物燃料电池所用微生物品种单一。要达到实际应用的目的，需要寻找自身可产生氧化还原介体的高活性微生物和具有膜结合电子传递化合物质的微生物。今后的研究应致力于发现和选择这种高活性微生。
（3）优化反应器的结构。研究与开发单室结构和多级串联微生物燃料电池。利用微生物固定化技术、贵金属修饰技术等改善电极的结构和性能。选择吸附性能好、导电性好的材料作为阳极，选择吸氧电位高且易于扑捉质子的材料作为阴极[15]。
（4）改进或替代质子交换膜。质子交换膜的质量与性质直接关系到微生物燃料电池的工作效率及产电能力。另外，目前所用的质子交换膜成本过高，不利于实现工业化。今后应设法提高质子交换膜的穿透性以及建立非间隔化的生物电池[16]。
6 结语
MFCs作为一种可再生的清洁能源技术正在迅速兴起，并已逐步显现出它独有的社会价值和市场潜力。随着研究的不断深入以及生物电化学的不断进步，MFCs必将得到不断地推广和应用[17]。
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1. 分布式电源
当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃机(IC)、微型燃气轮机（Microtur_bines）和各种工程用的燃料电池（Fuel Cell）。因其具有良好的环保性能，分布式电源与“小机组”已不是同一概念。
1.1 微型燃气轮机
微型燃气轮机（Micro Turbine），是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96 000 r/min，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500 ℃，其发电效率可达30%。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可见，电工技术的突破常常取决于材料科学的进步。
1.2 燃料电池
燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置。它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。
1.2.1 燃料电池的工作原理
燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子通过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则形成电流。
通常，完整的燃料电池发电系统由电池堆、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、电力电子换流器、保护与控制及仪表系统组成。其中，电池堆是核心。低温燃料电池还应配备燃料改质器（又称为燃料重整器）。高温燃料电池具有内重整功能，无须配备重整器。磷酸型燃料电池（PAFC）是目前技术成熟、已商业化的燃料电池。现在已能生产大容量加压型11 MW的设备及便携式250 kW等各种设备。第2代燃料电池的溶融碳酸盐电池（MCFC），工作在高温（600～700 ℃）下，重整反应可以在内部进行，可用于规模发电，现在正在进行兆瓦级的验证试验。固体电解质燃料电池（SOFC）被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质，未来可用于煤基燃料发电。质子交换膜燃料电池是最有希望的电动车电源。
1.2.2 性能和特点
燃料电池有以下优点：（1）有很高的效率，以氢为燃料的燃料电池，理论发电效率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池，实际效率可达58.4%。通过热电联产或联合循环综合利用热能，燃料电池的综合热效率可望达到80%以上。燃料电池发电效率与规模基本无关，小型设备也能得到高效率。（2）处于热备用状态，燃料电池跟随负荷变化的能力非常强，可以在1 s内跟随50%的负荷变化。(3)噪音低；可以实现实际上的零排放；省水。（4）安装周期短，安装位置灵活，可省去新建输配电系统
目前燃料电池大规模应用的障碍是造价高，在经济性上要与常规发电方式竞争尚需时日。
1.2.3 技术关键和研究课题
燃料电池的技术关键涉及电池性能、寿命、大型化、价格等与商业化有关的项目，主要涉及新的电解质材料和催化剂。熔融碳酸盐电池（MCFC）在高温条件下液体电解质的损失和腐蚀渗漏降低了电池的寿命，使MCFC的大型化及实用化受到限制。需要解决电池构成材料的腐蚀；电极细孔构造变化使电池性能下降等问题。固体氧化物燃料电池（SOFC）使用固体电解质且工作温度很高，对构成材料及其加工有特殊要求。为了得到高温下化学性稳定和致密性（不通过气体）的电解质，在氧化锆中加入Y2O3生成钇稳定氧化锆。为了降低工作温度，应尽可能减少电解质薄膜厚度。通常采用熔射法、烧结法和电化学蒸发涂层法制备电解质薄膜。实用的电解质膜的厚度为0.03～0.05 mm。比较先进的已达到0.01 mm。这样薄的电解质陶瓷材料除应当有足够的机械强度外，必须具有高度的气体致密性，否则将丧失燃料电池的性能。燃料极使用镍锆等耐热金属陶瓷，镍还用作燃料重整的催化剂，空气极在运行中处在高温氧化中，难以使用一般金属。铂的稳定性好，但费用昂贵，需要寻找替代材料，可用电子导电陶瓷。为了降低工作温度，另外一个重要的研究方向是寻找低温的质子导电的电解质。工作温度倘若能降低到700 ℃以下，SOFC的造价就可以大幅度降低。
2. 大功率电力电子技术的应用硅片引起的“第
2.1 大功率电力电子器件的重大进展
电力电子学（Power Electronics）的应用已经有多年的历史。电力电子学器件用于电力拖动、变频调速、大功率换流已经是比较成熟的技术。大功率电子器件（High Power Electronics）的快速发展也引起了电力系统的重大变革，通常称为硅片引起的第。
近年来，大功率电子器件已经广泛应用于电力的一次系统。可控硅（晶闸管）用于高压直流输电已经有很长的历史。大功率电子器件应用于灵活的交流输电（FACTS）、定质电力技术（Custom Power）以及新一代直流输电技术则是近10年的事。新的大功率电力电子器件的研究开发和应用，将成为电力研究前沿。
2.2 灵活交流输电技术(FACTS)
灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。
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Power Electronics and New Energy Power Generation Technology
Yang Lin
(Institute of Electrical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou730030,China)
Abstract:This paper discusses several new forms of energy generation and integrated power supply system transformation,control,intelligence management and safety issues,and hope in the future development of new energy power,we can overcome difficulties and achieve electronic power of new development.
