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篇1
造成环境的二次污染，并且需占用大量的土地。焚烧法是最有效的方法，使城市垃圾处理基本上达到了减容化、无害化和能源化的目的。垃圾焚烧后，一般体积可减少90%以上，重量减轻80%以上；高温焚烧后还能消除垃圾中大量有害病菌和有毒物质，可有效地控制二次污染。垃圾焚烧后产生的热能可用于发电供热，实现了能源的综合利用。
2垃圾发电供热技术的可行性分析
城市生活垃圾焚烧发电技术在国外已有四十多年的历史，最先利用垃圾发电的是德国和法国，近几十年来，美国和日本在垃圾发电方面的发展也相当迅速。目前，日本拥有垃圾发电厂一百多座，发电总容量在320MW以上，单台设备最大处理垃圾能力为552吨/日。
我国垃圾焚烧发电供热技术起步较晚，现在还处于研究开发阶段。现已建立的部分垃圾发电站，基本上是引进国外的设备和技术。我国第一座垃圾发电站是在深圳，引进的是日本三菱重工生产的两台炉排式垃圾焚烧炉，日处理垃圾150吨，配置500kW的汽轮发电机组来发电供热。1992年又上了一台杭州锅炉厂(引进日本三菱重工技术)制造的垃圾焚烧炉，日处理垃圾150吨，配置1500kW汽轮发电机组。在上海、天津等城市也相继与法国、澳大利亚等国家合作建设垃圾发电厂。引进的这些垃圾锅炉基本上都是炉排炉，价格昂贵，而且在燃用低热值、高水份的垃圾时，为了保证锅炉的正常燃烧，达到需要的工艺参数，必须添加燃料油，运行成本较高，经济效益差。发展适合我国国情的垃圾焚烧炉，实现设备国产化，达到低污染和高效燃烧是众多科研单位和生产厂家正在研究开发的课题。
流化床燃烧技术是本世纪六十年代迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。他利用炉内燃料的充分流动、混合，达到高效燃烧。我国在利用流化床燃烧技术燃用低热值燃料方面处于国际领先水平。特别是浙江大学热能工程研究所多年来进行废弃物(如洗煤泥、煤矸石、城市生活垃圾等)的研究开发和应用。成功开发出异重流化床城市生活垃圾焚烧技术，可实现高效清洁燃烧。采用流化燃烧技术焚烧垃圾的优点主要表现在以下几个方面：
a操作方便，运行稳定。由于流化床床料为石英沙或炉渣，蓄热量大，因而避免了床的急冷急热现象，燃烧稳定。垃圾的干燥、着火、燃烧几乎同时进行，无需复杂的调整，燃烧控制容易，易于实现自动化和连续燃烧。
b设备寿命长。炉内没有机械运动部件，使用寿命长。
c可采用全面的防二次污染的措施。对焚烧时产生的有害物质进行处理，在不增加太多投资的前提下，可将NOX、SO2等气体排放控制在国家标准以下，炉渣呈干态排出，便于炉渣的综合利用。
d流化床焚烧炉由于炉内燃烧强度和传热强度高，相同垃圾处理量的流化床焚烧炉和炉排炉相比体积要小，故而投资小，适应于大型化发展。
e燃料适应性广，可燃烧高水分、低热值、高灰分的垃圾，床内混合均匀，燃尽度高，使垃圾容积大大减少，特别适应于垃圾热值随季节变化很大的特点。
因此，流化床垃圾焚烧是一种综合性能优越的焚烧方式，尤其适合我国垃圾热值低、成分比较复杂的国情。随着我国人民生活水平的提高，城市生活垃圾中无机物含量将大幅度下降，有机物、纸、塑料等高热值废弃物成份逐渐上升，使之具备了能源化利用的可能。当城市生活垃圾随着季节变化或影响过低时，为保证供电或供热，可将垃圾与辅助燃料(如原煤、废油等)在同一炉内混烧。
目前，城市生活垃圾流化床焚烧发电新技术已应用到商业化运营的热电项目上。1998年浙江大学热能研究所与杭州锦江集团将联合开发的此项技术应用到余杭热电厂，把余杭热电厂原有的一台35t/h链条锅炉改造为垃圾流化床焚烧炉，燃用杭州市部分地区的城市生活垃圾。锅炉经改造后，单台炉日处理垃圾150～250吨，同时补充部分辅助燃料--原煤，以保证热电厂的正常供热和发电。
余杭热电厂的垃圾焚烧炉至今已运行十个月，运行状况良好。其运行情况如下：垃圾焚烧炉运行稳定，各项技术参数和指标均达到了设计要求，保证了发电机组的正常运行；最长连续运行时间超过一个月；平均每小时焚烧垃圾约7吨，最大量可达到11吨/小时；对垃圾成分、热值随季节性变化和适应性好。
通过以上的分析说明，在我国发展垃圾发电，在技术上已经有了很大的突破，特别是近几年来循环流化床燃烧技术发展迅速，为垃圾焚烧技术的发展创造了有利的条件。目前，我国各地热电厂循环流化床锅炉的数量正在大幅度上升，并向大型化发展，运行操作和管理水平在不断提高，并趋于成熟，对垃圾流化床焚烧炉的推广应用又创造了较好的环境。
3方案的选择
垃圾焚烧发电项目建设方案的确定，应从本地的实际情况出发，结合城市发展水平而定。国外的技术比较成熟，但设备的价格昂贵，投资太大，一般中小城市难以承受。采用国内的技术和设备，投资小，很适合我国的国情。一般来说，在一个城市是新建一座垃圾焚烧发电厂，还是利用现有的热电厂进行改造，应进行可靠的分析和研究。笔者认为，利用现有的小热电厂进行改造将比新建一座更有利，分析如下：
王云翠等：开发垃圾发电技术实现热电持续发展
热电技术2000年第1期(总第65期)
a新建一座垃圾发电厂，在整体布局和结构上可能合理些，但投资较大，如新建一座日处理垃圾300～500吨中型垃圾发电厂，要建3×35t/h锅炉+2×6MW汽轮发电机组，需投资1.4～1.5亿元。投资大，产出低，项目经济效益低下。
b热电厂在现有的基础上进行改造，可以利用原有的生活办公设施及生产厂区和配套设备，节省投资，见效快。同时，进行改造也可以有两个方案；一是在热电厂厂地允许的情况下，建新的垃圾焚烧炉和发电机组，那样机组分布较合理，但在目前电力需求趋于饱和的情况下，新机组发电并网比较困难；原有的锅炉进行改造，配套热电厂现有的机组，比较容易操作，可以节省大量的投资，实施容易，能起到事半功倍的效果。
临沂热电厂位于临沂市西南部的工业区内。现有3×35t/h链条锅炉+1×75t/h循环流化床锅炉和1×C6+1×B6+1×C12中温中压汽轮发电机组。供热主管线长20余公里，主要为50余家工业生产用户和机关宾馆居民采暖供热。现有的两台35t/h链条炉需要燃用优质烟煤，虽经几次改造，但是效果不大。锅炉效率低，经测试锅炉热效率为78%，面临着被淘汰的可能。如果把链条炉改造成流化床垃圾焚烧炉，可以解决临沂市的垃圾处理问题，同时提高锅炉的热效率，适应时代的发展，对我厂经济效益将有很大的改观。因此，我们选择了利用原有锅炉进行改造的方案。
4锅炉改造方案
4.1锅炉本体改造
锅炉改造维持原炉膛中上部及尾部烟道不变，将炉膛下部炉排及渣斗拆除，使炉下部改为流化床密相燃烧区，密相区内布置倾斜埋管。埋管采用加装鳍片和喷涂方式防止磨损。炉体水冷壁内侧敷有耐火层，防止磨损。锅炉本体外部的汽水管道系统不变。增加了流化风室及布风板、风帽，阻力大大增加，原有风机压头不能满足要求，所以选用高压头送风机。引风机也需改型。在炉膛出口设置分离器和返料器，经分离器分离下的颗粒可实现炉内循环，增加其停留时间，这样大大提高燃烧效率，且尾部受热面的磨损程序大大减轻。
4.2垃圾处理系统
生活垃圾由汽车运至厂内垃圾储存仓，在厂内渣场位置建一座半地下的全密封的垃圾库。
与现在的输煤栈桥并行建一条密封的耐腐蚀的垃圾输送皮带。垃圾储存仓内设有破碎机，单梁吊车。并设有电磁去铁器、污水泵等。垃圾运至库内，经垃圾炉前处理系统送入炉内。预处理系统一方面可打碎特大垃圾及塑料袋、木板、玻璃瓶、砖块石块等杂物，同时也可使垃圾均匀入炉，破碎后的垃圾用吊车抓到输送带上，送到炉前，经往复式给料机送入炉内。
采用吸风管将垃圾坑内散发的臭气吸至炉内，进行燃烧脱臭，不让垃圾臭气弥散。垃圾中的污水收集在坑底废液池内，然后经泵喷射至炉内流化床段上方焚烧，使其充分裂解，减少污染。
4.3焚烧系统
因垃圾焚烧炉是链条炉改造的，用石英砂或炉渣作床料。每小时燃烧垃圾6～9吨。垃圾进入焚烧炉后，与炽热的床料混合焚烧，由于流化床良好的横向混合特性，可确保床内焚烧能保持稳定运行。焚烧炉内设计温度和烟气停留时间分别为850℃和3秒左右，并保持强烈混合，使有害成分在炉膛内充分裂解和破坏。高温烟气从炉膛出口至过热器、省煤器、空气预热器、烟气处理装置和电除尘器，最后经烟囱排入大气。
由于垃圾热值受来源、气候、季节等因素的影响很大，为达到高效低污染焚烧的目的，用煤充当辅助燃料。
点火采用床下自动点火系统，经预燃室进入风室，关入炉膛。
整个除灰系统处于干式密封状态，因此避免了厂区内粉尘污染和污水污染，排出的灰渣可综合利用。
4.4热工控制系统
焚烧炉采集了较全面的运行参数，供垃圾焚烧炉运行调节、操作与检测，主要参数有各主要部分的温度显示与记录，各主要部分的压力显示，主要管路的流量，炉膛含氧量。另外控制系统除含有常规温度、压力、流量、远控、报警等功能外，还配套垃圾预处理及焚烧炉内重要部位的实时工业电视监视。考虑到垃圾的脏臭等特殊性，绝大多数的调节手段均集中于主控室内，使运行人员工作强度降低，提高了工作效率。
4.5锅炉厂用电系统
本期工程厂用电采用380伏电压，利用原有的厂用电系统。本期工程不再增加低压厂用变压器。
4.6环保措施
垃圾流化床锅炉是城市解决环保问题的重要设施，对保护环境、减少污染起到了很大的作用。垃圾处理实现了减量化、资源化、无害化，解决了困扰城市发展的一大难题，保护了人民身心健康，美化了城市环境，提高了人民的生活质量。垃圾流化床锅炉本身亦采取了一系列措施来解决产生的污染问题。
4.6.1建立全密封的垃圾库。将垃圾存放在垃圾库中，并用吸风管将垃圾坑内散发的恶气送入炉内做二次风，运行燃烧脱臭；垃圾底部设有一废液池，收集污水，当达到一定量后，把污水喷射到炉内流化床段上方焚烧，使用充分分解，减少污染。
4.6.2垃圾在垃圾库中经简单破碎后，经一条全密封的皮带送入炉内。炉内设计温度为850℃左右，烟气停留时间为3秒左右，炉内床料并保持充分混合，使有害成分在炉膛内充分裂解、破坏、焚烧。
4.6.3采取较全面的防止二次污染的措施，对焚烧时产生的有害的物质进行了处理，可将NOX、SO2及HCl等气体控制在国家标准之下。为进一步净化尾气，在尾部安装了脱除有害气体的烟气处理装置。炉渣呈干态排出，无渣坑废水，亦不需处理重金属污水的设备。
当处理含硫或含氯高的垃圾时，基于流化床燃烧方式的优点，采用炉内加石灰石可脱除SO2和HCl。
4.6.4由焚烧炉尾部排出的飞灰经过电除尘器，飞灰浓度低于国家标准，排出烟囱。整个系统处于干式密闭状况，因此避免了厂区内的粉尘污染和污水污染，排出的灰渣可综合利用。
5垃圾焚烧发电项目的经济性分析
