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导语:在新能源技术的撰写旅程中,学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径,好期刊汇集了九篇优秀范文,愿这些内容能够启发您的创作灵感,引领您探索更多的创作可能。
1.太阳能住宅
想象一下不用交电费的生活,太阳能或许能将此变为现实。太阳能发电系统利用光电池将光能转化为电能,而太阳能热水器则利用聚光面板来对水加热。太阳能清洁并且可再生,但这些系统的前期投入也相当可观。
2.太阳能发电场
太阳能发电场有两种运作方式:太阳热能电场也称作聚光太阳能系统,是利用镜子将阳光聚集起来,对水加热并利用水蒸汽推动发电机运转;而光电太阳能电池则是直接将光能转化为电能。
3.风力发电场
现在,美国是世界上最大的风能发电国,总量达18000兆瓦,足以满足540万户中等美国家庭的用电需求。美国能源部预测,到2030年,美国电力的1/5将来自风能。风能在丹麦的能源供应中也占到20%。
4.核能
尽管原子的原子核极其微小,但维持原子核稳定的能量却极其巨大。核能开发就是驾驭这种能量使之安全地提供电能。目前美国有大约100座正在运行中的核电站,供应着全国约1/5的电力。核电站在提供巨大能量的同时不会排放空气污染物,但其产生的放射性核废料在很长的时间(甚至长达数十万年)里仍具有潜在的危险性。
5.地热能
巨大的热能埋藏在地球的表面下面,火山喷发便是其威力的体现。地热能可以用来发电、为建筑物供暖、加热道路。目前全世界的地热发电总量约8000兆瓦,其中美国占了2800兆瓦。地热能非常洁净,储量丰富,且全天24小时都能获得。
6.水流和波浪能
这种流体动力学装置就如水下的风力发电机。来自河流、海流、潮汐以及人工水道如运河等的水流能推动涡轮机运转产生电能,其原理与风力发电厂相似。流体运动能是可再生能源,也不会产生污染气体或温室气体。但目前流体动力能利用技术还落后太阳能和风能技术15年,阻碍水流产生的环境影响也尚待研究。
7.电动车
完全使用电能的汽车效能大约是汽油动力车的4倍,油气混合动力车的两倍。电动车不会排放尾气,维护成本也低,但最大的挑战在于其蓄电池组:如何降低电池成本、改进电池的持久性,并保证车辆能在各种条件下安全地行驶,比如,保证蓄电池组在低温时仍能使用、避免电池在过热时着火等。
8.氢动力车
氢燃料电池利用氢与氧的反应产生电流推动电动车运行,而排气管排放的尾气只有一种成分:水。氢动力车的效能约是汽油动力汽车的两倍。虽然氢燃料电池排出的只有水,但目前大规模生产氢的方法仍然是从自然界中的甲烷气体提取,过程中同样产生了大量的二氧化碳。
9.住宅风能发电
与风力发电场相比,小型风力发电系统使用相对小巧的涡轮机便可满足单个家庭的需要。据美国风能协会描述,一个典型的住宅风能系统的发电量为1~10千瓦,旋转翼直径为10~25英尺(3~8米),风车塔高度为80英尺(24米)。一个400瓦的涡轮机加46英寸(117厘米)直径的旋转翼提供的电能即可满足泵水、照明或使用电器的需要。
在此基础上,3D打印生物技术应用而生。
3D打印技术在医学领域的研究,国际上和国内都是近几年才开始,国内与国外的差距并不大,对于我国来说,基础研究已跻身第一梯队,应用研究逐渐成熟,但仍面临诸多困难,产业化尚待时日。
从上世纪90年代初开始,我国便在国家自然科学基金委和国家科技部的支持下开始了3D打印的研究。在科技部多个五年计划的持续支持下,华中科技大学、西安交通大学、清华大学、北京航空航天大学、西北工业大学等一批科研院所开展了几乎所有主流的3D打印技术研究。但国内从事3D打印技术研发的科研团队或企业中,基本上都是在金属材料或非生物非金属材料的领域,将研究重点聚焦在3D生物打印领域上的还是比较少。同时从另一个方面看,3D打印技术在医学领域的研究,国际上和国内都是近几年才开始,国内与国外的差距并不大。
1.基础研究:已跻身第一梯队
在我国,对于3D生物打印的基础性研究,主要在一些大学的研究中心进行。提到国内的3D打印,就不能不提到一个人DD颜永年。颜永年,第一任清华大学材料成形制造自动化研究所所长和第一任清华大学生物制造研究所所长,被业界誉为“中国3D打印第一人”。2012年10月,颜永年教授被推举为中国3D打印技术产业联盟首席顾问。颜永年将制造科学引入生命科学领域,提出了“生物制造工程”(Organism Manufacturing Eng.)学科概念和框架体系,为制造科学发展提出了一个新的方向。颜永年的团队在组织工程、载体支架的3D生物打印方面进行了深入地探索。
对于生物制造,这一3D打印最前沿的领域,颜永年教授认为,基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺,是生物制造中最为核心的技术,其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成形和制造。细胞直接三维受控组装,使人类可以按照器官解剖学的数字模型,通过控制单个细胞和细胞团簇的3D组装,最终实现可整合于人体新陈代谢系统,用于修复和替代病损组织和器官的人造器官。
2013年8月,一个标志性的事件在业界引起了很大的轰动,从而将国内在生物制造领域的研究推向了前台。杭州电子科技大学徐铭恩教授宣布:他带领的团队研发成功了国内首款3D生物打印机。这台国内首款生物3D打印机的成功研制意味着我国3D生物打印的研究已进入了世界先进水平行列,在国际舞台上已可以和美国的Organovo公司等3D生物打印先驱同台竞技。
2.应用研究:逐渐成熟,但仍面临诸多困难
对于3D生物打印的临床应用研究,其实在我国很早就开始进行了。早在2001年,我国就成功完成了国际上第一例将3D打印技术用于颌面的修复。但我国现有的监管制度不完善、打印成本较高及一系列技术难题有待攻克等因素使得3D打印技术在生物医疗领域的应用仍面临很多困难。
在3D生物打印的应用研究方面,华南理工大学的杨永强团队具有一定的代表性,做了很多有益的探索。华南理工大学杨永强教授所带领的研究团队自2001年左右开始研究3D打印技术,在牙科的牙冠固定桥、个性化舌侧托槽、膝关节的假体、外科手术导板以及植入体等方面都有涉及。