Keywords:Power electronics;Energy management system;Power quality control
我们已进入21世纪，这是一个全新的时代，经济的高速发展给人们的生活带来了很多的便利，但随之而来的却是能源的耗竭，原本丰富的能源如今已变得匮乏，并危及到人们未来的生产生活。与此同时，毫无顾忌的能源利用还造成了大气的严重污染，从而又引发能源危及，这样的恶性循环会直接危及到人类的发展，甚至威胁人类的健康和繁衍。因此，开拓新能源，减少能量源浪费成为当今世界最为关注的话题。
一、新能源的发电方式
（一）太阳能发电
太阳能发电开始于上世纪50年代，当时，第一块实用的硅太阳电池研制成功，如今，太阳能发电技术已经经历了半个世纪的发展，其技术也在日益成熟。目前，占主流的太阳电池仍然是硅太阳电池，主要分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。典型的太阳能供电系统结构如图1所示，太阳电池阵列进行光电转换，把太阳能变为电能，再由功率变换器将太阳电池输入到直流电中，最后转换成用户所要使用的电源模式。根据用户的需求，功率变换器可以选择直流斩波器进行DC/DC变换，或采用逆变器进行DC/AC变换。而功率变换装置还应包括蓄电池系统，主要是为了平衡电流。如果太阳光充足，可以利用太阳能，并利用蓄电池充电；如果在夜晚或者阳光不充足时，就可以使用蓄电池供电。
（二）风力发电
如今，风力的主要运用方式就是风力发电，它的发展速度最快，也最受全世界关注。风力发电主要有3种运转方式：
1.独立运行方式，利用一台小型的风力发电机向需要的用户提供电能，它还可以通过蓄电池充电，预防无风时影响发电效果；
2.风力发电与其他发电方式相结合的联合供电方式，主要向交通不便或偏远山区供电，以及地广人稀的草原牧场提供电力；
3.并网型风力发电运行方式，将风力发电网安装在条件较好的地区，常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机，这也是风力发电的主要发展方向。风力发电机组在不同风速的条件下运行，其发电机输出的电压的幅值和频率是变化的，所以，通常要配置电力电子功率变换器，通过这种装置控制电流，保证输出的电压是平衡稳定的。
（三）燃料电池发电系统
燃料电池（Fuel Cell）是将反应物如氢气等的化学能直接转化为电能的电化学装置。它通过燃料（通常是氢气）和氧气结合所发生的光电反应来发电。燃料电池发展了这么久，根据电介质的不同，主要分为5种燃料电池：碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）；质子交换膜燃料电池（Proton ExchangeMembrane Fuel Cell，PEMFC）；磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）；熔盐燃料电池（Molten Car-bonate Fuel Cell，MCFC）；固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。
实际上，燃料电池也有其优点，例如：发电效率高：发热少；噪音低，污染小；功率密度高。目前，燃料电池发电主要集中在以下几个方面：燃料电池特性研究；燃料电池发电系统结构和高效功率变换的研究；能量管理技术；孤岛检测和保护技术，并网电流控制；并网运行与独立运行之间的无缝切换控制技术。
燃料电池所输出的电压会随着电压的变化，发生较大范围的变化。燃料电池的输出电压在负载发生突变时还要经过一段时间才能停止反应，对于质子交换模燃料电池响应延迟达2秒。因此，燃料电池一般与负荷动态的具体要求无法很好的匹配。
二、电力储能技术
可再生能源发电装置所产生的电能主要还存在无法预测的周期性变化，例如风能、光伏发电等，如果将其电能直接输入普通电网，将会对电流带来不良影响，而电力储备装置就可以平衡能源发电输入与电网之间的矛盾。电力储能技术有蓄水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电池储能等它们都各具特点，各有优势，但它们的正常运行主要是依靠电子电力技术。
蓄水储能与压缩空气储能主要是对电力高峰期进行调节，但是对地理条件的要求较高。电池储能的精密性高，需要在技术成熟的条件下进行，理论上可以用于电力调峰，单电池使用寿命有效，这成为蓄电技术的难点。飞轮储能的储能量有限，运行复杂，一般用于电能质量调节。
三、电能质量控制
（一）电源谐波检测和分析技术
谐波的测量和分析都是以思想谐波治理为前提条件的，精准的谐波测量和分析可以为谐波的治理提供准确的依据。自提出快速傅里叶变换算法（FFT）以来，基于傅里叶变换的谐波测量得到了普遍应用。然而基于傅里叶变换的谐波测量要求整周期同步采样，不然就会严重影响其效果。因此，怎样减少因同步偏差而引起的测量误差成为电子电力技术人员迫切要解决的难题。
（二）电能质量控制和管理
首先，电能质量的控制和管理主要包含功率因数校正和滤波器设计，由于传统的无源滤波器体积和重点都很大，还需要对不同的频率进行设计，而功率因数较技术正是提高功率因数和降低谐波污染的重要途径。如今，电能质量控制和管理的研究重点在与PFC控制技术上，比如：单开关、多开关以及软开关三相PFC电路的研制，软开关技术与PFC技术的融合已经成为未来的发展趋势，虽然目前的PFC产品受到功率的限制，但应用于分布式新能源发电系统却是重要机遇。
四、总结
综上所述，随着科技的发展，新能源的开拓和使用技术越来越成熟，但是，要真正做好新能源发电技术，还需要从解决先存的各种问题，因此，电子电力技术人员应在在电气、电子、控制和信息等工程技术领域加强合作研究，通过系统集成和技术融合，实现各种技术的突破，我相信，我们一定可以克服各种困难，迎来新能源造福人类的灿烂明天。
参考文献：
[1]Rechten H.可再生能源技术[A].中美清洁能源技术论坛论文集[C],2001
[2]汤天浩.新能源与变换:系统集成、技术融合及应用展望[J].电源技术学报,2004,2,1
[3]李俊峰,高虎,王仲颖.中国风电发展报告[M].北京:中国环境科学出版社,2008
篇6
1陶瓷膜技术发展概况
陶瓷膜也称CT膜，是固态膜的一种，最早由日本的大日本印刷公司和东洋油墨公司在1996年开发引入市场。2004年7月，北美陶瓷技术公司顺利完成了其价值超过500万美元的新型双磨盘研磨机的组装，该设备在制备超薄陶瓷膜的生产技术上首屈一指，这同时也使得公司在制备超平、超完整陶瓷膜上的技术大大提升。
2陶瓷膜的广泛应用
2.1提纯用陶瓷过滤膜
2004年8月，由北京迈胜普技术有限公司与山东鲁抗医药有限公司研制的陶瓷膜过滤系统用于某种抗生素的分离提纯获得成功，这不仅优化了此种抗生素的生产工艺，而目使抗生素收率提高15%，这是我国首次将陶瓷膜技术运用于抗生素生产。抗生素的分离提纯，必须经过对发酵液的过滤和对滤出的药液进行树脂交换。目前，许多抗生素生产企业对氨基糖苷类抗生素发酵液的分离提纯均采用真空转鼓过滤器，这种工艺需先将发酵液酸化调至一定的pH值，然后用敷设助滤剂层的真空转鼓过滤器进行预过滤，再用板框进行复滤及树脂交换。采用这种工艺不仅过程繁琐，而目有效成分收率低，仅过滤和树脂交换过程的收率损失达30%。
2.2镀陶瓷包装膜
在食品包装领域，近年越来越引人注目的是具有高功能性和良好环保适应性的透明镀陶瓷膜。这种膜尽管目前价格较高，物理性能还有待进一步改进，但可预期在不远的将来它将在食品包装材料中占据重要的地位。陶瓷膜的加工镀膜方法与通常的镀金属方法相似，基本上按我们己知的加工法进行。镀陶瓷膜由PET（12μm）陶瓷（Si0x）组成。氧化硅能分成4类，即Si0，Si304，Si203，Si02。对这种膜的主要要求是具有良好的透明度、极佳的阻隔性、优良的耐蒸煮性、较好的可透过微波性与良好的环境保护性以及良好的机械性能[2]。
镀陶瓷膜首先用作细条实心面的调味品包装材料。其优良的包装性能引起了人们的注意。由于这种膜保味性极佳，因此，尤其适合于包装易升华产品，如茶（樟脑）之类的易挥发材质。由于其极好的阻隔性，除了作为高阻隔性包装材料和作食品包装材料用外、预计还可用在微波容器上作为盖材，在调味品、精密机械零配件、电子零件、药物和医药仪器等方而作为包装材料。随着加工技术的进一步发展，如果这种膜在成本上大幅下降，那么它将得到迅速推广和应用。
2.3 燃料电池陶瓷膜
我国“863”计划固体氧化物燃料电池（SOFC）项目经过对新型中温固体氧化物陶瓷膜燃料电池的长期研制，把陶瓷膜制备技术开拓应用于SOFC的制作，把通常SOFC的高温（1000-900℃）拓延到中温阶段（700-500℃）。目前中国科技大学无机膜研究所己经研制成功的新型中温陶瓷膜燃料电池，是一种以陶瓷膜作为电解质的燃料电池。电池部件薄膜化以后，降低了电池的内阻，提高了有用功率的输出，不需要高温的条件下实现了中温化，操作温度降到700-500℃[4]。这种新型燃料电池继承了高温SOFC的优点，同时降低了成本。此类陶瓷膜燃料电池具有广阔的应用前景[5]。
结束语
陶瓷膜的研究始于20世纪40年代，其发展可分为3个阶段：用于铀的同位素分离的核工业时期，于20世纪80年代建成了膜面积达400万平方米的陶瓷膜的富集256UF6工厂，以无机微滤膜和超滤膜为主的液体分离时期和以膜催化反应为核心的全面发展的时期。
总之，随着科学技术的发展，陶瓷膜作为一种新型的材料，在各行各业的领域中，发挥着巨大的作用。其前景也越来越广阔。
参考文献：
[1]詹捷，陈小安，王永刚，等.工程陶瓷材料精密加工技术.机械工艺师，1998（6）：11_12.
[2]林滨.程陶瓷超精密磨削机理与实验研究：[博十学位论文].天津大学，1999.
