能源危机的解决方法精选(九篇)

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第1篇：能源危机的解决方法范文

【关键词】ICT;主题单元;教学系统设计;案例

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2009)11―0050―04

一 引言

信息通讯技术(ICT)必将改变学习者和教育者的学习和教学体验。ICT与课程整合是我国教育信息化的核心内容,目前,广大一线教师对ICT与课程整合的认识仍存在片面或错误认识。与此同时理论研究者们也没有给出一个具有说服力和实用性的模式来指导一线教师的教学过程。ICT与课程整合的重中之重就是基于ICT的教学设计,因此深入研究基于ICT的教学设计就显得非常必要。而新课改要求改革课程内容,加强与学生生活以及现代社会、科技发展的联系,重视学生的学习兴趣和经验,精选终身学习必备的基础知识和技能,而要到达这个目标,教师必须进行必要的主题单元教学设计。本文主要阐述了基于ICT的主题单元教学系统设计模型,以及如何指导教师进行教学设计,为了帮助教师更好地理解和使用该模型,并附一案例加以说明。

二 有关主题单元设计

所谓主题,是指整合教学目标的、跨学科的学习内容或学习任务。主题可以分解成许多的问题来解决,问题又可以进一步具体化为可操作的任务[1]。主题的应用可分为三个不同的层次:从宏观的角度来看可以是一个内容体系(即主题);从微观的角度看可以是一节课(即课时);从中观的角度来看,定位在单元层面上的应用,则称为主题单元,如图1所示。

主题单元(Thematic Unit),指与具体主题相关的一个教学单元,单元中的所有活动相互联系。例如,人民币研究,家乡,沙尘暴,能源研究等[2]。从设计层次上来说,基于单元的教学设计是一种中观的教学设计。祝智庭教授认为,进行中观的主题单元教学有如下理由:增进信息技术的有效使用;精简课程;展现学习的交叉学科本质;提高学生兴趣和精力投入;扩展评估策略;采用合作/协作学习;使学生注意力集中于掌握学习目标;使学生信息素养融合于创造性活动;塑造学生利用资源进行研究的习惯;有利于学生安全使用网络。

主题单元的设计可计划分为单学科的主题设计模式,多学科的主题设计模式,跨学科的主题单元设计。这里我们着重介绍单学科的主题单元设计,即主题直接来自某一学科科目。这种主题方式一般结构较为简单,以单学科为主,其他学科知识以辅助材料的形式存在。其主要特点是:①每个单元通过围绕各个主题而设计教学,把各种知识有机地联系起来,还原知识本来的面目。②根据主题围绕课程标准设计学生的主体活动,然后以学生的主动探究活动组织资源,主题资源的选择和使用都与学生的主体活动紧密相关。③在新课程理念的指导下,呈现多样化的评价方式。

三 基于ICT的主题单元教学设计模型的提出及各部分功能分析

1 模型简介

在这个信息时代,ICT早已被人们所熟知。将ICT融入教育领域促进教育改革已成为实现教育现代化的必由之路。目前,已有许多可用于帮助教师运用ICT进行教学的系统模型。例如:ASSURE模型:分析学习者、确定目标、选择方法媒体和材料、利用媒体和材料、学习者参与、评价和修改。ICARE模型:(1)引入学习主题,激发学习动机,以及阐述学习目标;(2)连接,主要是在学生已有知识与技能的基础上引进新的学习内容。(3)应用,主要是创建一个新的应用情境,促使学生将新学到的内容应用于另一个新的情境,促进学习者知识的迁移。(4)回顾,主要是帮助学生重新思考新学过的内容,这往往表现为学生之间对某一设计的问题进行的讨论。(5)拓展,主要是提供与所学内容有关的资料,供学生参考或进一步思考[3]。这些模型对各种资源和工具与教学的整合只起到了引导作用,没能使教师思考,为什么要以这种方式进行整合。

图2展示了基于ICT的主题单元教学系统设计模型。这个系统不仅具有逻辑性,而且具有易操作性。这一模型以线性方式呈现,每一步的进行都是以上一步的完成为基础,在实际的操作过程中,教师只有在完成了上一步骤才可以进行下一步骤,每一步都是环环相扣的。最重要的是,这一模型要求教师清楚地明白,为什么要使用这些技术,怎样有效地将技术与教学整合。

2 各部分功能分析

此模型能将ICT有效地运用于课堂教学之中,ICT的使用有助于培养学生的逻辑思维能力,使其分析问题是更具条理化,激发学生的学习动机,并提高学生的参与性。它主要有七部分组成:提出问题、教学目标、技术支持、理论基础、教学策略、教学评价、教学反思等,下面我们来一一介绍各部分的功能。

(1) 提出问题

这一模型从提出问题开始,问题是单学科的内容体系中所要求掌握的某个知识点。例如,“能源”这一知识点,提出“我们要采取什么措施来预防我国将要面临的能源危机?”这一问题。问题的提出是这个模型中的第一步,要求这个问题具有真实性、不易建构性和挑战性。另外,还要求这个问题与目标群体(即学生)具有关联性。通常,教师都会设想,学生会明白提出问题与知识点之间的联系,也会理解所提问题的价值,可事实恰恰相反,如果问题与他们毫无联系,他们就不能将自己置身于这一问题之中[4]。

(2) 教学目标

教学目标明确指出了在主题单元教学完成时学生所应达到的学习结果。教师可以依据ABCD模式(A代表对象,B代表行为,C代表条件,D代表标准)写出具体的教学目标。例如,在“能源”这一主题单元结束时,学生能够用概念图100%正确地描述出我国的能源现状。

(3) 技术支持

为了能够阐明问题且达到教学目标,要求教师仔细考虑清楚,在主题单元教学中可能会使用到的所有技术。在模型中所说的技术主要是指软件方面,如:多媒体课件、基于网络的资源以及通讯工具(如:语音聊天、论坛等)、概念图或其他的ICT工具。

(4) 理论基础

使用ICT不是因为它适用,或是在某种程度上可以展示出它的有效性,而是能够加快学习进程、提高学习效率。如果技术使用不当就会对学习起到反作用,影响学习效果。教师需要挑选适合的技术并证明:

① 适合这个主题吗?为什么?

② 使用这些技术对教学效果有何作用?

③ 这些技术是怎样对教学过程产生帮助的?而且Boblyer、Edwards和Havriluk还指出,要从以下几点解释使用这些技术的合理性:

a、增加学习动机。

b、提高教师教学水平。如:帮助学生将资料或问题直观化、具体化,或帮助监控学习过程。

c、帮助改革教学方法。如:合作学习和基于问题的学习等。

d、提高学生知识建构的能力[5]。

(5) 教学策略

在确定使用哪些技术并明确知道使用他们的原因之后,教师必须决定如何高效地将所选技术融入主题单元教学之中。因为一个主题单元是由多节课来完成的,使用ICT来辅助教学的每个细节都会分散在每节课之中,而对于每节课,教师都应该清楚的回答以下问题:

① 我们将会使用到与ICT有关的哪些资源,如:网站、学习光盘或学习包?