以采用3D打印技术制作烤瓷牙为例,德国的设备一次能直接制作200-250个牙冠,杨永强团队研发的设备能做100多个,但价格只有德国设备的四分之一到五分之一。杨永强的团队目前正在研究打印手术导板技术,目前已经做了20余种外科手术导板。另外他们在多孔骨和植入体方面也做过一些尝试,比如模仿髋关节打印的“金属骨头”,力度和骨骼非常接近。
3D打印快速、个性化、小批量和高精度的特点是这种技术应用于医疗领域的优势所在,但生产成本高、打印材料的欠缺、移植后机体免疫排斥等一系列技术问题使得3D生物打印在从定制化产品走向大规模临床应用,还存在着很多障碍。不少业内人士呼吁,3D生物打印前景广阔,政府应出台相应的扶植政策,同时监管部门也应更新监管思路,积极应对新技术带来的生产模式的变革。
3.产业化尚待时日
2013年4月,国家863计划中首次将3D打印选入,并拟拨不超过4000万的专项研究基金。同时,各级地方政府对于发展3D打印产业有着很高的积极性。当前我国3D打印产业主要形成了北京、湖北、陕西和江苏4个产业区域。其中,首个3D打印工业园将落户武汉东湖高新区,武汉市发改委等部门针对3D打印产业积极着手编制规划并予以扶持培育。
关键词:汽车新能源;汽车节能;节能技术
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.054
1 我国新能源汽车的发展现状
随着我国经济不断的发展进步,汽车行业也得到了大力发展,成为人们日常出行中的重要交通工具,但同时也增大了能源的损耗,油品燃烧所产生的废气被直接排放到空气中,增大了空气污染的速度。采用新能源代替油品消耗,能够节省大量的石油资源,同时在汽车的尾气排放治理中也取得了理想的成绩。因此新能源汽车应用得到了高度重视,各大汽车生产企业在对产品进行设计时,也会重点考虑在使用中新能源是否能够得到充分的燃烧,为汽车行驶提供动能。其中应用最广泛的是压缩混合气体,配合汽油使用后能够为汽车行驶提供充足的能量,同时也减少了汽油的损耗量,混合气体在压力作用下进入到燃烧装置中,被点燃后所释放出的能量可供汽车行驶运行,并且这样的环境下所进行的动力传输形式更合理,不会造成使用隐患问题。检测汽车排放尾气中的成分,可以发现仅仅有少部分氮氧化合物,排放量在环保部门规定的标准范围内。新能源汽车是采用混合能源供应形势来实现动能转换的,由国外传入到我国,今年来发展迅速,已经能够实现自主研究,在国内大型汽车生产厂家都得到了很好的应用。由于汽车的供能形式发生转变,在燃烧技术上自然也有明显的变化,充分运用HCCI模式,能够在基层中形成稳定的传输体系,在燃烧气体被传输前,就已经进行了压缩,提升混合气体的浓度,这样在启动的瞬间动力能够达到甚至超过单一油品功能标准,内燃机中的传输流程有所增加,但燃烧以及动能传输的时间却并没有增加,这是新能源汽车中独有的优势。
2 新能源汽车的节能技术应用
2.1 混合动力汽车
电能作为新型清洁能源在汽车设计生产环节得到了大力应用,处于清洁自然能源,混合动力是新能源汽车中常见的能源供应形式。通常情况下是将多种能源混合应用,汽油、天然气以及电能。这样的功能形式下将汽车不同区域的能源需求详细区分,虽然是混合动力,但燃料仍然是独立存储的,同时功能达到汽车的形式能量需求,在这样的供能形式下汽车得到了稳定的动力,能够满足各类行驶需求。燃烧油品不但行驶成本增大,同时也会造成排放尾气中污染物质含量超标。新能源汽车行驶中只燃烧少量油品,结合电能共同使用,这样在总的能量输出上是不会发生变化的,同时也节省了大量的石油资源。电能存储需要蓄电池的参与,设计阶段对蓄电池的使用年限进行了严格的检验,避免汽车更换的废品造成环境污染。汽车驾驶人员可以自由的切换供能形式,在电能与油品方面,人群基数较大的市区内应用电能,这样就不会排放出尾气,在路面状况比较复杂的野外区域应用汽油供能形式,能够节省行驶时间。
2.2 电动汽车
风力发电以及太阳能发电技术逐渐的完善,使得电能成为新能源汽车设计阶段首要考虑的,电能汽车产品也逐渐增多。以电能为消耗能源来实现汽车行驶供能需要对车载蓄电池进行设计,尽量在满足蓄电需求的前提下减小体积,这样汽车的外观设计也有更大的发展空间。在系统内部电能被转换成为动能,带动发动机设备运转,汽车达到了行驶的能源供应标准,进而驱动行驶。随着新能源汽车生产以及使用数量不断的增大,城市内也建立了大量的充电站,可以为汽车的蓄电池补充电能。电动汽车可以做到零污染零排放,这一点是柴油以及汽油汽车所不能实现的,所补充的电能也由清洁环保的方法所生产出来,符合能源可持续发展理念。目前的设计生产技术能够达到合理的充电间隔时间,并且动能也完全能够达到行驶需求标准。不过电能汽车也存在一些需要改进的缺点,蓄电池部分的体积大重量大都会影响到汽车行驶速率,并且蓄电池的使用寿命是有限的,反复充电一段时间后,需要更换新的电池装置,增大了使用阶段的成本投入,相信在未来的技术发展中上述问题都能够得到更合理的解决。
2.3 燃料电池汽车
燃料电池是通过气体燃烧反应来为汽车行驶提供能量的,与传统的功能形式不同,在使用阶段会将预存的氢气与空气中的氧气相互结合。这两种气体混合后得到的气体具有可燃性,被点燃后所释放出的能源补充给电池,使电能永远更持续长久的能量,解决运行使用解读所遇到的不合理问题。这种功能方式中所产生的尾气排放仅仅是水分,并不会产生污染物质,符合汽车节能设计理念。采用该种供能模式的汽车需要安装蓄电池,氢气存储装置,运行使用的成本较低,但这些基础设施的安全所占有的体积比较大,限制了对汽车外形的美观设计,该技术目前正在全面研究中,仅仅在小范围内投入使用,完全研究成功后,必然能够代替传统功能模式,成为新能源汽车的未来发展方向。
3 新能源汽车技术发展中的建议
面对新能源汽车对我国发展带来的好处,政府需要在新能源汽车的发展道路中起到主导作用,通过宏观调控来整合国内有限的资源,从而高效的发展我国新能源技术。从新能源汽车节能方面进行突破,避免在传统汽车发展过程中所走过的弯路。同时在我国自主研发的基础上,鼓励国外投资者对国内的汽车企业进行投资,增强与国际一流新能源汽车厂商的技术交流,提升世界影响力。
4 结语
新能源汽车的研发对我国的汽车工业发展来说是一个非常好的机会。通过大力发展新能源汽车,可以大幅度缩小我国汽车行业与世界汽车行业之间的差距。随着国家政策对新能源汽车的支持不断加大,我们应积极响应,通过自主研发与整合资源,切实促进我国新能源汽车健康、快速的发展。
参考文献:
[1]刘鹏,孟宪臣.浅谈未来新能源汽车的技术发展趋势[J].科技创新与应用,2015(12).