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根据我国《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（包括太阳能汽车）、燃料电池汽车、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。
二、国际新能源汽车发展态势分析
（一）发展环境分析
1．能源危机成为新能源汽车发展的动力。石油资源的日益枯竭和石油价格的巨幅波动，不仅对世界各国经济造成了重要影响，更引起各国汽车产业的深刻变革：大排量、高油耗的汽车不再受到大多数消费者的青睐，燃油节约型汽车逐渐成为汽车市场的主流。世界各国欲借发展新能源摆脱其对石油的依赖发展趋势，逐步形成了新的世界经济增长模式。
2．金融危机提供新能源汽车发展的机遇龙源期刊。全球金融危机的爆发给新能源汽车的产业化发展提供了新的机遇。为了摆脱经济低谷，拉动经济复苏，获得市场[1]竞争先机，并使自己在未来的产业竞争格局中占据有利位置，发展新能源汽车成为世界各大汽车企业共同的战略选择。
3．环境污染呼唤新能源汽车时代的到来。随着汽车产业的快速发展，汽车已经成为城市的污染源之一。汽车尾气主要成分是CO、HC、NOX和颗粒物等，在城市中心，交通排放的CO形成的污染物浓度占CO总浓度的90%～95%，HC和NOX占80%～90%，而这些排放物正是造成地球气候变暖的重要原因之一。
4．技术变革促进新能源汽车的研发和生产。除了常规的化石能源（煤、石油）以外，新能源与可再生能源（太阳能、风能、水能、生物能等）的开发和利用比例逐渐提高，并由此产生了相应的多种新技术。能源的多样化发展给汽车新技术的应用带来了无限可能，各类新能源汽车的研发和生产必然会将汽车产业领域延伸、拓展到更加广泛的产业范畴。
（二）发展特点分析
新能源汽车在全球刚刚起步，代表着汽车产业未来的发展方向。混合动力作为新型汽车能源动力技术共性平台发展趋势，继承了先进内燃机技术，结合了高效洁净的电力驱动方式，既充分利用现有燃料基础设施，又能包容各种代用燃料，已成为新型动力系统汽车产业化的典型代表，开始大规模产业化发展，其中插电式混合动力汽车越来越受到重视；纯电动汽车借助各种高新技术特别是新型动力电池技术的进步找到了新的发展机遇，开始进入市场，并有快速增长的趋势；燃料电池作为一种新兴能量转换装置，尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍，但其作为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被看好，各种资助和示范验证正在进行，真正进入市场将还有一个较长的时期；代用燃料汽车可以用天然气、液化石油气、生物柴油、合成燃料、醇类燃料、醚类等多种清洁替代能源，成为解决石油资源短缺的重要途径。
（三）发展战略比较
美国长期侧重降低石油依赖、确保能源安全的战略发展趋势，将发展新能源汽车作为交通领域实现根本上摆脱石油依赖的重要措施，并以法律法规的形式确定其战略定位。美国从20世纪80年代起在不同的阶段提出了不同的车用能源发展战略，克林顿时期以提高燃油经济性为目标，混合动力是其主要的技术解决方案；布什时期追求零排放和对石油的零依赖，氢燃料电池汽车是其主要的技术解决方案，后期还计划用10年时间实现20%的石油替代和节约，主要措施是使用生物质燃料；近期奥巴马大力发展电动汽车，实施了总额48亿美金的动力电池以及电动汽车的研发和产业化计划，其中40亿美金用于动力电池的研发。
日本长期坚持确保能源安全、提高产业竞争力的双重战略，通过制订国家目标引导新能源汽车产业的发展，同时高度重视技术创新龙源期刊。日本在2006年“新国家能源战略”中明确提出，通过改善和提高汽车燃油经济性标准、推进生物质燃料应用、促进电动汽车应用等途径，到2030年交通领域对石油的依赖能够降低20%。重视生物燃料和燃料电池等技术开发，拟在2011年单年度生产生物燃料5万千升发展趋势，计划在五年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技。近期又将大力发展电动汽车作为低碳革命的重要内容，计划到2020年以电动汽车为主体的下一代汽车能够达到1350万辆。日本的混合动力汽车已形成产业化，丰田、本田、日产等日本厂商的混合动力汽车不仅在国内热销，在国际市场上也令其他国家厂商望其项背。
欧洲更加侧重于温室气体减排战略，将满足日益严格的二氧化碳排放限制要求作为发展新能源汽车的主要驱动力。欧洲新能源汽车发展的主要目标在早期以生物质燃料和天然气为主，在本世纪初期提出到2020年实现23%的石油替代，主要是生物质燃料、CNG以及氢燃料，但近期对于电动汽车给予高度关注。欧洲在发展电动汽车方面起步较晚，但是国家规划非常细致、系统，从基础研发做起，分阶段从研发产业化、基础设施方面给予统筹布局。2009年下半年德国的电动汽车计划以纯电动汽车为重点，分别提出了2015年、2020年的产业化和市场化的发展目标。
（四）产业政策分析
上世纪90年代以来，美日欧等国先后出台了一系列法律、规划、政策文件发展趋势，加强了对形成本国电动汽车产业的有效支持，主要体现在以下几方面：高度重视产业初创期的政策扶持；主要采用税收和补贴等政策支持措施；税收、补贴政策往往与油耗控制政策及尾气排放控制政策相结合；注重加强对降低整车重量的政策引导。2008年国际金融危机爆发以来，世界各国加强了对本国汽车产业的扶持力度，尤其是针对培育形成本国的新能源汽车产业出台了一系列扶持政策，关注点重在两个方面：大力支持先进电池等技术的研发和鼓励购买电动汽车。
2009年1月，韩国颁布“新增长动力规划及发展战略”，将绿色技术、尖端产业融合、高附加值服务等三大领域共17项新兴产业确定为新增长动力，在绿色运输系统方面，提出重点开发油电混合动力汽车等自主核心技术，实现关键零部件和材料国产化，2013年进入绿色汽车世界4强。2009年9月，美国“美国创新战略：推动可持续增长和高质量就业”，提出拨款20亿美元，支持汽车电池技术等的研发和配件产业的发展发展趋势，尽快生产出全球最轻便、最廉价和最大功效的汽车电池，使美国电动汽车、生物燃料和先进燃烧技术等站在世界前沿。
2009年4月1日，日本开始实施“绿色税制”，免除消费者在购买纯电动汽车、混合动力汽车、清洁柴油汽车时的多项税收，还提出在2009年11月后的一年时间里再提供2300亿日元左右的资金用于支持节能环保车型的补贴龙源期刊。2009年7月1日，美国政府提出了总额10亿美元的“汽车折价退款机制”——以旧换新补贴政策，计划为期一年；“美国创新战略：推动可持续增长和高质量就业”提出，为鼓励消费者购买电动汽车，美国政府将提供总额高达7500亿美元的税收抵免。英国政府在2010年度预算案中提出“绿色复苏”计划，其核心是挑选2～3个城市作为仅适用电动汽车的纯绿色城市，重点推动普及电动汽车；在全国范围内建立一个充电网络，保证电动汽车能在路边充电站及时充电；对放弃污染较高旧车、购买清洁能源车的消费者，提供每车2000英镑的补贴。
（五）发展趋势分析
在车用动力电池领域，混合动力和纯电动车用动力电池负责储存并为电动机提供电能发展趋势，其性能、成本和安全性很大程度上决定着混合动力汽车和纯电动汽车的发展进程。从当前的技术水平以及发展趋势来看，镍氢电池是目前应用最为广泛的车用动力电池，由于其技术成熟度和成本上的优势，在短期内仍将是混合动力汽车的首选动力。锂离子电池具有无记忆性、低自放电率、高比能量、高比功率、环保等诸多优点，应用前景较好，一旦成本问题得到解决，将成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的主要动力选择。
在车用驱动电机领域，永磁无刷电动机结构灵活、设计自由度大、性能较好，适合成为电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动，已经在混合动力轿车上进行较多应用，但是受永磁材料工艺影响和限制较大，而且控制系统复杂，造价很高；开关磁阻电动机调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，结构简单、维护修理容易、可靠性好、转速和效率高、调速范围宽、控制灵活发展趋势，如果其技术瓶颈（转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、结构复杂性较大等）得到突破，将更适合电动汽车动力性能要求，被视为最具潜力的电动车电气驱动系统。
电子控制技术在新能源汽车中发挥着极其重要的作用，应用在汽车的各个领域，包括动力牵引系统控制、车辆行驶姿态控制、车身控制和信息传送。随着集成控制技术、计算机技术和网络技术的发展，汽车电子控制技术已明显向集成化、智能化和网络化三个主要方向发展。
三、国际新能源汽车发展经验总结
从国际经验看，各国政府都制定和实施了系统的激励性政策，在发展规划、关键技术研发投入、消费政策、环境标准、道路交通管理等方面，都为新能源汽车产业的发展提供了宽松的环境。
1．发展规划制定。美国、日本、韩国、欧盟等根据产业发展所处阶段的实际需要，制定分阶段、分类别发展规划，动态调整新能源汽车产业发展的扶持政策，使电动汽车产业顺利实现由政府推动过渡到市场推动。
2．基础研究资助。美国、日本、欧盟等地政府组织科研大攻关，协调全境范围内甚至全球范围内的政府机构、科研单位、汽车和燃料厂商，对未来新能源汽车技术进行大规模的基础研究发展趋势，并对新能源汽车的示范运行直接补贴龙源期刊。
3．财税政策激励。各国政府通过财税政策降低消费环节新能源汽车的购车成本和使用成本，从经济上激励消费者购买、使用新能源汽车，主要措施包括：购置税减免、返还以及直接补贴，许多欧盟国家基于燃油效率和环保性能制定车辆税费，针对消费者购置新型、清洁和高能效汽车给予税收减免；征收燃油税，欧盟实施高税率燃油税激励消费者选用节能环保的先进柴油车。
4．技术法规限制。美国、日本、欧盟等普遍采用强制性技术法规限制燃油消耗和尾气排放，并逐步提高技术标准，促使汽车生产商加大研发投入，生产新能源汽车。各国和地区的法规主要有：美国的CAFE标准和Tier标准、日本燃料经济性标准和尾气排放标准、欧洲自愿协议和欧盟尾气排放标准。
5．交通管理奖罚。为鼓励新能源汽车的发展，美国、日本、欧盟等地在交通管理措施中也有所体现，给予新能源汽车交通优先和停车免费等奖励，对高油耗、污染大的汽车采用惩罚性的措施。
参考文献
[1]陈柳钦.新能源汽车国际路线观察[J].决策，2010，(10).
