新能源及节能技术范文

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改革开放以来到2000年，中国的能源消费增长率与国内生产总值增长率之比(能源弹性系数)为0．5左右，就是说，中国以能源消费翻一番支持了GDP翻两番。但是，2004年，中国的能源弹性系数已攀升到1．6；2005年我国能源消费总量22．2亿吨标准煤，比上年增长9．5％，能源消耗量继续攀升。煤荒、电荒、油荒在一些地区相继出现，矿难也频频发生。这种高投入、高消耗、高污染和低效益的粗放型增长方式，必然同资源、环境发生尖锐矛盾，最终将导致经济发展的不可持续性。

我国正面临能源供给压力日趋增大，给经济安全带来的严重挑战。目前石油占中国能源消费的22．7％，煤炭作为中国最主要的基础性能源，比重达到67．7％，天然气为2．6％，水电、核电、风能、太阳能等新能源和可再生能源为7％。这种能源结构落后于美国和欧盟国家，不利于经济体系的安全与稳定。我国实施新的能源战略将面临着艰巨的任务：预计到2020年，中国计划将煤炭的比重降低到50％至60％，而石油仍将维持20％左右的比例；减少的比重必须由多种能源来替代，包括天然气、核电、水电以及其他可再生能源。

煤和石油是目前人类主要的可使用能源，在地球中的储量有限。这种天然能源资源正以惊人的速度在消耗着，已经引发了一系列严重的经济社会和环境危机。能源多元化是21世纪世界能源发展的必然趋势和发展前景。

中国城市经济学会十分关注城市经济可持续发展的研究，也十分关注新能源和节能技术在城市经济中的开发和利用。可再生能源作为常规化石燃料的一种替代能源，由于其清洁、无污染、可以再生和永续利用，符合城市可持续发展和保护环境的要求，因此受到越来越多的社会各方的重视。可再生能源将迎来大发展的新阶段。

可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。地热能是蕴藏在地下岩石和流体中的热能，蕴藏量相当于全球煤炭储量热能的1．7亿倍，可供人类长期利用。地热能用来发电或为建筑物供热和制冷，在世界各国已经开展起来。目前，全世界已有300座地热发电站，分布在20多个国家，其中美国占40％。地热能将成为未来最重要的能源之一。我国利用地热能的科研和开发，还处在起步阶段，不久的将来，也会出现一个新的发展阶段。到会的专家和正在开始使用地热能的城市，将会为我国进一步开发和利用提出许多宝贵的经验和建议。

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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。

作者:范志强 杜 闯 董天宇 单位:沈阳理工大学汽车与交通学院

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1.1回转式空气预热器柔性密封技术“回转式空气预热器柔性密封技术”

为入选国家发展改革委《国家重点节能技术推广目录》的节能技术，其针对于空预器漏风和堵灰两大难题提出的解决措施，可以有效解决回转式空预器的运行问题，使空预器长期处于高效稳定的运行状态，明显提高机组运行的经济性和安全性，从而达到节能减排的效果。“径流式湿式电除尘器技术”与传统湿式除尘相比除尘效率高达90%以上，运行电耗、水耗及阻力小，节能减排效果显著。

1.2压缩空气系统节能改造项目

该项目将高载能生产车间原有的压缩空气系统加装了空压机房节能监控系统，解决了车间末端用气波动且离心机调节能力弱的难题，实现了动态补偿用气，提高了部分电解车间用气端的用气效率，实现了各车间用气流量的全可控，降低了空压机群的总能耗。此项改造节能率超过20%，年节电约316万千瓦时，折合标准煤1137.6吨、减排二氧化碳2980.6吨。

1.3其他洛阳隆华传热节能股份有限公司“电力尖峰冷却技术”

针对火电尖峰冷却问题提供专项解决方案。重庆富氧科技股份有限公司“富氧燃烧技术”、普瑞森能源集团公司“电厂凝汽器蒸汽喷射器抽真空系统”、国电科学研究院“低位能分级混合加热供暖技术”、宜兴亨达竹格填料有限公司“火力发电冷却塔竹制淋水填料技术”等。这些技术及其实际应用案例对于引导用户采用节能技术、促进火电行业节能减排技术进步具有重要的借鉴意义。

2电力新能源的现状及发展

2.1太阳能

太阳能是目前来说应用最广泛的新能源，太阳能具有取之不尽和容易收集等特点，只要有足够的空间和合理的装置就能够进行太阳能的应用，目前我国的太阳能热水器生产应用排行世界第一，已经实现了商业化，对于我国来说更多的需要考虑建筑中太阳能的利用，在建筑设计时充分利用太阳能，从美观和技术方面综合考虑，我国对于太阳能的重视会使得太阳能利用在建筑上的应用发展较快，更好的提供能源保障，但是同样太阳能发电的前期投入较高，推广普及需要政府的大力支持。我国的太阳能电池板的生产在世界水平上总体较高，随着太阳能科技利用的不断发展，硅材料等太阳能利用材料有可能出现降低等现象，光电元件的效率更高，成本越来越低，这就需要我们在太阳能的发展中从技术方面不断进行突破，保障高效、低价，提高竞争力，保证能源的供应，降低污染问题。

2.2风能

目前，从可再生能源发电成本来看，风力发电成本在可再生能源中最具性价比。相较于传统能源发电，目前全球部分地区陆上风电已经具备较好竞争力。对于我国挂档加速的风电产业，如果要实现2020年，中国非化石能源占一次能源消费比重达到15%的目标，大力发展风电是毫无疑问的。目前就陆上风电开发成本来说，全球陆上风电平均度电成本降至约83美元/兆瓦时。而部分地区煤炭和天然气发电成本不降反升。随着风电技术进步和发展规模扩大，以及煤电成本的增加，未来风电竞争力将进一步增加，预计在2020年前后中国陆地风电成本将达到与煤电持平的水平。但在发展中我们要注意的是从风电场选址上需从宏观和微观角度着手考虑，做好当地风资源评估等前期工作。其次，在建设阶段需考虑如何降低设备采购成本以及接下来运行维护成本。此外，现在我国风电行业的主力是国企，强调最多的是社会责任，任何企业想要可持续发展必须要有合理利润，持续降低风电的全生命周期成本是风电产业健康发展且提升竞争力的必由之路。

2.3核能

目前来说核电常用的为核裂变，虽然核聚变释放的能量要远远大于核裂变，但是技术存在一定的问题还未能真正投入使用，我国的核电经过了一段时间的发展取得了一定成就，但发展速度并不够快，核电是高新技术，需要高科技和人才的支持，对操作人员的要求较高，所以核电的发展必须从人才的培养方面着手，综合推进，才能够保障核电技术的可靠、平稳、快速的发展。

2.4生物质能

对于生物质能的利用我国进行了深入的研究，由于我国农业的比重，我国的生物质能发展潜力很大，对于生物质能的应用分成了两派，一派不能接受粮食作为燃料，但是随着技术的不断改进，目前采用纤维素制作燃料已经投入了不断的试验和发展。但是生物质能的应用仍旧存在一定的问题，例如运输和收集的成本问题，从各个偏远地区收集秸秆就造成了更多的人力和机械的投入，收集半径太大就会对经济效益造成影响，小规模的收购又很难保证能源的供应，这就对生物质能能源的发展造成了影响。需要我们不断的采取新的科技手段，更好的利用生物质能。