关键词 新能源车;节能技术;应用
中图分类号TU5 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)95-0191-02
0引言
当今社会经济和科技在不断的快速发展的同时能源消耗太大造成能源不断的枯竭与环境污染严重等问题日益明显。如今全世界各个地方都在提倡节能、减排。绿色环保则成了当今社会上的主体。如今汽车行业已经成为世界上最大的能源消耗和污染行业之一。而要解决能源消耗与环境污染问题就应该先从汽车行业抓起,减少能源消耗和污染。
1汽车的节能技术
1.1混合动力技术
混合动力一般指由汽油、柴油与电能混合在仪器所形成的动力。这项技术的关键是混合动力系统。混合动力系统关系着整个车的性能。再经过多年混合动力研究的基础上,将原来的点火装置转变为由电动马达作为发动机的辅助动力来驱动汽车。由原来的离散结构向着一体化结构发展。也就是将发动机和电机与变速箱结合在一起。在启动的时候辅助发动机的电动马达可以产生很强的动力,也可以在汽车高速平稳的行驶时间段内减少发动机的出力减少油耗。而且混合动力技术能够对能量进行回收。在制动的时候,能够对热量进行转变吸收。
混合动力技术的分类可分为两类一是联结方式二是混合度;联结式分类是根据混合动力的驱动方式进行分的,其中联结式分类又分为了3种:1)串联式混合动力系统是由电能转化为动能从而驱动车轮转动,其中的电力是由内燃机带动发电机来引起的;2)并联式的混合动力系统区中的驱动系统内有两套,并且两套的驱动系统能够可以相互协调来共同完成驱动车辆,当然也可以使用单独的驱动系统来驱动车辆。这样的并联式混合驱动系统能够使车辆适用于更为复杂的路况;3)混联式混合驱动系统可以根据不同的路况来临时调节内部机器的输出功率的原因是因为它的内部中的内燃机和电机有自己的一套机械变速箱而且混合动力系统还可以分为以下4类:1)微混合动力系统该系统可以有效的防止电动机的不运转从而增加油耗和对环境的污染。对发动机的启动和停止进行控制;2)轻混合动力系统,而这种系统的主要代表是皮卡车;3)中混合动力系统动力系统采用的是高压机比低混合动力系统更加的灵敏;4)完全混合动力系统的混合度达到50%是未来逐步发展的方向。
1.2高效汽油机、柴油机技术
汽车节能的关键是内燃机的技术。在内燃机节能技术方面,应该从这几个方面讨论, 第一是汽油机直喷技术,稀薄和分层燃烧技术;第二是柴油机的高压喷射技术;第三是柴油机的多次喷射技术;第四是可变气门技术;第五是废气涡轮增压技术。
1.3高效载重汽车的发动机技术
目前我国载重汽车品种少,技术还很落后。发展高效的载重汽车,是在现代物欲横流的形势下,提高运输的效率,降低汽车用能源消耗的重要一步。因此,国家应重点支持这种高效载重汽车的开发和产业化发展。
1.4轿车、轻型车的柴油化技术
实现节能的重要途径是柴油化,随着汽车以很快的速度进入家庭,我们应该十分注重这项技术。不断的开发而且要有质量的保证。这样的话就减少了对能源的开发。实现了节能减排。
2新能源汽车节能技术的应用
2.1混合动力汽车
混合动力一般指由汽油、柴油与电能混合在仪器所形成的动力车型。这样能有效的改善燃油和功率输出低的车型。根据其不同,主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。他的优点是:1)采用混合动力后可以增加汽车内部机器功率的输出和减少耗油量。当大功率内燃机功率不足时,可由电池来补充,同时电池也可以得到充电,所以其行程和普通汽车是一样的;2)因为使用电池,可以方便地回收以便循环使用;3)在市中心人流量大的地方,完全用电池单独驱动,实现“零”排放;4)可以在现有的加油站加油,不必再投资建设新的加油站;5)用户可以让电池在延长寿命和降低成本的基础上保持良好的工作状态。
2.2纯电动汽车
纯电动汽车是直接采用电机作为驱动器,是全部以电力作为汽车的驱动力这种车的难点在于电力的储存技术。传统汽车消耗石油等不可再生能源造成能源消耗和环境污染,而电能可以从核能、水力和风力等可再生能源中获得且无污染。电动汽车还可以利用在其空余的时间进行充电,使发电设备日夜都能充分使用,大大提高它的行驶效率。由于这些优点,电动汽车的应用成为汽车工业的一个非常关心的问题。对于电动车而言由于建设成本高且基础设施不是一个独立的企业就能够完成的,需要各个企业联合起来与当地政府部门一起努力,才可能大规模的推广。这使得电动汽车的价格非常的高昂,但是与混合动力汽车相比较来说电动汽车的技术简单而且成熟且操作方便,且只要有足够的电力就能驱动汽车且充电方便。但是不足就是电动车所使用的蓄电池的蓄电能力不足存储的电量少,且构建电池的原材料成本高还没有形成一定的经济规模,所以购买价格高。
2.3燃料电池汽车
燃料电池汽车是以液化石油气(LPG)和压缩天然气为燃料,采用先进的电子控制技术和高性能的污染净化装置来减少污染。而且经过有机材料的化学反应产生的电流作为汽车的驱动力。
近年来燃料电池技术已经取得了重大的突破。燃料电池汽车,零排放,而且减少了机油泄漏带来的水污染和温室气体的排放等问题,还提高了燃油经济和发动机燃烧效率,运行平稳,没有噪声。
2.4氢动力汽车
氢动力汽车是真正实现零排放的,排放出来的是纯净水,没有任何污染。
但是氢燃料电池成本高,而且发展氢燃料的存储和运输按照技术条件很难实现,还有就是氢气的提取需要通过电解水,否则就不能从根本上降低二氧化碳排放。
这项技术虽然实施起来困难,但是随着新能源技术的不断发展,一定会得以解决实现。
3发展前景
随着国家政府部门的不断指引,各项政策的不断支持,新能源汽车的应用有很大的发展前景,新能源汽车节能技术的应用也会越来越广泛,并且应用在人们的日常生活中,给人们的生活带来很大的便利。通过不断的发展新的技术,以最低的成
本换取最大的经济效益,也将会引领新能源汽车走上一个更新,更广阔的台阶。
4结论
科学技术永远是第一生产力。汽车的迅猛发展,人们素养的不断提高,在大力提倡生态文明建设,打造美丽中国的时代背景下,人们对环境的要求会越来越高。
更加环保的的汽车会越来越受到人们的欢迎。而新能源的开发会越来越重要,那么新能源汽车节能技术的应用会越来越广阔,越来越受到人们的重视。
时代总是在不断的发展,科技也不断在进步。新能源汽车节能技术的应用将会备受重视。
参考文献
[1]史永基,高雅利,王宇炎.新能源节能技术研究进展,2011(7).
[2]李志达,望义熙,周世权.汽车电器的研究,2010(11).
关键字:建筑节能 绿色环保 生态技术 可持续发展
一、建筑节能设计的重要意义:
1、建筑节能是经济发展的需要:
能源是人类生存与发展的重要基础,经济的发展依赖于能源的发展。当今能源问题已经成为全世界共同关注的问题,能源短缺成为制约经济发展的重要因素。建筑从建材生产,建筑施工直到建筑物的使用无时不在消耗着能源,资料统计表明欧美等发达国家的建筑能耗占到全国总能耗的1/3左右,我国也占到25%以上。因此在建筑中推广节能技术势在必行。
2、建筑节能是环境保护的需要:
我们现在应用的能源主要是以煤炭、石油、天然气为主的不可再生能源。这些能源在使用过程中会排放大量的有害物质(二氧化碳、硫、氮氧化合物等),是造成大气污染和生态环境破坏的重要原因。因此提倡建筑节能,减少污染物的排放也是改善生存环境,提高生活质量的一种有效的方法。
3、建筑节能是提高人民生活水平的需要:
随着现代化建设的发展和人民生活水平的不断提高,人们追求更加舒适的建筑生活环境。冬季采暖,夏季空调都需要能源的供应。而在当前能源十分紧张的状况下,节约建筑能耗就显得尤为重要了。建筑节能设计是建立在满足合理的舒适要求前提下,通过技术减少建筑能耗,提高能源的使用效率,满足建筑节能的要求。
二、我国在建筑节能方面的概况:
1、我国建筑能耗概况:
统计数据表明,中国建筑能耗的总量逐年上升,在能源消费总量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%,上升到近年的27.8%.我国是以煤炭为主要能源的国家,由于我国大部分地区的气候条件呈现夏热冬冷的特点,因此我国的建筑耗能量巨大,燃煤排放了大量有害物质,对环境造成了严重的污染和破坏。据统计1999年我国排放CO26.67亿吨,居世界第二位,其中85%是由燃煤排放的,2000年我国排放SO21995万吨,居世界第一位,其中90%是由燃煤排放的,由于污染物的排放造成57%的城市颗粒物超过国家标准,48个城市SO2浓度超过国家二级排放标准。种种数据表明建筑节能在我国的推广已经是迫在眉睫了。
2、我国建筑节能的发展概述:
我国的建筑节能工作开始于80年代初期,通过各方积极努力,到1995年末,全国建成的节能建筑面积已达4700万平方米,到1998年节能建筑面积达到1亿平方米。各地相继建成一些建筑节能示范工程,如北京安苑北里小区、周庄小区、卧龙小区、天津倚华里小区、甘肃建筑科学研究院宿舍等,这些工程在节能方面都取得了良好的效果。为全面推广节能设计,我国制定了一系列的法规和标准,如《中华人民共和国节约能源法》、《民用建筑节能设计标准》、《既有建筑节能改造技术规程》、《采暖居住建筑节能检验标准》、《建筑节能管理规定》等。相信随着建筑节能法规和标准的逐步完善,我国的建筑节能事业将得到进一步的普及和推广。
三、新能源的开发和利用:
1、新能源的含义和分类:
新能源和可再生能源的概念是1981年联合国在肯尼亚首都内罗毕召开的能源会议上确定的。它不同于目前使用的传统能源,具有丰富的来源,几乎是取之不尽,用之不竭,并且对环境的污染很小,是一种与生态环境相协调的清洁能源。联合国开发计划署(UNDP)目前将新能源分为三类:
(1)大中型水电。
(2)新可再生能源,包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能。
(3)传统生物质能。转贴于
2、开发利用新能源的重要意义:
随着能源需求的不断增加,地球上不可再生能源的资源将进一步的减少直至枯竭。为了社会的发展和人类的进步,在提高能源的使用效率,节约能源的同时还必须要开发和利用绿色环保并可再生的新能源。根据专家预测,到2060年,全球可再生能源的用量将发展到能源总用量的50%以上,成为未来能源结构的主要部分。采用新能源是保护生态环境,走可持续发展道路的重要措施。
3、将新能源技术应用于建筑的意义和未来展望:
建筑消耗大量能源,当前我国建筑业发展迅猛,把节能、绿色环保、生态技术应用于工程是建筑发展的必然趋势。太阳能、风能、地热能等新型能源在建筑上的有效应用,不仅可以代替资源有限的传统能源,而且可以减少污染物的排放,保护生态环境,它的开发和利用具有广阔的前景和深远的意义。我国具有丰富的新能源资源,目前在太阳能利用方面发展迅速,太阳能电池发电技术在建筑上大量使用,太阳能热水器的用量也以每年20%的速度增长,预计到2015年太阳能热水器的普及率将达到25%,太阳能发电系统的拥有量将达到320MW.另外像风能、地热能等方面的开发研制也取得了很大成就,预计新能源必将在我国的建筑事业中发挥巨大的作用。
四、生态节能技术和新能源在建筑设计上的实际应用:
在设计中采用生态节能技术的实例很多,像张家港生态农宅设计、清华大学建筑设计中心大楼设计、济南高等交通专科学校图书馆等。在北京工业大学高技术能源实验楼的设计中就采用了多项节能和新能源利用技术。根据校园总体规划,高技术能源实验楼拟建在北京工业大学校园北区的东南角,南面正对校园东西中轴路“北工大南路”,北面是北京工业大学科技实验区,西面是学校运动场,地理位置十分重要。建设场地呈长方形,东西长约85米,南北宽约35米,总用地面积约4000平方米,拟建建筑面积5000平方米。根据基地特点,整幢建筑采用“一”字型布局,主入口朝南面对中轴路,将内燃机实验室的实验车辆入口及次要入口布置在北面,这种形式既方便了对外联系,又避免了互相的干扰。将建筑整体向北退后红线10米,留出主入口前广场和室外停车场,并布置绿化和地面铺装,从而形成良好的室外空间环境。另外建筑物耗热量指标随着体形系数的增长而增长。实验楼简单规整的建筑型体由于外表面积较少,体形系数较小,所以能够有效地减少建筑能耗,对于实现建筑的节能要求非常有利。
节约建筑能耗最重要的措施是合理改善外围护结构的热工性能,高效保温的墙体节能效果显著。实验楼采用250mm厚的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块作为外围护墙,这种材料是利用火力发电厂排放的粉煤灰作为主要原料,采用先进的生产工艺及装备生产的新型墙体材料,这种材料可以有效地减少建筑垃圾,利于环保和减少资源浪费,是一种真正的绿色建材产品。在已经满足保温节能要求的情况下,又增加了一层30mm厚的有机硅保温砂浆,从而减少了外围护结构的传热系数。太阳能是我们可利用的最清洁、最丰富的能源,在实验楼屋顶安装了太阳能电池发电系统,可以将太阳辐射能直接转换成电能,利用蓄电池组贮存太阳能电池受光照所发出的电能,并可以随时向用电设备供电,从而满足楼内的动力和照明系统的用电需求。太阳能电池发电技术具有许多优点,如安全可靠,无污染,不消耗常规燃料,不受地域限制,维修简便,适合在建筑物上安装等特点,因此它是当今世界上最具有发展前途的新能源利用技术。实验楼内的空调系统全面采用了地源热泵技术,它利用地表浅层中蓄存的能量,室外空气温度波动很大,但地表面几米以下的地温全年相对恒定的特点(地球表面温度通常保持在15℃左右),在夏季将室内多余的热量不断地排出而为大地所吸收,使建筑物室内保持适当的温湿度。这项技术具有低能耗、对环境影响小、维护费用较低以及设计灵活等突出特点,是一种高效、环保的能源利用系统。北京工业大学环境与能源工程学院在这项技术的研究上具有领先水平。通过此次设计,不仅使学院的科研成果在具体工程中得到了应用,而且还避免了悬挂空调室外机对建筑立面的破坏。将光导纤维技术用于室内照明,在屋顶架设了风力发电系统等多项节能环保措施的应用,使高技术能源实验楼成为名副其实的绿色能源示范工程。
关键词:新能源;汽车产业;技术创新;市场培育;优化策略
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.077
1 完善相关的政府扶持政策,加大扶持力度
国家要不断完善相关的政府扶持政策,加大扶持新能源汽车产业的力度。目前,将消费者的购买成本逐渐降低是新能源汽车产业市场发展的关键和重点。新能源汽车不论是在技术、设计还是在生产过程中的制造成本都比较高,另外还有后期更换电池而产生的费用使得很多消费者都放弃了购买新能源汽车,因为成本太高。很多发达国家在发展新能源汽车产业过程中纷纷出台了很多的政府扶持政策,覆盖了整个汽车产业链,而我国在此方面却只侧重示范运行整车,对新能源汽车产业链的相关政府扶持政策少之又少。为了能够促进我国新能源汽车产业的良好发展,国家必须要出台一些相关的扶持政策[1]。政府部门要给新能源汽车整车制造的企业、零部件生产企业、新能源汽车相关配套基础设施的建设提供相应的财政补贴和税收优惠相关政策,降低成本,促使新能源汽车产业能够得到协同发展。
2 仔细划分汽车产业市场,抓住消费者
目前,我国新能源汽车受到了自身技术性能、价格和相关配套设施方面的约束,导致很多消费者购买的欲望和适量还是很少。因此,新能源汽车产业市场应该根据自身实际的情况,仔细划分市场,充分挖掘市场中隐藏的消费者。为了能够抓住消费者,企业应该为消费者提供更多的优惠和补贴,签收后服务合同,吸引更多消费者购买。当前,我国新能源汽车市场可以分为公共服务用车市场、汽车租赁市场、公务车市场、出租车市场和集团用车市场。其中对于新能源汽车企业应该积极推广汽车租赁的服务,在适合的区域范围内使用新能源汽车,将租赁汽车的消费者逐渐转变成为购买新能源汽车的消费者,不断扩大新能源汽车市场的购买规模,有效满足市场经济中的需求[2]。
3 尊重汽车产业市场规律,脚踏实地,实事求是
新能源汽车产业应该尊重汽车产业市场的规律,脚踏实地,实事求是的发展产业。越过混合动力汽车,对纯电动汽车进行跨越发展,这种战略导致忽视了对混合动力汽车的重视。但是,纯电动汽车也没在市场上取得成功。对混合动力汽车的重视力度不够,再加上纯电动汽车的电池、电机和电驱动技术发展的不是很好,阻碍了我国新能源汽车产业市场的良好发展。依据国外发达国家在新能源汽车市场发展的成功经验,想要将我国的新能源汽车产业市场良好的发展下去,就必须要尊重市场的规律,优先发展混合动力技术,加强对对混合动力汽车的推广和应用,促进新能源汽车产业的长足发展。
4 建立强制性关于新能源汽车产业发展的法律法规
在新能源汽车产业市场的发展过程中,不能只依靠政府的资金补贴,应该通过相关的法律法规和市场制度共同推动我国新能源汽车产业的可持续发展。假如我国的新能源汽车产业只靠政府部门的资金补贴,而缺乏强制性法律法规体系的保护,可能会导致汽车企业缺乏研发的动力,很容易形成技术垄断的结果。将相关法律法规强制性的引入,能够将企业销售和生产的责任明确开来,从而促使企业加大产业的研发力度,提升技术方面的创新,进而促使企业能够生产出品质好并且成本低的产品,能够适应市场经济发展的需求。同时还要借鉴和汲取发达国家的成功经验,帮助政府部门制定出科学、合理、有效的相关法律法规,对传统的燃油汽车的销售、生产、排放和使用等方面进行强制实行限制性的法律法规,尤其是在汽车尾气排放方面的法律法规[4]。这样一来,很有可能吸引消费者购买新能源汽车,带动新能源汽车产业的市场,促进其发展。
5 加强宣传,提升消费引导的效果,吸引消费者
企业要加强对新能源汽车产业的宣传,有效提升消费引导的总体效果,吸引消费者的购买。新能源汽车是一种新兴产业的创新产品,虽然国家和政府以及汽车企业都已经人尽皆知,同时还受到了学术界的关注和支持,但是仍然有很多的普通消费者对其严重缺乏了解,因此,迫切需要政府部门和汽车企业抓住机遇,携手共同加强宣传力度,扩大宣传范围。比如广告宣传、汽车展览会、赛事在赞助活动以及乘车体验等,要注重宣传新能源汽车的节能环保的作用,促进广大消费者能够更多的了解新能源汽车的性能,让消费者更相信新能源汽车的凄凉和安全性能,增强消费者的购买欲望。同时,在宣传过程中,一定要保持与环境保护相融合,提升社会整体的环保意识,无形当中加强对广大消费者的环保意识,购买新能源汽车不单单是一种环保的行为,更是对社会的一种责任[5]。
6 结语
综上所述,环境问题一直都是各个国家深度关注的问题,很多国家纷纷制定出很多的环境专项计划,大力发展新能源技术产业。我国在新能源汽车产业在发展中存在着很多的问题,因此,我国应该完善相关的政府扶持政策,加大扶持力度,仔细划分汽车产业市场,抓住消费者,尊重汽车产业市场规律,脚踏实地,实事求是,加强产业市场的监督,完善行业标准体系,建立强制性关于新能源汽车产业发展的法律法规,加强宣传,提升消费引导的效果,吸引消费者,有效促进我国新能源汽车产业的可持续发展。
参考文献:
[1]武建龙,王宏起.战略性新兴产业突破性技术创新路径研究――基于模块化视角[J].科学学研究,2014(04):508-518.
