時間：2023-03-20 16:13:04
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關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電系統(tǒng)；小干擾穩(wěn)定
Abstract: the small signal stability analysis for wind power and photovoltaic power generation, have very important significance, because of wind and solar are characterized, instability, therefore, wind turbine in a photovoltaic battery will generally by means of power electronic converter and grid connected to the load, therefore, small disturbance stability presents the new features, this paper mainly research on small disturbance wind power and photovoltaic power system stability.
Keywords: wind power generation; photovoltaic power system small signal stability
[中圖分類號] TM614 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]
一、引言
近些年來，對著自然環(huán)境的惡化和能源的枯竭，可再生能源日益受到了社會各界的重視，作為可再生能源的重要組成部分，風(fēng)力和太陽能發(fā)電也得到了一定程度的發(fā)展，在風(fēng)力和太陽能發(fā)電發(fā)展過程中，較為成熟的技術(shù)當(dāng)屬風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以及太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，但是，隨著近些年來風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電容量的增加，這兩種技術(shù)帶來的小干擾穩(wěn)定問題也受到了專家學(xué)者的關(guān)注，對于風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的問題，國外的專家學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，取得了良好的研究成效，下面就對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定及光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分別進(jìn)行闡述。
二、風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電簡介
就目前來看，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是現(xiàn)階段對于可再生能源發(fā)電技術(shù)中發(fā)展形勢最好的技術(shù)之一，風(fēng)力發(fā)電最早發(fā)源于丹麥，近些年來，由于環(huán)境資源的枯竭問題，風(fēng)力發(fā)電這項(xiàng)新技術(shù)漸漸受到了各國的關(guān)注，在1995年之后，風(fēng)力發(fā)電在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展，目前，兆瓦級的風(fēng)機(jī)成為發(fā)展的主流，海上風(fēng)機(jī)也得到了一定程度的發(fā)展，我國的風(fēng)力發(fā)電最為起源于上世紀(jì)50年代，在1995年以后，風(fēng)力發(fā)電也逐漸呈現(xiàn)出了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢，但是就現(xiàn)階段來看，我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還不夠完善，核心的元器件都需要依賴進(jìn)口，電能的造價也較高，主要依靠國家的補(bǔ)助來維持，因此，在下一階段，必須要發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的核心技術(shù)。
光伏發(fā)電是太陽能發(fā)電的一種，最早起源于上世紀(jì)50年代中期，我國的光伏發(fā)電于上世紀(jì)80年代以后得到了迅速的發(fā)展，近些年來也取得了一定的發(fā)展成效，作為光伏電池的生產(chǎn)大國，我國在其運(yùn)用方面還有一些不足之處，也有著巨大的市場潛力。
三、風(fēng)力發(fā)電小干擾穩(wěn)定
對于風(fēng)力發(fā)電的小干擾穩(wěn)定需要從單機(jī)系統(tǒng)入手研究，為了研究風(fēng)力發(fā)電的小干擾穩(wěn)定，需要建立小信號模型，并在模型的基礎(chǔ)上探討風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，并通過各種參與因子分析控制器參數(shù)與狀態(tài)變量以及震蕩模型之間的關(guān)系，從而揭示出小干擾穩(wěn)定的原理。目前，在我國研究較多的是異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，相關(guān)的研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)處在額定轉(zhuǎn)速十，其槳距角可以使風(fēng)機(jī)獲得最大的轉(zhuǎn)距，在風(fēng)速超過額定速度時，可以控制其槳距角使風(fēng)機(jī)可以獲得恒定的輸出功率，但是，在實(shí)際的工作過程中，風(fēng)機(jī)存在著延時的情況，因此，在控制中除了使用槳距角，還要利用其他的因素，通過建立單機(jī)模型對其進(jìn)行分析，并根據(jù)不同參與因子的計算，利用狀態(tài)矩陣元素對風(fēng)力發(fā)電小干擾穩(wěn)定進(jìn)行研究，可以獲知，同永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的模態(tài)都屬于衰減狀態(tài)，通過對起衰減狀態(tài)的研究證實(shí)，整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，遭受干擾后表現(xiàn)的也較為穩(wěn)定，也有良好的動態(tài)性能。
四、光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定
一般情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池，濾波電容，逆變器，線路，變壓器，電網(wǎng)等部分組成，在研究光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的過程中，選擇風(fēng)速的階躍上升以及風(fēng)速的階躍下降作為干擾，并建立仿真波形圖以及小信號模型，小信號模型包括電力電子變換器模型，光伏電池模型，控制器模型，電網(wǎng)接口部分模型以及直流部分模型，經(jīng)過仿真波形圖的計算，并將這些模型進(jìn)行聯(lián)立，可以得出，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生階躍的情況下，整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性能較好，系統(tǒng)運(yùn)行也較為穩(wěn)定。在計算的過程中，對起運(yùn)行過程中的參與因子進(jìn)行分析可計算，可以得出當(dāng)控制器的參數(shù)發(fā)生變化時，會對狀態(tài)產(chǎn)生不同的影響，在這其中，主導(dǎo)特征值對整個系統(tǒng)運(yùn)行的動態(tài)性能有著極為重要的影響，當(dāng)主導(dǎo)特征值為15.4時，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)出衰減的狀態(tài)，當(dāng)主導(dǎo)特征值為14.7時，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)出震蕩的狀態(tài)，
五、結(jié)語
隨著近些年來風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電的發(fā)展，其小干擾穩(wěn)定問題也逐漸引起了相關(guān)專家學(xué)者的關(guān)注，小干擾穩(wěn)定的分析對于風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電而言，都有著十分重要的意義，由于風(fēng)能及太陽能都具有不穩(wěn)定性的特征，因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于光伏電池組一般會通過電力電子變換的裝置于負(fù)荷以及電網(wǎng)相連，因此，小干擾穩(wěn)定也呈現(xiàn)出了新的特點(diǎn)，對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，遭受干擾后表現(xiàn)的也較為穩(wěn)定，也有良好的動態(tài)性能，對于光伏電池組而言，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生階躍的情況下，整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性能較好，系統(tǒng)運(yùn)行也較為穩(wěn)定，同時，主導(dǎo)特征值對整個系統(tǒng)運(yùn)行的動態(tài)性能有著極為重要的影響。
參考文獻(xiàn)：
[1] 黃漢奇：風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定研究[博士論文]，華中科技大學(xué) ，2012，05（01）
[2] 范偉，趙書強(qiáng)：考慮風(fēng)力發(fā)電的電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析[博士論文]，華北電力大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，03（30）
【關(guān)鍵詞】溫室大棚；太陽能光伏技術(shù)；節(jié)能環(huán)保
0.引言
我國的光伏產(chǎn)業(yè)目前仍處在初級階段，但近年來太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅猛，特別是太陽能電池產(chǎn)品已成功進(jìn)入歐洲市場。太陽能光伏技術(shù)也越來越多的應(yīng)用于各個行業(yè)，大到工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防，通信等領(lǐng)域，小至家居生活，光伏技術(shù)無處不在。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中光伏技術(shù)的應(yīng)用還相對較少，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)溫室大棚的能源方式：一是供暖爐，二是電網(wǎng)電能。這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效，環(huán)保節(jié)能的理念，因此將太陽能光伏技術(shù)引入溫室大棚控制系統(tǒng)是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)推動農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的必由之路。
1.太陽能光伏技術(shù)
目前太陽能發(fā)電主要有兩種形式：一種是光熱轉(zhuǎn)換發(fā)電，二是光伏發(fā)電（Photovoltaic Generation，PV）。太陽能光伏發(fā)電是通過太陽能電池的福特效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能過程。優(yōu)點(diǎn)是不需燃料，無污染，節(jié)能、安全、無噪音、容易獲取。近年來，在太陽能有效利用中太陽能光伏發(fā)電式發(fā)展最快最具活力的一種。
1.1太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)
太陽能是一種環(huán)保清潔的能源，我國的太陽能資源非常豐富，多數(shù)地區(qū)平均日照射量在4kwh/m2以上，地區(qū)可達(dá)7kwh/m2。我國的光伏技術(shù)應(yīng)用還處于初級階段，太陽能主要應(yīng)用于太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電，太陽能衛(wèi)星電池，太陽能路燈等。
太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
（1）普遍性：是指太陽能在地球上隨處都有，沒有地域限制且不用開采運(yùn)輸。
（2）環(huán)保性：是指太陽能無毒，無害，清潔、綠色、環(huán)保，對于環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的中國，是一種寶貴的資源。
（3）充裕性：太陽能每年到達(dá)地球的輻射量非常的充裕，相當(dāng)于130億萬噸煤所產(chǎn)生的能量。
（4）長久性：科學(xué)家根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，太陽能的儲量足夠維持上百十億年，地球的壽命也達(dá)幾十億年，對于地球人來講太陽能的時間是長久的，無限期的。
（5）前瞻性：對于愈來愈枯竭的地球能源，太陽能無疑是最具開發(fā)潛力的綠色環(huán)保能源之一，從能源開發(fā)的意義上來講太陽能的開發(fā)更具有可持續(xù)性和前瞻性。