② 我们应采取什么样的方式来使用这些资源?

③ 我们为什么要以这种方式来使用这些资源?

④ 在课堂中学生要做什么?

⑤ 是否提供书面资料并讲授?

对于整个主题单元教学来说,教师需要搞清楚,怎样把这节课所讲的内容与下节课将要讲的内容有机地联系起来,以及这样做的原因。其次,当教师进行基于ICT的主题单元教学设计时,应考虑到以下几点:

① 学习活动应能够提高学生的批判性思考及深层次思考的能力

② 学生能够理解所要学习的内容

③ 明确学习目标及评价标准

④ 学生能够自主控制学习内容、步调及结果

(6) 教学评价

通常,在主题单元学习结束时,学生将会对其做出评价,看看与这一主题单元相关知识点的掌握程度。这一评价会反映在过程和结果两个方面。对于过程的评价主要是看学生使用ICT完成学习任务的情况、在小组中的表现以及最后的作业。评价学习过程使用的方法有填写在线反馈调查表、自我评价或小组评价。评价学习结果的目的在于调查学习结果的质量,如:问题的解决方法或使用了哪些技术。一般有两种方式评价学习结果:一种是基于ICT的,另一种是不基于ICT的。基于ICT的评价包括基于计算机的测试、PPT展示、在博客上写下感悟或建构概念图。不基于ICT的评价包括书面报告、学结或书面回答问题[6]。

(7) 教学反思

一个教学设计的好坏取决于它的执行情况及最终的学习结果。在执行过程中,教师通常会遇到许多限制和约束,这些会影响到技术的选择和教学的策略。在完成了教学任务后,教师需要反思ICT与该主题单元整合的教学情况,重点应放在使用的技术是否合理、具有哪些优缺点、是否可以改进等。另外,教师还应进行深层次的思考,其他教师针对不同教学内容和不同教学目标应如何利用ICT进行教学。这一问题不仅包含了技术选择、教学方法、学习活动,而且还包含了评价方式、ICT与主题单元整合的提高方法。以下几点可以帮助教师反思基于ICT的主题单元教学设计:

① 是否回答了主题单元学习中的主要问题?

② 是否完成了教学设计中所规定的学习活动?

③ 所选技术是否支持教学活动?

④ 所选技术是否合理?

⑤ 所使用的工具能否得到进一步改进?

⑥ 学生的评价方法是否正确?

⑦ 我们怎样改进在主题单元学习中所使用的ICT技术?

四 基于ICT的主题单元教学设计模型案例分析

以前面所提到的主题单元教学设计模型为基础,该案例以能源为主题单元,学习对象为高中一年级学生。整个主题单元的讲授共分为两部分,第一部分为课堂教学,由两节课来完成,每节课时70分钟;第二部分为在线学习,为期三天。学习该主题单元的主要目的是让学生了解当前我国的能源情况,并提出我国将要面临的能源危机的解决方案。在教学中,有以下七种ICT工具可供使用:IE浏览器、PPT、概念图、QQ群、飞信、论坛和电子邮件等。

该主题单元的教学过程如下:在第一节课中,学生要完成两个任务,第一个任务是使用IE浏览器上网查找资料并与小组成员进行讨论,最后用概念图描绘出当前我国的能源状况;第二个任务是查找有关我国近20年将要面临能源危机的资料与小组成员进行讨论。课后,学生进行在线学习,分享课上查找的资料,并通过在线讨论或e-mail的方式与小组成员进行深入讨论。在第二节课中,学生进行面对面的交流,总结出关于能源危机的可能解决方案,最后布置作业,每组在下周交出能源危机解决方案的书面报告。

五 结语

我国的教育信息化己经进入应用与创新的阶段。使用基于ICT的主题单元教学设计不仅能够增加学生的学习兴趣、提高教学效率,它的最大的优点在于将ICT整合入实际的教学之中,为教师在教学过程中使用技术提供了理论与策略支持,具有较强的应用价值。

参考文献

[1] 钟志贤.信息化教学模式――理论建构与实践例说[M].北京:教育科学出版社,2005:86-86.

[2] 黎家厚.主题资源单元与教育资源发展[J].信息技术教育, 2003,(7):16-17.

[3]Moallem, M. An interactive online course: A collaborative design model[J]. Educational Technology Research and Development, 2003,51 (4):85-103.

[4] Savery, J. R& Duffy, T. M. Problem based learning: An instructional model and its constructivist framework[J]. Educational Technology, 2006, (5):31-38.

第2篇：能源危机的解决方法范文

【关键词】吸收式热泵；节能技术；发展状况

一、吸收式热泵的简介

吸收式热泵是以热能为补偿实现从低温向高温输送热量的设备。吸收式热泵有两种类型，一种是输出热的温度低于驱动热源的第一类热泵和输出热的温度高于驱动热源的第二类热泵。

吸收式热泵的原理与吸收式制冷机的原理一样，都是在发生器中充有溴化锂溶液，由于水的沸点较低，当加热时，水便从溴化锂溶液中蒸发出来。蒸发出来的水蒸气进入到冷凝器中冷凝成水，经节流阀在蒸发器中蒸发。带走箱内的热量，蒸发出的水气又被吸收器中的溴化锂溶液吸收，放出热量，在通过溶液泵提升到发生器中加热蒸发，就这样不断循环，实现制冷循环。

吸收式热泵既有吸收式制冷机组的优点，有含有热泵的优点，其优点如下：

（1）安全，机组在真空下运行，无高压爆炸危险，安全可靠；

（2）可靠，机组运动部件少，运转安静，可靠性高，使用寿命长。

（3）可调，负荷范围广，对外界条件变化的适应性强。

（4）节地：单机负荷大，有利于减少机组台数，减少机房占地。

（5）一机多用：可实现夏季制冷，冬季采暖，同时提供生活热水。

（6）节约能源，可利用低品位余热，热能驱动，节约电耗。

虽然吸收式热泵的优势很明显，但它也有些许缺点，它的热力系数较低，一般为0.4～2，制取冷量的效率不高；且设备比压缩热泵循环庞大，灵活性较小，难以实现空冷化。

虽然有些许缺点，但吸收式热泵在节能方面的前景还是巨大的。

二、吸收式热泵的节能

吸收式热泵的节能可以从三个方面来进行论述：

1.能源利用的节能研究

吸收式热泵，通过利用各种热能来驱动制冷剂在蒸发器与冷凝器之间的循环流动，来代替压缩机的作用，这样可以节省大量的电能，这样用低品位能来代替高品能，这样可以节省由高品位能转化为低品味过程中的能量浪费；而且吸收式热泵利用的是工业废热或者余热，这样可以使得能源回收利用，也可已可以将夏天的余热积蓄起来到冬天在利用，可以实现能源的季节性转移。