目前,我国新能源和可再生能源发展迅猛,水力、核电、风能、太阳能、生物能产业均实现了高速增长,水电装机超过2亿千瓦,风电装机超过5000万千瓦,太阳能热利用规模稳居世界首位,太阳能光伏产业也实现了快速发展。可以说,我国的新能源与可再生能源产业发展已初具规模,但是在发展中还存在着许多问题,主要表现在:
1.1整体上缺乏科学规划 产能过剩危机和资源浪费现象较为明显,尤以光伏产业和风能产业突出。
1.2发展不均衡 产业链不均衡。新能源产业从上游技术设备、生产环节到应用输出,应形成合理的整条产业链;投资不均衡。从新能源的整体情况看,风能和太阳能领域投入资金较大,生物能源、核电的投入比例偏低,而地热、潮汐、沼气等能源领域更少。新能源发展的战略意识存在局限性;城乡不均匀。新能源在农村地区应用较少。
1.3技术创新问题 技术创新是新能源发展的瓶颈。目前,核心技术和关键零部件几乎清一色从国外引进,自主研发企业数量少、投入少,既有的成果实际推广应用成效甚微。
1.4技术应用问题 新能源规模化生产的成本较高,配套设施跟不上。
1.5利益结构问题 我国在新能源产业方面面临着基础设施和基层公共服务能力严重缺失的问题。只有突破体制障碍和能源结构利益障碍,新能源才能得到充分利用。
2.对新能源和可再生能源的利用
2.1 科学评估新能源和可再生能源的资源潜力 合理利用城市的新能源和可再生能源,需要科学评估城市(有时包括其周边地区)可获得的新能源和可再生能源的资源数量、质量、开发利用条件,利用系数的评价和利用潜力的评估,是利用的基础。新能源与可再生能源因种类繁多,集中度低,利用条件也各不相同。
2.2合理规划 新能源和可再生能源的资金可获得量、当前利用量与政策以及资金投入量密切相关。以生物能为例,秸秆、畜禽粪便和林木薪柴等可收集利用的数量与可作为沼气、秸秆发电、气化液化等利用的规模,不仅与农业政策有关,而且与政府给予的资金、技术支持有关。
2.3能源结构的低碳化 由于目前国内外未将水电、核电以外的可再生能源列入能源消费核算体系,可以以下几组数字进行说明。中国一次商品能源消费结构是:石油19%、天然气4%、煤炭70%、核电1%、水电7%;世界一次商品能源消费结构是:石油35%、天然气24%、煤炭29%、核电5%、水电6%。在中国目前的能源结构里面,煤炭占了70%,水电、核能等新能源只占8%。改变以煤为主的中国能源消费结构,需要相当长的时间,需要付出巨大的人力、物力和财力,才可能实现“发展”和“低碳”两个目标。
2.4 调整能源产业结构 优先开发水电,适度控制煤炭产能增长,是调整现阶段调整能源结构的主要任务。 我国是世界上煤炭生产规模最大的国家,一次农业生产结构中,煤炭占70%。我国电力结构特别是电源结构明显不合理,水火电比例为1∶5,火电比重偏大,需要继续贯彻优先开发水电的方针,并加快发展核电,优化电源结构。
2.5 做好地质勘探等前期工作,制定科学规划和开发方案 在充分摸清煤油气田的地质构造特征、储存状况、储量规模及分布等的基础上,制定科学开发方案,是今后开发过程中能够实现低碳化的关键。
3.促进新能源产业健康发展的措施
3.1政府应出台战略计划加强产业引导 根据中国国情,考虑新能源与可再生能源市场的运行,建立和完善新能源和节能政策体系,建立能源管理机构和咨询机构,发挥后发优势,使政策对新能源和节能产业的制度保障具有综合性和战略性。
3.2加大技术创新和投资力度 技术创新是新能源与可再生能源发展的关键。中国目前的新能源技术创新能力较低。因此,要特别加大对核心技术的自主研发力度,从人才方面,注重技术性专业人才的培养。对于投资巨大的新能源技术研发,必须以国家投入为主、社会资本参与的方式,建立公共研发平台和检测平台,成立工程技术中心,在技术研发、风险投入、上市融资等方面加大政策倾斜,形成集研发应用于一体的产学研技术创新体系。
3.3坚持实用性第一的原则 首先是基础设施的完善。如电网布局、新能源汽车赖以运行的充电站建设等,通过完善基础设施,为新能源的应用提供基本条件;其次是完善补贴机制。需要在补贴领域和补贴方法上进行扩展,如财税支持等;最后是调整能源利益结构。关键应该通过补贴或绩效考核等途径,对现有能源利益结构进行调整。
3.4促进经济发展与新能源及可再生能源的供需平衡 调整国内的能源消费政策,鼓励使用新能源与可再生能源,大规模启动国内市场,建立绿色能源的民族品牌。
3.5实现多元化发展 大力发展除风能、太阳能之外的新能源与可再生能源,如生物质能源、沼气、垃圾焚烧、地热等。生物质能源在中国发展潜力巨大,中国可用的农林有机废弃物年产能4.74亿吨标煤,利用边际性土地种植能源植物年产能4.25亿吨标煤,两项合计年产能8.99亿吨标煤。应重点发展农林废弃物(如秸秆)发电、生物质液体化(如生物柴油)和生物质燃料等。
关键词:新能源经济;人力资源;调研报告;人才培养
一、调研目的
20世纪80年代以来,中国社会经济发展取得了举世瞩目的成就。与此同时,支撑经济发展的能源需求也日趋紧张,能源供求之间的矛盾日益突出,而且,常规能源的开发利用所带来的一系列环境问题也日益明显,如环境污染、生态破坏、温室效应等,对人类的生存和发展构成了严重威胁[1]。这些问题制约着社会经济的可持续发展。因此在新形势下,要解决中国的能源短缺问题,实现经济、社会和环境的可持续发展,必须依靠科技进步,大规模地开发利用新型能源。
近年来,中国对于新能源的开发给予了高度重视,陆续出台了《可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》等文件,在国家政策的引导下,我国风能、太阳能、生物质能、核能等新能源的开发增长迅速。2008年,全国风电装机容量达到了1217万千瓦,太阳能热水器使用量超过1.25亿平方米,光伏电池产量达200多万千瓦,核电年发电量约683.94亿千瓦时[2]。山东省德州市的新能源经济发展比较突出,被称为“中国太阳谷”,经过十几年的发展,该市培植了皇明集团、亿家能、国强集团、中立集团、通裕集团、世纪威能、中大贝莱特集团等几十家新能源相关企业,涉及太阳能、风能、地热能、生物质能等多种新能源形式,包括太阳能光热利用、光伏发电、风力发电、地源热泵、新能源汽车、生物质直燃发电等诸多领域,为当地经济发展与就业作出了突出贡献。据调查,2010年该市新能源及节能环保产业完成销售收入326亿元,其中127户规模以上企业(包括节能企业)完成销售收入312亿元,同比增长30.7%,利税38.6亿元,同比增长42%。