热电厂现有的三台35t/h链条炉改造为流化床垃圾焚烧炉后，日处理垃圾能达到600吨，配置一台C12MW的汽轮发电机组，原热力系统、汽水系统、输煤系统不变，新建垃圾处理系统。项目经济性分析如下：
整个改造工程需要投资4800万元左右；
销售收入按设备的容量计算，销售电、汽年收入约5360万元；
年运行费用约4100万元；
年销售税金及附加费约350万元；
年获利润约900万元(包括所得税)；
项目投资回收期约5.5年；
总投资利率约18.8%；
总投资利税率约26.2%；
该项目在财务上是可行的。
垃圾焚烧发电供热项目是一项社会公益事业，主要体现了社会效益。同时热电厂通过技术改造，设备更新换代，取得了一定的经济效益，找到了新的经济增长点，实现了热电厂的可持续发展。
6结束语
6.1结论
6.1.1城市生活垃圾焚烧发电供热属一项新兴的产业，它解决了城市垃圾造成的污染。与填埋、堆肥相比节省了大量土地，减少了二次污染，同时充分利用了再生能源，达到了对垃圾处理的减容化、无害化、资源化的目的，社会效益显著。
6.1.2城市生活垃圾焚烧技术已日渐成熟，已实现了垃圾焚烧炉设备全部国产化，并有示范工程，而且已显示出它的可靠性、稳定性。我国的垃圾焚烧发电供热事业已初露端倪，并已纳入产业化轨道，其发展势头迅猛。据有关部门资料介绍，北京、天津、武汉、长沙、南京、温州、汕头、珠海、中山等城市都有发展规划。至2000年，全国将建有大中型垃圾发电厂3～5座，小型工厂10～15座，至2010年，各地将建有各类垃圾能源工厂150～200座。我省已有荷泽、平度、枣庄等市垃圾发电厂已立项及设备订货。
6.1.3热电厂的原有锅炉设备特别是35t/h链条炉效率低，要求煤种好，需要进行更新改造。改为垃圾焚烧锅炉后，技术水平高，是一条优化组合资产，节能降耗，提高经济效益的开拓之路。
6.2建议
城市生活垃圾焚烧发电供热工程是一个社会公益和环保事业，它体现出巨大的社会环保效益，并且又是一个投资高，技术密集型的企业。就其性质来讲，它属于综合利用高新技术产业项目。它的发展需得到各级政府及有关行业的支持配合，国家应加大力度，研究落实扶持政策，促进该项目顺利运行。它应该享受有关的优惠政策。
6.2.1按照国家有关规定，该项目银行应优先安排基本建设贷款，并给予一定比例的财政贴息。
6.2.2垃圾发电的电量应全部上网，电力主管部门不安排该项目机组作调峰运行。
6.2.3垃圾发电供热机组的并网运行电价、供热热价在还款期内应实行“生产成本+本付息+合理利润”的定价原则。
篇2
准专家系统模式的计算机整定计算能够解决以往的软件应用到110kV电网时所遇到的问题，其主要依据有两点：110kV电网结构的变化和计算机技术的发展。
1.1、110kV电网形成单电源的辐射结构，简化了整定计算
随着220kV的主输电网络的形成，原来的110kV环网得以解环运行，从而形成了以220kV变电站为中心电源的辐射型结构的分区网络，使得110kV的电网结构大大地简化。由于不再考虑电磁环，也使得110kV电网的整定计算软件的开发思路发生了重大改变。解环运行之后，分区网络的规模较以前减少了许多，各电力元件之间的保护配合关系变得非常简单，如果仍沿用节点方程的方法进行整定计算，一方面将简单问题复杂化，另一方面仍不能解决短线群、T接线、小电源的问题。准专家模式是将电力元件的所有的整定配合关系归纳为相应的用计算公式表示的规则（由于不存在电磁环，这些规则的数目及复杂程度都大大降低），然后由整定人选择所整定的电力元件的整定规则。这种模式简单、直观，对整定计算全过程可进行有效的控制。
1.2、计算机技术的发展为新模式提供强大的技术支持
最早进行整定计算软件的开发大约是在七八十年代，现在计算机软硬件的技术水平同当时相比不可同日而语。当时编制软件最先要考虑的是软件的运行速度以及数据的存储容量，其次才是用户界面，而以目前的计算机技术水平，对于编制这种规模的软件，其运算速度及数据存储容量可以不予考虑，因此其重点应该是良好的用户界面。准专家系统模式完全在系统一次图形界面上完成参数数据的输入、计算过程的控制、计算结果的输出，大大降低了使用者掌握软件的难度，不经培训就可以方便地使用。
2、整定计算的实施方案
2.1、方案总体设计
该方案由以下几个模块组成：电网拓扑绘图模块、参数数据输入模块、短路电流计算模块、整定计算规则模块、整定计算模块、ODBC接口模块。
由图1可以看出，整定计算的全过程都是在系统一次图形的界面下完成，不需要使用者对底层进行操作。在专用的电网拓扑绘图模块下，一次图一旦绘好，网络数据的拓扑结构就建成，结构中各单元同系统各元件一一对应，这种对应是由软件完成，毋需人工干预；参数数据库、短路电流数据库、规则库都是整定计算的数据源，其中参数数据库、短路电流数据库与系统一次结构紧密相关，当系统一次结构变化后，这两个数据库的内容相应修改。整定规则库则完全独立，其修改、补充等操作单独进行。
2.2、功能模块介绍
2.2.1、电网拓扑绘图模块
电网拓扑绘图模块是一个面向对象的电网绘图工具，能够支持全屏幕动态缩放、屏幕漫游，以基本图元（如线路、断路器、变压器等）为绘图单位，进行系统一次网络图的绘制，各图元通过定义形成网络拓扑结构，性能优良且操作方便。除了具有图形编辑软件的一般功能外，它的最大特点在于可以无隙地嵌入数据库和保护整定计算模块。因此，该模块实际上充当了本系统的用户交互界面，用户在图上即可进行数据库操作并可启动线路或变压器的保护整定计算。
2.2.2、参数数据输入模块
在系统一次图上，在定义好的图元上输入参数数据，经过计算机处理后形成参数数据库，并同网络拓扑结构一一对应。参数数据能够在系统一次图上打印出来。
2.2.3、短路电流计算模块
利用已形成的网络拓扑结果及参数数据库，以各母线为故障点，计算大小运行方式下三相短路、两相短路、单相接地、两相短路接地的故障电流，形成短路电流数据库，并能够以一定格式输出打印。
2.2.4、整定计算规则模块
以单电源辐射型网络为主要整定对象，充分考虑短线群、T接线、小电源对整定计算的影响，将各种保护的整定方法总结、归纳，形成标准化、公式化的规则库。
2.2.5、整定计算模块
模块分为整定设置、线路保护整定及元件保护整定三部分。整定计算所需的有关系数要求，例如灵敏系数、可靠系数、配合系数、整定原则等，整定前在整定设置菜单下填入。
线路保护整定计算分三种方式：
1）全自动方式：所有整定步骤由计算机完成，没有人工干预；
2）半自动方式：由人工指定失配点及失配参数，计算机完成后面的工作；
3）全人工方式：全部整定步骤采用问答式，由整定人逐步完成，每一步的计算结果均在屏幕显示。
保护整定均在系统网络界面上进行，根据用户在系统一次图上选定的电力元件，直接启动相应保护的整定计算模块，通过调用参数数据库、短路电流数据库、规则库的内容进行计算，计算过程可人工干预。
所有的计算结果均以整定计算书的形式输出。
2.2.6、ODBC接口模块
整定计算是在一次图形界面上完成的，要通过ODBC（OpenDataBaseConnectivity，开放数据库互联）将参数数据、短路电流数据以及网络拓扑结构参数结合起来，完成相应的计算。
2.3、方案的特点
该方案具有以下特点：
1）数学模型简单
由于以单电源辐射型网络作为整定计算的对象，大大简化了整定计算的数学模型，从而使整定计算的复杂程度大大降低。
2）人机界面友好
数学模型简单使开发者在开发平台的选择上有很大的余地，不用对平台的数学计算能力有太高要求，因此可以充分利用近年来推出的优秀商业软件，从用户角度开发出具有直观、简单、灵活的人机界面的软件。
3）输入输出设计灵活
参数的输入完全在系统一次图形界面上完成，彻底摈弃了过去需要用户做节点编号、做数据文件的方法，大大降低了工作量。计算结果的输出有两种方式，一是在屏幕输出，这样可以让整定人监视整定计算的每一个步骤，这对于整定计算的审核十分有利；第二种方式是以整定计算书的形式输出，可以文本格式进行编辑，由于目前微机保护的许多小定值不是计算的结果，而是运行方式的一些具体要求，因此对整定计算书进行必要的编辑，一方面使计算书更加完整，另一方面对无纸化办公也有一定的意义。
3、开发软件的选择
3.1、软件运行平台：中文Windows95
中文Windows95是一个32位的操作系统，它是专门为中国大陆的用户而设计的，因此它具有内置的双字节汉字内核，无需再外挂中文平台即可显示汉字，极大地方便了国内用户。Windows95与Windows3.X以及DOS相比较，有操作容易、支持抢先式多任务、运行稳定等优点。
3.2、数据库接口工具：MicrosoftODBC2.0
MicrosoftODBC2.0是一个由微软公司在90年代初提出的开放式数据库互连的标准，发展到现在在技术上已相当成熟，几乎所有主要的数据库开发商都提供了相应的ODBC驱动程序。ODBC的优点在于它使程序员无须关心他所要存取的数据源的类型、位置和格式等。他只需调用相同的API函数来和ODBC接口打交道即可，直接和某个特定的数据库交互则由ODBC来完成。这样，一方面使程序员的工作量大为减轻，另一方面使得程序更加灵活，因为当低层数据库发生变化（如数据库由DBASE变为ACCESS）时，庆用程序不须做较大的改动可适应新的数据源。
3.3、数据库开发软件：MicrosoftAccess97中文版
MicrosoftAccess97中文版是微软公司在1997年推出的最新的数据库开发及管理软件，它在小型的数据库应用中具有许多优点。它是一个台式的关系型数据库，但同时又可被应用到客户／服务器数据库前端机的开发应用中。它生成的数据库仅由一个文件组成，极易管理。而且，它的开发平台是基于Windows95的，能充分利用其稳定、多任务的优势，并给开发人员一个良好的开发界面，操作相当容易。它具有以下特点：
（1）Access支持多种数据形式，可以从FoxPro，Paradox3.X，Lotus1-2-3.X，Dbase，Lotus1-2-3，MicrosoftExcel和Betrieve中引入数据。
（2）提供一整套极富特色的集成窗口式菜单开发环境，所有对象的属性采用窗口式表达，大大减少了编程语言，使得建立、编辑和调试一个应用程序既轻松又快速。
（3）Access本身并不是一个面向对象的数据库系统（OODBMS），但它是一个面向对象的开发环境。超级秘书网
（4）Access引入了SQL数据库标准查询语言，用户可能直接在程序中嵌入SQL语言，从而使Access成为比较完善的关系数据库系统。
（5）在Access中，可使用WindowsAPI函数，支持OLE和DDE.