缺點(diǎn)：
（1）分布零散：太陽能在地球表面每年的輻射量很大，但分布廣，密度小，所以利用率低。
（2）穩(wěn)定性差：太陽能的強(qiáng)弱容易受天氣因素及晝夜交替的影響，所以穩(wěn)定性較差。
（3）轉(zhuǎn)換效率低，應(yīng)用成本高：受材料和技術(shù)水平限制，多數(shù)太陽能產(chǎn)品轉(zhuǎn)換率低，從而增加了其應(yīng)用的成本，經(jīng)濟(jì)性一直是困擾太陽能普及的重要因素。
1.2太陽能光伏系統(tǒng)性能與組成
每個太陽能基片都是一個光電二極管，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的一種形式。而第一個使用的單晶硅光伏電池（Solar Cell），是美國人在1956年研制成功的，從此就有了光伏發(fā)電技術(shù)。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立（離網(wǎng)）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板，控制器和電能存儲部件及逆變器組成的發(fā)電與電能變換系統(tǒng)。而并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，除了上述組件外還必須有并網(wǎng)逆變器與國家電網(wǎng)并網(wǎng)。
（1）獨(dú)立太陽能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)如下圖1示：
（2）太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖2所示：
圖2 并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
其中光伏電池板第一代產(chǎn)品是由硅片為基礎(chǔ)的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，為了提高太陽能電池光轉(zhuǎn)換效率，降低光伏電池生產(chǎn)成本，相繼出現(xiàn)了基于薄膜技術(shù)的第二代光伏電池產(chǎn)品，這種產(chǎn)品使用很薄的光電材料附著在非硅材料的襯底上，降低了生產(chǎn)成本，適合于批量生產(chǎn)；進(jìn)而第三代太陽能電池產(chǎn)品也將問世，它是以先進(jìn)薄膜制造技術(shù)為基礎(chǔ)的理論極限光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)93%。主要有量子點(diǎn)、多層多結(jié)、染料敏化的太陽能電池、有機(jī)聚合物電池、納米電池等。
電能儲存部件主要是指太陽能蓄電池，太陽能蓄電池一般采用鉛酸電池，常用的有DC12V，DC24V，DC48V三種，在微型系統(tǒng)中也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。蓄電池的主要作用是在有光照時將光能由太陽能電池板轉(zhuǎn)換成電能儲存起來，以備使用。
太陽能控制器主要對太陽能基板輸出的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，把調(diào)整后電能分為兩個途徑輸送，一方面直接送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面將剩余能量送往蓄電池組儲存，當(dāng)太陽能基板發(fā)出的電能不能滿足負(fù)載需要時，太陽能控制器便將蓄電池中儲存的電能量送往負(fù)載。
太陽能光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，也稱為DC-AC逆變器。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可將太陽能通過太陽電池轉(zhuǎn)化為DC12V、DC24V、DC48V的直流電能，通過光伏逆變器中的功率變換及控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的110V或220V交流電。太陽能逆變器可分為DC-AC和DC-DC兩種，可將太陽電池性能最大限度地發(fā)揮，并為系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的保護(hù)功能。太陽能并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)與國家電網(wǎng)并網(wǎng)的核心部件。
2.太陽能光伏系統(tǒng)在溫室大棚控制系統(tǒng)的設(shè)計方案
2.1太陽能光伏技術(shù)在溫室大棚控制系統(tǒng)中應(yīng)用設(shè)計的背景和可行性
日本、美國、荷蘭、以色列等國外農(nóng)業(yè)設(shè)施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)較先進(jìn)的幾個國家， 由于其地理位置、自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)不同， 其發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)也不同。
目前我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)型農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。要發(fā)展具有我國特色的溫室自動控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮溫室農(nóng)業(yè)的高效性，必須綜合應(yīng)用各種現(xiàn)代化控制和管理技術(shù)，通過各項(xiàng)設(shè)施的有效運(yùn)作給溫室栽培物創(chuàng)造最適宜的環(huán)境條件，最大限度的減少外界不利環(huán)境和氣候條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響， 獲得作物最佳生長條件， 從而達(dá)到增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、延長生長季節(jié)的目的。而面對現(xiàn)代社會能源日益枯竭的現(xiàn)實(shí)狀況，開發(fā)利用新型能源已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的基本保障方式之一。
本設(shè)計針對中國北方天氣干旱、日照時間充足的特點(diǎn)，將太陽能光伏技術(shù)引入農(nóng)業(yè)溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計中，不僅可以解決系統(tǒng)的部分能源問題，而且可以提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色、高效、節(jié)能環(huán)保進(jìn)程。目前我國有些省份已經(jīng)在一些地方率先使用太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，如無錫機(jī)場800kW屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)工程，鎮(zhèn)江、丹江兩個城市的2個4KW光伏并網(wǎng)系統(tǒng)等。從系統(tǒng)的可行性方面來講，首先，中國是個農(nóng)業(yè)大國，這種新型能源的在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣使用，將會為國家節(jié)省大量的資源；其次，中國的光伏技術(shù)近年來發(fā)展迅猛，光伏技術(shù)日趨成熟；第三，光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將能有效推動高效環(huán)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。第四，溫室大棚多建在光照充足的區(qū)域，屋頂平坦，便于安裝且空間充裕。
2.2光伏技術(shù)在溫室大棚控制系統(tǒng)中的設(shè)計方案
2.2.1系統(tǒng)總體設(shè)計思路
本系統(tǒng)設(shè)計是基于PLC控制的農(nóng)業(yè)溫室大棚控制系統(tǒng)，通過PLC對溫室中作物生長的環(huán)境因子光照、濕度、溫度、CO2濃度等進(jìn)行調(diào)節(jié)和影響，從而達(dá)到不同農(nóng)作物生長所要求的環(huán)境條件。系統(tǒng)的輸入控制因素主要是傳感器所測試的光照、濕度、溫度及CO2濃度，通過系統(tǒng)運(yùn)算驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作（噴淋系統(tǒng)、遮陽網(wǎng)、補(bǔ)溫系統(tǒng)控制、CO2補(bǔ)氣控制、補(bǔ)光燈控制及通風(fēng)系統(tǒng)控制等）來達(dá)到控制的目的。溫室系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖3所示：
2.2.2 溫室能源系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計
傳統(tǒng)的溫室設(shè)計系統(tǒng)，所有的電能均由系統(tǒng)電網(wǎng)供給。本設(shè)計將傳統(tǒng)單一的電網(wǎng)能源供給，變?yōu)樘荜柲芄夥⒕W(wǎng)發(fā)電的形式，當(dāng)陽光充足時，系統(tǒng)的電能有光伏發(fā)電系統(tǒng)供給，當(dāng)夜晚、陰天光照不充足時，電網(wǎng)中的電能通過并網(wǎng)逆變器和控制器自動補(bǔ)給系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計擬用太陽能電池板、太陽能控制器和并網(wǎng)逆變器組成并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)逆變器同時兼有控制器和系統(tǒng)保護(hù)的功能。因?yàn)椴⒕W(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池幾乎不用，所以系統(tǒng)沒有選用蓄電池。設(shè)計思路結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：
圖4 溫室光伏發(fā)電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
光照充足時光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能充足，逆變器自動給溫室控制系統(tǒng)PLC及上位機(jī)、溫室系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)（溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器、光照度傳感器等）、溫室系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（遮陽簾、天窗、風(fēng)扇、補(bǔ)光系統(tǒng)等）提供電能，因?yàn)橄到y(tǒng)是按照所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時工作時的最大功率設(shè)計的，在同一時刻不是所有機(jī)構(gòu)都同時工作，此時多余的電能由并網(wǎng)逆變器送給輸電網(wǎng)；當(dāng)光照不充足時，并網(wǎng)逆變器自動轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)將從電網(wǎng)中使用電能，此時轉(zhuǎn)為電網(wǎng)供電狀態(tài)。
3.結(jié)論
經(jīng)過對北京農(nóng)業(yè)科技學(xué)院的農(nóng)業(yè)科技園和西北農(nóng)林科技大學(xué)新天地設(shè)施農(nóng)業(yè)開發(fā)有新公司的農(nóng)業(yè)科技園的參觀考察，獲悉這些大棚系統(tǒng)設(shè)計均采用現(xiàn)代化先進(jìn)的控制技術(shù)，設(shè)計理念新，工藝成熟，能源多采用輸電網(wǎng)供給模式，設(shè)計中均未將光伏技術(shù)引入農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)中，其中最大的原因是成本太高。近年來，我國太陽能電池生產(chǎn)日趨成熟，二代、三代產(chǎn)品的相繼問世，是太陽能電池的生產(chǎn)成本大大降低，但控制器和逆變器的生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟，要實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)換率，控制器和逆變器仍主要依靠進(jìn)口。經(jīng)過對國內(nèi)外溫室控制系統(tǒng)研究分析，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效清潔的理念，本設(shè)計有利于推動我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對清潔、環(huán)保能源的開發(fā)和利用，符合綠色、高效農(nóng)業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)理念。光伏太陽能技術(shù)以其永久性、清潔性和普遍性，必將成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必由之路。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張立文，張聚偉.太陽能發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010.3.
[2]李蔚.太陽能發(fā)電技術(shù)，太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].論文薈萃，2011.4.