新能源企业持续、快速发展的关键是技术革新与人才培养,为了切实了解企业对新能源专业人才的需求和应用现状,促进高等教育与新能源经济的对接,笔者以德州市部分新能源企业为调研对象,对其人力资源状况进行了调查研究,力求通过调查及对调查结果的分析,了解新能源专业技术人才的来源、应用状况及发展要求,发现存在的问题并提出相应的改革措施,推动新能源经济的可持续发展。
二、调研对象与方法
调研对象主要为德州市现有新能源骨干企业,主要采用问卷调查的方式,由于调查信息均为企业人力资源的宏观状况和人才需求,故主要以各新能源企业的人力资源部门为调研对象。设计了“新能源企业对专业技术人才需求状况调查问卷”,通过对新能源企业的走访调查,获得各单位的人力资源信息,将相关数据进行分析整理、汇总归纳,根据调查结果提出相关改革建议。
三、调研过程及结果分析
本次调研的内容主要分三个方面:新能源企业发展状况调查,企业现有人才状况调查,企业对新能源专业技术人才的需求状况调查。
1.新能源企业发展状况。本次调查的新能源企业有德州市皇明太阳能集团、亿家能公司、旭光太阳能光电公司、红日太阳能公司等26家新能源企业,涉及太阳能开发利用、风电装备制造、地源热泵、新能源汽车、生物质能等五个新能源领域,调查结果如下。
(1)太阳能光热产业已形成规模,光伏产业初步具备发展基础。以皇明集团为首的光热产业发展时间较长,技术比较成熟,在本市已经形成较为完整的产业链。太阳能热水器年生产量200多万平方米,基于“无机传热”技术的无机超导热管是一种新型光热利用元件,乐陵国强集团年产量在4000万只左右。相比较而言,光伏发电产业起步较晚,但发展较快,皇明公司2.5兆瓦菲涅尔发电示范项目、大唐集团1兆瓦太阳能电站在同时建设,中节能德州20兆瓦光伏电站一期10兆瓦项目已实现并网发电;庆云嘉豪恒泰公司的30万盏大功率集成式LED路灯项目已经竣工。
(2)风电装备制造业配套能力不断增强。世纪威能公司年产1000套兆瓦级风电叶片项目竣工投产;双一集团、华业复合材料公司叶片和机舱罩生产能力超过500台套。
(3)地源热泵产业发展迅速。以中大贝莱特公司、亚太公司、格瑞德公司、奇威特公司等为代表的中央空调地源热泵机组生产企业市场占有率位居全国前列。
(4)新能源汽车产业虽然起步较晚,但发展势头良好。齐鲁客车公司正在与清华大学合作研发新能源客车;华辇公司已经研制出太阳能电池动力轿车样车,续航里程超过150公里,在第四届世界太阳城大会期间推出了全球首台曲面板太阳能样车。
(5)生物质能开发项目陆续投产。新园热电、武城昊源等重点企业建设了以木糖、糖醛废渣代煤15兆瓦生物质直燃发电示范项目,其他生物质能发电项目陆续开工建设。
目前,德州市适应社会发展需求,大力发展新能源及相关产业,产业规模不断扩大,已经初步形成产业集群,有力促进了区域经济发展。
2.新能源企业人力资源现状。通过调查发现,目前新能源企业中有86%的技术人员并非新能源专业毕业,而是相近或相关的机械、电子、控制等传统专业。由于专业不对口,在工作中表现出专业技能不足和对相关新能源事业的热爱程度不一,给企业的人力资源成本造成极大的浪费。深入了解后得知,教育部专业目录里面没有对太阳能、风能等新兴行业进行专门的科目教育;同时在对企业人事部门提供的数据进行总结分析的过程中发现,新进入企业工作的大学生人才流失问题比较严重,调查发现,3个月内流失率为23%,6个月内流失率为49.6%,3年内的流失率达到了89%,给企业的经营成本造成极大的损失。经过细致的分析和深入调研,发现造成此现象的原因主要集中在两个方面:一是87.2%的流失学生在调研表上所填写的离职原因里面选择了“我不是学太阳能(或风能、生物质能)专业的,很多工作我做不了”;二是有90%以上的同学选择了“我不适应这个团队,不适应这个氛围、环境等”。
可见,新能源产业的快速发展需要大量相关专业的技术人才,需要一个相对稳定的专业技术团队,专业不对口是造成人才流失的重要原因。
3.新能源企业专业技术人才需求状况。通过调查,有88.5%的新能源企业表示缺乏对口专业技术人才。近5年来,大部分被调查企业在新能源、新材料行业的劳动用工量呈上升趋势,未来5年德州市的新能源专业技术人才缺口大约2000人,对需求人才的学历要求如表1所示,主要缺乏较高学历的人才,对于既有较宽理论基础,又能从事一线工作的本科生的需求量最大。不同企业对专业素质要求不完全相同,但主要集中在专业技术素质、创新能力和职业忠诚度三个方面,如表2所示。具有创新能力的专业对口人才是企业的首选,同时由于专业对口,跳槽率也会降低,职业忠诚度也会升高。96.1%的新能源企业希望国家的高等教育能尽快增加新能源专业,并且支持专业对口的校企合作办学,或者在高职院校中加大对新能源人才的培养力度。
四、加强新能源企业专业技术人才培养的建议
通过对德州市26家新能源企业的人才状况调查,可以看出目前新能源专业技术人才的培养不能满足新能源经济发展的需求,很多企业只能从相关的传统专业毕业生中选拔人才,由于专业不对口,企业对新就业员工进行再培养的投资较大,而这部分人才进入企业以后,短时间内对行业和个人发展没有全面深入的认识,工作技能掌握不足、企业文化认同不到位、团队融入有障碍,工作中就会缺乏事业归属感、团队归属感和专业归属感,工作过程中极易产生挫败感、抱怨情绪、积极性降低,最终导致人才流失,对于企业与个人的发展均带来不利影响[3]。因此,提出以下几点建议。
1.增加新能源专业
在高等教育、高职教育、中职教育中增加与新能源开发、设计、应用有关的专业,培养各级各类新能源专业技术人才。学校的专业发展、人才培养与社会需求相适应。
2.企校共建新能源专业,加快专业技术人才的培养
由于当前高校新能源专业的教学体系不够完善,师资、实训等教学资源难以符合专业教育要求,单凭学校一己之力,很难培养出合格的新能源专业人才,因此借助企业的专业技术力量和资源优势,建立“企校联合办学”的教育机制,有目标地进行新能源专业技术人才的培养,既能保证宽厚的基础教育,又能结合企业实际需要,加强专业技能培养。而且学生在校期间就业目标明确,其事业归属感较强,将来企业的人才流失率将会有效降低。这是目前从根本上解决新能源企业的人才质量和人才储备问题的有效途径。
3.加大对企业现有技术人员的二次培养力度
目前,新能源企业现有员工主要有两个来源:一是来自于相近或相关的传统专业,没有经过新能源技术的专业系统学习;二是来自于电大或函授教育,或与中专学校短期合作培养。这部分人才虽然能顺利完成当前从事的工作,经过几年的实际工作,也积累了一定的经验,但是专业知识面较窄,理论基础不扎实,在技术创新方面有一定的局限性。因此,可以与高等院校合作,对这部分技术人员进行再培养,夯实理论基础,拓宽知识面,提升创造力。
参考文献:
[1] 何莽.新能源经济现状及发展障碍分析[J].商场现代化,2009,(1):264.