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本书采用独特的方式，融合了最新的技术信息、研究成果和成功示范应用，旨在吸引大量工程师、学生、工程实践人员、科学家和研究人员，为他们展现可持续能源技术的最新发展。
宁圃奇，博士，研究员
（中国科学院电工研究所）
Puqi Ning，Associate Professor
（Institute of Electrical Engineering，CAS）Giovanni Petrecca
Energy Conversion and
Management
2014
http：///book/
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（一）供电系统的现状
通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。
（二）通信电源设备的更新换代
近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。
（三）现行通信电源的电路模型和控制技术
目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。
二、通信电源发展趋势
（一）开关器件的发展趋势
电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。
（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展
在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：
体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。
功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。
更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。
按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。
（三）通信用蓄电池技术研究的新进展
通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。
1．钒电池（VanadiumRedoxBattery）。钒电池（VRB）是一种电解值可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。
2．燃料电池。燃料电池是一种化学电池，也是一种新型的发电装置，它所需的化学原料由外部供给，如氢氧燃料电池，只要外部供给氢和氧，经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用，就能产生0.9V电压的直流电能，同时产生大量的热能.
3．电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统，大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度，这对电源设备的监控管理提出了新的需求，保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时，数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势，数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.
4．通信电源的环保要求。环保问题，一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求，降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减少给电网带来严重污染的情况，还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面，是材料的可循环利用和环境的无污染，这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。
在通信电源开发、生产早期，人们主要集中研究电源的输出特性，较少考虑到电源的输入特性。例如：传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路，其输入电流呈脉冲状，导通角约为π/3，波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染，使电网波形失真，实际负荷能力降低，对于三相四线制的电网来说，还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。
参考文献：
[1]朱雄世，《通信电源的现状与展望》.
[2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.
[3]《通信直流电源发展趋势》.
[4]孙向阳、张树治，《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.
[5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.
[6]曾瑛，《浅谈通信电源》.
[7]王改娥、李克民，《谈我国通信电源的发展方向》.
[8]王改娥、李克民，《我国通信电源的发展回顾与展望》.
[9]侯福平，《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.
篇10
分布式能源技术的发展，为中国与世界发达国家重新回归同一起跑线创造了一个新机遇，如同手机和家电一样，它有可能使中国依据市场优势迅速占据世界领先地位。
所谓“分布式能源”是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，毕业论文可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标；在管理体系上，依托智能信息化技术实现现场无人职守，通过社会化服务体系提供设计、安装、运行、维修一体化保障；各系统在低压电网和冷、热水管道上进行就近支援，互保能源供应的可靠。分布式能源实现多系统优化，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，实现多系统能源容错，将每一系统的冗余限制在最低状态，利用效率发坏发挥到最大状态，以达到节约资金的目的。
分布式能源技术的基础科学主要在以下几个方面：
1、动力与能源转换设备；
2、一次和二次能源相关技术；
3、智能控制与群控优化技术；
4、综合系统优化技术；
5、资源深度利用技术。
动力与能源转换设备：
主要是指一些基于传统技术的完善和新技术的发展。
（1）小型燃气轮机——在小型航空涡轮发动机技术的基础上，实现地面发电和供热的联产技术。目前中国在这一技术上已经可以开发相应产品，主要的问题是需要提高设备的能源转换效率，提高可靠性，延长设备检修周期，提高设备的自动智能控制水平；
（2）微型燃气轮机——这是基于汽车发动机增压涡轮技术的延伸，关键技术在于精密铸造和烧结金属陶瓷转子，空气或磁悬浮轴承，高效回热利用技术，永磁发电技术，可控硅变频控制技术等。由于技术层次并不高，其中许多项目已经有专家在研究，只要国家真正重视，中国完全可以赶超世界先进水平；
（3）燃气内燃机——内燃机技术对于中国已经非常成熟，但是燃气内燃机的制造水平与国际先进设备还存在比较大的差距，主要是转换效率、排放控制、电子控制和设备大修周期等，此外，国外正在发展的预燃、回热、增压涡轮技术，以及电子变频等技术，都是发展的重要方向；
（4）斯特林发动机——外燃式斯特林技术中国已经有了比较大的突破，上海711所已经可以生产该技术的产品，目前主要是提高设备可靠性和发电效率，以及自动化控制水平；