（6）Access中的数据库安全控制机制也是传统的数据库无法比拟的。
3.4、编程语言：MicrosoftVisualC++5.0
篇3
一、机电一体化技术的发展历程
“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。
80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。
信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。
进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了21世纪。
二、典型机电一体化产品的发展趋势
（一）数控机床
目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320万台），但数控机床只占约5％且大多数是普通数控（发达国家数控机床占10％）。近些年来数控机床为适应加工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。
1．高速化。由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移动速度由过去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可达15G；直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。
2．高精度化。数控机床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0005mm左右；纳米级机床达到0.005～0.01um；最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已问世。
数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1u的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，并可进行自动拐角处理等。
3．复合加工，新结构机床大量出现。如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各种新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。
4．使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。
5．数控机床的开放性和联网管理。数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。
（二）自动机与自动生产线
在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：2000～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。
三、机电一体化技术的发展趋势
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：
（一）光机电一体化方向
一般机电一体化系统是由传感系统、能源（下转第80页）（上接第81页）（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。
（二）柔性化方向
未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
（三）智能化方向
今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。
四、仿生物系统化方向
今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。
五、微型化方向
目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”机体，执行结构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。
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党的十六届五中全会提出了建设社会主义新农村的重大历史任务，这是推进全面建设小康社会和现代化进程的一项重要战略举措。国家电网公司适时召开了“新农村、新电力、新服务”工作会议，制定了《国家电网公司服务社会主义新农村建设工作的指导意见》，用以指导和推动服务社会主义新农村建设工作。目前，我国农电系统面临着重大的发展机遇和挑战，要求我们对农电系统的现实状况和发展目标及任务做出充分的分析与判断，才能为社会主义新农村建设提供优质、高效的服务。本文主要对我国农电系统的技术发展现状、存在问题，以及今后各方面技术的发展方向进行了一些探讨。
1农电系统发展现状分析
1.1“两改一同价”与“十五”建设取得的成绩
实施“两改一同价”以来，农村电网建设大大加强，有力地推动了农村经济的发展，农村用电量占全社会用电量的比例逐年提升。农村电气化事业的发展，对扩大内需，推动国民经济增长，促进农村产业结构调整，起到了积极的推动作用。“两改一同价”的实施，从根本上解决了长期以来制约农村经济社会发展和农民生活质量提高的农村电价过高问题，带动了相关产业发展，发挥了重大而深远的作用。归纳起来，经过实施“两改一同价”与“十五”期间的建设，农电系统取得的成绩集中体现在如下几个方面：
（1）农村电网更加坚强。通过农电系统科技规划和农村电网建设与改造工程的实施，改善了农电系统布局，提高了电网的供电能力和自动化水平，降低了电网损耗，很大程度上改变了农村电网结构不尽合理，网架薄弱，多数县级电网为单电源供电，中低压线路供电半径过长的不合理局面。农电系统的供电能力、安全性、可靠性及电能质量水平都获得了较大幅度的提高。
（2）电网装备水平和科技含量明显提高。农电系统大力推广新技术、新设备、新材料、新工艺，取得了显著效果。节能型配电变压器占有率达95.5%以上，35kV及以上电压等级有载调压主变压器占有率达到60%以上；实现开关无油化的35kV及以上变电所占有率达到58.8%；微机保护和综合自动化装置占有率达90%以上，无人值班的35kV及以上变电所占有率达49.5%；35kV及以上小型化变电所占有率达25.6%；推广使用了782个35kV箱式变电所；非晶合金配电变压器和调容配电变压器得到了应用；基本淘汰了高耗能配电变压器、过励磁变压器、铝线圈变压器、多油开关、阀型避雷器、电磁型保护装置。
（3）通信技术、自动化技术、计算机和网络技术得到广泛应用。随着通信技术和自动化技术的发展，县级调度自动化技术和配网自动化技术得到了快速普及和发展。“十五”期末，农电系统613个县级调度自动化系统已经建设完成，其中通过实用化验收的县级调度自动化系统达538个；完成配网自动化系统建设26个；完成调配合一自动化系统建设25个。
（4）现代化管理水平得到显著提升。技术比较成熟的财务管理系统、用电营销管理系统、线损理论计算系统、95598客户服务系统、办公自动化系统等得到了广泛使用；生产管理系统、负荷预测系统、远程集中抄表系统、远程视频会议系统得到了应用。“十五”期末有970个县实现了办公自动化，有666个县建立了生产管理MIS系统，有540个县实现了负荷控制和需求侧管理，有1270个县开通了95598客户服务系统。
（5）农电系统线损率、供电可靠率和电压合格率指标逐年改善。通过大规模的农电系统建设与改造，不断采取技术降损和管理降损措施，农电系统线损率指标得到不断地改善。农电系统的电压合格率和供电可靠率的调控手段和能力得到不断加强和提高，变电所内电容器补偿容量占主变压器容量的比例达到15.2%；安全性评价、带电作业和状态检修技术得到推广应用，各类电压监测仪及供电可靠性管理软件得到推广普及，电压合格率和供电可靠率水平得到不断提高，“十五”期末农电系统客户端电压合格率达到95%；供电可靠率RS1达到了99.2%，RS3达到了99.6%。
（6）农电系统科技人才队伍得到发展。通过不断加强农电系统科技人才队伍建设，农电系统科技人才的数量和质量水平都有了不同程度的提高，“十五”期末农电系统专业技术人员占农电系统总人数的比例达到27.47%，比“九五”期末提高6.19个百分点。
1.2存在问题
同时，农电系统的科技进步与发展也面临着一些问题，集中表现在如下几个方面。
（1）农网科技发展的长效投资机制没有形成，限制了农网科技工作的可持续发展。由于农电事业在社会发展、电力事业中的特殊性，世界各国都给予了特殊的政策倾斜和扶持，但在我国还缺乏在政策上的持续支持和健全的机制体制保障。农网改造工程结束后，由于没有持续的资金投入，农电企业缺乏自我积累发展的机制，建设改造资金短缺。
（2）农网科技进步管理体系和激励机制还不够健全和完善，农网系统、科研机构、生产企业等各方面的积极性和优势没能得到充分的调动，针对农网系统生产运行和建设运营中存在的热点、难点问题进行的研究开发项目较少，一些难点问题不能得到及时解决。
（3）现有的农网科技队伍，还不能满足农网科研开发、推广应用新产品、新技术的要求。由于农网的行业特点，其对科技人员的数量和专业面要求都很宽广，科技队伍建设已成为制约农电技术进步的主要因素。
（4）农村电网相关技术标准、工作标准、管理标准不够健全。淘汰、制定、修改农电相关标准的工作任务相当大，目前投入的人力、物力与实际需要差距较大。
（5）农村电网信息化建设没有统一的规划和规约，重复开发、孤岛运行，造成资源浪费。
（6）安全生产和农村安全用电缺乏先进有效的控制手段。农网安全管理基础不牢固,人员设备管理需进一步加强；由于农村电网改造不彻底，加之农村用电点多线长面广，设施安全可靠性较城网差距较大；农网改造后，农村电力资产维护界限不够明晰，属用户产权的用电设施安全可靠性不高，加大了企业的工作量和工作难度，也引发出一系列延伸服务带来的安全责任和服务责任；窃电、外力破坏和盗窃电力设施等违法案件屡禁不止，造成企业经济损失的同时严重威胁着电网安全。
（7）农电服务水平需要进一步提升。随着农村经济的发展和农民生活水平的提高，对农村用电安全、质量、可靠性要求越来越高。农村用电服务的方便性、规范性都还有差距。现代化技术手段在农电服务中的作用还远没有发挥出来。
2农电科技发展的基本方向
《国家电网公司农网“十一五”科技发展规划纲要》围绕国家电网公司“一强三优”的战略发展目标、“三抓一创”工作思路与农网可持续发展的原则，密切结合“县供电企业创一流”及“同业对标”工作安排，明确提出了以切实提高农网在电网建设、供电质量、节能降损、自动化与信息化建设、“四新”技术应用、企业管理、优质服务等方面的科技发展目标。
该规划纲要将大力推行“科技兴电”战略，贯彻国家科技政策，加大农网科技投入；坚持统一规划，统一标准，实现资源优化配置，避免低水平重复开发和建设；坚持安全可靠、技术先进、经济实用、因地制宜、符合国情；坚持长远目标和近期需求相结合，突出重点，循序渐进；坚持自主研发与引进吸收相结合，建立和完善自主创新机制，积极推广成熟适用的“四新”技术；坚持降损节能、保护环境、节省耕地，促进节约型社会的建设，实现社会效益和经济效益的共同提高；坚持“以人为本”，服务“三农”，注重人才培养，不断提高农网供电能力和供电质量，作为未来农电系统科技发展的基本原则，明确了农电系统科技发展方向和任务。
2.1电网建设
电网建设方面重点研究与推广的内容主要包括：
(1)研究适合于不同地域、不同经济发展水平，符合农村经济和用电负荷发展特点，在电压等级组合、变电所布局、供电范围、变压器容量配置和网络接线等方面进行充分优化论证的农网建设方案。
(2)研究适合农网负荷变化特点的主、配变容量选择和变压器负载率、主干线电流密度、供电半径的合理配置方案。
(3)研究建立农网中低压配电网络指标评价体系。
(4)完善基于地理信息系统开发的农村电网规划软件和管理系统。
(5)推广应用农网10kV及以下工程和35～110kV（66
kV）变电所典型设计；推广应用10～110kV（66kV）组合式箱式变电所。
(6)推广使用变电所户外组合电器、小型化的一次电气设备；研究开发35kV以上电压等级和10kV大容量调容变压器；推广使用S11型及以上的节能型变压器，积极推广应用非晶合金铁心配电变压器；推广应用外露带电体绝缘化的配电变压器；积极推广使用配电变压器用新型熔断器和金属氧化物避雷器；推广应用复合绝缘材料制造的电气设备和线路绝缘子。
(7)制定集保护、控制、计量、无功补偿、防雷等功能于一体的多功能配电柜选用标准。
2.2自动化建设
自动化建设方面重点研究与推广的主要内容包括：
（1）研究适合于农网特点的运行可靠、维护方便、功能完备的配网自动化系统方案，特别是FTU模式馈线自动化系统。积极开展农网配电自动化系统工程的应用试点，在城区、重要城镇、工业园区等区域努力实现配网自动化的馈线自动化（DA）功能，努力实施配网自动化系统的配电网监控功能和就地控制功能，因地制宜扩展管理和地理信息系统（GIS）功能。
（2）积极推广使用最新的计算机操作系统、数据库技术、图形技术、网络通信技术、多媒体等技术。依据《国家电网公司农村电网自动化及通信系统建设技术导则》的大、中、小型调度自动化系统建设模式，建设完成600个实现SCADA功能的小型县级调度自动化系统；建设完成400个实现SCADA功能、电网应用分析（PAS）等功能的中型县级调度自动化系统；建设完成200个实现SCADA功能、电网应用分析（PAS）、电能量计量、配网自动化等功能的大型县级调度自动化系统。
（3）积极采用计算机系统安全防护措施，保证县级调度自动化系统、配网自动化系统运行安全。
（4）推广应用变电所遥视系统，有效解决变电所现场可视化及环境监控问题。
（5）积极探索农村电网经济适用的通信技术，重点解决农村电网偏远变电所、配网自动化、低压集中抄表中的通信问题。在自动化系统推广公共通信网络的应用模式，完善公共通信网络在自动化系统应用中的安全技术措施。
2.3信息化建设
信息化建设方面重点研究与推广的主要内容包括：①研究企业管理的数据信息流，建立统一的数据规范，消除信息孤岛，实现数据资源共享。②深入研究网络、信息技术在农网管理中的应用，制定农网管理综合信息系统规范和实用化标准。③积极应用国内外成熟的信息安全技术及产品，做好农村电力信息安全工作。
2.4安全生产管理
安全生产管理方面重点研究与推广的主要内容包括：
（1）推广应用供电可靠性评估技术。建立适应本地区的输配电网、中低压用户的可靠性统计管理及决策专家系统，对电网运行数据进行综合分析，对设备的运行状态和寿命进行评估，实现可靠性目标管理。
（2）研究推广以状态检修为特征的设备优化检修、主设备监控和诊断技术，开发适应农网的事故诊断装置。推广应用先进实用的在线监测技术和设备，有效地对设备进行在线监督、分析和诊断，实现设备的优化检修，提高设备运行管理水平和供电可靠性。
（3）推广应用高电压等级带电作业技术和带电作业设备，努力提高中压用户的供电可靠性。
（4）推广应用降损节能新技术；研究开发新型节能技术和设备及配电网络线损在线计算软件，有效降低电能损失；推广农村电网电压和无功综合调控方法，推广应用自动无功静态补偿和动态补偿新技术，采用电压无功的综合调控方法，实现无功电源和无功补偿最优化，实现农网无功分层、分区、就地平衡，进一步降低线损，节约能源。
（5）研究推广先进实用的电能质量控制技术。建立电能质量实时监测及监督管理体系，开展电网谐波污染的预防、测量和分析工作，积极采用改善电能质量的抑制干扰和降低电能污染的控制措施。
（6）开展电网故障、负荷控制、运行方式、运行状态、经济运行和环保状况等方面的分析研究工作。
（7）采用先进的安全生产管理技术和管理手段，开展安全性评价和标准化作业工作，应用“两票”管理系统和安全违章预控系统，有效地预防人身和设备事故的发生。
（8）研究推广中低压配电网防人身触电的技术措施。
（9）研究推广农网电力设施防外力破坏和防盗窃的技术措施。
2.5营销管理和服务
营销管理和优质服务方面重点研究与推广的主要内容包括：①制定营销信息管理规范；完善营销信息管理系统、95598客户服务信息管理系统、供电所规范化管理系统等数据整合平台。②按照统一规划的原则，建设具备电能计量、电费回收、业扩报装、决策分析等综合功能的电力营销信息管理系统。③全面推广具备用户咨询、查询、事故报修、投诉举报、停电预报、业扩报装等功能的95598客户服务系统，实现农网服务的信息化和社会化。④研究开发用电需求侧管理系统，对受电容量在315
kVA及以上的用户加装负控装置，逐步实现农网重要负荷的有效监控。⑤有条件的地区逐步推广使用远程（集中）抄表系统。⑥研究开发农网系统的电子商务应用系统。着重解决与银行、农村信用社、邮电、电信等联网后的电费代交以及网上业扩报装等问题。
2.6科技人才队伍建设
科技人才队伍建设方面重点研究的内容主要包括：①制定农网科技人才发展规划。②加强在职人员的继续教育，制定培训计划，利用现代化的培训手段，加强对员工的培训，不断提高职工队伍的科技素质。③提供优惠的用人条件，建立人才激励和保障机制，为推进农网的科技进步创造良好的环境。努力培养一批管理人才、专业技术人才、高级技能人才和既懂技术又懂经营的复合型人才队伍。④在国家电网公司、各网、省市公司建立农网科技人才专家库。
为确保农电系统科技发展目标的实现，贯彻科技工作“有效投入、投入有效”的基本原则，未来农电系统将在7个方面陆续推出相关政策和要求：建立科技创新和发展机制；加大农网科技投入；建立科技工作的激励机制；发挥典型示范作用，推动农网科技进步工作；加强技术标准化管理；加强国内外科技交流与合作；建立农网科技进步的服务体系。
3结语
建设社会主义新农村为农电事业发展带来了新的机遇，也提出了更高的要求。对照新农村“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的建设标准，当前的农村电气化技术还处在较低的水平。鉴于农电系统的特殊性，农电科技发展必然受到越来越高的重视，农电科技进步需要更多的关注和推动。
4参考文献
［1］国家电网公司农电管理与发展情况的调研报告，国家电网公司“新农村、新电力、新服务”工作会议文件，2006年3月.