2.吸收式热泵热源的节能研究

通过对低温热源进出口温度、热水温度和驱动热源温度等热源的控制，从而来影响热泵机组的运行性能，从而提高热泵的效率，节约能源。

由于低温热源温度升高，会使其本身与制冷剂蒸汽的传热温差增大，蒸发器内的传热效率提高，从低温热源吸收的热量增加，而与此同时蒸发温度升高，蒸发器内的压力增大，这有利于吸收器内的溶液吸收制冷剂蒸汽，使吸收效果增强，从而提高吸收式热泵系统的COP值；随着热水温度的降低，吸收器和冷凝器内的温度降低，吸收器内的压力下降，吸收效果变好，使得从低温热源吸收的热量增加，COP值升高，当热水温度升高，冷凝器的温度和压力的升高，低温发生器的压力也升高，使得低温发生器产生制冷剂蒸汽所需的温度升高，而当从高温发生器过来的制冷剂蒸汽无法释放变相潜热式，低温发生器产生的制冷剂蒸汽会大大减少，影响整个热泵系统的性能，降低COP值；由于驱动热源温度的升高导致发生器产生更多的温度更高的制冷器蒸汽，低温发生器产生的制冷剂蒸汽增加，更多的制冷剂变成冷剂水，这样从低温热源中吸收的热量也增加了，使得热泵系统的COP值升高。

3.自动化管理的节能研究

通过对热泵系统设置自动控制系统，使得系统的运行安全可靠，不需人值守操作，从而节省运行费用和人力成本；而且能够将系统模块化设计，安装维修方便，大大节省施工时间，节省安装费用。

自动化管理，在房间内设置传感器，通过检测房间中的温湿度，转换信号后传送到计算机后，与系统设定的参数值进行对比后，通过控制器来调节执行器，改变热泵系统的运行方式，从而保持室内良好的热湿环境，这样不仅能节省人力成本也能更精确地控制室内温度，从而避免了应为人为因素导致的能量浪费。

三、当前存在的问题与解决办法

虽然吸收式热泵在节能方面有着巨大的前景，发展状况良好，但在实际运行过程中还是存在许多问题。

1.首先是，热泵系统的机组受到溶液高温腐蚀性问题的限制。LiBr-H2O溶液作为吸收循环当前最常用的工质对，是因为其具有优秀的物理化学性质，溴化锂与水的沸点差别很大，纯度也高，作为制冷剂的水价廉、气化潜热大、无毒、无味安全性能好，而且溶液的吸水性能强。但是溴化锂溶液就有腐蚀性，在有氧情况下对金属的腐蚀非常严重，因此对于材料的选用有严格的要求。

因此为了弥补以上不足，必须要研制出高效的防腐剂，如添加ZnCl2、CaCl2、LiCl、ZnBr2、C2H6O2等等，或者也可以另外寻找合适的工质对，如LiCl-H2O、NaOH-H2O以及四元、五元工质的开发。新工质虽然克服了传统工质性能上的一些缺点，但在不同程度上削弱了传统工质在化学物理性质上的优势。

2.其次，目前吸收式热泵的成本较高，由于吸收式热泵的各个设备都是单独生产然后再分别组装在一起，这样使得热泵的生产和使用的规模经济比较大，没有能实现各个区域的规模化。

热泵的规模化是指将热泵机组中的各个设备将之组合成几个模块，使其模块的规模大小达到了一定的标准，从而实现规模化生产，这样能大大节省生产时间。例如将吸收式热泵机组分成两块，一块是蒸发器、冷凝器和膨胀阀，另一块是吸收器、发生器和溶液泵，将他们组合成两个模块进行生产这样就可以大大节省单独生产再组合在一起的时间。

3.最后，就是吸收式热泵中的非正常结霜的问题。这其中有包括三种现象：

（1）室外环境温度大于0℃，开机不久，整个换热器上散热片表面凝露水就会凝结成薄霜，很快霜越结越厚。室内机制热效果差，且呈现化霜频繁现象。该故障一般是室外换热器上散热片表面脏堵、室外风机系统故障或室外换热器进、出风口有阻挡物造成。 解决方法：室外换热器清洗、检查风机系统或排除进、出风口的阻挡物。

（2）室外环境温度大于0℃，开机不久，室外侧换热器底部结霜很厚，换热器大部分未有凝露水，随时间推延结霜，由下至上结霜在延伸；室内风机始终处于防冷风低速运行；空调器频繁化霜。该故障一般是系统缺制冷剂。 解决方法：先查系统泄漏点修复、加制冷剂。

四、结语

总之，吸收式热泵在当前的发展过程中，还是朝着良性的方向在前进，而热泵技术的推广主要是依赖于技术的改进以及这些设备的经济效益，为了能早日普及吸收式热泵，我们要早日研发出既与设备完全匹配，有具有完美的物理化学性质的工质，我们也要尽力的解决当前出现的问题，更要及时的发现问题并解决问题。

参考文献：

[1]彦启森 石文星 田长青.空气调节用制冷技术 中国建筑工业出版社，2010.7

[2]龙惟定 武涌.建筑节能技术 中国建筑工业出版社，2011.8

作者简介：

第3篇：能源危机的解决方法范文

关键词 乳化汽油；表面活性剂；进展；研究

中图分类号TE626 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）42-0047-02

Development Direction and Research Progress of Emulsified Gasoline

REN Yuming, LIU Jianfeng, WU Xiaoyan, WANG Yongli

Institute of Applied Chemistry of Hebei North University，Zhangjiakou 075000，Hebei Province，China

AbstractSummarizing the research and achievements，introducing the energy-saving mechanism and analyzing the current problems，this paper proposed the influence factors and the development direction of future emulsified gasoline.

Keywordsemulsified gasoline oil; surfactant; progress; research

随着经济社会的不断发展，人们对能源的需求也在持续地增长，阶段性 “汽油荒”的不断出现，凸显了汽油的供应量与日益增长的消耗量之间的矛盾，能源短缺已逐渐成为限制经济社会发展的主要因素。此外，我国汽车的保有量逐年攀升，大量汽车尾气的排放也造成了城市空气的污染，汽车发动机排放的燃烧不完全的烃类化合物、CO、NOx、SOx、铅和炭等金属和非金属微粒对人类健康的危害日趋严重，节约石化能源和降低燃烧污染迫在眉睫。乳化汽油是一种清洁替代燃料，可以改善燃烧过程，促进烃类化合物的完全燃烧，从而有效的降低能源消耗以及减少CO、NOx、SOx等污染物的排放，因此，对缓解能源危机和减少环境污染具有重要的意义。