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Abstract: in the current stage of the construction market, because the national standard and requirement level rise to certain management level, the architecture of the energy saving design requirements and new energy use pay more attention to, this paper USES the data, for example, introduced new energy conservation technology and energy utilization technology in the building of the specific application of the civil building, then indicates that the construction of energy-saving technologies and new energy development and utilization of the feasibility and necessity

Key word: building energy efficiency, new energy material, energy saving technology

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

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%。通过数据表明建筑节能在我国的推广是市场需求。

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。我国目前正处于建设高峰期，每年新建房屋近20亿平方米，超过所有发达国家建设量的总合。而其中95%以上的建筑都是高耗能的建筑，节能技术相对落后。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。

3、我国能源状况与建筑能耗

我国能源发展主要存在四大问题。

（1）是人均能源拥有量低、储备量低。

（2）是我国的能源结构依然以煤为主，约占75%。全国年耗煤量已超过13亿吨。由于燃煤效率低，对环境污染严重，造成我国大气污染和酸雨严重。

（3）是能源资源分布不均。主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源供应不足，造成北煤南运、西气东送、西电东送。

（4）能源利用效率低。我国能源终端利用效率仅为33%，比发达国家低10个百分点。

随着城市建设的高速发展，建筑能耗逐年大幅度上升，已成为中国能源消费的主体之一，目前我国建筑用能已达全社会能源消费量的32%。加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%，我国的建筑总能耗已达全国能源总量的45%。我国现有建筑面积为400亿平方米，绝大部分为高能耗建筑，预计到2020年，总建筑面积将达到700亿平方米。庞大的建筑能耗，已经成为我国国民经济的巨大负担

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。

2、建筑节能保温思想及规范引导

案例：德国从2002年2月开始实行新的建筑节能规范EnEV2002。这一节能规范体现了德国最新建筑节能技术研究成果，有很强的实际操作性。

这项新的建筑保温节能技术规范的核心思想，是从控制单项建筑维护结构（如外墙、外窗、屋顶）的最低保温隔热指标，转化为对建筑物真正的能量消耗量的控制，达到严格有效的能耗控制。实际操作中，一是实行建筑能耗定量化，建筑能耗证书系统，二是新建住宅必须出具采暖需能耗量和住宅能耗核心值。

通过规范对具体节能技术体系的引导与控制要求

规定建筑最低标准的保温值。

节约夏季制冷能耗，控制建筑外墙的热穿透系数的最高允许值。

控制建筑的气密性和通风换气量

同时规定住宅要有满足卫生，健康要求的通风换气量，要求有足够的开启扇面积。

规定住宅建筑中尽可能避免冷桥构造。

改善采暖设备和热水系统

― 要求所有新安装的燃油气炉，必须达到欧共体最新节能环保标准。

― 中央供暖系统需安装循环水泵，三级以上自动调节装置，以便根据供暖需要提供相应的热水量。

采暖管线

― 中央供暖系统的住宅居住区。必须安装相应的自动控制系统，根据外界温度和时间因素影响，而自动调节供暖量以及自动开启和关闭。

―室内必须安装温度自动控制装量，以根据温度自动调节和时间变化供暖量。

3、开发利用新能源的重要意义

随着新能源需求的不断增加，地球上不能能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。根据专家语塞，到2080年，全球可再生新能源的用量发展占能源总用量的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。

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“泛能网”构建生态园区

近年来，关于生态园区、能源生态城的说法不绝于耳，但很多人并不清楚真正意义上的生态园区。这种新型的能源生态城概念不仅强调环境的生态，更关注能源的生态。也就是说，更多考虑的是能源的循环，对能量实现梯级利用、余能最大回收，对能源全生命周期进行智能化管理，实现“能源的综合利用”，并最终将能源全部“榨干吃净”。

举个例子，用煤发电的有效温度在1000～1300℃之间，如果继续沿用传统的利用方式，1000℃之下和1300℃以上的煤炭能量就被白白浪费了。这导致能源利用效率低下，同时还会产生极大的环境污染。

“过去，能源是单一的生产，造成效率低下的本质是能源、资源和职能的过度浪费，未被开发的资源错位。对此，我们提出了一个概念，就是泛能网技术。它是实现能量流、信息流和非能源物质流相互耦合的智能协同网络化技术，关注能源生产、应用、储运和再生的全过程。”新奥集团首席技术官甘中学博士表示，新奥志在建立真正的新能源体系，打造“能源新常态”。

根据甘中学的描述，基于泛能网技术，我们可以看到生态园区的内能源将呈现一种“智慧”状态：在园区内天然气、太阳能、气电联产、煤气化生产、微藻生物能源、地热等多种能源生产方式并存，以最佳方式保障整个城市的能源稳定供应。城市中的泛能站，则将天然气、电能转化为汽、电、热等能量，并根据不同消费载体的能源用量、时间段、使用形式等，实现能源的优化补给和调度。而这些调度、优化、传输、使用、流转等环节，都能在泛能服务平台上一览无余。

这样的画面，未来将会在中德生态园中真实上演。中德生态园控制性能源详细规划由新奥集团编制，它是利用泛能网技术将能源、资源和信息耦合在一起，实现区域内的节能减排和可持续发展。在中德生态园的泛能网规划中，我们将建设一个大型的能源供应站，在各个小区再建一些小型的泛能站，实现1拖N的整体能源供应系统，保证整个能源系统的稳定。

新奥泛能技术中心技术人员以办公和居民用电系统举例说明：居民用电系统晚上负荷高，白天负荷则接近于零；而办公用电恰与之相反。原有的居民区与办公区需要分别建设1个100万千瓦时的配电设施才能满足用电需要，而利用泛能网技术，完全可以各建一个50万千瓦时的配电设施，根据白天居民区用电少而办公区用电多的特点，可以把居民区盈余能量传送到办公区，夜晚则做反向传送，将办公区盈余能量传回到居民区，如此可以在降低能源设施建设成本的前提下，满足两个不同区域的用能需求，从而在总体上减少能源浪费。

技术创新“制造”能源

在化石能源面临枯竭的警钟下，如何利用技术创新“制造”能源，成为所有政府和能源企业必须思考的问题。

事实上，能显著达到节能减排效果的“能效改进”本身即是一种新的能源。来自国际能源署的报告显示，工业部门消耗了世界1/3的能源，而工业部门中高达1/4的能耗可以通过应用节能技术和行为优化来加以避免。以新奥泛能网技术为代表的能效改进工程，在应用端解决了能源的高效利用问题，在一定意义上等于“增加了”能源。这些被称为没有“剪彩”的能效改进工程，虽然不是一种直接性的可再生能源，但是它的意义却丝毫不亚于新能源的开发。

当然，能效改进并不能彻底解决能源枯竭的问题，如何在能源生产端找更好的新型能源和替代能源？新奥通过不断创新和探索，形成了清洁能源循环生产技术。这是一系列以煤为基础的清洁转化技术总称，主要包括地下气化、煤催化气化及微藻生物吸碳技术等。煤炭通过催化气化和地下气化两种方式，被转化为合成气，这种合成气可以直接用于发电，或转化为甲烷（天然气的主要成分）等产品，转化过程中产生的二氧化碳、废水等物质，通过微藻生物吸碳技术吸收利用，又可以转化为生物柴油、化工原料及其他高附加值产品。