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一、数字电视地面广播（DTTB）
在现代通信中，通信传输手段主要是光纤、卫星、数字微波等，加上地面无线电视广播电视发射构成信息主体。目前在我国数字电视按信号传输方式可以分为地面无线传输数字电视、卫星传输数字电视、有线传输数字电视三类。而移动电视是数字电视地面广播的重要应用。数字电视地面广播在应用需求上要求实现移动和便携接收的功能，使整个技术系统的要求最高。它具备无线数字系统所共有的优点，较之卫星接收，有实现容易、价格低廉的特点；较之有线接收不易受城市施工建设、自然灾害战争等因素造成的断网影响；数字电视地面广播通过电视台制高点天线发射无线电波，覆盖电视用户，用户通过接收天线和电视机收看电视节目，主要的受众也是针对本地区的。完善的数字电视地面广播系统所具备的蜂窝单频网功能，不仅提高了频谱的利用率，而且可应用与宽带无线接入市场；而移动和便携的独特优势使该系统能满足现代信息社会"信息到人"的要求，也就是无论何人何时在何地均能任意获取他想得到的信息。
二、移动接收所遇到的主要问题
移动接收采用的方式是无线数字信号发射、地面接收。因此，移动接收所遇到的问题之一就是衰落，这是所有无线通信系统都会遇到的问题。对于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服，但对于移动接收而言分集接收的方法显然不实用，因此衰落问题尤为突出。电波在沿地表传播中会受到各种阻碍物的反射、散射和吸收，实际到达收信天线处的电波除了来自发射天线的直接波外，还存在来自各种物体（包括地面）的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天线处形成干涉场，此外，在移动通信中，还存在因移动台（天线）的快速移动而划过颠簸的波节和波幅的驻播现象及由于多普勒效应而造成的相移，凡此种种原因，就使得实际移动台接收到的场强在振幅和相位上均随时随地在急骤变化，使信号很不稳定，这就是无线电波的衰落现象。衰落的严重程度通常随频率或路径长度的增加而增大。目前还无法对衰落进行精确的预测，但区分绕射衰落和多径衰落两种不同类型的衰落是十分重要的。前者为慢衰落，短期信号中值电平在长期中的起伏；后者为快衰落，即瞬时信号电平在短期中的起伏。这两种衰落的表现和影响是不同的。另外，与其他无线通信系统不同的是，移动接收的关键点是移动。因此，移动接收还存在一个其他无线通信不会遇到的问题，这就是多普勒效应。
在日常生活中，我们会注意到远处迎面驶来发出警报声的警车在离你越近时，汽笛声的音调越高。从警车到达你所在位置开始，音调开始降低，而当警车离开你后，听到的音调会越来越低，这种现象就称为多普勒效应。奥地利物理学家多普勒是这样解释这种现象的：朝你驶来的警车发出的声波对你而言稍微压缩从而相对集中，这时你听到的声音波长短于该声源静止时的波，而短波音调是高的。相反，离你而去的声源的声波稍微扩散，这时你听到的波长比该声源静止时的波长长，长波音调是低的，这样的效应对电磁波同样适用。比如一个趋近我们的天线发出的信号，它的频率高于该天线相对于我们静止时的频率，波长相对变短；相反，一个离我们远去的天线发出的信号，其频率则会低于该天线在相对我们静止时相对于我们的频率，波长相对变长。同时波长的位移量与天线的运动速度存在正比关系，即速度越快，则波长移动越大。以上现象就是多普勒效应（Doppler）。系统方面，移动接收还要考虑覆盖网的建设，接收机（特别是便携机）的耗电，接收天线的安装等问题。从基本原理考虑，模拟广播电视信号是不宜实现移动接收的。为了解决移动接收中遇到的问题，广播电视信号必须首先实现数字化。利用数字技术无线接收，可有效解决以上问题。只要在信号有效覆盖范围内，所有移动交通工具，只要配有接收设备，都可以接收数字移动电视信号。三、移动接收中的关键技术--OFDM
OFDM是正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）的缩写，是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整传输的技术措施。OFDM的基本原理是：高速信息数据流通过串/并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。OFDM的特点是各子载波相互正交，扩频调制后的频谱可相互重叠，不但减少了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。主要技术特点如下：1）可有效对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；2）通过各子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力；3）各子信道的正交调制和解调可通过离散傅利叶反变换和离散傅利叶变换实现；OFDM能够有效地对抗衰落和多普勒现象带来的负面影响，使受到干扰的信号能够可靠地接收。OFDM码率低，又加入了时间保护间隔，具有极强的抗干扰能力。其多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰。在有关移动接收的几种标准的制定过程中，都采用OFDM作为其核心技术。
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2 电气自动化控制技术的发展
2.1 智能化
电气自动化控制技术下的产品、系统等，能够根据指令智能化的完成操作，简化操作服务的流程。智能化是电气自动化控制技术的首要发展方向，正是由于智能化的要求，促使电气自动化控制技术与信息技术、通讯技术相互融合，注重技术中的性能开发，体现技术控制的速率。
2.2 节约化
节约化发展，是指电气自动化控制技术应用中实现了节能与环保。例如：电气自动化控制技术在照明系统中的应用，其可辅助使用新能源，同时控制照明灯具的使用，延长灯具的使用寿命，既可以保障能源利用的效率，又可以提高照明设备的质量。
2.3 信息化
电气自动化控制技术的信息化发展，改进了技术运行的方式，使电气自动化中，以信息控制为基础，引进互联网、物联网等理论，支持电气自动化的控制运行。
2.4 统一化
电气自动化控制技术拉近了各个行业之间的距离，融入各项技术的同时，朝向统一化的方向发展。在电气自动化控制技术的作用下，行业间遵循相同的设计标准，使用方法、维护策略等，都逐步统一，在降低行业建设难度的同时，体现统一化发展的优势[1]。电气自动化控制技术的统一化发展，消除了行业之间潜在的发展矛盾，提升行业资源的利用效率，加快了信息传输、使用的速率。
3 电气自动化控制技术的应用
3.1 工业
工业是应用最广泛的行业，因为工业规模较大，对电气自动化控制的需求大，所以我国积极推进电气自动化控制技术在工业中的应用，致力于改善传统工业的运营方式[2]。PLC是电气自动化控制技术的主要元件，其为一项可编程逻辑控制器，以工业企业为例，分析PLC的应用。该工业为机械制造企业，基于PLC的电气自动化控制技术，为机械制造系统提供了相关的控制，PLC根据机械制造的需求，编写了操作指令和逻辑运算程序，简化了机械制造生产系统的操作，而且PLC的准确度高，规避了该企业生产的误差，实现了机械制造的自动化、信息化生产，PLC写入编程后，控制了机械制造的过程，同时控制机械制造的参数，包括尺寸、温度信息等，按照该企业机械制造的指令，构成闭环生产方式，优化机械制造的工艺流程，而且该企业在PLC中设计了PID模块，通过PID子程序，准确控制PLC的内部编程，预防机械制造中出现问题。
3.2 交通业
电气自动化控制技术在交通业中的应用，不仅体现在车辆运输上，还表现在红绿灯、监控系统等方面。车辆上的元件、器件等，基本都是电气自动化控制技术的体现，提供专业的自动化控制，保障车辆通行的安全[3]。例如：电气自动化控制技术在电子眼中的应用，代替警察执法，实现自动化的违章取证，电子眼监督交通系统中的车辆运行，抓拍违法行为，提交到交通局的操作系统内，减轻了交通执法的工作负担，电气自动化控制技术弥补了电子眼的缺陷，促使其可更准确、更快速、更清晰地实现抓拍取证，提升电子眼对交通运输的监控能力，有效控制电子眼的运行，以免交通执法中出现漏洞。我国各地政府在交通业建设中，积极引进电气自动化控制技术，完善交通监控体系，目前，测速器、屏显等多个交通项目中，均涉及到电气自动化控制技术的使用。
3.3 农业
农业是我国经济发展的基础支持，为了推进农业的生产，引入电气自动化控制技术，全面建设智能农业，加快农业机械化的发展速度。以某地区农业中的大棚种植为例，分析电气自动化控制技术的应用。该地区传统的大棚种植，是根据农民种植经验分配工作，一旦控制不好温度、湿度，即会影响大棚种植的经济效益。研究人员将电气自动化控制技术引入到大棚种植内，以育秧大棚为对象，构建智能控制系统，大棚内安装不同属性的无线传感器，专门收集大棚内的环境参数，如：光照、含水量等，进行自动化的信息采集，传感器采集的信号传输到控制中心，比对标准的参数指标，种植人员掌握大棚育秧的实际情况，同时根据对比结果调节大棚内的环境，远程控制特定的设备。该大棚内部安装了高清视频，同样接入到控制中心，种植人员可以随时查看育秧的状态，电气自动化控制技术的应用，辅助构建管理平台，划分为四个功能模块，分布是传感采集、视频监控、智能分析和远程控制，整体控制育秧大棚的生长环境，为幼苗的培育提供优质的环境。
3.4 服务业
人们对服务业的需求非常大，目的是方便人们的日常生活，特别是在电子产品上，更是体现出服务业对电气自动化控制技术的需求。生活中的电子产品，大多应用了电气自动化控制技术，如：智能手机、ipad、跑步机等，表明电气自动化对服务业市场的推进作用[4]。近几年，电气自动化控制技术的应用，由服务业的电子产品，逐步转型到企业内，例如：餐饮服务中的“机器换人”概念，餐厅内，机器人取代人工服务，提供点菜、传菜等服务，机器人是餐饮业的发展趋势，表明电气自动化控制技术的重要性，此项技术在“机器换人”中，起到自动化的控制作用，是机器人开发中不可缺少的技术。
4 结束语
电气自动化技术的发展和应用，表明了该项技术在行业运营中的重要性，满足我国社会行业建设的基本需求。根据电气自动化控制技术的应用，落实发展策略，充分发挥电气自动化控制技术的潜力，保障其在未来的应价值。电气自动化控制技术的发展和应用，必须符合现代企业的需求，由此才能规范控制技术的实践应用。
参考文献
[1]贤阳.应用技术的发展是工业电气自动化系统的关键—2007年纽伦堡电气自动化（系统和部件）展览会纪实[J].自动化博览，2008，Z1：28-30.
[2]吴琦.煤矿电气自动化控制技术中单片机的应用[J].硅谷，2015，3：118+120.