【关键词】云技术网络平台新能源开发利用无线传输技术系统三者互为系统平台的全立体交互式综合应用
一、云技术
云计算(cloud computing),分布式计算技术的一种,其最基本的概念,是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序,再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术,网络服务提供者可以在数秒之内,达成处理数以千万计甚至上亿计的信息,达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。
“云计算(Cloud technology)”是一个很时尚的概念,它既不是一种技术,也不是一种理论,而是一种商业模式的体现方式。准确说,云计算仅描述了一类棘手的问题,因为现在这个阶段,“计算与数据”跷跷板的平衡已发生变化,即已经到“移动计算要比移动数据要便宜的多(Moving computation is cheaper than moving data)”。《著云台》的分析师团队结合云发展理论总结认为,基于云计算商业模式应用于网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术、应用技术等的总称,可以组成资源池,按需所用,灵活便利。
二、新能源
新能源有广义和狭义之分。广义的新能源泛指能够实现温室气体减排的得的可利用能源,外延涵盖了高效利用能源、资源综合利用、可再生能源、代替能源、核能、节能等。狭义的新能源指除常规性能源和大型水利发电之外的风能、太阳能、生物能、地热能、海洋能、小水电和核能等能源的总成。现阶段对风能、海洋能、小水电和核能的利用主要集中在电能的转换上,而对太阳能、生物能、地热能的利用除了将其转换为电能外,还应用于向热能和燃气的转换上。总体来讲,新能源的利用主要是围绕发电展开的。新能源的共同特点是比较干净,除核裂变燃料外,几乎是永远用不完的。由于煤、油、气常规能源具有污染环境和不可再生的缺点,因此,人类越来越重视新能源的开发和利用。
三、无线传输技术
无线传输技术按技术领域大致分为:无线能量(电能)传输技术、无线通信(数据)传输技术。
无线能量(电能)传输方式及技术原理:无线电力传输是一种传输电力的新技术,它将电力通过电磁耦合、射频微波、激光等载体进行传输。这种技术解除了对于导线的依赖,从而得到更加方便和广阔的应用。
无线电力传输的基本原理:
①电磁感应―――短程传输。电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它显示了电、磁现象之间的相互联系与转化。电磁感应是电磁学中的基本原理,变压器就是利用电磁感应的基本原理进行工作的。利用电磁感应进行短程电力传输的基本原理为,发射线圈L1和接收线圈L2之间利用磁耦合来传递能量。若线圈L1中通已交变电流,该电流将在周围介质中形成一个交变磁场,线圈L2中产生的感应电势可供电给移动设备或者给电池充电。
②电磁耦合共振―――中程传输。中程无线电力传输方式是以电磁波“射频”或者非辐射性谐振“磁耦合”等形式将电能进行传输。它基于电磁共振耦合原理,利用非辐射磁场实现电力高效传输。在电子学的理论中,当交变电流通过导体,导体的周围会形成交变的电磁场,称为电磁波。在电磁波的频率低于100khz时,电磁波就会被地表吸收,不能形成有效的传输,当电磁波频率高于100khz时,电磁波便可以在空气中传播,并且经大气层外缘的电离层反射,形成较远距离传输能力,人们把具有较远距离传输能力的高频电磁波称为射频(即:RF)。将电信息源(模拟或者数字)用高频电流进行调制(调幅或者调频),形成射频信号后,经过天线发射到空中;较远的距离将射频信号接收后需要进行反调制,再还原成电信息源,这一过程称为无线传输。中程传输是利用电磁波损失小的天线技术,并借助二极管、非接触IC卡、无线电子标签等等,实现效率较高的无线电力传输。
③微波/激光―――远程传输。理论上讲,无线电波的波长越短,其定向性越好弥散就越小。所以可以利用微波或激光形式来实现电能的远程传输,这对于新能源的开发利用解决未来能源短缺问题也有着重要意义。1968年美国工程师彼得格拉提出了空间太阳能发电(Space Solar Power,SSP)的概念,其构想是在地球外层空间建立太阳能发电基地通过微波将电能送回地球。
无线通信(数据)传输方式及技术原理:无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。无线通信技术自身有很多优点,成本较低,无线通信技术不必建立物理线路,更不用大量的人力去铺设电缆,而且无线通信技术不受工业环境的限制,对抗环境的变化能力较强,故障诊断也较为容易,相对于传统的有线通信的设置与维修,无线网络的维修可以通过远程诊断完成,更加便捷;扩展性强,当网络需要扩展时,无线通信不需要扩展布线;灵活性强,无线网络不受环境、地形等限制,而且在使用环境发生变化时,无线网络只需要做很少的调整,就能适应新环境的要求。
(1)常用的远距离无线通信技术
目前偏远地区广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。它主要使用在较为偏远或不宜铺设线路的地区,如:煤矿、海上、有污染或环境较为恶劣地区等。
①GPRS/CDMA无线通信技术:GPRS (通用无线分组业务)是由中国移动开发运营的一种基于GSM通信系统的无线分组交换技术,是介于第二代和第三代之间的技术,通常称为2.5G。它是利用“包交换”概念发展的一种无线传输方式。包交换就将数据封装成许多独立的包,再将这些包一个一个传送出去,形式上有点类似寄包裹,其优势在于有资料需要传送时才会占用频宽,而且是以资料量计价,有效的提高网络的利用率。GPRS网络同时支持电路型数据和分组交换数据,从而GPRS网络能够方便的和因特网互相连接,相比原来的GSM网络的电路交换数据传送方式,GPRS的分组交换技术具有实时在线、按量计费、高速传输等优点。CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access),是由中国电信运行的一种基于码分技术和多址技术的新的无线通信系统,其原理基于扩频技术。其最早是由于军事上对高质量无线通讯技术的需要而开发设计。CDMA在数据传送过程中,将数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使数据信号的带宽被扩展,然后经载波调制将数据发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码,进行相反过程的处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号从而进行解扩,以实现数据传输。其特点是抗干扰能力强、抗衰落能力强、信号隐蔽性强、抗截获的能力强、可以多用户同时接收发送。
②数传电台通信。数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。数传电台的工作频率大多使用220~240 MHz或400~470 MHz频段,具有数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点。数传电台的有效覆盖半径约有几十公里,可以覆盖一个城市或一定的区域。数传电台通常提供标准的RS-232数据接口,可直接与计算机、数据采集器、RTU、PLC、数据终端、GPS接收机、数码相机等连接。传输速率从9600到19200 bps,误码低于10-6(-110 dBm时),可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式。无线数传电台是通信行业发展较早的通信方式,也是比较成熟的一项无线通信技术,已经在各行业取得广泛的应用,在航空航天、铁路、电力、石油、气象、地震等各个行业均有应用,在遥控、遥测、摇信、遥感等SCADA领域也取得了长足的进步和发展。
③扩频微波通信。扩频通信,即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication)是指其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身带宽的一种通信技术。最早始用于军事通信。它传输的基本原理是将所传输的信息用伪随机码序列(扩频码)进行调制,伪随机码的速率远大于传送信息的速率,这时发送信号所占据带宽远大于信息本身所需的带宽实现了频谱扩展,同时发射到空间的无线电功率谱密度也有大幅度的降低。在接收端则采用相同的扩频码进行相关解调并恢复信息数据。其主要特点是:抗噪声能力极强;抗干扰能力极强;抗衰落能力强;抗多径干扰能力强;易于多媒体通信组网;具有良好的安全通信能力;不干扰同类的其他系统等,同时具有传输距离远、覆盖面广等特点,特别适合野外联网应用。