1 研究现状

近二十多年来，我国的燃料油乳化技术获得了很大的发展。在80年代，燃油乳化技术就被列为“八五”期间重点研制和推广项目。蔺恩惠等[1]研究发现乳化汽油的掺水量与表面活性剂和醇的种类及配比有关，适量的盐浓度可以增加掺水量，道路试验表明所制备的乳化汽油可节油10%左右。许际清[2]研究了超声乳化法制备乳化汽油的工艺。李兴福等[3-4]研究了掺水汽油微乳状液中不同类型及配比的复配表面活性剂和丁醇对掺水量和临界温度的影响。还提出了微乳汽油浓缩的思路，使掺水汽油微乳过程简单实用、安全可靠。清华大学的葛阳等[5-6]研究了单滴乳化燃油的微爆模型和微爆规律，并对乳化油滴的“冷滴”、“无水层生成”等现象进行了解释。周雅文等[7]考察了不同醇、表面活性剂与助剂不同配比、阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配对形成单相微乳汽油的影响。吴可克等[8]探讨了汽油微乳体系中，不同乳化方式、表面活性剂的配比、助表面活性剂对掺水量和稳定性的影响。王永利等[9]研制出了掺水量10.0%的高稳定性的乳化汽油，可稳定放置300d以上不分层。张东瑾[10]利用脂肪酸和有机胺反应生成的皂做主表面活性剂制备微乳汽油，当脂肪酸和有机胺的摩尔配比为1. 6~2. 1时，可制得较稳定的微乳汽油。

2 有待研究的问题

乳化汽油可以提高燃烧率，降低能耗，烟度低，污染少，这些优点已成为业界的共识。对于汽油乳化技术，虽然早在20世纪40年代已着手研究，但仍存在一些问题需要当代研究者去解决。

1）稳定性问题。乳化汽油受温度、保存时间、保存容器等条件的影响较大。由于热力学分子运动，储存一段时间后，乳化汽油会出现破乳，析水，分层现象，导致不能长期储存。因此研发合适的乳化剂和乳化工艺，制备出性能稳定的乳化汽油是目前的首要任务；

2）乳化成本高。根据现有的汽油乳化技术，要想配制掺水量高、稳定性好的乳化汽油，需要较大用量的乳化剂，但是目前国内用的乳化剂一般价格都比较高，省油不省钱成为限制乳化汽油推广的重要因素，所以合成廉价高效的乳化剂是降低乳化成本的重要途径；

3）外观颜色问题。由于乳化油液滴直径较大，故大部分的乳化汽油外观呈乳白色，虽然稳定性可以达到使用要求，但推广时用户难以接受。因此，应继续改进乳化工艺，开发外观与普通汽油一致的乳化汽油；

4）掺水量低。掺水量和乳化液的稳定性有直接关系。一般来说掺水量越高，乳化油的成本越低，但是乳液的稳定性会变的较差。所以研究者应在提高掺水量和增加稳定性之间寻找平衡点。

3 节能降污原理

3.1 降低油耗

由于各种因素作用，汽油在内燃机中的燃烧是不完全的，而乳化汽油的燃烧过程中由于水的存在，改良了燃烧历程，可以使燃烧更加完全。乳化汽油是油包水型乳液，由于水的沸点低于油的沸点，当温度急剧升高时，水先沸腾汽化，当水膨胀压力超过油表面张力及环境压力之和时，水蒸气冲破油膜束缚，相当于极小的爆炸，形成二次雾化，使油滴分成细小的颗粒。细小的油颗粒与空气接触的总比表面增加，减少了不完全燃烧和排烟损失，提高了燃烧效率。微爆产生无数爆炸波，冲破包围火焰面的CO2、N2抑制层，从而使空气形成强烈的紊流，燃烧室内空气与油气分布更均匀，提高了燃烧效率[11]。由于含水燃烧可以降低燃烧室内部温度，减少甚至消除炽热部位，均化混合气浓度，因此有利于减少汽油机的爆震，相应可以通过提高压缩比来降低油耗率，提高热效率。燃烧过程中形成的C会与水蒸气发生水煤气反应，将C中包含的能量释放出来。对于燃烧形成的CO，水汽化成水蒸气，产生许多OH活性基团，促使一氧化碳尽可能完全燃烧。因此不仅减少了C和CO排放，使燃烧更加完全，同时节省了燃油[12]。

3.2 减少NOx的生成

高温、富氧以及氮与氧在高温下的长时间滞留是产生NOx的三个重要条件。由于在燃烧过程中水的升温、汽化吸热，能使燃烧温度和燃烧室壁面温度降低，防止燃烧火焰局部高温，有利于降低NOx的生成。乳化汽油的“微爆”燃烧改善了燃烧效果，提高了空气的利用率，从而降低了燃烧气体中氧的浓度，这样就大大降低了NOx的生成率[13]。

3.3 减少炭烟和颗粒的生成

在高温、高压、缺氧条件下燃油裂解并脱氢，反应时间短，烃类不能充分发生反应等都是生成炭烟和颗粒的重要因素。乳化汽油在燃烧过程中由于发生二次雾化，油气混合均匀度提高，减少了局部缺氧现象。并且，于内燃机含水燃烧过程中水的汽化吸热，发生水煤气反应，减少了局部高温区，抑制了燃料热裂解的倾向，使用乳化汽油可大大减少炭烟和颗粒的生成[14]。

4制备乳化汽油的影响因素

目前，关于乳液、微乳液的理论研究还很不完善。制备乳化汽油的主要影响因素有：乳化剂种类及HLB值、乳化剂用量、助乳化剂种类及其用量、乳化温度、乳化时间等[15]。作者研究了乳化汽油的制备工艺，发现乳化剂的种类及HLB值、乳化剂用量、助乳化剂种类及用量是影响乳化汽油稳定性和掺水量最主要的因素。

4.1 乳化剂的选择

乳化剂是乳化汽油的掺水量和稳定性的重要影响因素，所以选择合适的乳化剂是制备乳化汽油的一个重要的步骤。乳化剂的选择和复配在基于亲油亲水平衡（HLB）值理论的同时应该综合考虑多种因素的影响。作者筛选了多种复配乳化剂发现以Span80、CTAB复配作为乳化剂，当HLB值为11.0时，制得的乳化汽油可稳定放置300d以上不分层，稳定性很高。

4.2 乳化剂用量

乳化剂的用量对乳化汽油的稳定性影响很大。乳化剂的加入可以降低油水界面张力，使得两者能更好的互溶，增加乳液的稳定性。作者考察了乳化剂用量分别为4%、5%、6%对乳化汽油稳定性的影响，发现随着乳化剂用量的增加，乳化汽油的稳定性升高。当乳化剂用量为6%时，制得了掺水量为18%的乳化汽油。

4.3 助乳化剂

助乳化剂可以降低界面张力，使更多的表面活性剂被吸附在界面上;降低界面刚性，增加界面膜的流动性，减少微乳液形成所需的弯曲能，降低乳化剂的用量。目前，常用的助乳化剂有中碳醇、中碳铵、醚类等。由于中碳醇廉价易得，故应用较为广泛。

4.4 乳化温度

在通常情况下，粘度和表面张力都随着温度升高而降低，温度升高将有利于形成稳定的乳化液存在临界温度，当温度达到临界温度时表面张力将消失，从而乳化液稳定性达到最佳。但当温度超过临界温度时，液体粒子容易凝结，从而破坏乳化液的稳定性[16]。