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人类社会的可持续发展面临着环境恶化、资源短缺的严峻挑战，而取之不尽用之不竭的太阳能则成为新能源的首选之一。曾经在全球光伏产业的推动下，中国光伏产品已占据国际市场的大半壁江山，但却一直面临市场在外的困局。光伏产业经过数年爆发式增长，最终多个环节产能面临严重产能过剩。随着欧美对中国太阳能电池板的“双反”实施，近几年是中国光伏产业发展过程中的一个“寒冬”。光伏企业要应对“寒冬”，一是上游制造企业要提高自身的技术水平和产品质量；二是下游应用企业要抓住机遇，通过技术创新不断提高系统集成能力，致力于为客户提供优质可靠的系统设计方案。依据国家新能源政策的战略部署，结合上海电力学院的专业特色，我校相关太阳能光伏发电专业力图培养出合乎国家和社会需要的、满足光伏产业结构调整的市场需求的光伏材料及光伏系统设计专业方面的人才。有关专业以物理学为基础，系统学习基础物理学、固体物理、半导体物理等，使学生牢固掌握物理学基础理论。同时结合电力教学的优势，将太阳能电池技术、太阳能发电技术、电力分析基础、逆变器原理等作为专业必修课，培养太阳能发电技术行业的高层次专业人才。这样，学生在掌握光伏发电系统设计专门技能的同时具备更加扎实的理论知识基础和科技创新的潜力。其中《太阳能发电技术》包含了太阳辐射、光伏系统设计原理、部件选型、系统安装维护等内容，其教学目标是希望通过该课程的学习能使同学们能掌握太阳能发电系统的设计开发，为今后从事相关工作打下坚实的理论基础。作为最早开设《太阳能发电技术》课程的高等院校，由于该课程属于新课程教学，教学过程中受到教材、实验设备等各方面条件的限制，使用传统的教学方法效果不很理想。本文就近年教学过程中遇到的一些问题，针对目前的教学模式进行探讨。
一、加强课堂实验教学
《太阳能发电技术》作为光伏产业人才培养的基础性课程，主要讲述太阳辐射的相关知识、光伏发电系统的原理、系统设计、配件选型及系统安装维护等相关专业知识，这是一门实践性十分强的专业课程。在目前的教学过程中发现，单纯依靠理论知识讲解，学生很难对光伏系统有深入的理解。总结教学过程发现，在学习理论知识的同时如果能结合相关的实验、实践教学，则可大幅度提高教学质量与课堂教学效果，也能加深学生对知识点的理解与掌握，这就凸显了课程教学中实验环节的重要性。由于《太阳能发电技术》属于新课程，受到实验设备、实验条件和人员的限制，短时间内开展丰富实验教学有着一定的困难。但是，使用计算机软件仿真虚拟实验和设计就没有这方面的限制。因此，着手开发该课程的虚拟实验教学环境也是一种重要的方法。此外，在教学的过程中也可以根据教学的需要，动员学生与老师一起自行设计一些简单可行的实验设备，既可以加深学生对所学理论知识的理解，又能使学生能够得到全面的实际训练，还可以丰富该课程的教学资料。另外，在这个过程中，除了简单的验证性实验，还与控制类、综合设计类的实验相结合，提高了学生对已学知识的综合运用能力，加强了学生的动手能力和实践能力，使学生在走入社会后，能较快适应市场发展需要，提高就业竞争力。此前北京信息科技大学的白连平等[1]针对该课程就设计了一些可行性实验，如光伏阵列设计实验、太阳能路灯照明系统设计等。
二、开展校企合作教学
由于工科课程的实践特性，除了课堂的理论与实验之外，开展校企合作教学则是提高该课程教学效果的制胜法宝[2]。在前期的教学过程中作为实践教学曾经带学生到相关的光伏企业见习，在企业参观实习的结束之后，有些学生反映“公司实习4天比在学校2年学的东西都多”，这句话也让作为教育工作者的我们陷入沉思。现在学生学习知识的途径很多，他们更喜欢看到实际的操作而不是“纸上谈兵”。例如课堂上讲过单晶硅、多晶硅、薄膜太阳电池，而很多学生到了现场仍然分不清楚是什么类型的太阳电池组件；课堂上学习了晶体硅太阳电池的制备工艺，参观的时候学生还是提出为什么这些电池都是蓝色的，不能做成其他颜色呢？虽然这些基础的知识都已经在课堂上讲授过了，明显部分学生不知道或者不懂却从来没有人提出过，而在参观过程中他们都想到了这些问题，通过参观学习对这些知识有了更进一步的理解，充分说明了仅有课堂教学远远无法满足该课程的设置目标。因此，除了辅助的课堂实验教学或者视频演示之外，与相关企业开展校企合作教学也是提高学生认知能力的一项重要教学手段。这就要求在该课程的教学过程中，除了加强实验教学还必须加强学校和企业之间的合作，开展合作教育方可取得更好的教学成果。
三、将科研与新技术融入教学培养学生的科技创新能力
素质教育已经是高等院校的重中之重，学校有很多项目都涉及鼓励大学生科技创新，从近代科学技术的发展史我们也可以看出，年轻人在科技创新上有着巨大的潜力。而如何通过有效途径提高工科学生的科技创新能力也困扰着不少教师。同时作为高校教师大多也同时肩负着科研工作，怎么样将自己的科研工作融入日常教学并以此为基础培养学生的科技创新能力也是一个应该认真考虑的重要问题。大学生在科研领域的创新在国际上屡见不鲜，比如在超导领域，MgB2合金超导体以及NaCoO.H2O超导体都是由日本的本科生首先发现的。《太阳能电池技术》及《太阳能发电技术》课程的开设，为科研融入教学提供了良好的载体。太阳电池材料的研究是目前材料科学的一大热门研究领域，这样可以在教学过程中使学生了解到最新的材料研究，从而让学生了解到了什么是科研，科研对实际生活又有着怎样的影响，从而激发学生的学习兴趣。而《太阳能发电技术》主要包括太阳辐射、电池制造、组件制造、系统原理、系统设计、部件选型以及控制器逆变器原理等技术。它包含了多门理论性和实践性都很强的专业课程，涉及的知识面广、内容概念多，为大学生创新提供了一个良好的平台。学生在老师的指导下开展太阳能电池及发电技术的研究，查阅资料、进行光伏发电方案的设计，促使学生将所学的电学、材料学、物理学等学科联系起来。有利于调动学生的学习积极性，激发学生的科技创新兴趣，培养学生分析和解决问题的能力[3]。
四、课程考核形式多样化
基于该课程的实践性特点和教学目的，可以在传统卷面理论知识考核的基础上增加多样化的考核形式，比如系统设计作品展示、成果汇报等多种方式进行考核，综合考核专业知识、专业技能等方面。对采取不同方式、对各个不同方面进行考核的结果，通过一定的加权系数评定课程最终成绩。
五、小项目形式完成课程设计
在网络化的今天，课程设计面临的一大问题就是论文在网络上复制粘贴完成。而作为实践性较强的太阳能发电方向的毕业生，我们是否可以改变思路，课程设计不再局限于理论推导而转向实践性课程设计。指导老师可以根据地理情况和电网分布情况选择合适的条件用于学生自主设计光伏发电站，包括太阳能电站地点选择、可行性分析、电站规模及组成、蓄电池容量、光伏电站年发电量及经济效益、光伏电站整体布局（组件串并连设计、汇流箱排布、电缆连接、线管地槽整体排布、电缆规格及用量计算、线管规格及用量计算、配电房及看守房布置、支架定点图等）、系统防雷及监测、电网安全性等部分内容[4]。相信完成这样的课程设计，可以培养学生查阅文献和市场调研能力，对其今后独立从事光伏产业内业务是非常有帮助的。这样的课程设计比普通的论文撰写更能提高学生的专业水平，从而使学生的能力达到甚至超越该学科的培养目标。
本文根据《太阳能发电技术》的实际教学经验以及该课程的教学目标，探讨了在现有教学模式基础上需要进行的一些改进。作为工科应用型创新人才，最重要的是应该具有很强的独立获取和应用知识的能力，而传统的理论教学为主模式则很难让学生将书本知识与实际光伏工程结合起来，也就无法真正理解光伏发电系统。本文提出了加强实验教学、开展校企合作教学、将大学生创新融入教学以及改变传统的考核方式等，其实质都是为了改变目前理论教学为主体的教学模式，将实验、实践教学等过去不被重视的教学方式引入这些实践性较强的课程，探索新的教学模式，从而培养出更适合现代企业、社会所需的高层次人才，达到开设该专业的最终目标。
参考文献：
[1]白连平，张巧杰.光伏发电实验设计探讨[C].第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（2）：602-605，2008-04，中国陕西西安.
篇8
承办：河南农业大学
中国农业工程学会农村能源工程专业委员会
河南省农业工程学会
近年来，面对能源需求与资源环境保护的突出矛盾，发展可再生、清洁、环保的新能源已经成为我国节能减排、实现可持续发展的重要战略任务。农业和农村作为我国清洁能源生产与消费的重要领域，对国家节能减排目标的实现举足轻重。开发利用太阳能、生物质能、水能、风能、地热能以及低碳节能技术等，已经成为农业工程领域的研究热点。
为了加强学术交流，提升我国清洁能源及低碳节能技术的开发和利用水平，展示相关科研成果，推动技术进步和产业发展，由中国农业工程学会主办，河南农业大学、中国农业工程学会农村能源工程专业委员会、《农业工程学报》编辑部和河南省农业工程学会共同承办的“全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会”，定于2010年4月22～24日在河南省郑州市召开。会期3天，会后组织技术参观。
会议拟邀请国内各大专院校、科研院所、企业等单位从事清洁能源与低碳节能研究的专家、学者进行深入交流、成果推广，并为企业、厂商提供科技合作的平台。
会议征集论文并出版论文集，通过评审优秀的论文拟安排在《农业工程学报》(正刊)发表，基本通过审核的将在《农业工程学报》(增刊)上发表，正刊和增刊均送El收录。欢迎相关专家、学者、企业家、研究生参加此次大会，并踊跃投稿、展示、交流。
一、会议内容
会议主题：清洁能源与低碳技术研究新进展
1)清洁能源政策；2)藻类能源利用技术；3)生物质固体燃料技术；4)生物质液体燃料(生物柴油、乙醇等)技术；5)生物气化(CH4、H2)、生物质热解气化工程技术；6)生物质发电技术；7)太阳能光热利用技术；8)小水电；9)小风电；10)地热开发与热泵利用技术；11)低碳节能新技术。
二、会务费
1000元／人，在校研究生600元／人。
会议期间安排住宿，食宿费用自理。
三、参会报名截止日期及汇款方式
参会回执见附件，填好后发送至，报名截止2011年4月10日。收到报名信息后，将发邀请通知。
银行汇款开户行：农业银行北京朝阳路北支行户名：农业部规划设计研究院帐号：040101040009001。
邮局汇款北京市朝阳区麦子店街41号501室《农业工程学报》编辑部收，邮编100125。
汇款务请注明“学报会议费”字样，收款后统一开具发票。
四、联系方式
秦学敏电话：010-65929451，15110257104 简保权电话：010-65910066转2503，15010386132
篇9
目前，我国已超过美国，成为全球风电装机容量最大的国家，同时也成为风能设备最大的生产国。随着国内风电产业链日臻完善、研究规模不断扩大，成本下降非常显著，竞争力也逐渐增强，但是在产业链最上游的新型材料及半导体器件（控制芯片、电力电子器件等）研究方面仍较落后，主要研究工作集中在中下游的风电整机制造、关键零部件配套（发电机、电控、传动系统等）以及并网技术领域。
沈阳工业大学在风电整机制造方面具有很强的实力，是我国最早从事风力发电技术研究的少数高校之一，设置有风能技术研究所，师资力量完善，先后承担过多项大型横、纵向课题，成果显著。其设计的具有自主知识产权的1.5MW风电机组实现了产业化，占据一定的市场地位，产学研结合能力很强。
华北电力大学作为教育部直属高校中唯一的以电力为学科特色的大学，成立了国内首家“可再生能源学院”，下设风能与动力工程专业，未来还将筹备生物质发电和太阳能利用专业。研究内容以大容量风力发电接入，对电力系统安全、稳定运行的影响为主，主要研究包括：风电场建模与仿真、风能资源测量与评估、风力发电机组状态监测与故障诊断、风力发电机组只能控制与优化运行、低速风能利用策略与先进风力发电理论，充分发挥了其在电力系统方面的优势。
重庆大学机械传动国家重点实验室，借助其在机械传动领域的优势，在风电机组齿轮箱设计、动态特性研究、工作模态测量及制造工艺方面有深入的研究，并且产学研结合。
汕头大学新能源研究所在大型风电机组空气动力学、结构强度及结构动力学研究方面颇有作为，自行开发了大型风力机优化设计系列软件。
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室对风力发电系统中的液压技术有深入研究，包括风机制动系统、定桨距控制和变桨距控制等。
同济大学机械工程学院在风电机组叶片动力学分析、结构优化设计、刚柔耦合系统模型分析方面经验丰富。
东南大学在风力发电机研究、设计方面走在前列。近期又集合学校优势学科，建立了风力发电研究中心，致力于以风力发电为核心的可再生能源发电及应用技术的基础研究。
电控方面，清华大学、北京交通大学、中科院电工所都有很强的实力。清华大学电机工程与应用电子技术系原名电机工程系，历史悠悠，师资力量雄厚，在风电接入对电力系统影响、风电机组建模仿真、风电变流器设计及控制等方面有深入研究。北京交通大学电气工程学院早期隶属于铁道部，主要服务于我国轨道交通电传动装备产业，在大功率电力电子技术领域积累了丰富经验，研究实力在国内高校处于领先地位。新能源研究所成立后从事大功率风电机组（直驱或双馈）并网变流器、中大功率光伏发电逆变器、风电机组仿真及主控系统、微网技术研究，产学研结合能力很强。中科院电工所新能源发电技术研究组是国内最早研究风力发电、太阳光伏发电的单位之一，其大型并网风电机组控制及变流技术、变桨距控制技术以及风电场集中和远程监控技术等较成熟，还有一些特色研究工作包括：风/光互补、风/柴系统及其控制逆变技术、控制逆变技术等。
光伏发电