（5）燃料电池——该技术有质子交换膜、固体氧化物、熔融硅酸盐和氢氧重整等多种技术方式，该技术应用极为广泛，污染极小，而且可以同燃气轮机技术整合，发电效率将可能达到80%，是未来最具有发展价值的技术；
（6）微型蒸汽轮机——蒸汽轮机是非常传统的技术，但是利用一部噪音小、振动小、运行方便可靠的小型蒸汽轮机代替热交换器，将其中一部分能量转换为价值较高的电能，或者利用蒸汽管网中较低品位的蒸汽为制冰机组提供低温冷能，可以更好地利用蒸汽中的能量；
（7）微型水轮机和微型抽水蓄能电站——小型、微型水轮机组不仅可以在任何有水位落差的地方使用，而且可以广泛利用在分布式能源项目上。利用自来水管网的水能压力，或者建筑物可能产生的落差进行发电，并在用电低谷进行抽水蓄能，新型的微型水轮发电机组将何以采用电子变频控制技术，调整电能品质；
（8）太阳能发电和太阳热发电——利用太阳能量的发电技术，关键是降低成本，同时需要研究与其他能源利用方式和载体进行整合，将太阳热发电与沼气利用整合，将光伏电池与建筑材料整合，利用光导纤维与照明技术整合等等；
（9）风能——风力发电是世界能源发展的一个重要方向，在大型风场大量利用大型风机发电将何以代替现有的火力发电系统，但是对于居住分散的用户小型高效的风力发电系统更加具有普及意义，小型风力发电系统主要需要解决的是成本、可靠性和蓄能问题；
（10）余热制冷系统——利用动力机产生的余热供热制冷是分布式热电冷三联供系统的重要环节，尤其是制冷，可以采用吸收式制冷，也可以采用吸附式，以及余热——动力转换——低温制冷等技术，这些技术均比较成熟，关键是系统的集成和提高效率，以及降低造价等问题；
（11）热泵——利用地源、水源和其他温差资源的能源利用技术，重点在于提高效率和增强于其他能源利用技术的整合能力；
（12）能量回收系统——诸如将建筑物内电梯下行、汽车制动、自来水减压等能量回收的技术以及应用设备的研发。
与分布式能源系统相关的一次和二次能源相关技术：
（1）天然气系统的优化利用，以及管道输送技术；
（2）液化天然气的生产和利用——分散化的液化天然气生产技术可以充分利用石油开采中的伴生气资源，减少温室气体排放，提高资源的综合利用率，液化天然气利用中对于冷能的有效利用可以有效节能等等，在液化天然气利用中，将产生大量的新课题；
（3）煤层气和矿井瓦斯利用，世界上可能有60%以上的矿工是死在中国的矿井里，而瓦斯爆炸是元凶之一，减少矿工死亡和提高煤层气和矿井瓦斯资源的利用有着密切关联，利用煤层气和矿井瓦斯发电等技术不仅可以挽救无数矿工的生命，还能有效减少温室气体排放，缓解全球变暖问题；
（4）可燃冰——存在于海底和高寒地区的天然气水化合物是人类未来的主要能源，它是为分布式能源系统提供燃料的重要途径；
（5）煤地下气化——中国目前有100亿吨以上的煤炭资源在开发过程中被遗弃在地下，如何利用可控地下气化技术将其变为气体燃料回收利用是中国煤炭工业的重要课题；
（6）地热——利用和开发地热资源，将地下低品位热能转换为高品位的电能或冷能是技术的关键；
（7）深层海水冷能——利用沿海深层海水的低温资源，解决沿海城市的制冷问题，并降低城市热岛效应；
（8）水能——利用水利资源，特别是小型水电设施解决农村以水代柴，保护植被；
（9）沼气——利用城市垃圾、农村废弃物资源等进行发电或热电联产，减少温室气体排放，提高资源综合利用水平；
（10）甲醇——利用煤等矿物资源生产甲醇，以代替石油。甲醇可以满足燃料电池对氢的需要；
（11）乙醇——利用植物资源生产乙醇，以代替石油和其他矿物燃料，乙醇可以作为燃料直接使用，也可以作为燃料电池的氢分离的原料；
（12）氢——对于氢的利用将决定人类的未来，如何从水中低成本地重整氢气将是技术的关键；
（13）压缩空气——利用低估电力或其他能源生产高压空气，作为汽车和其他动力设备，以及分布式能源的动力源，主要解决高增压比压缩技术、设备小型化、材料和效率等问题。
智能控制与群控优化技术：
（1）分布式能源机组和系统自身的智能化控制——解决设备“无人职守”问题，能够根据需求进行调节，自动跟踪电、热、冷负荷；
（2）分布式能源与载体的信息互动——解决分布式能源系统成为智能化建筑的一个组成部分，与建筑系统的需求进行优化整合，提高建筑的能源可靠性和节能性；
（3）分布式能源机组的联合控制——分布式能源采用模块化组合设计，需要对模块组合联合控制，根据需求变化进行智能调节，决定每一模块的运行状态和模块之间的调节优化关系；
（4）远程遥控——通过电话线、因特网、无线网络和电源线对设备进行远程监视控制，需要解决安全和协议统一等问题；
（5）群控优化——根据一个区域内各种用户对于电力、热力、制冷等需求的变化，以及燃料、气温变化趋势、蓄能量库存等等因素，优化控制各个用户的分布式能源系统，以及公共能源系统，进行多系统容错优化，减少冗余，提高各系统的安全性和需求适应性，降低造价，提高效率；
（6）智能电网技术——必须建立电网信息化管理系统，对于电网特别式近用户低压供电电网的信息化控制，流量平衡控制、网内分布式能源智能管制系统、智能保护系统等；
（7）信息化计量与结算系统——建立网络化能源系统的各种能源产品和各个用户与分布式能源设施拥有者之间、各时段间根据预约定价进行计量和结算的智能系统；
（8）自动信息系统——对于用户与临近用户能源使用状态、用户与临近用户的分布式能源系统伺服状态、以及燃料系统和公共能源供应系统的运行状态信息进行，以便智能化建筑、用户能源管理系统、分布式能源设施、储能设施、设备运行服务机构、以及燃料供应者和公共电网能够根据每一信息源所的实时信息进行状态优化调整，实现资源共享。
综合系统优化技术：
（1）多种能源系统整合优化——将各种不同的能源系统进行联合优化，例如：将分布式能源与传统能源系统整合后，进行联合优化；或者，将分布式能源系统与冰蓄冷系统整合并进行联合再优化，将微型燃气轮机与热泵系统整合优化，以及太阳能与分布式系统的优化整合等等，达到取长补短的目的，充分发挥各个系统的综合优势；
（2）将分布式能源与交通系统整合优化——利用低谷电力为电动汽车蓄电或燃料电池汽车储氢等，将燃料电池和混合动力汽车作为电源形成随着人流移动的电源和供水系统。实现节约投资经费，降低高技术产品使用成本等目的；
（3）分布式能源系统电网接入研究——解决分布式能源与现有电网设施的兼容、整合和安全运行等问题；
（4）蓄能技术——通过蓄能技术的开发应用，解决能源的延时性调节问题，提高能源系统的容错能力，其中包括蓄电、蓄热、蓄冷和蓄能四个技术方向。蓄电包括化学蓄电：电池；物理蓄电：飞轮和水能、气能。蓄热包括项变蓄热、热水、热油和蒸汽等多种形式。蓄冷：冰和水。蓄能包括物理蓄能：机械蓄能、水蓄能、以及记忆金属蓄能等多种方式；
（5）地源蓄能技术——利用地下水和土壤将冬季的冷和夏季的热蓄能储存，进行季节性调节使用，结合热泵技术进行直接利用，减少城市热岛效应；
（6）网络式能源系统——互联网式的分布式能源梯级利用系统是未来能源工业的重要形态，英语论文它是由燃气管网、低压电网、冷热水网络和信息共同组成的用户就近互联系统，复合网络的智能化运行、结算、冗余调整和系统容错优化；
资源深度利用技术：
（1）天然气凝结水技术——利用天然气燃烧后的化学反应结果回收水，解决部分城市水资源紧缺问题；
（2）将分布式能源与大棚结合的技术——将分布式能源系统发电设备排除的余热、二氧化碳和水蒸汽注入大棚，作为气体肥料和热源，解决城市绿化和蔬果供应，同时减少温室气体和其他污染物排放问题；
（3）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术——利用热泵的技术，将低品位热源转换为较高品位的生活热水，减少能源消耗；
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（一）合理设置实验项目