5 乳化汽油的研究方向及前景

乳化汽油在节约能源、保护环境和经济效益方面都具有十分明显的优势，我国的燃油乳化技术开发较迟，虽然取得了一定的发展，但是至今尚未大面积推广使用。目前仍有许多问题有待于进一步研究。

1）对燃烧过程的节油机理还需要做更深入的研究和探讨；

2）成本是制约乳化汽油应用的关键因素之一，单靠筛选现有的乳化剂，无法满足汽油乳化技术的发展要求，利用现有理论知识，设计合成价格低廉、乳化效率高的乳化剂是未来乳化技术发展的重要支撑；

3）乳化汽油的热值较一般汽油低，可考虑加入水裂解催化剂，来提高乳化汽油的热值，此方面尚缺乏详细的研究；

4）对乳化汽油的性能进行详细的研究，如针对乳化汽油的发火性、低温性、腐蚀性等不同情况，研究出合理的解决方法；

5）对使用乳化汽油的发动机动力性、经济性、排放特性进一步考察，以确定取得最佳节油和排放效果的掺水量和工作条件。

使用乳化汽油不仅能降低积炭形成，保护内燃机，而且还能降低油耗，减少废气排放。如果乳化汽油能在社会上被广泛推广和应用，将有效地缓解能源危机，给我国节能减排工作带来新的途径，所以乳化汽油具有广阔的前景。

参考文献

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第4篇：能源危机的解决方法范文

关键词：建筑；节能；设计

节能作为一项系统工程，涉及到诸多方面，如自然环境、规划设计、建筑施工、政策法规、物业管理、居民节能意识等。建筑节能设计在现阶段还存在一定的问题，比如片面追求建筑面积，设计时执行节能标准比例较低、公众的节能意识薄弱、缺乏可操作性的法律法规等等，但是作为我国国民经济支柱产业之一的建筑业，必须和各方共同努力，加大科技研究力度，采取严格的奖惩措施，从前期着手，大力推广节能型建筑，这也是我国走实现可持续发展的必由之路。

一 我国建筑节能的现状

我国城市化的快速的发展势必会带动建筑业的发展，城市房屋大量增加，造成建材及能源的大量耗费，特别是建筑物的采暖设备和空调都耗费巨大的能源。目前在建筑方面的总耗能已经占据全国总消耗的45%，因此，建筑节能必须立刻实行，这将有利于以后经济的发展。建筑节能概念的正式提出是在二十世纪七十年代，发达国家在经过几十年的发展后，在建筑节能这方面已取得良好的成绩，而我国建筑节能的实施相对于发达国家要晚，在这方面的水平落后于这些发达国家。例如在单位面积采暖能耗方面的消耗是发达国家的3倍以上，提高建筑节能水平迫在眉睫。

二 建筑单体的节能设计

（1）建筑外部维护结构的节能设计

建筑围护结构组成是由墙、屋顶和门窗构成建筑物的能耗，其主要取决于热传导及冷风渗透，而住宅围护结构的散热量占采暖热耗的1/3以上。当代建筑由于追求造型的新颖与变化，立面上的凹凸增多，突出墙体的构件也逐渐的变多，然而这些设计手法虽然丰富了建筑物的造型，却无形中提高了建筑的节能，为此，墙体的节能设计应力求建筑立面简单整洁、没有繁多的凹凸变化，保证较低的体型系数和传热面积的渐少，确保墙体自身的低能耗，目前，外墙外保温复合墙体成为现代节能墙体的主流，外墙的保温是在主墙体结构外侧粘接材料的作用下，装订一些保温材料，同时在保温材料的外侧利用玻璃纤维网对其加强及巩固，涂刷粘结胶浆，其主要由混凝土墙体（或其它材料组成的承重结构）、保温层、流动空气层、干挂石材墙面等部分组成，外保温方式防止冷、热桥产生，优于内保温；流动空气层挥发保温板水汽，保持保温板的干燥及保温效果；干挂幕墙“遮阳伞”功能，保护外保温板不受雨侵蚀，还可以抵挡太阳热辐射，而外墙外保温体系可以起到保护建筑主体结构，延长建筑寿命，同时也便于将来对现有建筑物进行节能改造，具有长远的研究与应用价值，此外，墙体植被也可以吸收太阳辐射，降低外墙表面温度，减少传入室内的热源，并且有助于吸尘和消音，美化建筑立面造型和调节局部微气候。

（2）门窗保温措施保温材料

我国采暖居住建筑经窗户损失的热量约占全部建筑围护结构热损失量的50%。提高建筑门窗保温性能的途径有：窗框选材：选用导热系数低的塑钢或者铝合金断热型材。其中，铝合金断热桥应有足够的长度，一般不宜小于15mm，才能保证断热桥有足够大的热绝缘系数。成窗必须要做到真正断热。对于平开窗，五金配件与铝合金断热型材不配套，装上五金件后，断热的铝合金型材又被里外联通，导致断热型材传热能力加强，所以作平开窗时，应解决五金件及安装上存在的问题。使用中空镀膜玻璃：中空玻璃空气层厚度对其热绝缘系数影响较大，在型材断面尺寸允许情况下，空气层厚度尽可能取大。试验结果表明，空气层不大于20mm 时，传热热绝缘系数随空气层厚度增大而增加。如果条件允许，采用中空充氩气等惰性气体会使中空玻璃热工性能进一步改善。住宅建筑节能，在降低建筑能耗的同时，为居住者提供更健康舒适的居住热工环境。

三 屋顶的节能设计

在一般情况下整个建筑中屋面的传热耗热量在仅占7%～ 8%，但对于顶层房间的热工性能影响却非常明显。提高屋顶保温、隔热性能应宜采用热阻值大、性能稳定、轻质高效、吸水率低、耐久性好的材料作为保温层。北方地区冬季寒冷，夏季干旱雨少，日照时间长，春季风沙又大，不宜采用架空通风隔热层或通风坡屋顶的构造形式，由于屋顶围护结构外表面受到的太阳辐射强度和日照时数以水平面为最大，所以屋顶隔热保温尤为突出和要重。经过设计计算选用120mm厚阻燃型膨胀聚苯板（EPS）则 K≈0.274W/（m2 K）是合理的经济厚度。具体做法如下：屋面结构层一隔气层一保温层（120mm）厚阻燃型膨胀聚苯板（EPS）一保护层一防水层一保护层。冬季可以避免室内的热量散发，夏季又避免了太阳辐射热直接照射屋面传导到室内，同时具有隔热保温效果明显、构造简单、施工方便、造价较低等优点。