光伏发电具有系统简单以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电。太阳能发电主要分为并网电源系统和离网电源系统，目前大规模使用的主要是并网系统，一般包括光伏电池组件、光伏逆变器、配电柜、监控系统等。其中光伏电池组件将太阳能转化成电能，光伏逆变器与风能变流器类似，可以将光伏电池组件产生的不稳定电能变成稳定的电能并入电网。
我国光伏业正处在爆发式增长期，中国大陆和台湾的光伏电池厂商占全球总电池产量59%的份额。与风电产业链类似，除了最上游的化合物、硅片提纯、加工外，我国已形成了较完整的光伏产业链，包括晶体硅、薄膜电池片及组件加工、光伏逆变器、系统集成、能源投资商等。
国内高校对于光伏系统研究主要集中于工程应用方面，合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心是我国迄今为止唯一的专门从事光伏系统技术研究的国家重要的科学研究基地，挂靠合肥工业大学电气与自动化工程学院，主要从事光伏组件建模及仿真、光伏逆变器设计及控制、工程化应用等研究工作，产学研结合较好，承担多个大型光伏电站设计工作。
海外院校
由于新能源行业涉及领域多、范围广，以及我国新能源行业开始起步，人才的缺乏已经成为极为突出的问题，国家、社会、高校、企业都在积极努力培养这方面的人才，学生的择校就业也因此变得十分灵活。同时，也因为刚刚起步，目前面临的多是工程应用技术类问题，因此我们的相关研究工作主要分布在中下游，从前面的介绍也可以看出，在新能源上游高端领域，由于技术壁垒很高，国内的研究工作相对较少，但是可以选择留学欧美高校，得到更进一步的提高。
澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心，由有着“太阳能之父”之称的马丁·格林教授领导，专注光伏电池的研究，自上世纪80年代起，30年间毕业于新南威尔士大学光伏中心的中国留学生已经撑起了中国光伏产业的半壁江山。如今，在屈指可数的几大领头光伏企业中——尚德、中电光伏、英利、赛维LDK都有新南威尔士大学毕业生的身影，其科研实力可见一斑。
在欧洲，各国都十分重视新能源的开发利用。作为生态村理念的首创国，丹麦是能源问题解决得最好的国家之一。早在2006年，我国就与丹麦签署了“可再生能源”合作项目，国内许多高校分别与丹麦高校开展联系。丹麦奥尔堡大学能源技术学院在风力发电、分布式发电、电力系统、电力电子及控制技术等领域有深入研究经验，并且与许多国家和组织开展合作，产学研实力很强。特别是在风力发电领域优势突出，核心研究领域包括：风力发电机组及风电场的控制与监测、仿真、设计、优化。
随着新能源技术发展以及各项政策效应的逐步显现，开发利用新能源的成本将明显下降，为人类清洁能源利用和产业结构升级带来历史性机遇，新能源终将成为今后世界上的主要能源之一。
Tips：新能源材料与器件专业优势院校
文/南京航空航天大学 郭栋梁
该专业重点是研究与开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件（如通讯、汽车、医疗领域的动力电源），发展“新能源材料”(新型锂离子电池材料、新型燃料电池材料和新型太阳能电池材料)的学术研究方向。
新能源材料与器件专业设置，主要依托化学化工学院，跨能源科学、材料科学、化学等多个学科，拟培养能掌握新能源材料专业基本理论、基本知识和工程技术技能，掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法，了解新能源材料科学的发展方向，具备开发新能源材料、研究新工艺、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料专门人才。毕业生可在化学能源、太阳能及储能材料等新能源材料领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺设计等方面工作，也可继续攻读新能源材料及相关学科高层次专业学位。
新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。新能源材料与器件本科专业是适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴专业。
高校特色：
华东理工大学
以半导体材料技术、化学电源技术、太阳电池技术等为特色。未来就业集中在光伏太阳能、新能源开发和利用以及半导体材料器件的设计、化学电池开发等。
东南大学
依托电子科学与技术大类专业背景，专业内容侧重光电子材料及其应用方面，主要针对太阳能材料制备、检测和应用，可以拓展到生物能等其他新能源。
四川大学
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关键词：光伏发电;经济分析;发展预测
太阳能是地球能源的基本来源，因此，如何更好地利用太阳光发电，是人类一直面临的一个棘手的问题。太阳能是一项清洁性、安全性的能源，资源的来源广泛且充足，而且其具有很长的寿命，也不像其他能源那样，需要经常维护。基于这些其他能源不具备的特点，光伏能源被视为21世纪最有利用价值的能源。自上个世纪50年代，太阳能的应用已经从太阳能电池发展到如今太阳能光伏集成建筑等多个不同的领域。纵观全世界的光伏产业，也历经了半个世纪的发展，进入到21世纪之后，我国的光伏产业也渐渐地步入了高速的发展时期。因此，本文将以市场分析为基础，由四个方面来深入探讨技术经济：技术、企业产业、国家。
一、光伏产业的优点
光伏产业是一项绿色又环保的能源，因此被看作是一项战略性的朝阳性产业，各国给予光伏发电的很高的重视程度，并给予大力的扶持，原因如下：
1.《京都议定书》给予各国以压力，迫使各国政府落实积极开发各项清洁型能源，包含太阳能在内，这样有利于减少温室气体的排放。
2.中东是全球的石油主产区，因此，中东地区的政治趋势一直处于一种紧张的状态。为了保证稳定的能源供应，各国政府不得不大力开发国内能源，其中包含太阳能在内。
3.像石油、煤炭这些矿物能源在渐渐枯竭，各国政府不得不积极开发包含太阳能在内的可再生能源，这样才能使能源长期供应。基于以上几个原因，在上世纪末的最后十年，全国光伏发电产业以每年百分之二十的速度高速增长。在新千年以后的三十年中，全球光伏发电产业以每年百分之三十的速度高速增长。光伏能源是可再生能源中一项独具潜力的能源，它的重要性和战略性日益凸显，世界各国积极出台相关政策和法律鼓励光伏产业。自1999年来，世界各国尤其是美、日、德这些西方发达国家逐步推出了大型国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划，这在一定程度上推动了世界光伏产业的发展，世界光伏产业是比IT产业发展还快的产业。作为一项可再生清洁能源，在21世纪前半期，光伏发电将发展成最重要的基础能源。
二、光伏发电成本分析
(一)光伏发电成本和影响因素
光伏发电的成本，直接决定了其能否大规模的快速发展，和其在能源供应中的地位。光伏发电的成本主要受两方面因素的影响：光伏发电总成本以及总发电量。光伏发电成本主要是受初始投资的影响，诸如运行维护费、税收等因素则对系统的发电成本影响较小。1.初始投资。光伏电站的初始投资主要包含光伏组件、电缆、配电设备、并网逆变器等成本，在这其中，光伏组件投资的成本就占初始投资的一半以上。2.发电量。光伏发电系统的发电量受两个因素影响：太阳能资源、太阳发电的效率，与此同时，也受运行方式、线路耗损等因素的影响。因此，在中国与建筑结合在一起的光伏发电系统大多安装在东部沿海地区。3.单位电量成本。(也称度电成本)
(二)多种类型的光伏发电系统度电的成本分析
中国光伏发电市场的起步并不早，主要开展了投资补贴、特许权招标等项目，一些技术的经济分析并不能恰当地反映出成本所在，本文主要结合一些典型的运电站数据来分析。
1.聚光光伏电站的单位投资成本是比晶硅光伏要高的，聚光光伏电站度电成本比薄膜光伏电站要低，但仍然比大规模地面晶硅光伏电站要高一些。
2.薄膜光伏电站的单位成本比晶硅光伏电站的成本要低，但它的效率也低，而度电成本比晶硅光伏电站高。
(三)光伏发电系统度电成本的变化趋势
光伏系统的成本包含太阳电池组件、功率控制、组阵系统平衡、间接费用这四个部分。在这其中，组阵系统平衡涵盖了支撑组件的框架和支架、电线、基础土建和土地的使用费等。功率控制分为两个方面，逆变器和电器控制系统。简介费用包含涵盖了工程建设的管理费、工程设计费、建设期中的利息、意外的费用、运费等等。目前，制约光伏发电规模化发展的一大因素就是成本过高。随着电池效率的提高、组件成本的下降以及寿命的延长，光伏发电的成本和平价上网的水平相近，因此，光伏发电非常具有发电的竞争力。一些国际机构对未来光伏发电的系统度电成本做出了预测：现如今，中国并网光伏的发电单位的初始投资成本大约为15/W，光伏发电装机的容量是3GW。按照中国发电产业现有的发展趋势来看，在技术提升和装备国产化的大前提下，每年的投资成本会有百分之十的下降。按照《可再生能源十二五规划》的要求，到2015年年底，中国太阳能光伏发电的装机容量已经达到14GW。预计到2020年年底，太阳能光伏发电的装机容量会达到40GW，到2030年年底，装机容量会达到200GW。根据测算结果来看，2015年中国光伏发电的单位投资成本也大概是11元/W，2020年将会下降至10元/W，2030年会出现大幅下降，降至4元/W。太阳电池成本的下降，不仅仅是依靠技术进步，规模化的生产也在一定程度上降低了成本，使得成本有二分之一到三分之一的下降幅度。而系统平衡需要的构建成本也有了明显的下降。目前微电网的发电技术仍处于深入研究的阶段，虽然成本还是很高，但伴随着技术的不断革新和进步，成本也会逐步降低，未来光伏发电技术的前景是巨大的。2020年前，全球光伏发电的市场还是主要集中于欧盟地区，占到的比例约为百分之四十，2010~2020年，光伏发电在法国、德国、西班牙、意大利等国的地位逐步提升。2020年之后，光伏发电的新兴市场主要是中国、美国、巴西等国，光伏发电技术是重要的可再生能源发电技术。
三、光伏发电发展前景分析
1.多种光伏电池技术争相发展，第一代晶硅电池具有高校、低廉、使用广泛的主要用途，为市场主导。第二代薄膜电池成本低、耗能少，发展前景良好。第三代新型太阳能电池效率高但价格昂贵，目前仍处于探索阶段。
2.光伏微电网发电技术的发展方向是高成本和低稳定性光伏微电网是用光伏发电当作最主要的电源，它可以和其他的储能装置配合，直接在用户负荷周围供电，典型的微电网是可以脱离主网运行的，也可接到主网上运行，这样可以减少配电投资，大大减少了太阳能间歇性对用户带来的影响，这比较适合成本较高的边远山区和对供电有高可靠性的用户使用。
四、发展光伏产业的建议
综上所述，发展我国的光伏产业已经变得刻不容缓了。我国光伏产业的健康稳步发展，是与国家产业政策的宏观调控分不开的，国家各项政策的颁布和落实，将在很大程度上推动我国光伏产业的发展。
1.政府要做好带头作用，设立光伏产业发展的专项经费，更要在资金、电价、税收等方面制定相应的优惠政策，大力扶持。
2.技术上既要自主研发，又要学会技术引进，也可以和国内研究共同公关，建立健全一套创新的技术体系。
3.要以政府作为主导，多元化投资，建立一套完整的产业链，多方参与、共担风险，以更高的水平进行光伏技术师范建设项目。
4.努力培养国内的光伏市场，制定一套具体的分摊上网电价的实施细则，。5.对光伏产业的发展做出合理的规划。对行业标准的制定要加速，提升光伏产业在未来产业中的竞争力。
五、总结
总而言之，太阳能光伏发电是绿色、环保的可再生能源，光伏发电技术的发展前景非常可观，在2030~2050年间，光顾能源和常规能源在价格上会有真正的竞争力出现，因此，这必将成为我国多能互补能源中非常重要的组成部分。我国的光伏产业需要在市场的规范、设备国产化、提高技术支持、产业链的发展等方面继续努力。只有这样，中国的太阳能光伏产业才能跻身世界前列。
参考文献：
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[2]冯百乐.光伏发电在建筑中应用的技术经济和选型分析[J].山西建筑,2012(20).
[3]陈贶,王亮,王满仓.不同容量光伏发电单元的技术经济对比分析[J].有色冶金节能,2014(03).
[4]刘江建筑.屋顶太阳能光伏发电项目的分析研究[J].能源与节能,2014(06).
[5]顾文石,安白.景观带光伏发电项目技术经济分析及综合评价[D].华北电力大学(保定),2013.
技术经济学相关论文范文二：低碳经济与技术经济范式与路径思考
摘要：进入21世纪以来，在社会经济飞速发展的情况下，人与自然之间的矛盾激化，因此，找到一种能够让社会经济与自然环境和谐相处的低碳经济发展模式已经成为各个国家都极为重视的问题，这也是促使低碳经济模式成为不同国家共同发展的一个重要因素。文章主要针对低碳经济发展的技术范式以及发展路径的思考进行了全面详细的阐述，以期为我国经济发展过程中提供参考。
关键词：低碳经济;技术创新
在当前全球变暖越演越烈的情况下，低碳经济发展模式已经成为了各个国家的主要经济发展方式，以此来促进人与自然之间的和谐关系，这不仅是对自然环境的保护，同时也是对人体健康的保护。低碳环境带来的不仅是低污染生产，还能够减少排放，避免大量污染环境的物质排入到水流、土地、大气中，进一步对被人体吸收，导致大量疾病的滋生。因此，应当加大低碳经济的发展力度，并且对其中的技术经济范式以及发展路径要进行深入的思考。
一、低碳经济与低碳技术
低碳经济已经成为了当前社会上一种新兴的经济发展模式，该发展的模式核心内容主要是在当前市场相关机制的基础上来进行制度的创新以及制定，通过这样的方式来使得低碳经济发展模式能够不断地提高技术效能、减少资源使用，同时研究出可再生能源、减少温室气体排放等相应技术，使得绝大部分工业生产都能够走向低排放、低能耗的生产模式。而有着低排放、低能效效能的低碳经济发展模式必然会伴随着新的节能技术、增效技术、减排技术的发展而发展。只有在大量新型技术的带动下，并以创新的低碳技术作为指引，才能够不断推动低碳经济模式的发展。