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1 分布式能源系统

为了与传统能源供应体系形成互补体系，在保证安全可靠供能的基础上尽可能降低传统能源的比例，实现能源利用效能的最大化，打造智慧能源系统需要依托燃气或燃煤的冷热电分布式能源技术、小水电、余热利用、蓄能、热泵、太阳能、风能等新型能源技术和可再生能源技术等，利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，一般综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是分布式能源应用的主要方式，其主要产能设备是燃气轮发电机。通过采用燃气轮机进气冷却及燃气轮机尾气再用两项技术应用，可将天然气分布式能源系统的综合能源利用效率提高至85%左右。其特点是能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好。

2 燃气轮机应用原理

燃气轮机发电机组在国外已被广泛使用，尤其以中东、北美、欧洲和东南亚较多。燃气轮机发电已经占全球发电的20%。发达国家准备在2020年左右推出燃气氢能的燃气轮机，其进气初温将从目前的1400℃升到1700℃，联合循环的效率也将达到65%，堪称是发电机设备中效率最高的。我国发展燃气轮机发电技术的起步很早，但限于我国工业技术、技术能力及能源政策等诸多因素的影响，这种高难度、大型设备的研发速度一直很慢，自改革开放以来，随着国民经济发展和电力供应紧张形势加剧，越来越显示出发展燃气轮机发电的重要性，目前我国北方多以汽轮机火力发电为主，而长三角和珠三角燃气轮机发电发展较快。

燃气轮机发电机组具有效率高、简单循环燃气轮机的净效率为37%一43%；前置循环热电联产时的总效率一般均超过80%；启停速度快，可以很好地配合电网大幅度频繁调峰；排污治标低，排放的体积分数NOx小于9x10-6，柴油发电机是其数百倍。此外，还具有设备维护少、安装简单、自动化程度高等优点。

燃气轮机的工作循环是一种所谓的“白雷登循环”，循环过程在温熵（T-S）图上的表示方法如图1所示。从温熵图上不难看出，面积1234就是1kg空气在燃机中完成一次循环后，输出的功，即通常所说的比功或出力。显然这个面积越大，意味着比功或出力越大。要想增加这个面积，一种方法是提高燃气初温（T3），如b图所示；一种方法是降低燃机的进气温度（T1），如c图所示。采用提高燃气初温的方法通常适用于燃机制造商，有条件投入大量的人力物力研制出耐热性能更好的材料，结果是使燃机不断更新换代，成为一个个产品系列（如E级、F级燃机）；采用降低进气温度的方式则适用于燃机用户，这种方法对技术力量要求相对较低，实施难度不高，可作为技术改造项目予以实施，且得到的收益更大。

3 燃气轮机技术应用

天然气发电要想在汽轮机上节能，能够实现的办法是改变汽轮机的进气温度和基于尾气的利用。

燃气轮机进气冷却技术

燃气轮机进气冷却技术包括直接接触式冷却技术（包含湿膜发冷却技术、喷雾冷却技术）和间接接触式冷却技术（包含压缩制冷冷却技术、蓄冷冷却技术、余热制冷冷却技术、LNG冷能利用技术）两种。其具有安全可靠、不改变原发电工艺和设备、提高效率的显著特点，并能提高发电效率10%―15%，最高可达35%。同时，使机组常年在设计工况下运行，提高机组的实际使用寿命，以及具有经济型好、投资小、施工简单、便于使用方实施、可以短期回收成本等特点。

直接接触式冷却技术其原理是利用水在空气中蒸发时所吸收的潜热来降低空气温度。当未饱和空气与水接触时，两者之间便会发生传热、传质过程。结果是空气的显热变为水蒸发时所吸收的潜热，从而使其温度降低。理论上可将这一过程近似看作对空气的绝热加湿过程（如图2所示）。其技术特性最大的优点是初期投资少。燃气轮机出力和热耗的影响与当地空气的相对湿度密切相关，其较适宜在干燥炎热的地区使用。当进气湿度较大时，可在燃气轮机进气道内逆进气方向喷入除盐水，利用水雾蒸发降低湿空气温度，后面要有水分分离器或收集器，除去进气中的水分，使其达到设备厂商允许的携水率，保证机组性能免受影响。进气直接接触的水必须保证足够的洁净度和酸碱值，因为微量的杂质就会引起燃气轮机叶片的腐蚀。

间接接触式冷却是在燃气轮机压气机进口处设置一翅片式表面换热器，空气在管外翅片侧流动，冷源在管内流动。与常规管翅式换热器不同，这种换热器要考虑空气中冷凝水的分离、收集与排放。如图3所示，a点表示环境条件，c点表示进气状态。随着空气通过表面式换热器把显热传给冷源，空气的相对湿度增加，空气温度逐渐降低到露点温度（b点）。如果要把空气温度降低到露点温度以下，除了这部分显热外，还需要空气中水蒸汽凝结时的潜热。从b点到c点空气中的水蒸汽开始凝结，使得c点的湿度达到100%（处于饱和状态）。a―b和b-c分别表示显热和潜热。由于采用表面式冷却故不受环境空气相对湿度的影响，因此在潮湿炎热的地区采用这种冷却方式的较多。

目前，燃气轮机进气冷却技术在国内外已有广泛应用，如新疆塔里木油条轮南燃气轮机电站使用蒸发式降温、江苏无锡华达电厂使用压缩式降温、深圳金钢电力有限公司使用余热吸收式降温、印度拉贾斯坦乌代尔电站使用蓄冷式降温等。

燃气轮机尾气再利用技术

燃气轮机尾气再利用技术的特点是由于天然气单位热量含碳量比燃煤低50%，CO2排放量也低56%；与燃煤相比，NOx减少60%，SO2几乎可忽略，无烟尘排放。其技术主要利用方式是：燃气轮机+排气回收型溴化锂吸收式冷温水机；燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机+蒸汽型溴化锂冷温水机；燃气轮机+排气再燃型溴化锂吸收式冷温水机和燃气轮机+排气余热利用和补燃型溴化锂吸收式冷温水机。目前在北京中关村软件园使用是的1200KW燃气轮机、3489KW余热直燃机和3489KW标准直燃机。

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关键词：

机械；新能源；节能技术

0前言

对于机械工业来说，要想进一步的提升自身经济效益，增强综合实力，必须进行新能源的开发与利用以及采取相应的节能工艺与技术。现阶段，随着经济全球化进程的不断推进，机械工业的竞争压力越来越大，能源的消耗方面更是遇到了发展的瓶颈。集中体现在：人工费用所占成本比例相对较大；原料成本持续增加；能源投入数额较大；环保投入也持续升高等方面，使得机械企业在成本控制方面捉襟见肘。只有通过加快新能源的研发速度，推广使用节能工艺与技术，全面梳理现阶段能源消耗与节能中所出现的问题，才可以显著地降低能源消耗提升企业效益。