四 节能设计的措施

建筑设计工作在建筑业中的重要性不言而喻，设计方案的出台会直接影响到日后的施工建设。过去的建筑设计，只考虑建筑的空间形态、日照间距以及容积率等因素，而在建筑节能方面考虑的问题则比较少，节能设计一般只体现在单体方案的设计阶段，但是也产生了许多弊端。最好的解决方法是在初始阶段和总体上重视规划节能，全方位设计好建筑物与外部环境之间的关系，加强节能设计元素的投入，充分利用地域性的自然资源，从总体上规划建筑节能，这样才能达到预期的效果。在节能设计中，设计师们主要通过增强自然通风和降低太阳辐射来实现节能，这就需要把规划建筑的间距、朝向之间的相互关系，作为节能的重点内容。朝向设计应迎合夏季的主导风进行设计，以利于减少辐射和室内换气，提高房屋的舒适度，这种设计可节省空调的能耗和保温的能耗。设计师应考虑到建筑的日照间距又要考虑节约土地的问题，以期最终实现优化节能的目标。较大楼盘的建筑群还要考虑整体的节能效果，侧重区内的通风设计。保证建筑群的空气流通，并且结合主导风向，进行合理设计。同时还要在设计中注意建筑物的排列是否影响夏季盛行风的流向，实现建筑群内共享自然风，这样才能在夏季迎合南风、保持空气流通，而在冬季又能够阻挡北风的侵袭，隔热和保暖的效果好，才能节约能耗问题。

参考文献

第5篇：能源危机的解决方法范文

【关键词】住宅建筑；设计；常见问题；解决方法

随着我国建筑业得到了不断发展，人们对住宅建筑的质量要求越来越高。为了提高住宅建筑设计质量，实现建筑设计的经济性、美观性和安全性目标，设计人员需要坚持以人为本的设计理念，合理布置建筑空间，完善建筑的使用功能，以满足不同居住者的需求。但目前在住宅建筑设计中，由于设计人员对设计方案缺乏综合考虑，因此引发了住宅建筑方案设计中存在一些问题，需要对其采取有效的解决方法，以创造出合理、科学的建筑方案。

1 住宅建筑设计的基本原则

（1）统一性原则。在住宅建筑设计时，首先要考虑到住宅小区规模的规划设计。首先要以人为本，同时营造更优美的室外环境。同时要确保住宅功能布置的合理性，为居住者提供方便、安全、卫生、舒适地生活。其次，住宅内部空间布置功能要齐全，采用“动静分开，洁污分离”的设计方式，同时要考虑到房间阳光充足，通风良好，各种设施齐全，能满足节能的要求。最后，要结合当地的特色和风俗，对小区进行总体环境规划，以创造良好的住宅小区环境。

（2）合理性原则。随着住宅建筑的发展，住宅标准也随之不断提高，人们更加注重住宅的合理性。在住宅细部设计时，要充分考虑到整体布局的合理性和功能性，同时要体现人建筑的文化内涵。建筑设计的尺寸、体量要考虑到人的生理学，让主体人感受到外部环境的舒适性。细节问题是衡量设计的好与坏的基础条件，因此，要充分考虑到从人的需求问题，以做好住宅细部设计工作。

（3）舒适性原则。目前来说，人们对住房的要求不仅是“住得下”，而且要“住得好”，从中可以看出，人们对住房舒适性提出了更高的要求。不仅要求住宅具有方便、舒适、自由和美观，而且要充分考虑到室内采光、日照、通风、采暖、景观等因素，以创造出现代、接近自然，具有时代感的建筑作品。

2 住宅建筑设计中常见问题分析

随着城市化进程的不断加快，城市人口的日益增多，为了满足城市人们居住的需求，住宅建筑的建设数量不断增加，人们对住宅建筑设计的质量和安全要求也越来越高，而在进行住宅建筑方案设计中仍然存在着许多容易忽略的难点问题，影响到建筑设计的质量和使用安全。具体主要包括以下几个方面：

2.1 建筑朝向设计不合理

根据我国的地理特征，要想确保合理的住宅建筑的朝向，在住宅建筑设计中要把建筑的朝向设计成朝南或朝北方向，而事实上，最佳的建筑朝向为坐北朝南，最忌讳建筑朝向为朝西向。然而，在现实建筑朝向设计中，仍然存在着一些问题，严重影响到整个住宅建筑的质量。因此，在进行住宅建筑设计中，设计人员需要掌握正确的建筑朝向设计方法，尽量避免由于注重建筑美观而随意改变建筑的朝向，这将影响到用户的居住条件的提升。

2.2 建筑设计缺乏节能措施

近年来，在建筑设计当中，有些设计人员过于注重建筑外观的美观性，而不重视建筑中的节能措施。众所周知，建筑作为能耗量较大的建设作业，国家在“十二五”时期发展计划中明确指出要采取节能降耗措施，而在实际设计过程中，其节能设计效果并没有达到体现。特别在住宅建筑设计中，设计者为了提高建筑造型的美观，而未能考虑建筑节能的重要性，从而造成建筑节能效果达不到要求，使得建筑能耗越来越大，影响到国家经济的发展。

2.3 建筑的采光问题

对于一个高质量的住宅建筑而言，需要拥有充足的日照和良好的采光，这是营造舒适的居室环境的基础，也是增进人们的身心健康的必备条件。因此，在住宅建筑设计当中，设计人员需要充分考虑到建筑的采光问题。而事实上，在大部分住宅建筑采光设计中，并没有达到设计规范的要求。造成这种情况的原因有：一是建筑企业为了提高经济效益，缩短了住宅建筑的间距。二是增加住宅建筑的面积而引起采光不足问题。三是设计中出现的一些不合理因素。

2.4 建筑通风效果差

良好的通风效果作为住宅建筑设计中的要素，不仅可以提高住宅建筑的空气质量，有利于居民的身心健康，而且能够提高居民居住的舒适性。然而，在建筑实践设计中，我们发现一些住宅建筑为了最大限度的利用空间，而忽略了建筑房间的通风性能，从而造成一些建筑房间出现通风效果差问题，因此，在以后住宅建筑设计中我们要尽量避免类似问题的发生。

3 住宅建筑设计问题的应对措施

3.1 采用合理建筑布局形式

合理的建筑布局形式是建筑环境协调与统一的基础，对单体建筑的节能起到关键性的作用。同时，合理的建筑布局形式，有利于建筑周围的通风。街道的差异将影响到建筑与场地的通风。与主导风向平行的街道风速较高，而与主导风向垂直的街道受到风力作用时，街道内的风速较低。而街道走向与主导风向之间如果形成一个斜角，建筑两侧将会产生正压，另外两侧则产生负压，这样使得建筑内部产生对流的通风效果。通常来说，狭窄的街道会减少风速，而宽的街道由于摩擦减少，空气流动较快，在炎热地区，可以把房屋修建在湖泊的下风向，这样有利于建筑的空气降温。

3.2 注重住宅建筑形体设计

在建筑形体设计时，需要充分考虑建筑的造型和使用功能的要求。合理的体型设计，不仅可以减小建筑表面积，而且可以减少热工性能差的的外表面积。在冬季，可以利用被动式的太阳能进行建筑采暖，这样需要考虑到建筑南立面面积的扩大，在满足通风采光的情况下，减少北向、西向墙面面积。