摘要:本文概述了目前全球能源現(xiàn)狀,表明了太陽能發(fā)電的重要性和前景,詳細(xì)介紹了各種太陽能發(fā)電方式和它們的優(yōu)點(diǎn),并對這幾種發(fā)電方式作了參數(shù)對比。同時指出太陽能發(fā)電面臨的困難和解決措施,以及我國太陽能發(fā)電的有利條件和難點(diǎn),對未來我國太陽能發(fā)電進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞:太陽能發(fā)電方式規(guī)?；?/p>
人類社會已進(jìn)入21世紀(jì),在新千年開始之際,熱門正面臨著一系列重大的挑戰(zhàn),全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人口迅速增加,需要提供更多的食物、住房和原料,因而對能源的需求量也不斷增加。在過去20年中,全世界能源消耗量增加了40%,其中85%以上使用的是礦物燃料。這些礦物燃料燃燒時要產(chǎn)生大量溫室氣體,全球單是CO2排放量每年就超過500億噸,而且還在不斷擴(kuò)大。形成的酸雨造成土壤退化,危害動植物。全球氣候變暖可能會產(chǎn)生災(zāi)難性后果,必須采取堅(jiān)決措施,減少溫室氣體的排放。因此,治理環(huán)境污染,已成為當(dāng)務(wù)之急。同時,礦物燃料的儲藏量是有限的,按目前探明的儲藏與開發(fā)速度的比例計算,地球上可再開采的能源,石油為40年,天然氣約為60年,煤炭為200年。如不采取有效措施,到本世紀(jì)中葉,人類必將面臨礦物燃料枯竭的嚴(yán)重局面。
為了減少大氣污染、保護(hù)人類生態(tài)環(huán)境、保證能源的長期穩(wěn)定供應(yīng),必須實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,逐步改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu),大力開發(fā)利用新能源。這已成為各國的共識。
在新能源中,公認(rèn)技術(shù)含量最高、最有發(fā)展前途的是太陽能發(fā)電。下面就這兩大類太陽能發(fā)電方式逐一介紹。
1.太陽能發(fā)電的類型及其優(yōu)點(diǎn)
太陽能發(fā)電可分為太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電兩大類。
1.1太陽能熱發(fā)電
聚光式系統(tǒng)的集熱部分由聚光器、跟蹤定位器、吸收器構(gòu)成,不同的技術(shù)常在此部分有所區(qū)別;傳輸部分由管道和介質(zhì)構(gòu)成,介質(zhì)常是空氣或水;儲熱部分用來保證發(fā)電的連續(xù)性,介質(zhì)多為熔鹽。聚光式系統(tǒng)可分為塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以及碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
1.1.1塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱為集中式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。它利用定日鏡將太陽光聚焦在中心吸熱塔的吸熱器上,在那里將聚焦的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能,然后將熱能傳遞給熱力循環(huán)的工質(zhì),再驅(qū)動熱機(jī)做功發(fā)電。
1.1.2槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽式拋物面反射鏡聚光的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的簡稱。該聚光鏡面從幾何上看是將拋物線平移而形成的槽式拋物面,它將太陽光聚在一條線上,在這條焦線上安裝有管狀集熱器,以吸收聚焦后的太陽輻射能,并常常將眾多的槽式拋物面串并聯(lián)成聚光集熱器陣列。該系統(tǒng)中機(jī)熱油回路和動力蒸汽回路分離開來,經(jīng)過一系列換熱器來交換熱量。當(dāng)太陽能供應(yīng)不足時,利用一個輔助加熱器將油回路中的導(dǎo)熱油加熱,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。
1.1.3碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)借助雙軸跟蹤,利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡,將入射的太陽輻射進(jìn)行點(diǎn)聚集,聚光點(diǎn)的溫度一般為500—1000℃,吸熱器洗手這部分輻射能并將其轉(zhuǎn)換成熱能,加熱工質(zhì)以驅(qū)動熱機(jī)(如燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動機(jī)或其他類型透平等),從而將熱能轉(zhuǎn)換成電能。該方式的優(yōu)點(diǎn)是:轉(zhuǎn)化效率最高;可模塊化;可以混合發(fā)電。
除了上述幾種聚光式太陽能熱發(fā)電方式以外,太陽池發(fā)電、太陽能塔熱氣流發(fā)電等新領(lǐng)域的研究也有進(jìn)展。
1.2太陽能光發(fā)電
太陽能光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽能級半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能,并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式,是的那股勁太陽光發(fā)電的主流。目前世界上應(yīng)用最廣泛的太陽電池是單晶體硅太陽電池、多晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池等。
1.2.1單晶硅電池
單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。它的轉(zhuǎn)換效率最高,技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,而規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池,其效率為15%。硅電池進(jìn)展的重要原因之一是表面鈍化技術(shù)的提高。此外,倒金字塔技術(shù)、雙層減反射膜技術(shù)以及陷光理論的完善也是高晶硅電池發(fā)展的主要原因。
1.2.2多晶硅電池
多晶硅電池與單晶硅比較,由于所使用的硅遠(yuǎn)比單晶硅少,其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池,具有獨(dú)特的優(yōu)勢。但是由于它存在著晶粒界面和晶格錯位的明顯缺陷,造成多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換率一直無法突破20%的關(guān)口,低于單晶硅電池。薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池發(fā)電是另一種光伏發(fā)電方式。由于受到原材料、加工工藝和制造過程的制約,若要再大幅度地降低單晶硅太陽電池成本是非常困難的。作為單晶硅電池的替代產(chǎn)品,現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽電池。目前薄膜電池主要有硅基薄膜太陽電池、化合物半導(dǎo)體薄膜電池、燃料敏化TiO2太陽電池等。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:可以有效利用建筑物屋頂和幕墻,無需占用土地資源;可原地發(fā)電,原地使用,減少電力輸送的線路損耗;各種彩色光伏組件可取代和節(jié)約外飾材料(如玻璃幕墻等)在白天用電高峰期供電,從而舒緩高峰電力需求;配備蓄電池后,還能滿足安全用電設(shè)施的不斷電要求;太陽能發(fā)電板陣列直接吸收太陽能,降低墻面及屋頂?shù)臏厣?減輕建筑空調(diào)負(fù)荷。
2.太陽能發(fā)電面臨的困難和解決措施
前面介紹了幾種太陽能熱發(fā)電技術(shù),除碟式發(fā)電系統(tǒng)外,都屬于大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng),只有做成幾十到幾百兆瓦級的發(fā)電站,成本才可能降下來。太陽能塔熱氣流發(fā)電和太陽池發(fā)電占地面積大,利用效率不高,僅僅在1%左右。因此太陽能塔熱氣流發(fā)電應(yīng)放在土地廣闊、人口稀少的沙漠地區(qū)使用;而太陽池發(fā)電應(yīng)適合放在日照條件好、鹽資源比較豐富的地區(qū)使用?？傮w來看,槽式發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)上最為成熟,且其跟蹤機(jī)構(gòu)比較簡單易于實(shí)現(xiàn),總體成本最低。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是低成本的投資和技術(shù)上的高可靠性運(yùn)行。這要求未來在技術(shù)上要進(jìn)行新型集熱材料的研究和開發(fā),快速提高跟蹤機(jī)構(gòu)的技術(shù)并降低其實(shí)現(xiàn)成本。同時發(fā)電產(chǎn)業(yè)要努力實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?建立大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng),既節(jié)約成本,又保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行。
對于光伏發(fā)電來說,總體來看,該產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段,主要是由于太陽能發(fā)電初期投資大,控制成本高,而太陽能轉(zhuǎn)化效率比較低,且容易受天氣等多種因素影響。根據(jù)目前光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r和其技術(shù)難點(diǎn),未來的光伏發(fā)電研究需要重視以下幾個方面:一是加快太陽能原材料晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究和新型替代材料的開發(fā),降低材料成本并提高其轉(zhuǎn)化效率;二是提高系統(tǒng)控制技術(shù),如達(dá)到光伏電池陣列的最優(yōu)化排列組合、實(shí)現(xiàn)太陽光最大功率跟蹤等;三是研究光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù),減少光伏電能對電網(wǎng)的沖擊;四是研究光伏發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,保證供電持續(xù)性。
3.我國太陽能發(fā)電的優(yōu)勢和難點(diǎn)
發(fā)展太陽能發(fā)電的需求主要來自滿足農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的生產(chǎn)與生活用電和21世紀(jì)中持續(xù)發(fā)展我國電力事業(yè)兩個方面。在太陽能發(fā)電上我國具有得天獨(dú)厚的有利條件:
(1)豐富的太陽能資源。我國總面積2/3以上的地區(qū)年平均日照時數(shù)在2000h以上,年平均日輻射量在4000MJ/m2以上,要優(yōu)于歐洲和日本,與美國相近。如此豐富的太陽能資源可以節(jié)省太陽能電池的用量,有利于太陽能發(fā)電在較低成本下加以推廣。
(2)我國太陽能電池的生產(chǎn)能力超過日本、美國和歐洲,居世界第一位,2007年我國太陽能電池的產(chǎn)量約為1180兆瓦。2007年在全球太陽能生產(chǎn)企業(yè)16強(qiáng)中,我國占據(jù)了6席。(3)逆變技術(shù)是太陽能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一,由于在大功率開關(guān)器件開發(fā)和逆變技術(shù)的應(yīng)用等方面,我國已取得長足進(jìn)步,生產(chǎn)出適用于光伏并網(wǎng)、高效率、高可靠性、低污染、低成本的逆變器成為可能。
但為了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,必須解決以下幾個問題:
(1)我國生產(chǎn)太陽能電池的原材料主要依靠進(jìn)口,而絕大多數(shù)太陽能電池和切片用于出口,這種不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的加工業(yè)局面必須盡快扭轉(zhuǎn)。
(2)太陽能發(fā)電的成本在每千瓦小時3元以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前居民電網(wǎng)用店家的每千瓦小時0.5元。這也是發(fā)展太陽能發(fā)電的不利一面。
(3)目前,太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較低,比如小尺寸(1cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為19.8%,而大尺寸(1000cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為12%,為了降低太陽能發(fā)電的成本必須提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
(4)我國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步于獨(dú)立型太陽能發(fā)電設(shè)備(10kW以下),主要用于解決太陽能資源豐富而又無電的邊遠(yuǎn)地區(qū)的居民用電。而更大容量(MW級)的并網(wǎng)型太陽能發(fā)電設(shè)備的投產(chǎn)是降低成本的途徑之一。
(5)截止到2005年,我國的風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量為1500MW左右,是太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量的20倍,到2020年規(guī)劃總裝機(jī)容量為30000MW,也是規(guī)劃太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量的15倍。但兩者特點(diǎn)各異。夏季日照足風(fēng)速低,冬季日照弱風(fēng)速強(qiáng);同樣白天日照強(qiáng)時風(fēng)小,夜晚無光照時風(fēng)大。太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)是提高電能質(zhì)量和降低成本的另一途徑。