1机械工业中新能源与节能技术的发展现状

现阶段我国逐步的将新能源推向产业化发展的道路，尤其是在机械工业方面，新能源与节能技术的应用与发展已有了不少的成果。如今，我国已对新能源的节能技术的研发形成了完整的理论，为进一步的开发和应用提供了基础和保障。而在新能源和节能技术的实际研发中，一些产品已被应用到机械工业中，并可以满足相关的要求。而有一些新能源节能技术产品开始走向产业化的道路，其生产规模正逐步扩大。其中最具代表性的就是新能源汽车的工业化生产。不过，在新能源和节能技术的发展与应用过程中，依然有不少的问题存在。首先，相对于发达国家来说，国内关于新能源与节能技术的研发要晚一些，政府在这方面的资金投入相对要少，而企业的资金投入更是不多。现今，关于新能源和节能技术，很多都处于试验时期，即便有些企业逐步的增加了研发的资金，也取得了一定的成果，但整体上来说，还和国际先进水平存在着不少的差距。其次，在应用新能源和节能技术的机械中，很多核心部件不具备产业化生产的技术与条件，需进一步的加强。第三，我国对于新能源和节能技术相关的机械产品政策扶持力度不足。从环保的层面上来说，采用新能源与节能技术的产品，政府应加大扶持力度，给予相应的优惠和补贴政策。最后，我国没有统一的关于新能源和节能技术规范与标准。要想机械工业逐步的应用新能源和节能技术，应当建立并完善相应的标准与规范，以达到促进机械新能源和节能技术发展的目的。

2机械新能源与节能技术的应用

2.1LNG机械的应用

天然气是一种非常清洁的能源，在使用过程中包含两种类型：压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）。CNG是通过加压的方式，让其以气体状态的情况下储存到相应的装置里，和我们通常使用的管道天然气组成一致。而LNG则是将天然气在非常低的温度下进行冷凝等处理，让其处于这种低温（一般在162℃左右）环境中逐渐的被液化，从而产生了液化天然气。因为此状态下天然气的密度要大得多，因此LNG机械相应的具有更长的工作周期，也使其在机械工业中的应用前景更大LNG机械大部分应用于汽车发动机的工业生产中，其采取特定的设备将LNG液化，然后将气化天然气的压力进行调节以后将其输入发动机，进而完成动力输出操作。通过采用这种新能源与节能技术，新能源的消费成本可降低30%以上。不过，LNG机械依然有着多种问题存在。第一，用于汽车发动机的LNG机械和以柴油为动力的机械比较，其性能依然有所差异。尤其是在动力调节方面，相对的存在一定滞后性，无法完美地适应负荷的随时改变。第二，无法实现密闭的作业。因为LNG所储存的装置其内部会存在非常高的压力，而如果其内部的压力超出一定值以后，就会自动的将天然气释放出去，以确保天然气储存装置的安全性。但是，在密闭的空间内，天然气就无法实现释放。最后，在LNG机械加注天然气的过程中，要依靠专业的设备完成，而实际的使用过程中，就会产生一定的限制，极大地阻碍了LNG机械的应用与发展。但是，和一般的柴油为动力的机械相比较，LNG机械是具有非常显著的环保效益，其可明显的降低二氧化碳、二氧化硫以及一氧化碳等污染气体的排放量，在改善大气环境方面意义非凡。

2.2电驱动机械

很多大型的工程机械，逐步开始使用大功率的电驱动马达以代替传统的发动机驱动。而相应的电驱动马达所需的动力来源为电网的电能，与电动机所连接的控制器和变频器之间可以实现数据的传输与交换，从而实现按照外界载荷情况而实时的变频，达到调整电动机功率的目的。通过这样的节能技术，可有效地降低能源的消耗，同时还具有较小的噪音污染、较小的污染物排放等特点。在节约成本的基础上，又达到了环境保护的目的。

2.3混合动力机械

机械工业中汽车行业对于混合动力的使用已逐渐的成熟，并为混合动力机械的发展提供了极其广阔的空间。现阶段，机械工业中经常使用的混合动力能够分成三种，分别是油电混合动力形式、油液混合动力形式以及由电液混合动力形式。在油电混合动力机械中，加入电动力，可以较相同能力的机械减少很大的功率，也实现了能源消耗的减少。相同情况下，采用混合动力可较单一柴油动力机械降低20%左右的能源消耗量，同时可减少20%左右的污染物排放量。

3结语

新能源与节能技术在机械工业中的应用，可有效地减少能源的消耗量，定会给机械工业带来良好的发展机遇，同时也是未来机械工业的发展要求和方向。

作者：龙腾 单位：邵阳学院

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2教学开展

2．1课堂教学

“新能源与节能技术”的课程目标决定了课程需要探索新的教学方式、及时更新教学内容。课堂教学是课程的主要讲授方式，为了克服过去的“填鸭式”教学的弊端，讲授方式需要加以探索、创新。“新能源与节能技术”在教学过程别注重备课、授课以及反思三个环节。(1)在备课环节，认真研读教材和参考书。教材由于编写时间的滞后性，某些观点和数据都有待更新，盲目地按照教材编制教案不能适应现代教学要求，需要通过互联网、图书馆等多种渠道获取更全的、更新的知识和数据。丰富授课内容。将视频、音频和动画等丰富的教学素材引入到教案中，让课堂学习不再枯燥。例如在讲述能源导致的环境污染专题中，结合南京的实际，将雾霾引入课堂，并鼓励学生思考如何治理、保卫我们的生活环境，并给出充足的时间让学生进行讨论。如此贴合实际的话题，学生讨论的非常热烈，围绕少开或者不开车、关闭重污染工业、改造渣土车和严格治理工地扬尘等种种方法展开热烈的讨论，让学生充分进行发散性的思考，效果显著。(2)在授课环节，坚持以课堂教学为主线，同时采用多种灵活的方式方法，如穿插一些教师准备的专题讲座、学生进行的主题报告以及分组讨论等，在保证教学内容与质量的同时，激发学生自主学习的积极性。同时，在教学过程中注意营造轻松愉悦的课堂气氛，鼓励学生就某个问题进行课堂交流、讨论，并将学生在课堂上表现记入平时成绩，注重学生学习过程的考核。(3)在课后反思环节，应及时对教学内容进行查漏补缺，不断总结课堂教学的经验，指导后续教学。同时，新能源技术日新月异，时时刻刻都有新的发展动向，作为授课教师要注重从多个渠道汲取最新的知识，及时更新教案内容。

2．2课外辅导

课外辅导是一个重要但又易被忽略的环节。通过课外辅导能够与学生进行充分的沟通，及时了解课堂教学的效果，帮助教师改进教学方式方法，促进教师快速成长。特别是青年教师，与学生的年龄差距小，更加容易沟通，“新能源与节能技术”在课外辅导环节大胆尝试，不但每周固定时间地点与学生面对面交流，并且充分利用微信、QQ和邮箱等方式与学生交流、沟通。通过辅导，不但为学生解决教材上的疑问，同时还能引导学生进行前沿课题的研究，帮助对新能源与节能科研课题感兴趣的学生深入学习，指导学生进行科研文献的查找、阅读与总结。在与学生的交流沟通中，教师自身也在成长，同时也收获了学生的友谊与尊敬。