合理地设置实验项目，不断更新先进、新颖的实验内容是与时俱进的教学理念的完美体现，也是响应国家关于“抓紧建立更新教学内容的机制，加强课程的综合性和实践性，重视实验课教学，培养学生实际操作能力”号召的必要措施[3]。首先，针对“化学综合实验”的教学特点，教师应根据自己的科研方向，结合当前的研究热点确定合适的实验内容。转化为实验教学项目的研究成果必须是成熟的科研成果，确保实验整体的科学性、系统性、实用性和先进性。为此，结合学生的知识背景和化学研究领域的热点，我们围绕教师承担的国家以及省部级科学基金项目，衍生出相??的综合性实验。例如，作者多年来一直从事固体电化学及器件方面的科研工作，研究课题涉及了固体氧化物燃料电池（SOFC）相关材料的合成与性质研究。因此选择课题中实验方法比较成熟的一部分开发为“化学综合实验”课程内容。我们设立了综合实验“固体电解质纳米粉的制备、陶瓷成型及离子电导率的测试”。固体氧化物燃料电池以其发电效率高、能量密度大、燃料使用范围广等优点受到广泛关注。电解质作为SOFC的主要组成部分之一，其主要作用是在阴极、阳极之间传递氧离子和对燃料及氧化剂的有效隔离。目前Y2O3稳定的ZrO2（YSZ）是SOFC中研究最热、利用最广泛的电解质材料。YSZ的离子电导率不仅与掺杂浓度有关，而且还与粉体的制备工艺、烧结密度密切相关。这个实验课程的完成过程，既让学生领略了新能源领域的最新发展动态，了解了新型绿色能源的研究背景和重要意义，又让他们学习了固体氧化物燃料电池的工作原理及对其相关部件的要求和发展现状，同时还了解了电解质材料的制备工艺对其离子电导率等相关性能的影响，又让学生从全方位角度领会和理解了新型燃料电池材料研发人才应该具备的知识和技能以及燃料电池关键材料开发领域的技术状态。为了提高学生的创新能力，我们还在实验中安排一些自由设计环节，比如在陶瓷成型和烧结工艺环节中，学生可以自主设计实验参数和操作来获得实验结果，并对结果进行分析与讨论得出一些非预见性的结论，从中引导和启发学生的创新思维。
（二）详尽介绍课题，开展资料调研，学生制定实验设计报告
作为科研成果转化成具体综合实验内容的教学过程的主导者，教师应该在实验开展之前给学生详细地介绍课题研究的意义和背景。尽量将学生掌握的理论知识结合起来讲解实验相关原理和内容，拓展知识面，让学生充分感受理论学习的重要性，提高学以致用的积极性。同时提出实验要求，实验开展过程中的重点和难点等，并提出一些与实验关键内容有关的问题，布置学生自主查阅相关的文献资料和书籍，制定详细合理的实验方案。通过查阅的资料并经过分析和讨论，学生整理出详尽的实验设计报告，内容应该包含以下内容：研究背景和国内外研究现状、实验的目的和意义、实验材料和实验仪器设备、实验方案和具体实验步骤、实验结果与讨论（包括数据记录与处理以及对实验结果的分析讨论）。教师要认真审阅学生提交的实验设计报告，保证实验方案的合理性和可行性。对不符合要求的实验设计报告教师要及时与学生讨论并做出完善和修改。对于有些学生的创新性设计要尊重其想法并在实验条件允许的情况下合理地布置实施。整个文献调研和实验设计环节，不但使学生掌握了基本的文献检索和调研手段而且促进了学生将理论课程知识与实践的横向联系，充分调动了学生进行科研的主观能动性。有效避免了以往照方抓药，学生不动脑思考的弊端，提高了学生的综合素质[4]。
（三）建立健全仪器设备使用与管理制度
综合实验要求学生具有安排与开展专业实验的综合能力，在此阶段的学生经过了基础实验对基本实验技能和动手能力的训练，更要将理论知识联系实验过程，培养创新思维，感悟科研的真谛。在此过程中，2―3人一组的实验模式既要求大家有独立自主的动手能力，又要求他们发扬团队精神，协作精神，集思广益，讨论问题，解决问题，保证实验的顺利进行。
“化学综合实验”课程开展中大型表征和测试仪器的使用是保证实验顺利完成的必要因素之一。由科研项目转化而来的实验项目往往用到的是项目指导教师课题组或者专业实验室的相关仪器和设备。教师在学生开展实验之前应当带领学生参观实验室，把需要用到的实验仪器和设备的用途、操作规程做介绍，必要的项目需要亲自示范操作。比如，在“固体电解质纳米粉的制备、陶瓷成型及离子电导率的测试”实验中教师需要事先为学生讲解并且示范陶瓷压片模具的使用方法、高温炉的使用方法和电化学工作站的测试方法。在整个实验进行过程中，实验室或者实验中心应当做好仪器设备开放使用的安排，并且加强实验室管理，建立健全实验室规章制度，制定仪器设备具体操作规程和管理措施以保障实验教学的顺利完成。
在实验进行的过程中，学生要按照设计好的实验路线认真操作，记录好实验现象和实验数据。教师全程跟踪指导，在学生遇到问题的时候引导释疑，在实验结束后进行点评和总结[5]。
（四）按照科技论文标准撰写实验报告，进行实验结果汇报
实验报告的撰写是对整个实验过程中的现象和结果的综合分析与讨论，是最能体现学生分析和总结能力的环节。在此环节中，我们摒弃过去固定模式的实验报告形式，要求学生以科技论文的形式完成数据讨论与总结，对数据的处理不再是简单的数据罗列和图形展示，要从中总结和归纳数据变化规律，与实验设计过程中的理论预期相对照，解释现象和原因，做到环环相扣，实验结果与理论推导相互验证。完成实验报告的撰写之后，每一名?W生还要对其实验结果进行汇报和答辩。实验结果的口头汇报及答辩不仅极大地提高了学生的学术交流能力，也是对以往综合实验成绩评价方式的重要改革。我们将综合实验的成绩评定分成几大部分，前期文献调研和实验方案设计、实验过程以及报告撰写与答辩各占不同比例，重点落在实验过程和报告撰写与答辩上。公开汇报实验结果的方式既体现了成绩评定的公平性，又有效避免了同组学生报告雷同的现象。同时，对于优秀的实验论文，可以让学生进一步完善并推荐其在校级以上级别的刊物上发表，激发学生做科研的成就感[6]。
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1 当前我国新能源产业的发展现状
伴随着国际上低碳经济的呼声越来越高，我国新能源产业近两年获得了快速的膨胀，但由于扩张的速度太快，使得新能源产业的发展陷入无序的状态，特别是近两年快速扩张的风电、多晶硅等新兴产业出现明显的重复建设倾向，新能源产业这种“虚热”的状态，不得不引起我们高度的重视。
①风电产业——失衡的产业链。中国风电产业在2005年《可再生能源法》实施之后，连续4年实现新增装机容量翻番，2008年中国风电装机1221万kW，已占全球总装机的10％，已成为亚洲第一、世界第四的风电大国，仅排在美国、德国、西班牙之后。但是，在竞相上马的风电项目背后，却是微不足道的经济效益，风电产业陷入产能过剩的尴尬境遇。截至2008年底，风电装机容量只占到全国电力总装机容量的1.13％，而发电量更是只占区区0.37％。同时，内蒙古约有三分之一的风电并网项目处于闲置状态；甘肃酒泉已经投运的46万kW风电装机最大发电出力只能达到65％左右。国内风电产业面临的主要问题主要集中在产能过剩、成本过高、机组质量和电网模式制约等方面。
而从风电产业的产业链上来讲，严重失衡。今年上的风电项目都集中在风机制造一端，这是因为我国目前风电场建设的高歌猛进，催生了风电设备的巨大需求，使得风机制造项目一哄而上，造成了风电产业链的结构性失衡，所以我们说风电过热过剩其实指的是风电产业的这种结构性过剩。国内风电整机生产企业超70家，超过全球其他地区风电设备厂商总和。目前，不仅在整机市场上存在着过多企业涌入的状况，在叶片市场也出现了一哄而上的现象。尽管风电大小企业如雨后春笋般成立，在核心技术和关键零部件等方面，生产企业走的却是清一色的引进路线。
②光伏产业——国外环保事业的打工仔。国际上新技术的发展与应用，促使太阳能发电成本大大降低，美国工业体系大约在0.21美元左右，这一数值已经相当接近于火电价格的成本。而且成本还将进一步的下降，可以预期不远的将来光伏产业将会迎来一个爆发的增长期。我国光伏产的发展也是随着国外的需求而近年来得到了快速发展，最近5年的年平均增长率在40％以上，其扩展主要在海外市场。按照国家制定的发展计划，至2010年，中国光伏发电的累计安装量将不会超过300MW，因此目前光伏产业的主要市场仍将在海外。
目前国内光伏产业上游多晶硅产业扩张迅猛，价格回落预期强烈，多晶硅行业的暴利时代将逐渐走结束。而且由于金融危机影响了下游光伏需求，许多曾出台庞大扩产计划的多晶硅制造商必将推迟或取消其部分后期项目，近几年将发生无情的洗牌。下游太阳能电池制造业将摆脱多晶硅原料产能瓶颈，行业毛利率将会有所回升。