二、目前我国低碳技术发展的现状
现阶段我国企业在低碳技术研发方面已经取得了明显成功，有些低碳产品甚至达到了中世界先进水平，其中最突出的就是新能源行业。比如，截止到2015年我国已经有82台超超临界机组在网运行，在世界范围内也处于领先地位。除此之外，在世界范围内，我国风力发电机组增长量也处于领先地位，2013年，风电机组增长量已经高于1600万千瓦;2015年风电装机容量已经超过了10000万千瓦，同比增长1474万千瓦，增长率达到了25%。除此之外，我国是世界范围内出口光伏组件最多的国家，全球有接近40%的光伏产品来自于我国。此外，中国是世界最大的太阳能热水器的生产者和消费者，占世界总产量的70%，约95%的太阳能热水器的核心技术为中国公司持有;中国企业生产出了全球首款单次充电可行驶400公里、并可容纳5位乘客的纯电动轿车;中国水泥余热发电效率世界领先，已开始向国外出口技术和设备。由中国科学院能源领域战略研究组编制的《中国至2050年能源科技发展路线图》指出我国近期低碳经济与新能源产业最重要的发展领域为：清洁煤技术、新能源汽车、智能电网、新能源规模发电等。中国在低碳领域取得了不小的成就，但中国的低碳技术发展仍然令人担忧。因为我们的技术仍以中低端为主。
1.风力发电技术虽然是中国发展最快的新能源行业，已具有1.5MW以下风机的整机生产能力，但是一些核心零部件，如轴承、变流器、控制系统、齿轮箱等的生产技术难关却迟迟未能攻克。
2.可再生能源发电并网一直是一大技术难题，其中重要原因是我国的智能电网建设水平较低，没有先进的电网调控和调度技术。3.在发展清洁煤技术方面，整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)相关项目刚刚启动，关键部件尚不能国产。在中国，常规火电站的投资约为每千瓦5000元人民币，而IGCC示范电站高达每千瓦1万余元，比常规火电站高出1倍多。
三、我国低碳经济下的技术创新路径选择
我国是一个人口数量众多的国家，人口数量位居全球第一，但是经济发展的速度却并不符合人口需求，生态环境也较为薄弱，极易受到气候变化的直接影响。目前我国还处在一个经济飞速发展时期，面临着减小贫富差距、大力发展经济、减少温室气体排放量等多个不同层面的重要工作同时发展，这导致我国要推广低碳经济发展模式的变得更加困难。也正是由于我国的国情较为特殊，因此我们不能照搬国外的低碳经济发展模式，应当从国外低碳经济发展模式中吸取能为我国所用的精华，从我国所特有的低碳经济发展之路。
1.对低碳技术研发给予政策、资金等方面的支持。不断完善我国的低碳技术开发政策，加强相关的政策以及制度，并且对我国的低碳经济发展模式的企业，予以大量的资金支持。①部分新型的能源技术一直以来都是世界上极其难以攻克的问题，而如果仅仅只依靠企业独立进行研发，必然是极其困难的，因此，政府必须要帮助企业在一方面加强与国际先进能源技术的合作以及交流，从而为我国新型能源技术的快速发展打下坚实的基础。②国家应当在涉及到公共基础设施的建设工作上，加大对低碳建设的力度，例如智能电网等，大量低碳技术应用在基础建设上，能够为国家节省资源和资金，减少排放。③国家应当扶助进行尖端领域的技术研究工作，使得我国的低碳技术能够不断的进步，不仅快速与国际尖端技术接轨，未来还要努力超越国际平均水平，例如在风力发电机上的相关核心技术等。④严格制定相应的低碳技术制度，以及战略规划，引导低碳技术的正确发展，避免盲目发展的现象出现，同时，低碳技术的发展方向应当由国家来予以规划;⑤国家建立起相应的低碳经济发展扶持基金会，以此来帮助我国企业低碳技术的发展。
2.从企业发展角度来说，企业需要进行低碳技术方面的创新，如若不然，企业将在低碳经济发展大趋势下失去市场竞争力。首先，企业应该转变营销理念以及传统的盈利模式，在制定短期目标的同时，还需要制定长期目标，总体大方向应该是发展低碳技术，通过低碳技术的应用，以使企业获得更高的利润，真正的实现发展模式与技术平衡;其次，企业需要与政府、机构以及其他企业加强交流沟通，展开密切合作，以此分散低碳技术研发期间可能会出现的各项风险。由于低碳技术本身并不成熟，有很多低碳技术还只是停留在概念阶段，企业研发过程中需要承受非常大人力、物力等压力，如果企业单打独斗显然成功的可能性并不高，所以企业需要与政府、科学研究机构等展开合作，以此规避风险;最后，可以引进先进的低碳技术。现如今，技术发展也逐渐实现了全球化，我国企业完全可以通过技术贸易来着获得先进低碳技术，而后再依据我国国情消化吸收，与此同时国家还应该做好专利产权保护工作。
3.对于科研机构来说，应该密切关注国家出台的各项政策措施，在此基础上，还需要与企业进行合作，以此得到研发资金。科研机构低碳技术研发的重点应该放在以下几方面：提升煤炭资源的利用率;核电技术、输配电技术以及可再生资源的开发利用技术等。通过这些技术的大力研发，真正的促进我国低碳技术发展，融入到各行各业中。另外，科研机构还需要做好一项非常重要的工作，即必须将研发成功的低碳技术推入到市场中，真正的将技术转变为生产力。
四、结语
综上所述，低碳技术已经成为了全世界生产技术发展的主流，这也是生产发展的必经之路，因此，在当前低碳经济模式发展的潮流中，我国应当加快与国际水平接轨的速度，扩大低碳生产技术在我国生产行业的覆盖范围，将更多技术应用到生产中，促使低碳经济发展走上可持续发展的道路。
参考文献：
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我国风能资源丰富。据中国气象科学研究院的初步测算,我国陆地10m高度处可开发储量为2.53亿kW,海上可开发储量为7.5亿kW,总计约10亿kW,风能利用潜力巨大。2005年以来我国每年的风电新增装机容量连年翻番，2005年装机容量126万KW，2006年装机容量260万KW，2007年装机容量590万KW，至2008年底风电装机容量已超过1000万KW。国家规划,到2020年中国风电装机规模将达3000万kW。在国家政策和资源优势的推动下,中国风能开发利用取得了长足进步。
风力发电在并网时由于冲击电流的存在，会对电网电压产生影响。由于风力发电是一种间歇性能源，风电场的功率输出具有很强的随机性，所以为了保证风电并网以后系统运行的可靠性，需要额外安排一定容量的旋转备用以响应风电场的随机波动。各种形式的风力发电机组运行时对无功功率的需求不同，依靠电容补偿来解决无功功率平衡问题，发电机的无功功率与出力有关，由此也影响电网的电压。
大型风力发电机组的投入运行，使大规模风力发电场的建设成为可能，风电事业正逐步向产业化迈进。在某些地方，风力发电已经在电网中占有了相当的比重，它的运行状况直接关系到整个电网的安全性和可靠性。为了更加安全、充分的利用风力资源，迫切需要深入研究大规模风电场并网运行的相关技术问题，是保证并入大规模风电场后电力系统仍然可以正常稳定运行的重要前提。
国内外研究现状
过去很长一段时期以来，由于结构简单、运行可靠，风力发电系统主要采用恒速恒频发电方式，但采用恒速恒频方式的风力发电机组发电效率较低，而且机械承受的应力较大，相应的装置成本较高。近年来，随着大规模电力电子技术的日趋成熟，同时为实现不同风速下实现最大风能捕获从而高效发电，国内外正在采用变速恒频发电方式，变速恒频发电方式可以大范围内调节运行转速,来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化,可以最大限度的吸收风能,因而效率较高；控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率,但控制系统较为复杂；低风速下风机转速相应下降，从而大大降低了系统的机械应力和装置成本，近年来变速恒频风力发电机组成了大容量风力发电设备的主要选择方向。
恒速恒频风力发电机组的并网包括同步发电机的并网和异步发电机的并网。同步发电机在重载情况下并网，若不进行有效的控制，常会发生严重的无功振荡和失步，对系统造成严重的影响。用于风力发电的同步发电机与电网并联运行时，常采用自动准同步并网和自同步并网方式。前者由于风速的不确定性，通过该方法并网比较困难；后者的并网操作相对简单，使并网在短时间内完成，但要克服合闸时有冲击电流的缺点。异步风力发电机控制装置简单，而且并网后不会产生振荡和失步，运行比较稳定。然而，异步发电机直接并网时会产生发电机额定电流5-7倍的冲击电流，不仅对电网造成冲击而且影响机组寿命；另外异步发电机本身不发无功功率，需要进行无功补偿。[
变速恒频风力发电系统有多种，例如同步发电机交/直/交系统的并网运行和双馈发电机系统的并网运行。在变速恒频风力发电的众多种方案中,最具优势的方案是采用双馈感应发电机的并网型交流励磁变速恒频风力发电机组。
同步发电机交/直/交系统并网运行时，由于采用频率变换装置进行输出控制,因此并网时没有电流冲击,对系统几乎没有影响。由于同步发电机组工作频率与电网频率是彼此独立的,风轮及发电机的转速可以变化,不必担心发生同步发电机直接并网运行可能出现的失步问题。在风电系统中使用阻抗匹配和功率跟踪反馈来调节输出负荷,可使风力发电机组按最佳效率运行,向电网输送更多的电能。
双馈发电机系统并网运行时，风力机起动后带动发电机至接近同步转速时电网,并网时基本上无电流冲击。风力发电机的转速可随风负载的变化及时做出相应的调整,产生最大的电能输出。而且通过调节双馈发电机励磁电流的频率、幅值和相位，可以保证发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力,并可以调节无功功率和有功功率。
交流励磁变速恒频风力发电系统中，发电机和电网之间是一种柔性连接，尤其对无刷双馈电机而言，对发电机转子侧交流励磁电流的调节与控制，就可在变速运行的任何转速下满足并网条件，实现变速恒频无冲击电流的高效并网。其励磁绕组与电网间的双向变频器功率，仅为发电机系统的一小部分功率。可以预见，在未来几年内，无刷双馈电机在变速恒频发电系统中将会获得广泛的应用，对全国的风力发电等机电产品的更新换代起推动作用，产生显著的经济和社会效益。
研究(设计)内容
对主要风力发电机组类型进行对比研究，不同机型的发电机原理、结构、运行特性和对电力系统的影响不尽相同，有必要进行研究。
对风力发电机组并网方式进行比较分析研究，主要是同步发电机的并网方式和异步发电机的并网方式进行比较分析，并对目前主流的变速恒频风力发电机组中的双馈感应发电机进行重点探讨。
电压水平是电力系统稳定运行的重要指标，研究了风力发电并网运行后电力系统的电压特性。
从风电场接入地区的中枢点电压水平、风电系统负荷的轻重、风电场的无功补偿容量大小等各个方面分析探讨影响风电机组最大注入功率的各种因素。
综合分析几种常用风力发电机的并网控制技术，分析比较它们各自应用于风力发电上的优缺点。并提出风力发电技术今后的发展趋势。
研究(设计)方法及技术路线
首先建立几种常用风力发电机的数学模型，建立风速、风力机模型，并利用已建立的数学模型对发电机原理进行探讨，研究各风力发电机的运行特性，并就各种发电机并网时对电网的影响进行理论探讨，特别是与电网有功、无功交换功率及对电网电压的影响进行探讨，找出合适的并网运行控制方案。
本课题研究的难点有：1）风力发电机数学模型的建立；由于风力发电机类型较多，不同电机的数学模型不一样，不能建立统一的、适应各种机型的数学模型。2）该课题的探讨主要停留在理论上，并进行适当的仿真计算，难以进行实验验证时间安排
第九周
详细地了解设计题目、设计任务、设计要求、预期效果。本周内主要完成：①明确设计任务的具体内容。②完成开题报告。③编制初步设计方案
第十周
通过分析设计任务，提出各自的问题。
第十一周、第十二周
①将设计任务再次细化，提出更加具体的问题。②开始设计预期目标的整体方案，包括相关硬件、软件方案，提出可行性。
第十三周、第十四周
①设计方案更加具体化，使之更加清晰，明确提出可达到的预期效果。②再次论证方案的可行性。③对设计方案各部分进行系统的分析计算，解决设计中出现的具体问题。
第十六周
总结前两个阶段的工作成果，编写设计说明书。
第十七周
①妥善保存设计系统。②修改毕业论文，并完成打印。③准备答辩
预期成果
预期成果为几种常见风力发电机组的并网运行控制方案，并以论文论文的形式表达出来。可能的创新点为：考虑充分利用电力存储或者能量存储技术，降低风能资源的随机性对电网造成的不利影响，改善风能资源的利用条件，尽可能达到可控的目的。
主要参考文献
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文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）6-0161-03
1 引言
随着常规能源的日趋紧张和人们环保意识的日趋增强，节能环保问题日益突出，清洁环保无污染能源的开发与利用倍受世界各国的关注和重视，新绿色能源的研究已成为当务之急。
压电材料在外力的作用下表面产生电荷的现象，称为正压电效应[1]。压电发电利用此原理将振动的机械能转变为电能。其优点主要集中在体积小，结构简单，便于实现及小型集成化以及无电磁干扰等方面。符合当前环保节能，可持续发展的要求，正越来越受到各国研究人员的关注[2，3]。另外，压电发电可方便与微机电系统（MEMS）结合，为其提供能源，也成为MEMS研究领域的热点之一。目前，欧美、日本和韩国等许多国家与地区已经对与压电发电相关的技术展开了深入的研究，并且取得了一定的成果，而国内的压电发电技术尚处于起步的阶段。目前，压电发电技术主要有以下几个方面。
1.1 利用车辆或路面振动进行压电发电