3.3 改善建筑自然通风效果

自然通风不仅可以改善室内空气质量，提高环境的舒适度，而且可以提高项目的经济效益。因此，需要不断改善建筑的自然通风效果。首先，注重建筑的剖面设计，通过利用气体流体力学原理，创造出良好的建筑自然通风方案。自然通风效果的好差关系到室内气流速度。通常而言，较大的通风口可以产生较大的风速，其通风效果就越好。要达到合适的室内通风效果，出风口的面积不能小于进风口面积的10%。其次，要获得良好的室内通风效果，在进行建筑剖面设计时，需要合理地布置进风口和排气孔的位置，以确保通风流畅。再次，可以在阁楼或者屋顶设置通风口，这样有利于空气的交换，通风效果更佳。

3.4 提高建筑设计人员的节能意识

为了确保住宅建筑的质量，在住宅建筑设计过程中，设计人员除了要严格遵循住宅建筑设计的基本原则外，还需要提高设计人员的节能降耗的意识。目前而言，随着我国住宅建筑数量的增多，建筑的能源危机局面越显突出，因此需要提高节能意识，加强建筑节能设计。设计人员在住宅建筑节能设计中，可以选用一些新型的节能材料，或者采用一些节能的设计方法，不断地强调住宅建筑的创新布局，在确保住宅建筑质量的情况下，以使得住宅建筑的能源消耗得到有效的降低，达到节能降耗的目的。

4 结束语

综上所述，在住宅建筑设计过程中，我们需要结合建筑设计的特点，在满足建筑的统一性、合理性、舒适性的基础上，通过结合自身的设计经验，善于总结设计中存在的一些问题，并从中提出相应的解决方法，这样才能创造出一个适合人们长期居住的建筑作品。

参考文献

第6篇：能源危机的解决方法范文

关键词 TRIZ理论 儿童 多功能书桌

中图分类号：TH122 文献标识码：A

Children's Functional Desks Innovative Design

and Application Based on TRIZ Theory

ZHOU Han， ZHU Ji， PAN Jiaping， CHENG Jijun， WANG Jun

（Zhejiang A & F University， Lin'an， Zhejiang 311300）

Abstract TRIZ theory is a set of the theory and methodology to solve practical problems arising in new product development. Countries also increasingly attach importance to its research， application and development. The project based on the law of development of children's functional desks industry and the China Children functional desks industry status quo， combine the TRIZ theory systematically with children functional desks product design， by seeking the connection between TRIZ theory and children's functional desks design to solve the problem of home design innovation.

Key words TRIZ theory； children； functional desks

TRIZ是俄文英译的缩写，可以翻译为发明问题的解决理论，是一套解决新产品开发中出现的实际问题的理论和方法体系。

从人类进入工业化社会以来，各种发明创造就像雨后的春笋般不断冒出，设计创造了各种各样的产品。这些形形的发明创造中蕴含着我们能在产品创新中依靠的一些规律。我们可以尝试归纳出这些规律，学会运用这些规律，并且努力不断开拓出具有创造性的产品。

1 儿童多功能书桌的必要性

小学阶段是孩子培养孩子能动力的最佳时期；孩子的智力开发也在8岁之后基本完成。而这段时间，孩子的娱乐、休息、学习基本都在房间里进行，一个多功能的书桌就是孩子的绝佳选择。

小学阶段的儿童开始进行更大的发育，变得更加强壮、更加有耐力，身高开始不断增长，人机工程也是必须考虑到的一个重要因素。这个年龄阶段开始接触现实社会，玩耍不再停留在角色扮演或者单纯的追跑打闹，是已经开始进行更加冒险刺激的活动。同时，这个年龄阶段是培养孩子综合能力的最佳时期，也是开始进行系统的学习的时候。儿童书桌的功能不能只停留在玩耍上，也要兼备学习。同时，不同年龄组的儿童的智力发育水平不同、行为不同，而且在体重、身高方面有明显的差异，所以制作儿童家具需要考虑到多方位、多功能的因素。

2 对儿童多功能书桌设计的思考与分析

结合TRIZ理论，对儿童多功能书桌的设计做了如下分析，（1）设计的最终目的是什么——儿童多功能桌椅的设计；（2）理想的解决方法是什么——满足儿童对儿童多功能书桌的要求；满足市场对多功能家具的要求；降低成本；增强安全性；（3）达到理想解决方法的障碍是什么——儿童生理和心理的变化，家具连接结构不牢固，生产材料不环保，成本预算过高；（4）出现这种障碍的结果是什么——设计师白白浪费时间精力，滞后企业生产计划，影响企业发展；（5）不出现这种障碍的条件是什么——设计一种能把安全性提到最高的同时保证生产材料的绿色环保，符合儿童身心健康，不会对孩子的成长造成伤害的多功能书桌。

3 多功能书桌的设计方法

3.1 组合式设计

在儿童家具方面，组合式的家具增强了家具的趣味性，减少了运输空间的同时可以减少成本。根据TRIZ理论中的组合原理，笔者将多功能书桌设计成组合式，用户可以根据自己的意愿做出自己想要的效果。组合式家具应配置合理数量的零件和安装工具，通过和家长一起动手安装的过程，培养儿童的动手能力和创造性思维，同时也增进了家庭的温馨感。

3.2 娱乐性设计

儿童书桌的设计应该考虑到一定的娱乐功能，因为上小学年龄阶段儿童的天性好动，过度的书本学习会导致儿童的逆反心理，使孩子对学习产生厌恶，因此适当的娱乐与学习结合能提高儿童的学习效率。

3.3 功能性设计

目前，多功能家具十分受到社会关注。根据TRIZ理论的多用性原则，笔者在多功能书桌上增添了更多的功能。在书桌上增加画板功能，儿童学习累了的时候可以选择打开画板画画，特别适合那些培养儿童画画能力，更适合那些本身就比较喜欢画画的孩子。现今，IPAD已经成为大多数家庭的必备品，据报道有些小学课堂教学也使用IPAD作为教具，因此可以选择在多功能书桌上设计一个可折叠的IPAD支架，娱乐与学习相结合。

4 儿童多功能书桌的设计原则

4.1 安全性设计

家具的安全性是家具产业中极其重要的一个指标。根据现有的国内外儿童家具市场的调查资料显示，目前家具在安全性方面还存在着很大的问题，尤其是儿童家具在质量这一方面存在的问题不容小觑，亟需改进。目前很多儿童家具在设计之初忽略了儿童使用的安全性这一问题，严重危害少年儿童的成长健康，甚至致使儿童在使用这些安全性没有保障的家具过程中发生危险，受伤致残。因此，儿童家具的安全性成为目前各大家具的设计生产厂家必须首要考虑的因素。