但是，中国的太阳能电池生产最主要的原料晶体硅，我国矿产储存很少，因此不得不从欧洲和日本高价进口。加工制成太阳能电池后，再返销回当地，这种发展模式无疑等同于担任着国外环保事业“打工仔”的角色。
③其他产业的发展。在新能产业领域，我国太阳能热水器产业近几年发展迅速，产品推广很快，目前国内太阳能热水器安装总量达到13284万m3，占全球安装总量的70％以上，产业形态也逐步走向成熟。在国际生物燃料产业化风潮的促进下，我国生物燃料产业近年发展很快，2008年中国燃料乙醇产量达到190万t，受粮食产量制约，我国近期不再扩大以粮食为原料的燃料乙醇生产。为了扩大生物燃料来源，我国已自主开发了以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇的技术(称为甜高梁乙醇)，并开展了甜高梁的种植及燃料乙醇生产试点。另外，我国也在开展纤维素制取燃料乙醇的技术研究开发，如果农林废弃物纤维素制取燃料乙醇或合成柴油的技术实现突破，生物燃料年产量可达到上亿吨，从理论上讲，我国生物燃料的发展潜力还是很大的，但目前还处于起步阶段，其产业化的进程还很缓慢。总体来讲部分新能源细分产业在国内市场仍未完全启动，虽然目前发展态势来看还不错，但是如果不加快新能源产业领域核心技术的研发与应用，以及加强行业的规范与引导，新能源产业泡沫无疑将会发展成为中国经济将来发展的又一隐患。
2 我国新能源产业发展的技术瓶颈
我国新能源企业的大多规模小，核心技术对外依存度高，关键设备和零部件主要靠引进，企业自主研发能力薄弱。有数据显示我国新能源技术的专利集中在高校和科研院所，这一方面说明我国对于新能源技术研发的投资重点在高校和科研院所，同时又从另一个方面说明我国新能源企业自主研发能力低下，从而制约了我国新能源技术产业化转化的效率和能力。当前我国新能源产业发展的技术瓶颈主要有以下几方面：
①战略产品缺乏核心技术大幅缩减了产业的利润空间。总体来说我国新能源产品的技术水平偏低，而且核心技术多依赖国外。比较有代表性的是光伏产业，目前太阳能的利用的效率主要依赖于电池的性能，而我国太阳能电池生产的上游产品最重要的专用原材料单晶硅基本都靠进口，由于前期生产过快的扩大，竞争变得异常激烈，因为缺乏核心技术，使得我国这些企业的利润大幅下降，后期的发展不容乐观。
②设备与制造技术落后使得新能源产业发展缺乏后劲。这个问题在风电、核电等产业都很突出。风电机组制造技术是风电发展的核心，而目前我国风电整机总体设计和关键零部件设计制造仍是制约我国风电产业发展的瓶颈。目前我国风电建设远远落后于世界发展，其主要原
因是，没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础，吸收引进国外先进技术对风电成套设备进行自主开发。随着世界风力发电设备制造水平提高，更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解，国外风电机组目前已达到兆瓦级，如美国主流1.5MV，丹麦主流2.0～3.0MV，在2004年的汉诺威工业博会上4.5MV的风电机组也已面世。而迄今为止，我国在这一技术上处于落后位置，尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力，且在机组总体设计技术，特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家，且机组质量普遍不高，易出现故障，这就使国产设备的竞争力面临严峻的考验。
③新能源并网应用技术滞后形成了新能源的消费瓶颈。我国风电、光伏电站一般处于偏远地带后，电网负荷小，不能满足大规模风电接人的要求，特别是近几年随着新能源发电装机容量的大幅提升必然对电网提出更高的建设要求。典型的例子便是，西北、东北和华北本是我国风电资源相对丰富的地区，但这些地区大部分处于电网产业的末梢，电网基础设施建设较为薄弱，因而难以对当地的风电资源进行充分有效利用。就全国来看，如业内人士所言，我国风电装机容量虽然在2008年底已突破1200万kW，但其中仅有800万kW的装机容量入网发电。将来新能源的发展迫切需要在电网的系统接入、并网技术标准、并网管理等方面开展突破性工作。
3 对策思路
①做好新能源产业发展战略规划，进行超前布局。新能源是一个新兴的产业，我们应该做好超前布局和规划，为新能源产业的发展建立良好的政策环境。政府应该提前进行新能源产业发展的关键技术、共性技术进行攻关从战略上提前布局，只有这样我们的新能源产业才能克服当前发展的核心技术不足的软肋，迎头赶上甚至超越发达国家。
②建立起行业标准，引导规范新能源产业的发展。逐步建立和完善新能源产品的标准体系，以及质量控制体系，选择有特色的创新能力较强的地区，发展新能源产业基地，构建比较完善的产业链，促进新能源产业的积聚式发展。
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为此，发展环保型汽车，解决汽车所带来的负面影响在当前中国就显得格外的重要。我国政府已制定的环保型汽车发展政策是否有效地发挥了应有的作用，应该如何合理地运用政策工具等理论对其惊醒优化组合，更好地实现支持环保型汽车快速健康发展的目的。上述问题都值得公共政策科学研究者进行深入研究。
环保型汽车在我国的发展目前处于技术创新的阶段。技术创新的市场失灵为政府干预和支持环保型汽车的发展提供了理论依据。市场失灵是指市场在资源配置方面的低效，不能实现帕累托最优。技术知识的公共性、技术创新外溢、技术创新的不确定性和风险、技术创新的信息不对称是技术创新市场失灵的四种主要表现。政府要根据4种市场失灵有针对性地制定环保型汽车的发展政策。
一、环保型汽车发展背景与状况
根据世界上多方研究的结果显示，世界一次能源(化石燃料资源)的枯竭已成必然，而汽车是能源消耗的重大因素之一。国际能源机构(IEA)的统计数据表明，全球石油消耗量最近20年一直呈上升趋势，其中的57％被消耗于交通领域。预计到2020年交通用油占全球石油总消耗百分比将从2002年的57.2％上升到62％以上(孙立清，2006)。目前全世界汽车保有量约为8亿辆，同时还在以每年3000万辆的速度递增，预计到2010年，全球汽车保有量将达到10亿辆。而可支配的化石能源按照目前的开采速度仅可供开采41年，据美国能源部预测，2020年以后，全球石油需求与常规供给之间将开始出现净缺口，这个缺口将在2050年达到500亿桶。解决汽车发展对一次能源，尤其是对石油的依赖，是我们面临的必须尽快解决的重大问题。
在解决环境污染问题上，发展环保型汽车也有着重要的意义。汽车对环境的污染主要表现在汽车排气污染、噪声污染和二次扬尘污染等。其中，以排气污染最为严重。汽车尾气包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HE)、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫(SO2)和微粒(PM)等污染物。汽车排放污染物除通过排气管排放外，还有极少一部分通过曲轴窜气和蒸发这两条途径排出。
大气污染所造成的危害主要表现在：烟雾、酸雨、臭氧层简薄、臭氧浓度过高、温室效应几个方面。温室效应和臭氧层减薄是一个全球性的效应，而臭氧浓度过高，则只发生在地面附近，烟雾和酸雨也是发生再污染源的附近地区，特别是人口密集地区。此外，汽车的排气污染又具有污染源的流动性、污染状态的稳定性、污染危害的直接性等特点。几乎在所有的工业发达国家，这些由汽车带来的负面效应都已威胁到人们的正常生活和国民经济的健康发展，引起了人们的广泛关注。
二、环保型汽车技术创新知识的公共性
市场失灵的主要原因之一是公共产品的存在。要判定某物品是否是公共产品要首先判断其是否具有非竞争性，即根据边际使用成本与边际拥挤成本的大小来判断其非竞争性的程度；然后，判断其是否具有非排他性，根据其排他成本(排他的可行性)的大小来判别其非排他性的程度。