将压电发电装置放入如汽车等减震系统或车辆悬挂系统中，利用正压电效应将震动能量转变为电能，并加于存储和利用。或者，将压电发电装置作为路面的组成部分或安置于路面内，利用汽车在路面上行驶时产生的振动来发电，所产生的电能经电路调整后可作为道路灯具等使用，或经储能装置加以存储和利用。以色列于2009开放了世界上第一条可发电的公路[4]。
1.2 利用自然环境能量进行压电发电
利用自然环境能源如海浪（流）能、风能等进行压电发电。位于美国新泽西州的普林斯顿海洋动力技术公司研制了一种压电聚合物，并将其放置在海洋中，利用海浪（流）产生的压力和应力进行压电发电。美国德克萨斯大学Priya S发明了一种袖珍压电风车装置，将风能转换为电能，为无线网络供电[5]。
1.3 利用人体动能进行压电发电
1998，美国麻省理工大学发明了一种足底压电发电鞋，它的原理是把压电发电装置放入鞋底内部，利用人行走时脚对鞋底的压力，使压电材料变形从而产生电荷。2010上海世博会，日本馆展示了压电发电地板，行人从上面踩过，该地板可进行发电。2011年，中国科学院上海硅酸盐研究所研发了类似的国内首块压电发电地板，将人们日常行走运动的部分能量转换为电能[6]。
利用人体动能进行发电的压电地板，符合当前节能环保的要求，并具有很高的经济效益，是目前的研究热点。本论文主要研究一种基于人体踏走的新型压电发电装置，该装置可放置在轨道交通如地铁、轻轨和商场等具有频繁人行流量的场合门口，将频繁人体踏走的动能进行压电发电，以存储或供用电负载使用，具有发电节能的效果。
2 总体结构设计
2.1 压电陶瓷发电特性分析
根据压电方程，可得单压电晶体片在d33模式下，其产生的电荷和两端的电压为：
为了提高压电陶瓷的输出电压（或电荷），将多个压电晶体片在物理上串联连接，电学上串联或并联连接，如图1所示。
从上述式（3）～（6）可以看出，两种连接方式的总电能是一样的。对于串联连接来说，输出的电荷量大；对于并联连接来说，输出的电压大。为了提高本压电发电的输出电压，本研究采用并联连接的压电叠堆。
2.2 总体结构设计
从上述的分析可以看出，压电陶瓷发电的电压或电荷与作用力F、晶体片数n成正比，因此，为了提高压电发电性能，采用多片串联而成的压电叠堆。另一方面，人体行走时对压电叠堆的作用力小且缓慢变化，若此作用力直接作用于压电叠堆，其发电量小，达不到实用的目标。因此，需要将此作用力M行放大以实现对压电叠堆的快速冲击，提高发电量。基于上述考虑并结合压电叠堆的结构特点，设计了如图2所示的基于人体踏走的压电发电装置。其中，压电叠堆1通过粘接固定在底板8上，杠杆架2通过螺钉连接固定在底板8上。
其工作原理为：踏块5在人体踏走的作用下，向下运动并压缩支撑弹簧7，杠杆3短臂向上运动并压缩预紧弹簧4；当人体踏走后，在预紧弹簧4和支撑弹簧7的作用下，杠杆3短臂迅速向下运动并敲击压电叠堆1，压电叠堆1在外力冲击下产生电能。在频繁人体踏走的作用下，上述的压电发电单元不断重复上述的发电过程，源源不断地进行发电。
限于结构尺寸，不可能选用大长度的压电叠堆和采用大放大比的杠杆，故单个压电发电单元的发电量是有限，其应用场合有限。因此，采用多个压电发电单元按照串联或并联的方式进行连接，制成类似地砖的结构型式，如图3所示。该装置可放置在具有频繁人体踏走的场合门口如地铁、轻轨和商场等，将人体踏走的部分动能进行压电发电。与压电鞋等相比，本装置还具有发电集中，发电量大等特点。
3 发电储能装置设计
利用人体踏走的压电发电所产生的是低交流电压，且是随机不规则变化的，因此该电能不能直接应用于用户负载，需要经整流储存后，才能适合外部电子设备等用户负载使用。另外，由于压电叠堆在电路上等效于电容，因此当人体踏走的作用力消失后，压电叠堆产生的电压随即消失（放电），因此需要对所产生的电荷进行储存。综上，为了有效利用该发电量，需要设计相关电路以实现对压电发电装置产生的电能进行能量转换和存储。
3.1 电容储存
压电发电的电容储存电路如图4所示，压电发电装置所产生的电量经整流电路后储存于电容。之所以采用全波整流电路，这是由于其能充分利用交变电的正、负两个半波，能大大减小输出电压的脉动度，有效提高整流效率。另外利用储能元件电容两端的电压不能突变的特性，储能电容还具有滤波的作用，能滤掉整流电路输出电压中的脉动成分，达到稳压目的。
3.2 电池存储
由于普通电容容量有限，容易达到饱和电压。又因为放电速度较快，所以普通电解电容只能作为一种短期的储能元件提供瞬时的较大功率输出。而电池能储存的电荷远大于电容，电荷保持能力也更胜一筹，所以广泛应用在各种能量收集系统中。如图5所示，电池储能电路将来自压电发电装置的电量，经全桥整流电路和电容，储存到一个镍氢纽扣电池中。
4 结语
本文利用人体踏走的动能进行压电发电，设计出了一种压电发电装置，并进行了相关的理论分析与设计。该装置中运用了杠杆放大将人体缓慢踏走的作用力进行放大以实现对压电叠堆的快速冲击，从而提高发电量。该装置所产生的电能经整流电路后储存于电容或电池以供用电负载使用。该装置可放置在轨道交通车辆和车站，如地铁、轻轨，和商场等具有大流量的场合门口，将频繁人体踏走的动能进行压电发电，具有发电节能的效果，符合当前节能环保的要求。
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目前，吉林省《吉林省关于加快光伏产品应用促进产业健康发展的建议(128号)》光伏发电项目的发电量，实行按照电量补贴的政策，补贴标准在国家规定的补贴基础上，吉林省再补贴0.15元/千瓦时。目前国家对吉林省太阳能光伏发电的最新补贴政策为：太阳能发电项目享有国家补贴0.14元/千瓦时和省级补贴0.15元/千瓦时，共计0.29元/千瓦时。
二、使用者的效益评估
试点工程屋顶安装共计总装机容量为15KW，根据主要分为三种形状的多晶硅太阳能电池板，分别为规格为2380mm*990mm*40mm的方形多晶硅太阳能电池板，规格为斜边3366mm*直角边2320mm*直角边2380mm*厚度40mm的直角三角形多晶硅太阳能电池板和规格为1770mm*3345mm*40mm的平行四边形多晶硅太阳能电池板阵列，从使用者的角度出发，他们最关心的是太阳能电池板的实际发电量，按照笔者调研数据计算，调研项目中的屋顶每块规格为1640mm*990mm*40mm多晶硅太阳能电池板的日平均发电量为1千瓦时，每块多晶硅太阳能电池为250W，那么总装机容量为15KW的发电量为60千瓦时，按照国家和吉林省太阳能光伏发电补贴共计0.29元/千瓦时计算，平均每天可以获得17.4元补助，每年可以获得6351元补助，如果余电上网卖掉，价格为0.88元/千瓦时，根据太阳能光伏电池板的价格按功率（W）计算单价的标准，市场价格4元/瓦，屋面15KW的多晶硅太阳能电池板的价格共计为6万元，每年发电量共计21900千瓦时，按长春民用建筑电费0.56元/千瓦时计算，每年节省1.2264万元，加上国家和吉林省补助的费用，每年共计节省1.8615万元，预计不到4年就能收回屋面多晶硅太阳能电池板的成本，其后22年寿命内预计可以获得利益40.953万元。如今，生产技术的日新月异，不仅提高了晶硅电池的品质，同时也大大降低了晶硅电池的成本，投资回收预期较为理想，国家与吉林省扶持太阳能光伏建筑的好消息频出，新能源与建筑大户的结合前景广阔。
三、环保效益评估
对于居住建筑而言，提高可再生能源的利用率，发展和普及太阳能光伏发电与建筑适配的方法是改善生态和保护环境的有效途径。太阳能光伏发电系统充分利用了节能环保的太阳能资源，对环境无任何负面影响，同时减少了煤、石油、天然气等常规能源的使用，效益明显。太阳能是取之不竭的能源，每天在地球上的照射量相当于全世界所需能源的三千多倍，然而无法再生，用完就没有的化石燃料，却是我们主要的能量来源，而且，因为化石燃料所产生的环境问题，例如空气中的酸雨、污染、温室效应气候变化等，这些都是确定的事实，不过，这些问题似乎都还不算严重，所以，世界每年的化石燃料使用量仍然不断上升，再过不久，这些化石燃料的蕴藏即将殆尽，世界各国的能源战争，也早已上演。因此，促进使用和研发太阳能的政策，不仅是着眼于环境保护，更是一种促进世界和平的贡献。环保效益主要对环境的优化有利，从节能减排的角度分析，太阳能光伏发电是真正的零排放和零污染，有良好的环境效益。从能够改变局部生态的角度分析，吉林省总体干旱少雨，安装太阳能电池板后，对减少水分蒸发起积极作用，对民生有利，对经济可持续发展亦有利。据相关数据总结，每节约1度(千瓦时)电，就相应地节约了0.36千克的标准煤，同时减少污染排放0.272千克碳粉尘、0.997千克二氧化碳(C02 )、0.03千克二氧化硫(S02 )、0.015千克氮氧化物(NOX)。[1]综上所述，试点工程25年总发电量为547500千瓦时，全部为自发自用，该发电量与相同发电量的火电厂相比，25年共计可以节约标准煤197.12吨，同时每年可以减排二氧化碳545.84吨、氮氧化物8.2吨、二氧化硫16.4吨、粉尘0.52吨、碳粉尘148.92吨。综上所述，该试点工程的实施成功的为吉林长春的节能减排做了贡献，具有良好的经济、社会和环境效益。
四、试点工程预期成果
试点工程的预期成果为在保证屋面多晶硅太阳能电池板与建筑结合最美观，最经济的情况下，将多晶硅太阳能电池板最恰当的规格与屋面进行适配性有机结合，抗长春当地风压、雪压，保证一年四季正常运营，同时保证了屋面自身的保温、防水功能，保证了整个小区的美观，试点工程预期的太阳能光伏发电能耗回收期为3年，3年可以保证多晶硅太阳能电池板成本的收回，剩下的22年能继续创造余下的经济价值，在发电的同时，能为环境保护做出贡献。
五、结论
根据屋面与异形的多晶硅太阳能电池板的结合总装机容量15KW，屋面多晶硅太阳能光伏电池板总价共计6万元的现状，以及试点工程选用的户用并网光伏发电系统，结合国家与吉林省对太阳能发电项目的新的按照电量的补贴政策和相关环保效益评估数据，总结出使用者在投资屋顶太阳能发电后3年后开始能耗回收，多晶硅光伏电池板的寿命为25年，22年的可回收年寿命内预计可以获得经济利益40.953万元， 25年总发电量为547500千瓦时，该发电量与相同发电量的火电厂相比，25年共计可以节约标准煤197.12吨，同时每年可以减排二氧化碳545.84吨、氮氧化物8.2吨、二氧化硫16.4吨、粉尘0.52吨、碳粉尘148.92吨。综上所述，该试点工程的实施成功的为吉林长春的节能减排做了贡献，具有良好的经济、社会和环境效益。本文重点针对试点工程长春与海外创业园住宅屋顶集中式太阳能光伏发电系统中光电利用形式，从住宅建筑构造的角度出发，解决了长春海外学人创业园住宅屋面与多晶硅太阳能电池板的适配性问题，综合长春严寒C区的地理条件、气候特征和太阳能资源，综合住宅的建筑布局、朝向、间距、群体组合方式和空间环境，综合住宅外观、住宅功能、周边环境、电网条件和系统综合运行方式，综合建筑设计，光伏电池组件安装位置与方式、组建选择和安装规模等研究设计出长春海外学人创业园住宅屋面与多晶硅太阳能电池板的屋面、檐口适配性的设计节点详图，以及适配的各个构件规格，屋面工程做法。尽管太阳能光伏的应用成本与常规能源相比仍然偏高，但随着太阳能光伏电池板的普及，随着未来科学技术的进步，光伏转换率将有所提高，相关配套设施成本的降低，[2]太阳能储能技术的进步，社会用电需要的增加，特别是绿色、生态的无污染的太阳能的观念的深入人心，太阳能光伏发电的结构必将会逐步改变全世界人们的用能结构。由于我国人多地少，每年大量的新建建筑量大而面积广的社会主义基本国情短期内不会有较大的变化，可以预计不久的将来只有太阳能光伏发电与建筑结合才能使太阳能光伏发电真正的融入人们生活的每个角落。
六、前景展望
8分钟又20秒，光子从太阳表面到达我们的星球。在这段超过一亿五千万公里的旅程之后，我们的皮肤以每平方厘米10兆个光子的密度，接收太阳的热能。太阳能不仅无所不在，也是我们所在世界最初和最后的能源。太阳能经济体系不仅建立在太阳能使用的技术上，同时也为房地产与建筑世界开创了新的商机。本论文仅仅只对海外学人创业园住宅与多晶硅太阳能电池板在屋面适配的节点详图进行了研究设计，研究过程中存在着诸多不足之处，还有许多实际的问题要结合国家政策综合进一步研究，展望未来，太阳能光伏建筑一体化的设计将会成为光伏建筑未来主要的发展方向，当下我国正处于城镇化建设的期，每年的总建设面积高达20亿m2，而且此阶段预计还要继续持续30年以上，换句话说，未来我国30年的总建筑量将超过历史的总的既有建筑数量，这些建筑的能源使用效率将会决定未来我国能耗水平和CO2气体的排放量。城乡建设领域是建筑的主要领域，也是太阳能光伏发电技术应用的主要领域，因此，要把握住这种“空前绝后”的建设机遇，大力提寒地区太阳能与建筑的适配性，开发节能建筑的市场潜力。太阳能光伏建筑一体化方兴未艾，任重道远。吉林省太阳能产业发展起步较晚，我们等需要站在能源战略的高度，加速发展战略性新兴产业，明确太阳能光伏产业与建筑结合的积极意义。太阳能建筑一体化还有利于电源结构的优化，全省光伏发电在二次能源中还处于空白阶段，如果能够做到太阳能光伏与建筑大量地结合，并网发电，与在二次能源中占18.8%的风力发电互补，做到“风光互补”，还能进一步促进全省二次能源的优化。解放民众思想，提高对太阳能光伏建筑一体化产业的普遍认识，这不但对调整太阳能建筑一体化产业结构有益，对整个吉林乃至全国的能源结构有益，而且还对改善环境，对低碳经济，对加速实现节能减排等政策将起到积极促进作用，意义深远。光伏发电是比较有前景的新能源发电技术，自身很难起到主导作用，但与能源大户结合起来，能造福子孙后代，缓解能源压力，前景意义深远。最后，希望本论文对严寒地区别墅住宅屋面与多晶硅太阳能光伏电池板适配性的相关研究与设计详图能够提高大家对光伏建筑设计的关注度，激发多面性的思考，提供一些思路，达到抛砖引玉、投石问路的效果。
作者:赵晖 郭格静 谢伟双 单位:长春工程学院建筑与设计学院