關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；教學(xué)方法；教學(xué)改革；教學(xué)理念
中圖分類號：TM619 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）14-0217-03
從2006年秋季學(xué)期開始，我校電氣信息學(xué)院就面向電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生開設(shè)了新能源發(fā)電技術(shù)方面的選修課，2009年學(xué)院改革，對原有專業(yè)進(jìn)行重組、調(diào)整，新成立了電氣與新能源學(xué)院，開始招收電氣工程及其自動化（新能源發(fā)電方向）專業(yè)的本科生，重點(diǎn)培養(yǎng)從事新能源技術(shù)領(lǐng)域的研究、開發(fā)、維護(hù)、管理等方面的高級工程技術(shù)人才，并在2010年開始招生，現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到80人規(guī)模，開設(shè)的相關(guān)課程（含實(shí)驗(yàn)）一般安排在第五學(xué)期。
開設(shè)“新能源發(fā)電技術(shù)”專業(yè)選修課的目的是為了幫助電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生全面了解能源科學(xué)概況、世界范圍內(nèi)面臨的能源問題及其解決對策和發(fā)展前景、新能源開發(fā)利用的重要性以及新能源開發(fā)利用技術(shù)等方面的知識。課程內(nèi)容涉及新能源基礎(chǔ)知識、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等?nèi)容。針對目前選修課的建設(shè)和完善已成為高校教學(xué)改革深化的重要環(huán)節(jié)，選修課教學(xué)已然成為高校基于社會對復(fù)合型人才的迫切需求，本文將以新能源發(fā)電技術(shù)課程為例，分別從教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)理念等方面進(jìn)行一些改革研究與分析，其目的在于提高選修課教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生綜合能力。
一、精選教學(xué)內(nèi)容
新能源發(fā)電技術(shù)是一門專業(yè)性、綜合性較強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，涵蓋了風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等多種新能源的內(nèi)容，綜合了電氣工程、機(jī)械工程、工程力學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科知識。因其涉及的專業(yè)門類、知識面比較寬廣，學(xué)生普遍反映不太容易找到學(xué)習(xí)規(guī)律，難以把握重點(diǎn)，理解稍困難。因此，結(jié)合新能源發(fā)電技術(shù)課程的培養(yǎng)目標(biāo)，適當(dāng)選擇課程的教學(xué)內(nèi)容，綜合與電氣工程相關(guān)的專業(yè)課，在教學(xué)過程中以新能源的發(fā)電方式為核心，分析各種類型的新能源、能量轉(zhuǎn)化方式、發(fā)電原理等內(nèi)容之間的相關(guān)聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生逐步把各個關(guān)聯(lián)的知識點(diǎn)匯成知識鏈，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶。對于各種新能源的發(fā)展歷史、資源分布和特點(diǎn)則可做簡單介紹。另一方面，考慮到電氣工程專業(yè)對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)要求，比如有關(guān)風(fēng)力機(jī)的空氣動力學(xué)原理、太陽能熱轉(zhuǎn)換原理、生物質(zhì)熱裂解過程等內(nèi)容可只做概述性講解，讓學(xué)生了解其基本概念。教師在教學(xué)過程中，需要注意引進(jìn)當(dāng)前國際國內(nèi)的最新科研成果來豐富新能源課程的教學(xué)內(nèi)容。該課程涵蓋多方面學(xué)科，是當(dāng)前大力提倡發(fā)展的一個技術(shù)方向，其涉及到的信息量多，知識更新快。特別是最近幾年，不斷涌現(xiàn)出研究新能源發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)的新方法，使得新能源發(fā)電技術(shù)得到大力發(fā)展。因此，在選擇和組織教學(xué)內(nèi)容時，以教材為主體，綜合大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料及網(wǎng)絡(luò)資源，例如中國新能源網(wǎng)、中國新能源發(fā)電網(wǎng)等，適當(dāng)增加一些不僅能反映新能源發(fā)電技術(shù)前沿領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)，而且又能展現(xiàn)學(xué)科交叉、擴(kuò)大學(xué)生視野的教學(xué)內(nèi)容，不斷在教學(xué)實(shí)踐過程中提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量。
二、探索靈活的教學(xué)方法
在新能源發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)中，需要積極探索，發(fā)掘與課程特點(diǎn)相匹配的教學(xué)方法。在課堂教學(xué)中，需要注重知識性、趣味性，注意理論與實(shí)際相結(jié)合，可在教學(xué)過程中采用啟迪式、比較式、討論式和流程式等多種不同的教學(xué)方法，目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
1.啟迪式教學(xué)法。這種方法可以較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)他們主動思考，培養(yǎng)他們分析和解決問題的能力。例如，在講解并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)時，根據(jù)學(xué)生之前掌握的光伏發(fā)電基本原理，啟發(fā)他們思考為什么要對獨(dú)立的大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)、并網(wǎng)的方式是怎樣的、并網(wǎng)的過程中還需要增加哪些相應(yīng)的裝置。通過在教學(xué)過程中設(shè)置這樣一些問題，逐漸開闊他們的思維方式，讓他們認(rèn)識到要使得太陽能發(fā)電得到大規(guī)模、高效率的利用，必然要對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)，在并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器又是核心設(shè)備，不僅能夠把光伏電池組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻同相的交流電饋入電網(wǎng)，同時還起到調(diào)節(jié)電力的作用。此外，在講解上述知識點(diǎn)的過程中，還能夠鞏固學(xué)生在電力電子技術(shù)課程中所學(xué)到的關(guān)于逆變器的知識點(diǎn)，培養(yǎng)他們對所學(xué)到的各種知識點(diǎn)進(jìn)行融會貫通、舉一反三的學(xué)習(xí)能力。
2.比較式教學(xué)法。采用不同形式的圖表對各種新能源發(fā)電方式或同一種新能源的不同利用形式進(jìn)行互相對比，不但形象直觀，還有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。例如在講解恒速恒頻與變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時，由于這兩種風(fēng)電系統(tǒng)涉及到的知識點(diǎn)特別多，且較難理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以深入掌握各種系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)差別等內(nèi)容，多數(shù)學(xué)生僅了解大概情況，因此，十分有必要采用圖表形式，分別從恒速恒頻與變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、原理、發(fā)電機(jī)類型、并網(wǎng)方式等多種角度進(jìn)行歸納、對比，加強(qiáng)學(xué)生對這兩種最重要的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的認(rèn)識，逐步化解學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電的困惑。
3.討論式教學(xué)法。這種教學(xué)方法不僅可以發(fā)揮教師的導(dǎo)向作用，還可引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。比如在講解三種經(jīng)典的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)時，可以提前安排三組學(xué)生分別搜集關(guān)于槽式、塔式和碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的資料，并在上課時先分別邀請各組的學(xué)生代表描述他們所認(rèn)識的這三種不同的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，可以從熱發(fā)電系統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成部件、系統(tǒng)功能、應(yīng)用情況等方面進(jìn)行闡述。在講述過程中，教師可適時啟發(fā)他們，就其中的某一知識點(diǎn)，可以是大家感興趣的，或者是十分重要的知識點(diǎn)進(jìn)行展開，和同學(xué)們一起探討，幫助學(xué)生深入理解不同類型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理等內(nèi)容。同時，在這種討論式教學(xué)過程中，結(jié)合不同太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的圖片進(jìn)行講解，可以使得整個教學(xué)過程更生動、更豐富多彩。
4.流程式教學(xué)法。當(dāng)涉及到知識點(diǎn)繁多、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容時，可以采用流程式教學(xué)法。這種方法可首先從系統(tǒng)的角度進(jìn)行說明，再逐層清晰講解，可幫助學(xué)生培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣和分析解決實(shí)際問題的能力。例如，在講解有分揀場垃圾發(fā)電工藝流程時，結(jié)合美國的H-Power夏威夷垃圾發(fā)電廠實(shí)例，采用如圖1所示的垃圾發(fā)電工藝流程來介紹。
先闡述在垃圾焚燒前，需要經(jīng)過一系列輸送、篩選和粉碎裝置，把那些不易處理和不能燃燒的垃圾首先在分揀場清理掉。再介紹經(jīng)過處理后的垃圾則被送入高溫焚燒爐中焚燒，形成的殘?jiān)⒒以统鎏盥?。煙氣在排放前需注入石灰脫硫，中和酸性氣體，并傳熱給水變成高溫高壓蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。最后，還要說明煙氣經(jīng)鍋爐尾部受熱面后，經(jīng)靜電除塵達(dá)標(biāo)后，進(jìn)入煙囪排放，靜電除塵后的細(xì)灰渣則可做建材進(jìn)行綜合利用。通過這樣一個簡潔的垃圾發(fā)電工藝流程圖，可讓學(xué)生迅速掌握垃圾發(fā)電的基本原理，了解各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作用和相互關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生分析復(fù)雜問題的系統(tǒng)性思維。
三、采取多樣的教學(xué)手段
相對于必修課而言，專業(yè)選修課的特點(diǎn)決定了它的教學(xué)方式有所不同，其更注重知識體系的完整性和學(xué)生興趣的引導(dǎo)。這必然要求教師不斷革新自己的教育觀念，在教學(xué)過程中全面認(rèn)真地設(shè)計教案，采用多樣化的教學(xué)手段調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)他們主動參與到課堂教學(xué)過程中，展現(xiàn)他們的課堂主人翁精神。
1.主次分明，突出重點(diǎn)。由于新能源發(fā)電技術(shù)課程涵蓋內(nèi)容較多，而授課學(xué)時又有限，因此在教學(xué)中不可能講授全部內(nèi)容，必須做到重點(diǎn)突出，精講主要內(nèi)容。比如在縱多類型的新能源發(fā)電方式中，根據(jù)我們學(xué)院的專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)，可重點(diǎn)講授太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和小水力發(fā)電。此外，還要注意詳略結(jié)合，對主要的、基本的內(nèi)容仍可采用講課方式，而對其他內(nèi)容則可以講座、討論方式開展，增大課堂教學(xué)的信息容量。比如在講授太陽能發(fā)電時，就應(yīng)以講課方式詳細(xì)講解光伏發(fā)電，而以講座方式講解太陽能熱發(fā)電。這種主次分明的講課模式，不僅能使學(xué)生扎實(shí)學(xué)到本課程最主要、最核心的內(nèi)容，還可以開闊他們的知識面和視野。
