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          節能減排的措施有哪些?

          • 發布時間:2018-08-14
          • 發布者: 百度文庫
          • 來源: 百度文庫
          • 閱讀量:
            在持續穩定地使用能源的過程中,先進功率電子技術的應用、提高設備的能效比、大規模使用太陽能發電等措施,可以推進節能減排,幫助全人類進入“綠色能源”時代。
            石油等傳統化石能源的產量呈現下降的趨勢,伴隨著日益增長的能源需求,全球能源供應面臨嚴峻的挑戰。在開發新一代能源的同時,提高現有能源的使用效率,即節能,是一項重要的應對手段。而化石燃料的消耗迅速上升,還會帶來一些問題,包括以二氧化碳為主的溫室氣體排放導致全球氣候變暖。這使得在節能的同時,減排也成為了全世界關注的問題。
            2009年11月,國務院公布了我國的溫室氣體減排目標,即到2020年,單位國內生產總值的二氧化碳排放要比2005年下降40%-45%。因此,各行各業都應該擔負起節能減排的社會責任。在持續穩定地使用能源的過程中,有哪些技術和措施可以推進節能減排,幫助全人類進入“綠色能源”時代?
            措施一:電能技術革新
            電能是使用最普遍的二次能源。在發達國家中一半左右的一次能源,如煤、石油、天然氣、鈾礦等,會被用來發電,電氣化率因此成為衡量國家現代化程度的重要指標。典型的能源系統包括產生、傳輸、使用三個環節。電能在傳輸環節有獨特的優勢,能夠以光速方便快捷地傳輸能量。出于對遠距離輸電和旋轉動力的需求,三相交流制式得到了普及應用。從大約一百年前直到現在,幾乎所有國家都采用50Hz或60Hz的三相交流制式輸電。
            為了達到節能減排的目的,傳統電能技術需要進行革新。在發電環節,新能源技術的比例逐步增加,典型新能源發電裝置的輸出,是頻率和電壓均變化的交流電(風力發電)或電壓變化的直流電(太陽能發電);在用電環節,要求電機(用電量約占總發電量一半)的旋轉速度隨用戶要求而改變,以節約電能;在輸電環節,要求電網能夠在保持頻率穩定的同時,具有更好的穩定性和柔性,以提高電網利用率。
            所有這一切,都需要能夠在定頻定壓的三相交流電,以及變頻(或直流)變壓的能量源(或用電器)之間,實現高效互聯的功率變換的裝置。功率電子技術恰好滿足了這一需求。
            功率電子技術
            功率電子技術是使用功率半導體技術對電能進行變換的技術。功率變換器是功率電子技術的具體載體,其通過現代控制技術,對功率半導體器件的導通和關斷狀態,進行動態控制,完成不同能量形式之間的轉換。功率電子技術在革新傳統電能技術,促進節能減排方面的作用體現在能源系統的三個環節。
            在發電環節,新能源發電是節能減排的重要方向。預計到2020年,我國風電裝機約為1.5億千瓦,太陽能裝機為2000萬千瓦。新能源發電具有發電電壓和頻率均與現有電力系統不匹配的特征,因此需要功率變換器作為連接電網的接口,以實現能量的可靠輸送,即并網。
            目前用于風能、太陽能的功率變換器功率可達MW量級,且必須具有電網故障穿越的能力,以保證在電網暫態電壓跌落時,仍能與電網連接,并支撐電網電壓。
            在用電環節,功率電子技術用于電機控制,可以起到節能作用。我國“十一五”規劃目標要求降低電機用電量2%,即年均節電200億度,相當于節約兩個三峽水電站的年發電量。為了達成節電目標,電機負載主要為風機水泵類型,采用功率電子技術平均節電約20%。
            在輸電環節,以柔性交流輸電技術、靜止無功補償技術、基于SCR的高壓直流輸電技術和基于IGBT的輕型直流輸電技術為代表的功率電子技術,是智能電網的重要核心技術。在輸出能量波動較大的風能、太陽能發電裝置大規模引入電網后,上述基于電力系統應用的功率變換器,可以通過控制電網的潮流分布和提高電網穩定裕度,達到提高電網傳輸效率,節能減排的目的。
            除此以外,功率電子技術在新能源汽車、機車牽引、儲能等諸多促進節能減排的領域,也起到了重要作用。
            功率半導體器件
            功率半導體器件是功率電子技術的核心。從1958年美國通用電氣公司研制出世界上第一個工業用普通晶閘管開始,電能的變換和控制從旋轉的變流機組和靜止的離子變流器,進入由功率半導體器件構成的變流器時代。
            功率半導體器件是發電、輸電、變配電、用電、儲能的核心部件,用于電能分配、電能轉換、電能控制,起到改善電力、控制電能、節能環保的作用。它對電能的控制,類似于水龍頭對水流的調節和控制,可對電流、電壓、功率、頻率,進行精確高效的控制和變換。