④无线网桥。无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线(微波)进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备,可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离(可达50km)、高速(可达百兆bps)无线组网。扩频微波和无线网桥技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。
⑤卫星通信。卫星通信(satellite communication)是指利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号,从而实现在多个地面站之间进行通信的一种技术,它是地面微波通信的继承和发展。卫星通信系统通常由二部分组成,分别是卫星端、地面端。卫星端在空中,主要用于将地面站发送的信号放大再转发给其它地面站。地面站主要用于对卫星的控制、跟踪以及实现地面通信系统接入卫星通信系统。卫星可分为同步卫星和非同步卫星,同步卫星在空中的运行方向和周期与地球的自转方向及周期相同,从地面的任何位置看,该卫星都是“静止”不动的;非同步卫星的运行周期大于或小于地球的运行周期,其轨道高度、倾角、形状都可根据需要调整。卫星通信的的特点是:覆盖范围广、工作频带宽、通信质量好、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等,其主要用在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视等领域,卫星通信的主要缺点是通信具有一定的延迟,比如打卫星电话时,不能立即听到对方回话,主要原因是卫星通信的传输距离较长,无线电波在空中传输是有一定延迟的。
⑥短波通信。按照国际无线电咨询委员会的划分,短波是指波长l00m~l0m,频率为3MHz~30MHz的电磁波。短波通信是指利用短波进行的无线电通信,又称高频(HF)通信。短波通信可分为地波传播和天波传播。地波传播的衰耗随工作频率的升高而递增,在同样的地面条件下,频率越高,衰耗越大。利用地波只适用于近距离通信,其工作频率一般选在5MHz以下。地波传播受天气影响小,比较稳定,信道参数基本不随时间变化,故信道可视为恒参信道。天波传播是无线电波经电离层反射来进行远距离通信的方式,倾斜投射的电磁波经电离层反射后,可以传到几千千米外的地面。天波的传播损耗比地波小得多,经地面与电离层之间多次反射之后,可以达到极远的地方,因此,利用天波可以进行环球通信。天波传播因受电离层变化和多径传播的严重影响极不稳定,其信道参数随时间而急剧变化,因此称为变参信道。短波通信的特点是:建设维护费用低、周期短、设备简单、电路调度容易、抗毁能力强、频段窄,通信容量小、天波信道信号传输稳定性差等。长期以来,广泛用于政府、军事、外交、气象、商业等部门,用以传送电报、电话、传真、低速数据和图像、语音广播等信息。
(2)常见短距离无线通信技术
短距离无线通信技术是指通信双方通过无线电波传输数据,并且传输距离在较近的范围内,其应用范围非常广泛。近年来,应用较为广泛及具有较好发展前景的短距离无线通信标准有:Zig-Bee、蓝牙(Bluetooth)、无线宽带(Wi-Fi)、超宽带(UWB)和近场通信(NFC)。
①Zig-Bee。Zig-bee是基于IEEE802.15.4标准而建立的一种短距离、低功耗的无线通信技术。Zig-bee来源于蜜蜂群的通信方式,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的来与同伴确定食物源的方向、位置和距离等信息,从而构成了蜂群的通信网络。其特点是距离近,其通常传输距离是10-100米;低功耗,在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个终端工作6~24个月,甚至更长;其成本,Zig-Bee免协议费,芯片价格便宜;低速率,Zig-bee通常工作在20~250 kbps的较低速率;短时延,Zig-bee的响应速度较快等。主要适用于家庭和楼宇控制、工业现场自动化控制、农业信息收集与控制、公共场所信息检测与控制、智能型标签等领域,可以嵌入各种设备。
②蓝牙(Bluetooth)。蓝牙(Bluetooth)是在1998年5月由东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚等公司共同提出的一种近距离无线数据通讯技术标准。它能够在10米的半径范围内实现点对点或一点对多点的无线数据和声音传输,其数据传输带宽可达1Mbps。通讯介质为频率在2.402GHz到2.480GHz之间的电磁波。蓝牙技术可以广泛应用于局域网络中各类数据及语音设备,如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高品质耳机等,蓝牙的无线通讯方式将上述设备连成一个微微网,多个微微网之间也可以实现互连接,从而实现各类设备之间随时随地进行通信。蓝牙技术被广泛应用于无线办公环境、汽车工业、信息家电、医疗设备以及学校教育和工厂自动控制等领域,蓝牙目前存在的主要问题是芯片大小和价格较高;抗干扰能力较弱。
③无线宽带(Wi-Fi)。Wi-Fi诞生于1999年,它是一种基于802.11协议的无线局域网接入技术。Wi-Fi技术突出的优势在于它有较广的局域网覆盖范围,其覆盖半径可达100米左右,相比于蓝牙技术,Wi-Fi覆盖范围较广;传输速度非常快,其传输速度可以达到11mbps(802.11b)或者54mbps(802.11a),适合高速数据传输的业务;无须布线,可以不受布线条件的限制,非常适合移动办公用户的需要。在一些人员密集的地方,比如火车站、汽车站、商场、机场、图书馆、校园等地方设置“热点”,可以通过高速线路将因特网接入上述场所。用户只需要将支持无线网络的终端设备该区域内,即可高速接入因特网;健康安全,具有WiFi功能的产品发射功率不超过100毫瓦,实际发射功率约60~70毫瓦,与手机、手持式对讲机等通讯设备相比,WiFi产品的辐射更小。
④超宽带(UWB)。UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,其传输距离通常在10m以内,使用1GHz以上带宽,通信速度可以达到几百兆bit/s以上,UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6 GHz,最小工作频宽为500MHz。其主要特点是:传输速率高;发射功率低,功耗小;保密性强;UWB通信采用调时序列,能够抗多径衰落;UWB所需要的射频和微波器件很少,可以减小系统的复杂性。由于UWB系统占用的带宽很高,UWB系统可能会干扰现有其他无线通信系统。UWB主要应用在高分辨率、较小范围、能够穿透墙壁、地面等障碍物的雷达和图像系统中。军事部门利用UWB技术已经开发出了高分辨率的雷达。据相关报道,一些具有特殊功能的UWB收发器已经被开发出来,用在了能够看穿地面、墙壁、身体等障碍物的雷达和图像装置,这种装置可以用来检查楼房、桥梁、道路等工程的混凝土和沥青结构中的缺陷,以及定位地下电缆及其它管线的故障位置,也可用于疾病诊断。另外,在救援、治安防范、消防及医疗、医学图像处理等领域都大有用途。
⑤NFC。NFC(Near Field Communication)是一种新的近距离无线通信技术,由飞利浦、索尼和诺基亚等公司共同开发,其工作频率为13.56 MHz,由13.56 MHz的射频识别(RFID)技术发展而来,它与目前广为流行的非接触智能卡ISO14443所采用的频率相同,这就为所有的消费类电子产品提供了一种方便的通讯方式。NFC采用幅移键控(ASK)调制方式,其数据传输速率一般为106 kbit/s、212 kbit/s和424 kbit/s三种。NFC的主要优势是:距离近、带宽高、能耗低,与非接触智能卡技术兼容,其在门禁、公交、手机支付等领域有着广阔的应用价值。NFC的应用情境基本可以分为以下五类:A、接触-通过,主要应用在会议入场、交通关卡、门禁控制、和赛事门票等方面;B、接触-确认/支付,主要应用在手机钱包、移动和公交付费等方面;C、接触-连接,这种应用可以实现2个具有NFC功能的设备实现数据的点对点传输;D、接触-浏览,用户可以通过NFC手机了解和使用系统所能提供的功能和服务;E、下载-接触,通过具有NFC功能的终端设备,使用GPRS\CDMA网络接收或下载相关信息,用于门禁或支付等功能。
四、三者互为系统的立体式应用