2.應(yīng)用先進(jìn)教學(xué)手段，提升教學(xué)效果。根據(jù)精選的授課內(nèi)容，有效地運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源，制作形象直觀的多媒體課件，以改善教學(xué)的直觀效果，增加授課內(nèi)容的信息量。例如，當(dāng)介紹不同類型的水平軸式風(fēng)力機(jī)和垂直軸式風(fēng)力機(jī)時，可以多向?qū)W生演示一些與它們相關(guān)的圖片和Flas，結(jié)合這些多媒體資料講解，可加深學(xué)生印象，讓他們對這幾種典型的風(fēng)力機(jī)及其工作方式等內(nèi)容有更深刻的理解。同時在上述教學(xué)過程中，要注意與傳統(tǒng)板書方式相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析，并適當(dāng)?shù)亓艚o學(xué)生一些思考時間，較好地把握課堂節(jié)奏。
3.結(jié)合實(shí)事，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。新能源發(fā)電技術(shù)課程所講授的一些主要新能源發(fā)電方式在目前逐漸得到越來越多的應(yīng)用，與人們的日常生活也越來越緊密。在介紹不同類型的新能源時，可以充分結(jié)合當(dāng)前社會生活中出現(xiàn)的一些相關(guān)時事焦點(diǎn)事件，把它們提出來讓學(xué)生討論，既能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，活躍課堂氣氛，還加強(qiáng)了他們對講課內(nèi)容的理解。例如，墨西哥灣的BP公司漏油事件、康菲環(huán)渤海灣污染事件，特別是全球石油供需關(guān)系的發(fā)展態(tài)勢、氣候變化和環(huán)境保護(hù)的壓力，都迫切需要全球共同確定和構(gòu)筑能源發(fā)展的新理念，開創(chuàng)新時期能源發(fā)展的新路子。結(jié)合上述實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生思索大力發(fā)展新能源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的必要性，讓他們從新能源利用方式等層次進(jìn)行探討。通過這種教學(xué)方式，不僅可讓學(xué)生深入理解課程內(nèi)容，激發(fā)他們的興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
4.穿插習(xí)題，實(shí)時歸納。在風(fēng)力發(fā)電部分的教學(xué)過程中，其涉及到的不同類型風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)電方式、并網(wǎng)方法等知識點(diǎn)比較多，多數(shù)學(xué)生會感到理解有一定困難。為了讓學(xué)生能夠及時掌握課堂所學(xué)內(nèi)容，講課過程中可在恰當(dāng)時候穿插一些事先準(zhǔn)備好的習(xí)題，這些習(xí)題不一定來自教材，教師可根據(jù)其他相關(guān)資料自主設(shè)計。通過課堂練習(xí)，可以考查學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的掌握程度和存在問題，及時解決他們的困惑。比如，在講解變速風(fēng)機(jī)驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)時，可穿插一個關(guān)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路控制方式的多選題，通過該練習(xí)，能夠加深學(xué)生對這部分重要內(nèi)容的理解，從一定程度上也可改善課堂氛圍，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。
5.結(jié)合共同點(diǎn)，學(xué)習(xí)新能源發(fā)電。新能源發(fā)電方式與常規(guī)能源發(fā)電方式，除了在一次能源的來源與能量轉(zhuǎn)換方式等方面有較大不同外，它們在發(fā)電環(huán)節(jié)大多具有很多共同點(diǎn)。因此，在講授各種新能源發(fā)電形式時，注意隨時和常規(guī)能源發(fā)電方式進(jìn)行類比，結(jié)合兩者之間的共同點(diǎn)講解，不僅可以促進(jìn)學(xué)生對新能源發(fā)電方法的理解，還可以鞏固他們對常規(guī)能源發(fā)電方法的認(rèn)識。例如，在講授地?zé)岚l(fā)電時，其和火力發(fā)電的原理基本一樣，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。所不同的是，地?zé)岚l(fā)電不象火力發(fā)電那樣要裝備龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地?zé)崮堋?/p>
四、培育素質(zhì)教育的教學(xué)理念
不論是專業(yè)必修課，還是選修課，教師都需要培育素質(zhì)教育的教學(xué)理念，新能源發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)更是如此。通過在理論教學(xué)過程中，結(jié)合一些生動的經(jīng)典案例等進(jìn)行講授，既可調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，又能加強(qiáng)他們對新能源發(fā)電方法的認(rèn)識，逐漸培養(yǎng)學(xué)生探索求知的精神。比如，通過介紹風(fēng)能發(fā)電的幾種典型裝置與設(shè)備，以探究風(fēng)能發(fā)電在當(dāng)前得以大規(guī)模運(yùn)用的原因。正是這些大量科研人員對風(fēng)能發(fā)電裝置的研發(fā)，才使得風(fēng)能發(fā)電不僅僅是論文里的成果。通過一些經(jīng)典案例，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性、學(xué)習(xí)興趣和求知欲，這樣才能達(dá)到開設(shè)專業(yè)選修課“培養(yǎng)學(xué)生能力，挖掘?qū)W生潛能”的目的。
五、結(jié)語
新能源發(fā)電技術(shù)課程是一門知識覆蓋面廣、學(xué)科前沿的專業(yè)選修課，而隨著其利用方式和技術(shù)的不斷發(fā)展，這門課程的教學(xué)內(nèi)容也將不斷更新，教學(xué)方法也會隨之不斷改進(jìn)，通過改進(jìn)教學(xué)手段和逐步增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，實(shí)時強(qiáng)化創(chuàng)新意識，這樣就一定能夠逐步改善人才培養(yǎng)過程中普遍出現(xiàn)的一些問題，如學(xué)生能力薄弱、缺乏創(chuàng)造性、主動性等，達(dá)到真正提升學(xué)生的思維創(chuàng)造能力以及綜合素質(zhì)的目的，培養(yǎng)出與時俱進(jìn)的、創(chuàng)新型的合格應(yīng)用型人才。
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關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；課程知識體系；教學(xué)改革；教學(xué)方法
作者簡介：張濤（1981-），男，安徽阜陽人，三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，副教授；武建瑞（1983-），男，陜西蒲城人，三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，助理工程師。（湖北 宜昌 443002）
基金項(xiàng)目：本文系三峽大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：J2011008）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0073-02
能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著社會發(fā)展對能源需求的持續(xù)增長，以及能源短缺危機(jī)和全球環(huán)境的日益惡化，能源對人類經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的制約和對資源環(huán)境的影響也越來越顯著。[1]面對能源短缺危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，必須通過能源利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)“開源”和“節(jié)流”。因此，大規(guī)模開發(fā)新的能源，大力發(fā)展高效、環(huán)保的電力工業(yè)成為解決能源問題的有效途徑，培養(yǎng)這方面的人才對新能源的開發(fā)和利用具有重要意義。
三峽大學(xué)具有濃厚的電力行業(yè)背景，為了讓三峽大學(xué)（以下簡稱“我?！保╇姎夤こ填悓I(yè)學(xué)生了解新能源相關(guān)知識，“新能源發(fā)電技術(shù)”課程應(yīng)運(yùn)而生，它是電氣工程及其自動化專業(yè)課程體系中一門重要的專業(yè)選修課程。該課程的講授，能夠幫助學(xué)生較為全面地了解和掌握新能源利用形式及其相關(guān)技術(shù)的前沿動態(tài)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。為了提高教學(xué)質(zhì)量，結(jié)合電氣工程類專業(yè)的特點(diǎn)，探索適合電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)課程授課內(nèi)容和教學(xué)方法是十分必要的。本文將根據(jù)筆者近年來的教學(xué)實(shí)踐，談?wù)剬υ撜n程的教學(xué)改革與實(shí)踐方面的幾點(diǎn)體會。
一、課程教學(xué)存在的主要問題和矛盾
“新能源發(fā)電技術(shù)”課程是一門多學(xué)科交叉的課程，除了涉及電力和能源領(lǐng)域的知識外，還要求學(xué)生具有其他領(lǐng)域相關(guān)的知識，如課程中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)涉及空氣動力學(xué)的相關(guān)知識，太陽能電池涉及的半導(dǎo)體材料的相關(guān)知識，生物質(zhì)能中涉及的生物化學(xué)等相關(guān)知識等。[2，4]由于新能源發(fā)電技術(shù)的研究屬于前沿科學(xué)，目前，我國部分高校的相關(guān)專業(yè)已開設(shè)“新能源發(fā)電技術(shù)”課程，但不同學(xué)科對該專業(yè)課程的教學(xué)需求不同，導(dǎo)致教材內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)差異較大。該課程的建設(shè)中存在的問題較為突出，集中體現(xiàn)在：不同專業(yè)教材內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)不同，缺乏適合電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的教材；作為一門選修課程，學(xué)生重視程度不夠；專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)矛盾眾多，包括課程與教材之間的矛盾，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間的矛盾，教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)方法之間的矛盾等，這些都在很大程度上制約了“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)質(zhì)量的提高。
對于電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的學(xué)生，該課程需要涉及更多電氣工程學(xué)科的相關(guān)知識，如電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)分析等專業(yè)知識。在新能源并網(wǎng)和儲能技術(shù)中需要應(yīng)用這些專業(yè)知識分析該研究領(lǐng)域前沿問題，有利于全面掌握新能源知識體系和培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。由此可見，本課程內(nèi)容豐富，知識點(diǎn)多，在該課程的建設(shè)中，需要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，合理組織教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生掌握晦澀難懂的外專業(yè)知識的，能利用本專業(yè)知識分析實(shí)際工程問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，因此該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的改革勢在必行。
二、教學(xué)內(nèi)容的改革
為了適應(yīng)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)學(xué)生的教學(xué)，在課程改革過程中，根據(jù)新能源發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀和電氣工程對新能源發(fā)電技術(shù)課程知識體系的需求，結(jié)合電力工程及其自動化專業(yè)的特點(diǎn)，精選教學(xué)內(nèi)容，重新構(gòu)建了新的課程知識體系，加強(qiáng)與電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)之間的聯(lián)系。
根據(jù)新能源發(fā)電站接入電網(wǎng)的影響不同，將這些新能源技術(shù)分為兩類：穩(wěn)定性能源發(fā)電技術(shù)和間歇性能源發(fā)電技術(shù)。