2．3课程考核

课程考核是教学活动的重要组成部分，是课堂教学的有效补充。普遍采用的闭卷考试方式，虽然能够促进学生掌握课程知识，但是束缚了学生的创造性、发散性思维，不完全适用于“新能源与节能技术”这门课程。本课程的考核坚持在公平、公正的基础上，大胆改革、创新，采用多样化考核方式，将成绩分为“课堂表现”、“平时作业成绩”以及“期末成绩”三部分。其中“课堂表现”占30%，是对学生资料查阅、出勤考查、参与讨论以及回答问题等课堂表现的综合考核;“平时作业成绩”占30%，主要考核学生完成作业的情况。这两项考核都是将学生的学习过程作为考核重点，占总成绩的60%。本课程在“期末成绩”考核中，大胆地提出两种考核方式:专题报告和结课论文。选择专题报告方式的学生，三到四人组成一个小组，按照要求，选择一个能源专题进行30分钟的专题汇报，由组长负责分工;考核时教师和全班同学一起对该小组的汇报进行考核，学生的评分作为主要依据，在此基础上，由组长根据组员的分工、贡献对组员进行评价，该评价是教师评分的重要依据。该种方式充分发挥学生的自主学习能力，同时还能锻炼学生的组织管理能力与表达能力，受到学生的欢迎。其余学生采用结课论文方式。作为专题报告方式的互补，该方式激励学生进行发散性思维，将课堂上学到的知识应用到实际问题的解决中，也可以针对教材中的某一种具体的发电技术、能源利用方式等，进行深入的研究，还鼓励学生检索最新的研究成果，进行前沿性的学习和研究，引导学生进行科研探索，激发学生的学习兴趣，为学生进一步深造作铺垫。从结课论文的选题和内容来看，学生的思考比较广泛和深入，许多学生贴近实际，提出了“由雾霾引发的对于新能源利用的思考”，“雾霾里的思考”，“核能的和平利用”，“太阳能与生物能”等论文报告，将课堂知识与身边的社会现实联系起来。对于期末考核，我们给出详细的考核指标与评价标准，同时还给出了论文的模板。鼓励学生利用网络和图书馆查找科研资料，锻炼学生的自学能力，为后续的毕业设计甚至就业和深造奠定基础。

3科研反哺

教学和科研的有机结合是教师无法回避的一个问题。教师特别是青年教师在科研上创新点多、精力充沛，但是教学经验不足，不能很好地将科研课题与教学工作进行衔接。而科研课题与工程实践关系最密切，是专业知识在实际应用中的体现。课程邀请相关教师作为课程的科研指导教师，邀请其进行专题讲座，开展了“风光储发电应用”和“太阳能发电系统的故障诊断”等专题讲座，将教材的知识延伸到工程实际，让学生切实体会到技术的魅力，激发学生的学习和研究兴趣。同时课程还通过组织学生参观电力系统动模与新能源实验室、电力系统仿真实验室等实践教学平台，组织兴趣小组参与“基于电力系统脆性的风电入网后连锁故障预警方法研究”等省部级自然科学基金的研究，为本科学生参与科研提供了良好的指导和实践环境，也为践行教学与科研相统一的思想进行了有益的探索和尝试。

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0.引言

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，或者是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（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器）汽车等。

在能源紧缺、环境污染越来越严重的今天，新能源汽车已成为汽车产业未来发展的趋势。我国政府也高度重视，发展新能源汽车已上升至国家战略高度。

1.我国新能源汽车发展现状

我国汽车工业走节能环保发展道路，降低汽车排放污染、摆脱对石油依赖，保障国家能源安全、培育后金融危机时代新经济增长点和新型产业共同决定了发展新能源汽车的必要性和意义。

我国新能源汽车技术的发展历史可追溯到上世纪90年代初。2001年，我国启动了“863”计划电动汽车重大专项，涉及的电动汽车包括3类：纯电动、混合动力和燃料电池汽车，并以这3类电动汽车为“三纵”，多能源动力总成控制、驱动电机、动力蓄电池为“三横”，建立“三纵三横”的开局。基本跟上了全球的步伐，大体与世界站在同一“起跑线”。

目前，我国已具备发展新能源汽车的产业基础。经过多年的开发，新能源汽车研发能力由弱变强，3类新能源汽车分别完成了功能样车、性能样车和产品样车试制。在新能源汽车用动力蓄电池、驱动电机、燃料电池发动机等关键零部件技术、电子控制技术和系统集成技术上取得了较大进展，已初步形成新能源汽车关键零部件配套产业链。

同时，国家和地方两层面的政策共同促进新能源汽车发展；主要整车企业也逐步重视电动汽车的发展，不断加快电动汽车研制开发，将电动汽车纳入企业产品规划，积极着手进行产业化布局和能力建设；相关产品标准、法规、管理体系已初步建立，为产业化奠定了基础；公众对新能源汽车的认知度也显著提升。这使得我国具备了相对好的新能源汽车政策环境。

2.汽车节能技术

2.1汽车混合动力技术

汽车混合动力技术是当前汽车新能源与节能技术中发展较为成熟的一项技术，也是人们较为熟悉的技术。在汽车混合动力技术方面，丰田作为先行者凭借混合动力的环保理念取得了极好的成级。目前所采用的汽车混合动力技术，有汽油机与电动机混合、柴油机与电动机混合两种。实际上，混合动力技术主要是应用电动机和发动机相配合，以获得加速成和爬坡等工况下所需要的爆发力，而在汽车高速巡航状态时，则减少发动机出力，从而减少发动机的油耗。此外，混合动力技术还有能量回收技术的应用，在汽车制动情况下，可以将制动所产生的热量进行转变，提供给电动机作为能量。通常情况下，混合动力汽车可以选择单独使用电动机驱动。从电机输出功率在整个混合动力系统功率中所占的比重来看，可分为混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统。第一种混合动力系统所采用的混合动力，是在内燃机上增加启动电机的方是所获取的，所采用的启动电机是发电启动一体式电动机，以此为基础控制发动机启动和停止。轻混合动力系统则采用集成启动电机，这一第汽车减速成和制动时，能够吸收部分能量，而在汽车行驶过程中发动机则等速运转。中混合动力系统采用高电压电机，当汽车在加入或大负荷状态时，电机辅助驱动以补充发动机自身功率的不足。完全混合动力系统采用高压启动电机，其混合程度可达50%以上，是当前混合动力技术发展的主要方向。

2.2蓝驱技术

蓝驱技术是在原发动机和车型基础上进行优化，以降低汽车燃油消耗的节能技术。相较于普通车型，应用蓝驱技术的车型调整了变速箱3 挡到5 挡的传动比，使汽车在高速成巡航状态下能够更省油。同巅，蓝驱技术还从空气动力学原理出发，对车身设计进行了优化，如底盘高度、风阻系数、胎压、滚动阻力等。