            功率電子裝置(產品)的重要特征參數是效率。功率半導體器件作為能源輸送的通道,其能效直接影響整機系統的整體效率。功率半導體器件依照設備的要求,變換電源的電壓與頻率等,同時將功率送到各個元器件中。從電子設備整體來看,功率半導體器件耗能越低,設備的能源利用率就越高。這使功率半導體成為節能減排的關鍵點。
            在國際范圍內,功率半導體器件的發展經歷了三個階段,包括以大功率二極管、晶閘管(Silicon Controlled Rectifier—SCR)作為代表的第一代器件;20世紀70年代出現的稱之為第二代的自關斷器件,如門極可關斷晶閘管(Gate-Turn-Off Thyristor—GTO)、大功率雙極型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT或Giant Transistor—GTR)等;以及20世紀80年代出現的以絕緣柵極雙極型晶體管(Insulated-gate Bipolar Transistor—IGBT或IGT)為代表的第三代復合導電機構的場控半導體器件。
            值得指出的是,這三個階段是交叉并行的,新一代器件的出現并不意味著老的器件被淘汰。全球SCR產量仍占全部功率半導體器件總數的一半,是目前高壓、大電流裝置中不可替代的元件。
            20世紀80年代后期,功率半導體器件的發展趨勢是模塊化、集成化,即按照電力電子電路的各種拓撲結構,將多個相同的功率半導體器件或不同的功率半導體器件,封裝在一個模塊中。這樣可縮小器件體積、降低成本、提高可靠性。IGBT的發展方向是高壓、大電流,不斷占去部分晶閘管的市場份額。
            在SCR、GTO時代,我國的研制、生產能力與國際相當。遺憾的是,在國外開始IGBT產業化時,我國功率半導體產業的發展停滯了近30年。直到2006年11月,在汪梄生院士和多位技術專家的呼吁下,以及政府的支持下,情況才有了一些改變。以華為為代表的企業,正努力將通信領域的電子信息控制技術應用于電力(功率)電子產業,以實現能源的高效轉換和利用,為ICT領域節能減排開辟出一條全新的道路??傮w來說,我國正逐步整合構建獨立自主的電力(功率)電子產業,向國際先進水平邁進。
            措施二:提高設備能效比
            未來的能源使用中,能源使用效率(能效)和碳排放的管理至關重要,是避免“炭”壁壘的基礎。節約一度電比生產一度再生電力更重要。
            在ICT領域,節能減排空間巨大。通常情況下,IT設備或通訊設備的耗電不到IDC機房或者BTS基站耗電的50%,即PUE值(總耗電與IT或CT設備耗電之比)大于2。
            所以說節能減排需要綜合的能效管理系統,精確地測量各用電部件的功耗,全天候的數據采集、監控、分析和綜合管理。為了將PUE值降到1.2以下,智能、精準的綜合能效管理需要圍繞高能效去設計產品和E2E解決方案,如IDC中采用的對IT機房的綜合管理、Row級精確溫控及能效管理、Rack級的精確溫控及能效管理等手段。
            設備本身的節能減排,首先要降低IT、CT設備的功耗,采取智能調度、服務遷移、智能休眠等節能措施;其次要做到精確的能源供給,在保障供電安全的前提下,適配電池、電源及UPS等;第三要通過能效管理系統的精確調度,做到精準的制冷和散熱,綜合利用空調、直通風、熱交換等技術,保障ICT設備的安全運行,以保證綜合能效比最高。
            措施三:高能效太陽能發電
            根據全球能源市場研究公司Clean Edge Inc.發布的《清潔能源發展趨勢》報告預測,三大主要綠色能源行業,即太陽能發電、風能和生物燃料并駕齊驅,到2019年在全球的綜合收入將達到3259億美元。
            最近幾年,第三代III-V族元素化合物多結太陽能電池技術得到突破。以這種電池為核心部件組成的聚光太陽能CPV發電系統,能量轉化效率高于火力發電和傳統核能發電,已經開始規模應用,也吸引了大量投資用于產業化。
            例如,2011年6月,西門子收購美國Semprius太陽能科技公司16%的股份,Semprius公司聚焦轉換效率可以達40%的III-V族元素化合物多結太陽能電池及設備的生產。美國波音光譜實驗室(Boeing Spectrolab)中的三結電池光電轉換效率,在364倍的聚光倍率下已達到41.6%,量產產品達到40.7%。另外一家美國公司Emcore,其量產的產品轉換效率為39%,1cm2的三結電池在500倍聚光下輸出8A電流,相當于7張5英寸多晶硅電池,能大大減少半導體的用量。
            由于產生了規模效應,III-V多結聚光太陽能CPV系統的端到端成本正在大幅度下降。EU Photovoltaic Technology Platform預測,其產量將從20MW提升到200MW,系統成本將從2.12歐元/W降低到1.07歐元/W。再加上CPV在占地面積上的優勢,發電成本會很快降低到0.07$/ kWh,應用前景看好。
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