一些新能源技術(shù)（如生物質(zhì)能、地?zé)崮芎统Ｒ?guī)水電）在接入電力系統(tǒng)方面和常規(guī)電力技術(shù)一樣容易，除了一次能源的形式不同，轉(zhuǎn)換成電能環(huán)節(jié)基本相同，都采用同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，對電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定不會造成影響。因此，這部分新能源知識重點(diǎn)講解各種新能源發(fā)電技術(shù)的基本原理，最新的發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀和動向，及在利用過程中對改善環(huán)境帶來的好處，培養(yǎng)學(xué)生新的能源觀念和意識。同時結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展的最近進(jìn)展，這些發(fā)電技術(shù)作為分布式電源接入電網(wǎng)時，如何規(guī)劃電網(wǎng)，接入電網(wǎng)對電網(wǎng)的影響等方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解，加強(qiáng)與電力系統(tǒng)知識的聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，
由于受到季節(jié)、氣象和地域等條件的影響，另一些新能源技術(shù)具有隨機(jī)性、波動性和間歇性的特點(diǎn)，如風(fēng)能和太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)，在接入電力系統(tǒng)方面需要克服更多的挑戰(zhàn)，其電力大規(guī)模并入常規(guī)電網(wǎng)會對電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來顯著影響。這部分內(nèi)容重點(diǎn)講解與電力系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)，涉及到電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)相關(guān)的知識點(diǎn)。在間歇性能源并網(wǎng)過程中，電力儲能技術(shù)可以補(bǔ)償負(fù)荷波動，解決風(fēng)能和太陽能等間歇式新能源發(fā)電直接并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊，調(diào)節(jié)電能質(zhì)量，使大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電能夠方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)。隨著可再生新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，電力儲能技術(shù)也是電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)學(xué)生必須掌握的知識，所以儲能技術(shù)也是該課程知識體系的重要部分。
本文提出的課程知識體系目前還沒有相關(guān)教材，為此，筆者較為系統(tǒng)地構(gòu)建并編寫適合電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的“新能源發(fā)電技術(shù)”課程講義，使之更符合電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的教學(xué)。從兩學(xué)期的試用情況來看，學(xué)生認(rèn)同感增強(qiáng)，明確該課程是本專業(yè)不可或缺的重要選修課，重視程度顯著提升，在教學(xué)過程中取得了良好的效果。
三、教學(xué)模式改革
選擇合適的教學(xué)方法，能夠提高課堂效率。教學(xué)內(nèi)容的不同，授課的教學(xué)方法也需要相應(yīng)的改進(jìn)，為此筆者對教學(xué)方法也進(jìn)行了改革，使之與課程知識體系相適應(yīng)。
1.采用學(xué)術(shù)專題講座的教學(xué)方式
“新能源發(fā)電技術(shù)”課程知識體系要求運(yùn)用新的教學(xué)方法。每種新能源發(fā)電技術(shù)各自成章，自成系統(tǒng)，各部分內(nèi)容均有很多前沿的技術(shù)，僅靠書本知識已經(jīng)不能適應(yīng)科技的進(jìn)步。[5，6]因此需要任課教師補(bǔ)充相關(guān)發(fā)展的新動向和新技術(shù)，以學(xué)術(shù)講座的形式進(jìn)行講授與課程相關(guān)知識點(diǎn)。講解過程中，以具體的行業(yè)問題為背景，采取啟發(fā)式的講解方式，層層剖析問題，可以讓學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)，掌握發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)電原理、利用方式、開發(fā)存在的問題和研究現(xiàn)狀及動向。如地?zé)岚l(fā)電、海洋能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電技術(shù)，都可以采用講座的方式進(jìn)行講解。同時在講座過程中，增加學(xué)生提問環(huán)節(jié)，讓學(xué)生可以積極參與，引導(dǎo)學(xué)生自主思考。
為了強(qiáng)化實(shí)踐，在每一個專題授課結(jié)束后，教師通過布置與該專題相關(guān)的設(shè)計題目，讓學(xué)生學(xué)以致用。比如讓學(xué)生設(shè)計太陽能熱電站，利用波浪能發(fā)電原理設(shè)計相應(yīng)的波浪能電站，設(shè)計新農(nóng)村綜合利用生物質(zhì)能的方案，設(shè)計垃圾發(fā)電站工藝流程等，作為分布式電源接入電網(wǎng)時，結(jié)合不同能源開發(fā)利用的特點(diǎn)對該地區(qū)新能源開發(fā)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)做出合理規(guī)劃，并給出理由。通過這些綜合性設(shè)計作業(yè)，可以增強(qiáng)大家的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，訓(xùn)練了學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力，起到了非常好的效果。
2.基于問題的探究式教學(xué)方式
傳統(tǒng)的講授方式，可以系統(tǒng)地講解，課堂容量大。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)涉及知識點(diǎn)多，知識點(diǎn)零散，因此需要教師合理組織教學(xué)內(nèi)容，使其與所學(xué)專業(yè)知識相結(jié)合。為此筆者精心設(shè)計每一個教學(xué)環(huán)節(jié)，精講多練。但傳統(tǒng)的授課方式，學(xué)生被動接受，學(xué)習(xí)積極性不高。
為此，筆者采用基于問題的探究式教學(xué)方式，在教學(xué)的過程中，教師起引導(dǎo)作用，對課程中的知識點(diǎn)進(jìn)行分析，提出基于問題的討論題目；并分析學(xué)生需要掌握的知識要點(diǎn)，為學(xué)生提供必要的參考文獻(xiàn)，讓學(xué)生課后自己查閱資料，引導(dǎo)他們學(xué)會自己總結(jié)知識點(diǎn)，利用所學(xué)知識分析實(shí)際問題。而學(xué)生在課后根據(jù)自己的興趣自愿選題，并分小組進(jìn)行研討，研討后，該小組總結(jié)討論結(jié)果。在課堂討論中，每個小組推薦一名學(xué)生做交流發(fā)言，將自己的研究內(nèi)容做簡要匯報。學(xué)生互相提問展開討論，老師進(jìn)行有針對性的點(diǎn)評，肯定了學(xué)生們?nèi)〉玫某煽?，對錯誤的地方進(jìn)行了補(bǔ)充和糾正。[2]為了達(dá)到分組討論學(xué)習(xí)預(yù)期效果，要求每個小組在上交的文獻(xiàn)報告中，明確每個學(xué)生所做的工作和參加小組討論的發(fā)言內(nèi)容，督促每個學(xué)生都參與討論學(xué)習(xí)。通過這種教學(xué)方式，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性，也很好地完成了教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高，達(dá)到“授人以漁”的目的。
3.改進(jìn)多媒體教學(xué)方式
由于該課程設(shè)計的專業(yè)知識具有跨學(xué)科的特點(diǎn)，有些知識點(diǎn)學(xué)生難以掌握，有些原理較為抽象。如風(fēng)機(jī)的偏航過程、變槳過程、風(fēng)機(jī)的失速原理、斯特林發(fā)動機(jī)的發(fā)電過程等都比較抽象，在沒有實(shí)物演示的前提下，學(xué)生經(jīng)常不容易理解。因此在講這些課程內(nèi)容時，采用多媒體動畫演示的方法，幫助學(xué)生理解基本概念和知識，讓學(xué)生更快更易地理解和掌握這些內(nèi)容。
四、考試方法的改革
雖然在教學(xué)內(nèi)容和方法上進(jìn)行了改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，但仍有不少學(xué)生選課和學(xué)習(xí)動機(jī)不端正。他們不是為了完善自己的知識結(jié)構(gòu)，提高自己的綜合素質(zhì)，只是為了湊滿學(xué)分，對選修課缺乏足夠的重視。[6]傳統(tǒng)的閉卷考核方式不能全面地反映真實(shí)的教學(xué)情況。撰寫課程論文，成績只與論文寫得好不好有關(guān)，有的同學(xué)東拼西湊，也能獲得一個理想的成績。這些方式都難以督促學(xué)生平常的學(xué)習(xí)，因此仍需完善課程的考核方式。根據(jù)“新能源發(fā)電技術(shù)”課程的特點(diǎn)，筆者對該課程的考試方式做了合理的改革，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，公正地反映了學(xué)生的成績。主要采取了以下一些措施：
1.注重對學(xué)生平時的考查
增加課堂隨機(jī)考查的次數(shù)。通過提問、課堂測驗(yàn)等方式，讓學(xué)生在上課時能集中精力聽講，防止學(xué)生上課“開小差”?；卮饐栴}和課堂測驗(yàn)計入平時成績。
2.增加撰寫文獻(xiàn)報告和大作業(yè)
基于問題的探究式教學(xué)方式中，撰寫文獻(xiàn)報告和小組討論環(huán)節(jié)能夠有效培養(yǎng)了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、撰寫論文、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、獨(dú)立思考的能力，因此能夠較為科學(xué)評價學(xué)生平時的努力程度。因此，課堂討論和小組討論中，根據(jù)學(xué)生在該環(huán)節(jié)中的貢獻(xiàn)不同給學(xué)生不同成績，這樣能起到督促學(xué)生學(xué)習(xí)和檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的作用。
作業(yè)是課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充和延伸，是教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。大作業(yè)一般具有綜合性的特點(diǎn)，能夠有效鍛煉學(xué)生的綜合能力，鞏固平時所學(xué)的知識，是反饋教學(xué)效果的有效手段。因此增加大作業(yè)和撰寫文獻(xiàn)報告在平時成績中的比重也是考查學(xué)生平時學(xué)習(xí)的有效手段。
3.增加平時成績的權(quán)重
平時考核成績權(quán)重由原來的30%提高到目前的50%，有效地避免了學(xué)生平時不學(xué)習(xí)，考試時突擊學(xué)習(xí)也能取得不錯成績的弊端，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自覺性。
通過上述措施的實(shí)施，經(jīng)調(diào)查表明多數(shù)學(xué)生都認(rèn)可這種成績考核方法較合理、公正，能夠真實(shí)反映學(xué)生的成績，受到了多數(shù)學(xué)生的歡迎。
五、結(jié)束語
“新能源發(fā)電技術(shù)”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)課程體系中一門重要的專業(yè)選修課程。本文針對課程建設(shè)中存在的突出問題，構(gòu)建了適合電氣工程類專業(yè)的“新能源發(fā)電技術(shù)”課程的知識體系，合理組織教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)授課內(nèi)容提出了合適的教學(xué)和考核方法。通過課程教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，達(dá)到提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的目的。
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關(guān)鍵詞：電力電子；能量管理系統(tǒng)；電能質(zhì)量控制
中圖分類號：TU852文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2010) 14-0000-01
Power Electronics and New Energy Power Generation Technology
Yang Lin
(Institute of Electrical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou730030,China)
Abstract:This paper discusses several new forms of energy generation and integrated power supply system transformation,control,intelligence management and safety issues,and hope in the future development of new energy power,we can overcome difficulties and achieve electronic power of new development.