2.3汽车压燃技术

目前汽车所采用的往复式内燃机，所采用的燃料主要为汽油和柴油，汽油采用火花塞点火，柴油采用活塞压燃方式点火，点火方式的不同使得紫油机压缩比比汽油机更高，燃油效率相对较高，但汽油机所采用的火花塞点火方式，使其发动机工作震动小，噪音小。汽车压燃技术则是将两种技术进行融合所产生的新技术，采用汽车压燃技术的发动机，其技术结构相较于普通发动机更为复杂，其压缩比更高，燃料能在同一时间燃烧，从而提高了燃油使用率，同时由于采用了稀薄的混合气压缩点燃， 能有直接通过调节喷油量来调节扭矩而不用节气门。此外，由于采用压燃技术，发动机燃烧温度极低，能有效减少辐射热传递，且燃烧周期短，其燃烧过程更多是化学反应，在目前污车节能技术中发展相对成熟。

新能源汽车发展建议

3.新能源汽车技术发展所遇问题的建议

3.1 继续加强对传统汽车产品的开发、改进工作

我国在传统汽车，特别是关键零部件总成方面的开发、制造等方面还远落后于欧美日等汽车强国。新能源汽车主要是对传统汽车的动力系统进行更新改进，传统汽车搞不好，将来新能源汽车产品也会落后于汽车发达国家。因此，中国汽车工业还需继续加强对传统汽车产品的开发、改进工作，真正理解汽车的理念。应实行推广新能源汽车和改造传统汽车产品“两手抓”的政策，共同促进我国汽车工业的进步。

3.2 鼓励并加强国内自主研发、自主创新，掌握核心技术

发展新能源汽车产业，投资巨大且短期内难以收到回报，单个企业难以承受沉重负担，需要国家的支持。面对发展新能源汽车的巨大投入以及未来的不确定性，政府要起到主导作用，贯彻产、学、研联合攻关的方针，通过整合国内科技、资金和人力资源，集中有限的资金和科研人员，利益共享、风险共担，直接投入资金鼓励研发新能源汽车关键的零部件、动力总成，如电池、电动机等，形成标准化和产业化[1-3]。一定要在汽车节能、环保技术上面取得突破，掌握核心技术，避免步传统汽车发展被动老路：引进-落后-再引进-再落后。

同时，要加大知识产权保护力度，在坚持自主创新的前提下，鼓励企业到海外注册专利和购买专利，增强产品的技术创新和竞争力。政府还应重视新能源汽车基础科研投入，因为基础科研能力强的国家，即使起步晚，发展也可能后来居上。

4.结语

发展新能源汽车对于我国汽车工业来说是千载难逢的机遇，让我国汽车工业可通过对全新领域的探索，跨越传统汽车领域技术壁垒，而与世界汽车强国站在同一起跑线上。应充分调动社会各方面的力量，发挥政策和市场的双重推动作用，优化新能源汽车产业技术和产业化资源配置，从而促进新能源汽车技术水平和产业化发展水平的提高，朝新能源汽车强国迈进。

【参考文献】

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一、概述

随着社会电子信息化程度的提高，企业的业务和管理朝着电子化和网络化的方向快速发展，在这种背景下，通信运营商的IDC业务得到了迅速的发展。随着电子信息及制造技术的飞速提升，数据中心机房的设备密集度大大提高，耗电巨大，发热量更加集中，机房局部过热现象增多，机房内单位面积空调冷负荷急剧增加，由此引来的主设备运行故障和能耗逐年上升，甚至成为了制约通信业务发展的一大瓶颈。同时，具有重要战略地位及发展潜力数据中心作为通信行业高能耗的代表也成为了大家关注的焦点，国内外各大运营商及相关研究机构都陆续开展了一系列数据中心节能试点改造，取得了良好效果。

本文主要从电源（包括电力输配系统、交直流不间断电源等）和空调（包括制冷机房、空调末端系统等）两大方面对数据中心能耗现状及问题进行梳理，结合某运营商数据中心建设及改造案例，对数据中心机房提出系统的节能方案建议。

二、数据中心能耗现状

国内某运营商的调研数据显示：数据中心能耗呈逐年上升趋势，2009年比2008年增长了约20%左右，到2010年底，数据中心占该运营商全国网络运营总能耗的比例达到了13%（见图1），特别是在一些IDC业务发展较好的大城市，该比例远远超出了全国平均水平，比如：上海市2010年数据中心能耗占比超过了25%，北京市则达到了50%以上。

图2-1 某运营商2010年网络运营能耗结构

从机楼的角度来看，数据中心能耗主要由三个部分构成：数据通信设备、空调（制冷机房、空调末端系统）及电源（电力输配系统、交直流不间断电源），其能耗占比情况见图2。

图2-2 数据中心能耗构成

(数据来源：劳伦斯伯克利国家实验室)

上述数据显示，数据通信设备的能耗占比最大。但某种程度上来说，主设备的节能环节是运营商无法真正掌握的。因此，运营商在尽量采购节能减排主产品的同时，需不断加大力度，开展对数据中心空调及电源系统的节能建设及技术改造，以期实现节能降耗。

三、数据中心电源系统节能研究

一般来说，数据中心电源系统包括：外电引入、变压器、发电机、电动机、交流不间断电源系统、直流不间断电源系统、照明系统及输配电线路等。由于数据中心功率密度的提高，所消耗的电功率增加，在电力各环节能量损耗亦随之增大，因此，电源系统各环节均需采取节能措施。

一）、外电引入、变压器、发电机及电动机系统节能研究

数据中心外电、变压器、发电机及电动机等环节的现状、问题及节能建议见下表：

外电引入 变压器及发电机 电动机

现状及问题 目前数据中心所在机楼的外电引入多采用两回路互为备用的10kV专线。相比更高电压等级的外电引入，外电容量受到限制，线路损耗难以降低。 目前，不少机楼的变压器实际使用负荷率较低，实际用电量与设计规划用电量存在较大差距。 数据中心的电动机类负载主要是风机和水泵，且多为Y系列，其效能较新型YX2系列电动机低；电动机未采用变频调速等节能措施。

技术发展趋势及建议 发展趋势：1.20kV电压已列入国家标准电压。2.已经具备全方位的成熟产品，包括20/0.38kV变压器及相应电压等级的电缆。3.相比10kV供电系统，20kV系统在相同导线截面条件下，增加了近一倍供电能力；相同供电容量的前提下，降低电网损耗达75%，并节省外线建设投资约40%。当前，国内外电气行业在确定供电电压等级均以节能为导向的趋势，因此，如条件许可，建议采用20kV或更高等级的外电供电。 1.用电负荷合理分类及精细计算，应科学的考虑设备运行的需用系数和同时系数，合理配置变压器及应急发电机组容量，降低设备的初期投资及运行损耗。2.应根据实际情况灵活配置变压器，变压器采用2N配置时，每台变压器负荷率不大于50%；变压器采用N配置时，每台变压器负荷率不大于70%；变压器应采用D，yn11接线方式。3.选用低损耗、节能环保、具有抗谐波能力及较高过载能力的变压器产品；选用具有较高过载能力及较强带非线性负载的能力的产品，选用具有一定抗谐波能力的发电机组。4.供电距离长及功率较大，有并机运行需求时，宜采用10kV高压柴油发电机。5.通过加强谐波治理，提高变压器及发电机的有效容量。 发展趋势：1.660V电压已列入国家标准电压。2.10/0.66kV变压器、660V电动机、660V电缆、母线及开关等相关产品的标准化生产。3.变频控制技术发展成熟及广泛应用。建议：1.采用高效率新一代的节能电机YX2系列；采取电动机变频调速等节能措施。2.提高电动机供电电压等级： （1）较大容量的电动机（如：耗电较大的水泵、空调冷水机组以及空调末端风柜），建议采用660V电压供电。 （2）大容量的电动机,单台大于550kW的电动机（含电制冷机组），应当采用10kV(6kV)电源供电；单台大于350kW的电动机（含电制冷机组），宜采用10kV(6kV)电源供电。