环保型汽车发展过程中伴随着大量的技术创新活动，特别是其中的R&D活动所提供的产品主要是以论文、专著、专利、工艺、程序、配方、试产品、概念模型等知识形式为表现形式，而不仅仅是以物质产品形式表现出来，即技术创新所提供的是科学技术知识产品(ideas)(Romer，1990)。
环保型汽车发展过程中所提供的知识产品具有公共产品的性质。知识产品在使用上具有非竞争性。知识品是可以无限重复使用的，某个消费者对知识品的使用并不会妨碍另一个消费者对该知识品的使用，即消费边际成本为零。不同于其他公共产品的是，对知识产品的消费不仅不会引起知识的损耗而且还有可能会增加知识产出。以环保型汽车中燃料电池双极板流道设计的技术研究成果为例，当一种流道形式被设计成功后，越多的深入研究和试验结果可以对此类流道形式的可行性进行验证，并不断对其性能进行优化。政府应更为广泛的搭建科技公共信息平台，促进技术共享与交流，提高我国环保型汽车关键技术的创新能力。
知识产品一旦创造出，任何具有相关知识的人都可以使用它。在不存在知识产权和专利保护制度的条件下，复制、传播和使用知识产品的成本与知识产品的生产成本相比可以忽略不计，知识产品的高度外溢性使得其排他成本极高。知识产品具有占有上的非排他性，至少部分地具有这种特点。专利制度的确立使得知识产品部分地具有了私人产权，排他成本大大降低了，在一定程度上解决了知识品的“搭便车行为”问题。正如道格拉斯・诺思(1998)所说：“一般而言，创新都可以毫无代价地被别人模仿，也无需付给发明者或创新者任何报酬。技术变革速度缓慢的主要原因就在于，直到相当晚期都未能就创新发展出一整套所有权”。“只有在专利制度下，鼓励技术变革和将创新的私人收益率提高到接近于社会收益率的一整套机制才能形成”。知识产权保护政策也因此成为国家鼓励技术研发，促进知识创新的重要手段。
然而在存在专利与知识产权的条件下，不是所有的知识产品都能够确立产权，有的知识产品即使有了私有产权也不能阻止其收益的大量外溢(如专利过期、模仿创新)，也就是说知识产品存在非排他性程度上的差别，或者说，不同知识产品的排他成本是不同的。这就需要政策采取除知识产权保护以外的政策手段，对知识的创新予以鼓励和支持。
三、环保型汽车技术创新的外部性
由于知识品公共性的存在，一个机构主体可以在没有市场交易的条件下无偿获得其他机构主体的技术创新成果。这种情况被称为技术创新的外溢效应(spill over effect)，也可以理解为知识产品的外部性。
主要有四方面的原因导致了外溢效应。首先，尽管专利为专有技术的所有者带来了产权保护，但专利保护在法律上有时间限制。一旦专利过了保护期，其他企业则可以免费使用。另外，由于构成专利技术知识信息的大部分内容可见于专利申请案中的专利发明说明书，绝大多数专利说明书均公开刊登在出版物上，在相应的技术领域中有兴趣的人都可以
得到这种信息。一个企业可以无偿获得专利的信息并利用其专利发明的思想支持本企业的技术创新活动。这将使专利转让无法全部实现专利发明的社会价值。二是联系(linkage)效应(李平，1999)。一个技术上具有优势的企业与其供货商和客户发生联系时，这些厂商和客户可能通过业务联系从该企业免费获得先进产品和工艺的知识，于是外溢效应得以产生。在环保型汽车发展的当前阶段，一些关键技术(尤其在于代用燃料、混合动力汽车方面)对企业或研究单位往往有着决定命运的作用。在商业合作过程中，如何解决好共享与保密的关系，成为一些科研部门和企业头痛的问题。三是人员的流动。研发人员是新技术知识的载体，研发人员的流动使新技术知识在企业间得以流动，形成外溢。从以往经验看，我国汽车界技术人员的流动速度并不快，企业对于人员流动造成的知识外溢通过签订保密合同等方式进行了规避。但随着我国汽车产业的不断发展，尤其是环保型汽车关键技术对于人员载体的依赖性逐渐提高，避免人员流动造成的知识外溢是企业需要关注的新问题。四是市场溢出(李正风等，1990)。创新产品的市场开发需要成本。而创新产品的市场需求、市场结构特点和发展趋势的有关信息可以被其他企业免费获得。同时，创新企业开拓出的市场中会出现无法满足的市场需求，这种剩余市场空间为其他企业进入同类创新产品市场提供了机会，降低了其他企业进入市场的成本。
通过上述分析可以看出，技术创新企业对其他企业的溢出，能够为其他企业带来收益，属于正外溢。这种外溢不仅发生在微观企业层次，产业技术创新也能够对产业链上的相关产业产生外溢，同样这种外溢也能发生在国家层面上，能够提高整个产业和社会的福利水平。但是又由于外溢效应，创新者的成果部分或全部被他人无偿使用，使技术创新的私人收益率和社会收益率之间存在外溢差距(spillover gap)，创新者的积极性在一定程度上会被削弱。
这为政府干预企业的技术创新活动提供了理论基础。政府可以通过财政等手段来弥补外溢差距，使企业技术创新的积极性不至于削弱，同时使整个社会的福利水平达到最优。
四、环保型汽车技术创新的不确定性和风险
技术创新面临的另一个市场失灵的问题是技术创新过程中的不确定性。不确定性(uncertainty)最早是概率论术语，是用随机事件或随机变量来描述的，指随机事件发生与否或随机变量的取值在事先是不知道的。美国经济学家奈特(Frank Knight)首次在风险与不确定性之间作了重要区分，认为风险是概率已知的不确定状态，不确定性却是并不知道未来事件概率的状态(SLundsted，1982)。
技术创新涉及到探索、发现、试验、开发、模仿以及采用新产品、新工艺和新的组织结构以及新技术的商业化。这一活动中的各个环节都包含了不确定性。总的来说，它主要包含了两方面的不确定性，一是技术的不确定性，二是市场的不确定性。技术的不确定性与R&D活动紧密相连。在R&D活动本身开展之前，几乎不可能准确地知道在探索什么，因此，技术创新努力所带来的技术(甚至进一步的商业)结果事先很难知道。正如目前环保型汽车的发展现状。以燃料电池汽车为例，由于燃料电池是基于氢气和氧气(空气)发生电化学反应的理论研制而成的，其反应生成物是水和电子，环境污染为零，一时间收到能源研究界广泛的追捧；但由于质子交换膜技术(燃料电池关键技术)难关难以逾越，业界对燃料电池的热情有所下降；随着世界几家膜生产企业介入此项技术研究，膜技术被攻克，燃料电池又重新受到重视；而矿产专家对于铂金(燃料电池反应催化剂)储量调研结果的发表(研究结果显示世界铂金储量不足以发展燃料电池技术)，又再次造成燃料电池技术受到强烈的质疑。如此波折的过程是技术结果难以预期的典型实例。
而在R&D活动展开之后，发明者和企业家对于技术向何方向发展，多长时间能够取得成功，也都没有确切的把握。根据曼斯费尔德(M・Mansfield)的研究，不同的技术创新项目的技术成功的概率是不同的，但总的成功的概率不高(Beije，1998)。
市场的不确定性也是影响技术创新的重要因素。市场的不确定性主要与新技术的商业化相关联。技术创新的目的是商业化，但技术创新的成果能否立刻被市场所接受，能否在生产规模化、营销定位等方面达到市场的要求，在这些方面技术创新又面临着不确定性。此外，是否有足够的市场容量和利润空间保证起初R&D投入的回收和盈利，企业家不一定有绝对的把握。即使新技术在市场化方面取得了成功，但是创新企业还要面对竞争对手的挑战，特别是由于技术外溢的存在，其他竞争对手通过对新技术的模仿可以在短时间内以低成本形成市场力量，对创新企业形成阻碍。
很明显，在基础研究初期阶段、共性技术研究初期阶段以及市场推广初期阶段政府应给予经济、政策方面的支持与保护，降低社会组织在此技术生命周期中的风险，促进环保型汽车的健康发展。
五、环保型汽车发展的信息不对称
上述三类市场失灵问题直接导致了环保型汽车发展技术创新的信息不对称。安沃・沙赫(2000)认为，R&D项目实施者同其资助者之间的信息不确定性和不对称性限制了对R&D项目的资助，是技术创新市场失灵的主要表现之一。一方面技术创新的实施者为了防止技术外溢必须使技术创新的信息保密，另一方面，技术创新的资助者为了判断投资的方向和规模，降低投资风险，又必须获得关于技术创新项目的详尽信息。这在两者之间形成了一个不可调和的矛盾，结果使许多项目因缺乏资助而终止。