Keywords:Power electronics;Energy management system;Power quality control
我們已進(jìn)入21世紀(jì)，這是一個全新的時代，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展給人們的生活帶來了很多的便利，但隨之而來的卻是能源的耗竭，原本豐富的能源如今已變得匱乏，并危及到人們未來的生產(chǎn)生活。與此同時，毫無顧忌的能源利用還造成了大氣的嚴(yán)重污染，從而又引發(fā)能源危及，這樣的惡性循環(huán)會直接危及到人類的發(fā)展，甚至威脅人類的健康和繁衍。因此，開拓新能源，減少能量源浪費(fèi)成為當(dāng)今世界最為關(guān)注的話題。
一、新能源的發(fā)電方式
（一）太陽能發(fā)電
太陽能發(fā)電開始于上世紀(jì)50年代，當(dāng)時，第一塊實(shí)用的硅太陽電池研制成功，如今，太陽能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展，其技術(shù)也在日益成熟。目前，占主流的太陽電池仍然是硅太陽電池，主要分為單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池和非晶硅太陽電池。典型的太陽能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，太陽電池陣列進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，把太陽能變?yōu)殡娔?，再由功率變換器將太陽電池輸入到直流電中，最后轉(zhuǎn)換成用戶所要使用的電源模式。根據(jù)用戶的需求，功率變換器可以選擇直流斬波器進(jìn)行DC/DC變換，或采用逆變器進(jìn)行DC/AC變換。而功率變換裝置還應(yīng)包括蓄電池系統(tǒng)，主要是為了平衡電流。如果太陽光充足，可以利用太陽能，并利用蓄電池充電；如果在夜晚或者陽光不充足時，就可以使用蓄電池供電。
（二）風(fēng)力發(fā)電
如今，風(fēng)力的主要運(yùn)用方式就是風(fēng)力發(fā)電，它的發(fā)展速度最快，也最受全世界關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電主要有3種運(yùn)轉(zhuǎn)方式：
1.獨(dú)立運(yùn)行方式，利用一臺小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)向需要的用戶提供電能，它還可以通過蓄電池充電，預(yù)防無風(fēng)時影響發(fā)電效果；
2.風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電方式相結(jié)合的聯(lián)合供電方式，主要向交通不便或偏遠(yuǎn)山區(qū)供電，以及地廣人稀的草原牧場提供電力；
3.并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行方式，將風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)安裝在條件較好的地區(qū)，常常是一處風(fēng)場安裝幾十臺甚至幾百臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這也是風(fēng)力發(fā)電的主要發(fā)展方向。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)速的條件下運(yùn)行，其發(fā)電機(jī)輸出的電壓的幅值和頻率是變化的，所以，通常要配置電力電子功率變換器，通過這種裝置控制電流，保證輸出的電壓是平衡穩(wěn)定的。
（三）燃料電池發(fā)電系統(tǒng)
燃料電池（Fuel Cell）是將反應(yīng)物如氫氣等的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。它通過燃料（通常是氫氣）和氧氣結(jié)合所發(fā)生的光電反應(yīng)來發(fā)電。燃料電池發(fā)展了這么久，根據(jù)電介質(zhì)的不同，主要分為5種燃料電池：堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）；質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton ExchangeMembrane Fuel Cell，PEMFC）；磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）；熔鹽燃料電池（Molten Car-bonate Fuel Cell，MCFC）；固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。
實(shí)際上，燃料電池也有其優(yōu)點(diǎn)，例如：發(fā)電效率高：發(fā)熱少；噪音低，污染??；功率密度高。目前，燃料電池發(fā)電主要集中在以下幾個方面：燃料電池特性研究；燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高效功率變換的研究；能量管理技術(shù)；孤島檢測和保護(hù)技術(shù)，并網(wǎng)電流控制；并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行之間的無縫切換控制技術(shù)。
燃料電池所輸出的電壓會隨著電壓的變化，發(fā)生較大范圍的變化。燃料電池的輸出電壓在負(fù)載發(fā)生突變時還要經(jīng)過一段時間才能停止反應(yīng)，對于質(zhì)子交換模燃料電池響應(yīng)延遲達(dá)2秒。因此，燃料電池一般與負(fù)荷動態(tài)的具體要求無法很好的匹配。
二、電力儲能技術(shù)
可再生能源發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能主要還存在無法預(yù)測的周期性變化，例如風(fēng)能、光伏發(fā)電等，如果將其電能直接輸入普通電網(wǎng)，將會對電流帶來不良影響，而電力儲備裝置就可以平衡能源發(fā)電輸入與電網(wǎng)之間的矛盾。電力儲能技術(shù)有蓄水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電池儲能等它們都各具特點(diǎn)，各有優(yōu)勢，但它們的正常運(yùn)行主要是依靠電子電力技術(shù)。
蓄水儲能與壓縮空氣儲能主要是對電力高峰期進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是對地理?xiàng)l件的要求較高。電池儲能的精密性高，需要在技術(shù)成熟的條件下進(jìn)行，理論上可以用于電力調(diào)峰，單電池使用壽命有效，這成為蓄電技術(shù)的難點(diǎn)。飛輪儲能的儲能量有限，運(yùn)行復(fù)雜，一般用于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。
三、電能質(zhì)量控制
（一）電源諧波檢測和分析技術(shù)
諧波的測量和分析都是以思想諧波治理為前提條件的，精準(zhǔn)的諧波測量和分析可以為諧波的治理提供準(zhǔn)確的依據(jù)。自提出快速傅里葉變換算法（FFT）以來，基于傅里葉變換的諧波測量得到了普遍應(yīng)用。然而基于傅里葉變換的諧波測量要求整周期同步采樣，不然就會嚴(yán)重影響其效果。因此，怎樣減少因同步偏差而引起的測量誤差成為電子電力技術(shù)人員迫切要解決的難題。
（二）電能質(zhì)量控制和管理
首先，電能質(zhì)量的控制和管理主要包含功率因數(shù)校正和濾波器設(shè)計，由于傳統(tǒng)的無源濾波器體積和重點(diǎn)都很大，還需要對不同的頻率進(jìn)行設(shè)計，而功率因數(shù)較技術(shù)正是提高功率因數(shù)和降低諧波污染的重要途徑。如今，電能質(zhì)量控制和管理的研究重點(diǎn)在與PFC控制技術(shù)上，比如：單開關(guān)、多開關(guān)以及軟開關(guān)三相PFC電路的研制，軟開關(guān)技術(shù)與PFC技術(shù)的融合已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢，雖然目前的PFC產(chǎn)品受到功率的限制，但應(yīng)用于分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)卻是重要機(jī)遇。
四、總結(jié)
綜上所述，隨著科技的發(fā)展，新能源的開拓和使用技術(shù)越來越成熟，但是，要真正做好新能源發(fā)電技術(shù)，還需要從解決先存的各種問題，因此，電子電力技術(shù)人員應(yīng)在在電氣、電子、控制和信息等工程技術(shù)領(lǐng)域加強(qiáng)合作研究，通過系統(tǒng)集成和技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)的突破，我相信，我們一定可以克服各種困難，迎來新能源造福人類的燦爛明天。
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關(guān)鍵詞：太陽能;建筑;設(shè)計;應(yīng)用
一、太陽能利用技術(shù)方法與優(yōu)點(diǎn)
工程實(shí)踐表明，光伏發(fā)電技術(shù)是一種技術(shù)可靠、使用便捷、低碳環(huán)保，易于大規(guī)模生產(chǎn)利用的先進(jìn)可再生能源技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下： （1）太陽能資源是一種取之不盡、用之不竭的潔凈的可再生能源。開發(fā)利用時不消耗傳統(tǒng)化石燃料能源，不會排放產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣等污染物，是自然能源中較為理想的清潔能源。 （2）太陽能利用不受地域條件的限制。任何有太陽的地域均可就地開發(fā)利用。不存在選址、運(yùn)輸?shù)葐栴}，特別是在交通不便利、偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村、海島，太陽能能利用價值更高。（3）太陽能可靠性高、維護(hù)簡單。光電板、逆變器、蓄電池等設(shè)備分布安裝，提高了整個能源系統(tǒng)的安全性、可靠性及耐久性。即使在惡劣的使用環(huán)境下，光伏發(fā)電系統(tǒng)故障也較少，因此運(yùn)行維護(hù)成本較低。（4）光伏建筑集成由于占地面積小、安裝便利、供電可靠等原因，是目前國際上太陽能研究發(fā)展的前沿。
二、太陽能光伏系統(tǒng)建筑一體化利用方式與優(yōu)勢
（一）太陽能光伏系統(tǒng)建筑一體化利用方式?！肮夥l(fā)電與建筑物一體化”的概念在1991 年正式提出，是目前世界上大規(guī)模利用光伏發(fā)電的研發(fā)熱點(diǎn)。太陽能光伏與建筑物相結(jié)合主要有兩種形式：一種是在建筑物屋頂、立面安裝平板光伏器、光伏陣列與電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，從而形成用戶聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)。第二種形式是將光伏器件與建筑實(shí)現(xiàn)集成一體化，即在建筑物屋頂或立面安裝光伏發(fā)電電池板，用光伏發(fā)電的玻璃幕墻代替普通的玻璃幕墻，由屋頂和墻面的光伏器件直接吸收轉(zhuǎn)化太陽能，太陽能系統(tǒng)平板既可以做建材又可以發(fā)電，進(jìn)一步降低光伏發(fā)電的成本。目前，許多國家已研制出大尺度的彩色光伏模塊可替代昂貴的墻體外飾材料，使光伏發(fā)電與建筑物一體化成本進(jìn)一步降低。
建筑物與太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步有機(jī)結(jié)合是將太陽能電池板與建筑頂面、立面材料集成一體化。建筑物建設(shè)使用過程中，建筑立面墻體結(jié)構(gòu)表面通常采用噴涂涂料、鋪貼瓷磚、安裝幕墻玻璃等。如果用太陽能電池板替代建筑立面墻體及屋頂建筑材料，太陽能電池板既可作為建筑裝飾材料，也可以用于光伏發(fā)電系統(tǒng)。由此可見，實(shí)現(xiàn)太陽能電池板與建筑的有機(jī)一體化結(jié)合，是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化推廣與應(yīng)用的一個關(guān)鍵問題，這種結(jié)合并非是建筑與太陽能電池板簡單“疊加”，而是在建筑與光伏系統(tǒng)設(shè)計方案階段將太陽能電池板納入建筑設(shè)計構(gòu)思中。
太陽能電池板用于建筑材料，必須具備建筑材料的基本要求，如堅(jiān)固耐久、防水防潮、保溫隔熱、隔音等以及適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度等性能。若安裝在屋頂、窗戶等，還應(yīng)具有透光的性能。太陽能光伏系統(tǒng)建筑有機(jī)結(jié)合，根據(jù)建筑工程使用及工況的需要，與普通的平板式光伏系統(tǒng)組件不同，太陽能電池板兼有發(fā)電與建筑裝飾材料的功能，必須滿足建筑材料的基本性能需要。應(yīng)該遵循以下原則：①建筑物設(shè)計完成后使太陽能電池板成為建筑不可缺少的一部分，成為建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成部分。②太陽能電池板的顏色和肌理必須與建筑物的相關(guān)部分相和諧統(tǒng)一，與建筑物的整體風(fēng)格相結(jié)合。③太陽能電池板的比例和尺度必須與建筑整體的比例與尺度相協(xié)調(diào)，這將決定太陽能電池板的分格尺寸與形式。④太陽能電池板屋頂具體的細(xì)部設(shè)計，如材料用量是否最小化、設(shè)計細(xì)節(jié)是否和諧、有機(jī)等需統(tǒng)一考慮。