某运营商案例 某运营商某省的IDC数据中心工程采用两路20KV专线电源，正常供电时，两段母线分段运行，两路电源同时供电，运行效果良好。 某运营商某数据中心对部分较大容量的电动机（约30多台空调主机、水泵等）采用660V供电，总功率达2500kW。

优点如下：大量节省配电开关及配电导线的投资；线路损耗仅为380V电压供电的33%，节能效果明显。该数据中心对数台大容量电动机（单台达1000kW以上的冷水机组）采用10kV高压供电。优点如下：减少了低压冷水机组所需的10/0.4kV变压器以及大容量的低压配电开关及控制设备；节省占地面积及一次性投资；减少年运行损耗，节能效果明显。

表3-1数据中心外电引入、变压器、发电机及电动机系统节能研究

二）、照明系统及输配电线路节能研究

数据中心照明及输配电线路环节的现状、问题及节能建议见下表：

照明 输配电线路

现状及问题 多数数据中心长期开启全部灯具，部分机房照度偏高；多采用T8荧光灯，效率不高；灯具开关缺乏智能控制。 目前多数在用的数据中心机楼的高低压配电房及发电机房、电力电池室等远离数据主设备及空调等负荷中心区域，输配电线路长，线路损耗较大。

建议 1.推广使用高效光源：优选细管荧光灯和紧凑型荧光灯，积极推广高压钠灯和金属卤化物灯。2.设置合理的照度，照度要求较高的场所采用混合照明。3.采取智能、合理的照明控制方案。 1.为减少投资并降低线路运行损耗：高低压配电室、变压器室、电力电池室等应采用贴近用电负荷的布局，以缩短输配电线路的距离；发电机房、低压配电房与电力电池室应尽量靠近，减少配电级数并缩短配电线路；楼层高的机房应分层安装变压器，面积大的机房应在中心位置设置变压器，以减少输配电线路长度。2.选用低损耗的新型输配电母线及电缆。

表3-2 数据中心照明及输配电线路节能研究

三）、交、直流不间断电源系统节能研究

1. 传统交流不间断电源（塔式UPS）系统应用现状

当前，数据中心主设备一般要求交流电源输入，多采用传统的交流UPS系统供电模式，即：UPS系统将交流市电整流逆变后，为数据主设备提供220/380V的交流不间断电源。其应用现状总结如下：

（1）传统UPS系统多采用N+1配置，等级较高的数据中心机房采用2（N+1）配置。

（2）.部分在网的早期UPS主机采用6脉冲整流，近年来基本都采用12脉冲整流。

（3）为了限制UPS系统产生的谐波，部分UPS系统配置了有源滤波器。

（4）蓄电池后备时间大多按单机满载30分钟配置，有的数据中心配置达到了单机满载1小时。

2. 传统交流不间断电源系统存在的问题

随着数据中心高能耗问题的凸显以及对设备运行可靠性要求的不断提高，传统交流UPS供电模式存在以下一些不足：

（1）采用了冗余并机技术，无论是N+1还是2（N+1）系统，在正常运行时，UPS主机的负载率均较低，再考虑到系统配置容量较实际偏大，使得系统的负载率更低，未在最佳效率点附近运行，系统损耗较大。

传统UPS系统的负载率与效率的大致关系见下图：

图3-1 负载率与效率关系图

经调查，很多大型数据中心机房的UPS系统单机负载率一般在10%至30%之间，大多数只有20%左右，在发展过程中的数据中心机房UPS单机负载率甚至更低，单机负载率10%不到的也占很大部分。

（2）目前仍有采用6脉冲整流的UPS在网运行，且没有采取相应的谐波处理措施，导致系统额外附加功率损耗大。部分UPS系统虽然配置了谐波过滤器用于谐波治理，但治理后实际运行情况没有进行相应跟踪，治理效果无法保证。

（3）交流UPS系统的后备蓄电池需经过UPS逆变后才能供给负载，一旦UPS本身出故障，仍会造成负载停电。

3.数据中心不间断电源系统发展趋势

（1）模块化交流不间断电源系统

为解决传统UPS系统由于负载率低导致的系统低效率及难以实现按需扩容等问题，“模块化”的概念被引入了交流UPS设计生产领域，出现了模块化交流UPS系统。一般来说，模块化UPS系统由机架、UPS功率模块、静态开关模块、显示通信模块以及电池组构成，系统组成模式与直流供电系统相似，可以方便实现N+X冗余，可根据实际负载量来配置合理的电源容量，其系统效率及供电可靠性相比传统UPS系统都得到了提升。

（2）高压直流不间断电源系统

直流供电方式早已得到了长期的、大规模的使用及验证，该方式将交流市电整流后与蓄电池并联，直接为通信设备提供直流电源，大大提高了供电可靠性和工作效率，谐波小，可以很方便的实现按需扩容。传统的直流供电系统的电压等级一般为－48V，大功耗的数据中心设备若采用-48V的供电电压，会使得配电线路的损耗大大增加，因此需要提高直流供电的电压等级，于是出现了“高压直流供电方式”。与传统交流UPS系统比较，高压直流供电系统的效率更高，系统损耗明显降低。一般来说，直流电源模块的效率一般都在93%以上，即使模块使用率在40%，效率也可以达到92%，而UPS系统的实际满载效率一般仅为85％以上，不超过90％。同时，高压直流供电系统还大大提高了不间断供电系统的可靠性。

4.建议

（1）优先考虑在新建以及改造使用年限长、耗电量大、故障率高的传统交流UPS系统的数据中心采用高压直流供电系统或模块化UPS系统。

（2）加强谐波治理。

5.某运营商案例

2010年某运营商先后在5个省建设了约23套高压直流系统，用以取代传统的UPS供电系统，建设规模及平均节电率情况见下表：

省份 系统数量(套) 相比传统UPS系统的平均节电率(%)