（二）太陽能光伏系統(tǒng)建筑一體化優(yōu)勢。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化的方式各不相同，這取決于地理、文化及政府政策等。在國外，由于公共建筑的建造與設(shè)計程序嚴(yán)格，太陽能電池板系統(tǒng)在個人住宅與公寓建筑使用的較為普遍。而在我國，特別是城市建筑，由于建筑開發(fā)是商家或政府，因此是否采用太陽能電池板系統(tǒng)完全取決于開發(fā)商或政府。在我國，日照充足的地區(qū)無論公共建筑還是住宅屋頂和墻面使用太陽能電池板系統(tǒng)的市場潛力十分巨大，從建筑結(jié)構(gòu)、技術(shù)利用和經(jīng)濟(jì)效益來分析，太陽能電池板與建筑的一體化優(yōu)勢如下：
（1）節(jié)約用地，便于安裝 ，保護(hù)環(huán)境。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般安裝于建筑物的屋頂或外立面墻體上，無需額外占用土地或增建其他建筑設(shè)施，適用于人口比較密集的建筑群、辦公區(qū)使用，尤其適用于土地昂貴的城市。由于太陽能電池板的組件集成化，光伏設(shè)備安裝比較方便，而且可以根據(jù)負(fù)載的耗電量來選擇裝機(jī)容量。與此同時，由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備安裝在建筑物的屋頂或立面墻體結(jié)構(gòu)上，太陽能轉(zhuǎn)換為電能可降低建筑物臨近室外區(qū)域的溫度，從而達(dá)到減少室內(nèi)空調(diào)制冷用電負(fù)荷，既節(jié)約了能源，又保證了室內(nèi)的空氣質(zhì)量，同時也避免了由于使用傳統(tǒng)化石能源燃料發(fā)電所導(dǎo)致的環(huán)境污染。（2）減少投資，保證供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)安全用電。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝不受地域條件限制，可實(shí)現(xiàn)就地發(fā)電用電，因此可以大幅度減少電站及輸送電網(wǎng)的建設(shè)投資。建筑物實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)一體化，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力既可供給本建筑物使用，也可儲存于蓄電池或外送入電網(wǎng)。在自然條件差，負(fù)載可由蓄電池供電;在自然條件差較好，通常會出現(xiàn)電網(wǎng)用電高峰，以往需采取拉閘限電措施，但此時也正是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量最多的時候。建筑一體化太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)除可保證建筑物負(fù)載用電外，還可以向外電網(wǎng)供電，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的集成特性可以節(jié)約儲存電力的費(fèi)用，另外用電安全性能也得到提高，從而緩解夏季電力高峰需求壓力，從而徹底解決電量不夠的問題。 （3）增效規(guī)模，降低成本。建筑一體化太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)面板代替建筑屋頂或立面墻面，可以節(jié)約大量的建筑成本。另外，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)面板在建筑用電地點(diǎn)發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5%～10%），降低了電力傳輸、分配投資和維修費(fèi)用。在建筑屋頂或立面結(jié)構(gòu)上安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備，用太陽能電池板代替部分建筑材料，可以促進(jìn)太陽能電池板工廠化規(guī)模生產(chǎn)，從而能進(jìn)一步降低工程造價，有利于太陽能發(fā)電系統(tǒng)光伏產(chǎn)品的推廣與應(yīng)用，市場潛力巨大。
三、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化設(shè)計原則
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化的設(shè)計原則要求，運(yùn)營系統(tǒng)既要保證建筑中光伏發(fā)電系統(tǒng)的長期運(yùn)行可靠，又要充分滿足用電設(shè)備的需要，使系統(tǒng)的配置實(shí)現(xiàn)合理、經(jīng)濟(jì)。工程建設(shè)與投產(chǎn)中使用盡量少的太陽能光伏系統(tǒng)組件，使太陽能光伏發(fā)電組件與建筑物有機(jī)合為一體，替代部分建筑材料，如屋面與立面墻體裝飾材料，達(dá)到建筑節(jié)能的效果。協(xié)調(diào)光伏系統(tǒng)與建筑成本之間的關(guān)系，在滿足正常需要，保證系統(tǒng)、建筑質(zhì)量的前提下盡可能的節(jié)約建筑與安裝成本投資，達(dá)到投入與產(chǎn)出最好的經(jīng)濟(jì)效益。
結(jié) 語：近年來，隨著美國、西班牙、德國等發(fā)達(dá)國家對本國光伏產(chǎn)業(yè)的政策優(yōu)惠及扶持，全球光伏發(fā)電應(yīng)用已進(jìn)入快速增長的階段。我國光伏產(chǎn)業(yè)近幾年來持續(xù)發(fā)展，但是同發(fā)達(dá)國家相比還是存在很大差距，光伏發(fā)電應(yīng)用市場發(fā)展較為緩慢，安裝量較少，隨著我國工業(yè)與信息化部2012年2月頒布的《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，我國的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用及推廣將會有較大的發(fā)展。
隨著光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開發(fā)的發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化生態(tài)節(jié)能工程，其發(fā)展前景廣闊，市場潛力巨大，其效率、性價比隨著太陽能光伏技術(shù)日益發(fā)展將進(jìn)一步得到提高，也將極大地推動中國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化的快速發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：建筑能耗；節(jié)能空調(diào)；太陽能；評價
中圖分類號： TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-0432（2011）-06-0306-1
0 前言
建筑能耗一般指建筑在正常使用條件下的采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)和照明所消耗的總能量，不包括生產(chǎn)和經(jīng)營性的能量消耗。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，常規(guī)能源日益匱乏，節(jié)能環(huán)保已成為世界公認(rèn)的主題，各國都在推行全方位降低能耗，因此零能耗建筑在全球范圍內(nèi)應(yīng)用而生。在建筑零能耗風(fēng)靡全球的時刻，也想談?wù)勛约旱囊恍┫敕ā?/p>
1 建筑能耗現(xiàn)狀分析
我國約占全社會總耗能的46.7%，歐洲和美國約占全部能源消耗的40% ，如何全面提高能源效率，減少對日漸枯竭的傳統(tǒng)一次性“礦物化石”能源依賴性已成為當(dāng)務(wù)之急。其核心特點(diǎn)除了強(qiáng)調(diào)被動式節(jié)能設(shè)計外，將建筑能源需求轉(zhuǎn)向太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?，為人們的建筑行為，為建筑與環(huán)境和諧共生尋找到最佳的解決方案。
建筑發(fā)展至今，建筑能源消耗從零走到了。隨著常規(guī)能源的匱乏，我們需要在不改變現(xiàn)在建筑室內(nèi)舒適環(huán)境的情況下，使常規(guī)能源的消耗從回歸到零。
我們知道，創(chuàng)建綠色建筑，在建筑設(shè)計中要重點(diǎn)抓好自然通風(fēng)、建筑遮陽、天然采光、門窗隔熱、墻體保溫、節(jié)能空調(diào)、太陽能利用、水循環(huán)使用、“3R”材料利用等“綠色技術(shù)”的推廣應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)建筑本身不消耗或少消耗常規(guī)能源、不產(chǎn)生或少產(chǎn)生廢水廢物、不無故浪費(fèi)自然資源、不惡化自然環(huán)境的目標(biāo)。
其中自然通風(fēng)、建筑遮陽、天然采光、門窗隔熱、墻體保溫這些建筑節(jié)能技術(shù)已經(jīng)很成熟了。在這些節(jié)能技術(shù)之上，如果想要保持一個舒適的室內(nèi)環(huán)境，在室內(nèi)外環(huán)境相差較大的情況下，我們必須要付出一些能量，這些能量除了正常的損耗外，其余供給室內(nèi)，來達(dá)到我們要求的室內(nèi)環(huán)境。因此，要想保持最終的目的不變，我們依然要付出能量，只是現(xiàn)在的能量消耗，要用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等可再生能源來代替煤、石油等常規(guī)能源。下面分別就太陽能的利用和節(jié)能空調(diào)進(jìn)行闡述，分析其對建筑零能耗的巨大作用及現(xiàn)實(shí)中利用的弊端以及我們該努力的方向。
2 太陽能的利用
太陽存在我們最普遍利用的兩個方面：集熱和光伏發(fā)電。國內(nèi)的集熱器已成為太陽能應(yīng)用最為廣泛、產(chǎn)業(yè)化最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。在中國，太陽能發(fā)電的成本是常規(guī)發(fā)電成本的6～8倍。無論對于企業(yè)還是百姓，如此高昂的電價誰都承受不起。
中國雖然是全球最大的太陽能電池制造基地，但目前用來生產(chǎn)太陽能電池的重要原料――高純度硅材料，95%以上靠從國外進(jìn)口，而且加工過程中的高精度、高耗能、高污染，使晶體太陽能電池的成本居高不下。另外，中國的太陽能蓄電池的使用壽命及使用條件的限制，使太陽能路燈的造價要比消耗普通電能多10倍以上，這還不包括更換蓄電池的費(fèi)用。因此，在太陽能光伏發(fā)電的使用，配套設(shè)備的研究要跟上來，否則，“太陽能電廠”仍是都市里的“能源孤島”，沒有人敢效仿，因?yàn)橐粋€自主發(fā)電、不消耗社會資源的企業(yè)，反而要為之承受消耗社會資源的成本。
3 節(jié)能空調(diào)
節(jié)能空調(diào)顧名思義，消耗掉少量的能源，獲得最大能量的空調(diào)，那么在現(xiàn)實(shí)中，節(jié)能空調(diào)從哪些方面來改進(jìn)呢，我個人認(rèn)為從以下幾個方面：
3.1 中國自主研制制冷新產(chǎn)品
這類產(chǎn)品要具有一定的技術(shù)創(chuàng)新和先進(jìn)性，符合低碳、綠色、環(huán)保的原則，能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的多樣化控制，根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化自動調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到最佳節(jié)能效果，比一般的風(fēng)盤系統(tǒng)節(jié)能65%以上，這樣的制冷末端新產(chǎn)品可以直接來應(yīng)用。
3.2 太陽能空調(diào)系統(tǒng)
太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)主要由太陽集熱器和吸收式制冷機(jī)這兩部分組成的。制得的冷量就是利用了太陽集熱器為吸收式制冷機(jī)提供其發(fā)生器所需要的熱媒水來提供的。但就使用過程中也存在一些問題：
（1）太陽能空調(diào)已初步進(jìn)入實(shí)用階段 使用太陽能空調(diào)的用戶依然在不斷的增加，目前產(chǎn)品多是大型的溴化鋰制冷機(jī)，只適合中央型空調(diào)。因此，研制小型的溴化鋰或氨―水吸收式制冷機(jī)與太陽集熱器配套實(shí)用并逐步進(jìn)入家庭中使用。
（2）太陽能空調(diào)使用集熱器的采光面積與空調(diào)建筑面積的配比受到限制，僅能適用于多層建筑。對此，目前正在研制可以產(chǎn)生水蒸氣的真空管集熱器，以便與蒸氣型吸收式制冷機(jī)結(jié)合，來解決集熱器與空調(diào)建筑面積的配比問題。
（3）太陽能空調(diào)系統(tǒng)的初投資依然偏高，僅適用于部分的富裕用戶。為此，我們正在降低現(xiàn)有集熱器的成本，使得更多的家庭具有使用太陽能空調(diào)的經(jīng)濟(jì)承受能力。只要克服以上的缺陷，就更大限度地發(fā)揮太陽能空調(diào)的作用。
4 結(jié)論
總之，建筑零能耗要從建筑節(jié)能開始，我們要細(xì)分最終用戶的需要， 針對不同區(qū)域的氣候條件需求，研究先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和配套設(shè)備，這需要一個曲折而漫長的過程，我們需要踏實(shí)的尋求和研究，而不是盲目的追求所謂的“新技術(shù)”卻比使用常規(guī)能源承擔(dān)更多的資源和資金浪費(fèi)。從而真正的由“低能耗”走向“微能耗”最終達(dá)到“零能耗”。
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