A 7 20%

B 2 15%

C 6 22%

D 4 12%（普通机房）

3 37%（数据中心）

E 1 29%

小结 23 22%

表3-3 某运营商高压直流系统建设情况

四、数据中心空调系统节能研究

1.数据中心空调系统节能建议

数据中心空调系统能耗主要包括制冷机房能耗和空调末端系统能耗，通过对某运营商多个数据中心空调系统的调研及分析，节能建议如下表：

制冷系统 末端系统

建议 1.小型机楼或单个机房宜采用单元式风冷型恒温恒湿专用空调；新建大型数据中心机楼建议采用集中式冷冻水型恒温恒湿专用空调系统，其冷冻水供回水温差宜尽量加大。2.冬季可利用水冷机组的室外冷却塔作为冷源也可积极利用自然冷源。3.机房布局应合理，预留空调设备安装空间，设备机柜的布置应考虑空调制冷能力，少量高热密度服务器可以考虑加装柜门冷却等分体式精确送风空调降温，高密度机架可采用液冷方式，避免出现局部过热；高低密度设备宜分区布局、分区制冷。4.可考虑配套独立的节能加湿装置，减少专用空调加湿能耗。5.宜采用变频或模块化冷水机组，保证空调高效运行；可通过变频技术提高冷冻泵冷却泵效率。6.冷水机组电功率超过500kW时，宜采用10kV高压制冷机组；冷冻泵冷却泵电功率超过200kW时，宜采用10kV或660V电动机。 1.设备机房和电池电力室等辅助房间间隔开，主机房采用恒温恒湿末端，辅助区域采用普通空调。2.机柜按照“背对背，面对面”排列，空调气流方向与列走线架平行，保证通畅；优化冷热气流路径，减少混合。3.可考虑采用封闭冷通道，实现精确送风，同时提高机房内空调设定温度，降低空调能耗。4.在有条件的情况下，使用有送、排风通道的机柜进行精确下送风，自然回风或冷通道设地板风口送风，管道回风的送风方式。5.架空地板高度应根据单机架功率大小进行合理规划；架空地板下只准通风，严禁布放线缆；架空地板下楼面和接触空调冷风的机房墙面建议采用不燃材料制造的隔热保温层，防止结露，减少冷量损失；新建架空地板下送风机房前期装机容量较小时，可考虑地板下做临时隔断，控制送风空间，减少冷量浪费。6.有条件的老机房还可考虑进行下送风上回风或精确定点送风改造。7.应选择高效风机及风柜，宜采用变频装置，降低能耗。

表4-1数据中心空调节能建议

2.某运营商空调系统节能案例

2010年该运营商组织了7个省，重点针对部分气流组织不好、有局部过热现象的数据中心进行了精确送风改造，节能情况如下表：

省份 平均节电率 投资回收期(月)

a 11% 31

b 15% 18

c 16% 30

d 20% 17

e 15% 24

f 11% 31

g 17% 39

平均值 15% 27

表4-2某运营商数据中心精确送风改造情况

除此之外，该运营商还先后在多个省份开展了数据中心空调系统综合节能改造工程，取得良好效果，如：

（1）大型数据中心采用集中式冷冻水型恒温恒湿专用空调,架空地板精确下送风,管道结合自然回风,气流组织合理，提高空调系统整体能效比,节能效果显著。

（2）合理设定机房温湿度，分区精确供冷,提高效率，达到节能目的。

（3）部分专用空调取消加湿功能或配置独立的加湿装置，减少空调加湿能耗。

（4）采用自适应控制系统,根据机房负荷变化,自动调整空调运行数量,实现节能。

（5）改造老数据中心机房上送风风口以达到节能效果。

五、结束语

数据中心的节能降耗涉及到多个方面，本文通过对国内某运营商数据中心的实例分析，从电力和空调两方面提出了节能降耗建议，目标是为了更高效的利用能源，建设节能环保的绿色数据中心。

参考文献

GB/T 156-2007《标准电压》，2007-04-30

GB 50052-2009《供配电系统设计规范》，2010-07-01施行

YD/T1051-2010《通信局(站)电源系统总技术要求》，2010-12-29

YDB037-2009《通信用240V直流供电系统技术要求》，2009-12-12

YD/T2165-2010《通信用模块化不间断电源》，2010-12-29

《中国电信节能技术与应用蓝皮书》V1.1，2008-12

篇11

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

篇12

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A

1 目前单片机教学存在的问题

1.1 单片机课程往往多以理论为主，实验为辅的教学形式，不利于学员学习兴趣的培养

《单片机原理与接口技术》课程的传统教学模式基本是：在教室进行理论教学，在实验室进行实验教学，在不同时间、不同空间完成各自的教学内容，其中课堂教学占主导地位。这种模式将理论教学和实验教学隔离，致使很多抽象的知识不能及时消化吸收，造成累积性学习负担，对学员的学习兴趣和信心都有很大影响。

1.2 实验教学内容和形式固定，不利于学员自主性发挥和创新能力培养

实验现在普遍采用“实验箱”，实验内容是固定不变的。对于单片机电路也只是按实验指导书在实验箱上做简单的连线，没有一个整体的电气原理图概念，最终还是不会设计电路，甚至连基本的电气原理图都读不懂，很难真正把单片机方面的知识理解掌握，为专业课学习奠定基础。

2 打破传统章节体系，构建项目式教学内容

传统的单片机教材多是按照单片机的结构、工作原理及应用技术的顺序进行编排，重原理知识的讲解，轻实际应用的分析，容易使学员感到原理深奥难懂、生涩难学，逐渐丧失学习兴趣。为了使学员容易入门，激发他们的求知欲望，我们将打破传统的章节体系，将教学内容重新编排整合成15个项目式教学内容，见表1。把枯燥的原理知识以及原来集中讲授的指令和编程分解，融入到各个不同的项目中，这样可以将更多新奇的自动控制场景直观地展示在学员面前，使其深切的感受单片机在智能控制中发挥的作用，使理论和实践得到了很好的衔接和融合。

3 构建虚拟教学实验开发平台，强化实践环节

为了完成上述教学内容，达到将理论教学和实践教学有机融合、将实践引入课堂、培养学员实际能力的教学目标，我们根据现有的实验条件，决定搭建PROTEUS与Keilc软件仿真平台和具有丰富资源的硬件平台，实现虚拟实验与真实实验有机整合、验证性实验和拓展性实验并举。

除了现有的实验箱以外，我们还开发了具有最小系统，包括控制器模块、电源模块、复位模块、Flash ROM 模块、SDRAM 模块、JTAG 接口等；扩展接口，包括LED、键盘、RS232 串口、I2C 接口、液晶模块、以太网模块的实验板，该实验板不仅具有基本模块还拥有丰富的接口，可以实现在线编制、烧录程序，进行单片机应用开发，为学员进行拓展性实验提供了硬件支持。

4 采用讲、学、做一体化教学模式，取得良好的教学效果

在具体的教学实施过程中，针对每个具体项目，我们基本按照教员讲解理论、提出任务展示效果、引导学员思考、教员演示、学员练习教员指导、归纳小结的步骤进行，整个过程充分运用启发、演示和举例的方法，以学员为主体，融教、学、做为一体。通过一段时间的教学实践，学员已经完成了前6个项目的学习实践，学会了简单程序的编制和烧录，达到控制单片机工作的目的。通过由浅入深、循序渐进的实践过程，学员的实践能力得到了培养，体会了单片机系统开发的全过程，将硬件和编程联系起来了，将理论教学和实践教学有机结合起来了，使抽象的指令、程序更加具体了，教学效果明显，相信通过全部项目的学习训练，学员的创新能力一定可以得到培养和提高。

5 结语

通过上述教学改革实践，打破了原有的章节体系，重新编排成项目式教学内容，分散了重点，把原来生涩难懂的原理知识与具体实例相结合，激发了学员的学习兴趣。学员通过大量的不同层次的实践操作，熟悉单片机系统的开发过程，进一步培养学员的综合分析能力、排除故障能力和创新能力。下一步我们将根据学员的学习效果的反馈情况和专业需求进一步探讨教学内容的更新以及实践教学的模式，形成一套完整的单片机理论、实验、实训教学融为一体的教学新模式。