笔者认为，在考虑儿童家具安全性的设计中，应考虑以下几点：（1）造型上避免尖锐的边角。在儿童房内，任何家具都要有安全的保证，书桌椅的线条应该圆滑流畅，圆形或弧形收边的最好，另外还要有顺畅的开关和细腻的表面处理。为了防止书桌对儿童的碰撞伤害，所设计的书桌不应有危险锐利边缘及尖端，对棱角及边缘部位应该进行倒角处理。（2）材料的选择安全无毒。家具的涂层含有很多的有害物质，以重金属为例，除了常规检测铅、汞、铬、镉四种有毒物质的含量外，儿童家具其实还要求检测可迁移元素锑、钡、硒、砷等。这样的家具容易让儿童意外摄入大量重金属等有害物质而危害到孩子们的健康成长。慎用玻璃材质，因为玻璃易碎，而且碎裂后形成的尖锐棱角很容易造成伤害。对于木质家具而言，家具表面必须完全打磨光滑，没有倒刺。（3）配件的选择安全健康。不少儿童家具会用亮闪闪的铝边做装饰，不过金属边大多比较锋利，小孩子皮肤比较细嫩，很可能摸过去手就被划伤了。还有许多零部件造成的夹伤与卡伤等也比较常见。其中，由于材料与配件的使用不当而造成的伤害占有很大的比例。

4.2 遵循儿童生理特点

儿童天性好动，又处于成长发育期间，应有意识地培养正确的坐姿，保持良好的视距。保证合适的光照亮度，以培养儿童良好的视力和坐姿。

4.3 标准化

对于多功能书桌的外观，我们在追求美观化、差异化的同时，零部件的标准化也是个很重要的考虑因素。笔者将书桌设计过程中同类型的零部件在尺寸、结构、功能等方面进行标准化。这样有利于增强零件的互换性；降低生产、制造、维修上的成本；更加方便用户的自己拆装。

4. 4 可持续性

当代环境日益恶劣的情况下，设计师应该考虑并注重产品的可持续性。与传统设计相比，可持续应该遵循以下要点：（1）材料的最佳利用。在选择材料之初，应从可持续发展的观念出发，考虑材料的合理利用和可再生原则，保证材料在产品的整个周期中得到最大的利用。（2）减少能量消耗。在设计中，书桌桌脚的调整、画板的收放等尽量选用太阳能充电或者采用机械的方式，这样可以有效缓解能源危机。

以上要点可以看出TRIZ理论的很多原则都适用于可持续设计，如理想化水平，产品成熟度的预测和资源分析等。笔者将TRIZ理论运用到可持续发展的设计当中，既实现社会价值又保护自然价值，促进人与自然的共同发展。

4.5 工艺性

在多功能书桌设计时，还应注重制造工艺要求，即设计的书桌和零部件应具有良好的工艺性。在一定的生产条件和保证使用性能的前提下，能以最少的材料消耗、最低的成本、最高的效率制造出来。

5 总结

运用TRIZ理论可以明显提高儿童多功能书桌设计的效率，不仅缩短了创造发明的时间，还得到了高质量的创新产品。它不但能够帮助我们系统地分析问题的情境，快速地发现问题的本质或矛盾所在，而且它能够帮助我们打破思维定势，以一个全新的视角看待问题，这将更利于产品的创新和研发。

*通讯作者：王军

基金项目：浙江农林大学创新创业训练计划资助项目（201204013）

参考文献

第7篇：能源危机的解决方法范文

1发展DG的重要意义

l）经济性。分布式发电可用发电的余热来制热、制冷，因此能源得以合理的梯级利用，从而可提高能源的利用效率(达70%~90%)。由于分布式电源的并网，减少或缓建了大型发电厂和高压输电网，从而节约投资。同时，也使得输配电网的潮流减少，相应地降低了网损。2）环保性。因分布式发电通常采用天然气做燃料或以氢气、太阳能或风能为能源，故可减少有害物的排放总量，减轻环保的压力。大量就近供电减少了大容量远距离高电压输电线的建设，由此不但减少了高压输电线的电磁污染，也减少了高压输电线的征地面积和线路走廊，减少了树木的砍伐，有利于环保。3）能源利用的多样性。分布式发电可利用多种能源，如清洁能源(天然气)、新能源（氢）和可再生能源（风能和太阳能等），并同时为用户提供冷、热应用方式，因此是解决能源危机、提高能源利用效率和能源安全问题的一种很好的途径。4）调峰作用。夏季和冬季往往是负荷的高峰时期，此时如采用以天然气为燃料的燃气轮机等热电冷三联供系统，不但可解决夏季的供冷与冬季的供热需要，同时也提供了一部分电力，由此可对电网起到削峰填谷作用。此外，也部分解决了天然气供应时的峰谷差过大问题，发挥了天然气与电力的互补作用。5）安全性和可靠性。当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计的分布式发电系统仍能保持正常运行，由此可提高供电的安全性和可靠性。6）有助于电力市场的建设。分布式发电可以适应电力市场发展的需要、由多家集资办电的分步式发电，能够发挥电力建设市场、电力供应市场的竞争机制，促进电力市场的进一步开放，且能满足供电方对经济性以及用电方对供电可靠性的更高要求。

2DG对电网的影响

2.1DG在配电侧的规划

DG是以资源和环境效益最大化、以能源利用效率最大化来确定方式和容量的新型能源系统，这与国外的电源规划普遍采用按发电机组优化的模型是有所区别的。DG规划在电力市场环境下，既要满足追求经济利益，也要倡导置身电力环保。由于DG的引入影响到配电网的节点电压、线路潮流、短路电流和网络可靠性等多方面，且其影响程度与DG的位置和容量密切相关，因此在规划方案中，必须要合理选择DG的位置和容量以便充分发挥DG的效益。文献[3]基于DG对配电系统的电压稳定性具有重要影响这一特点，建立了一种考虑静态电压稳定约束的分布式发电规划模型，提出了基于遗传算法的模型求解方法。该方法随着规划的系统规模变大，优化的整数变量维数提高，导致计算量非常大，且该方法采用的是编号来表述分布式电源的额定容量，有一定的误差。为了提高计算速度，文献[4]引入了启发式算法来简化变量的复杂性。它以DG投资费用和向输电网购电费用最小为优化目标对联网DG系统进行规划，确定各DG类型最优投入容量，但它没有考虑分布式电源如何在系统中接入到合适位置。文献[5]建立了含分布式电源的配电网扩展规划模型。以配电网扩展费用、DG发电费用和从常规电源购电费用之和最小为目标函数，考虑到遗传算法的全局搜索能力强，因此也是采用遗传算法来求解分布式电源位置和容量。文献[6]鉴于孤岛运行可最大化利用DG发电能力并提高供电可靠性这一优点，探讨了分布式电源在孤立电网的规划模型。文献[7]指出了分布式电源在配电网规划中需要解决的几大问题，并将DG的规划分为两种情况：在电力网络中的布点规划和考虑DG的配电网扩展规划。文中以线路平均功率损耗最小目标函数分析确定分布式电源在径向馈线上的最佳位置；对于DG在网状结构中位置的确定，则是通过比较DG安装在不同母线上时的潮流损耗的大小来判断的。文中的分析没有考虑分布式电源的容量的最优化配置问题，且其模型的建立也比较简单，忽略了地理因素和经济性。地理因素对于DG在配电侧的规划是很重要的。除了上面这些方法，本文提出基于GIS信息系统的分布式电源在配电侧的规划。采用GIS信息系统，可以更直观地知道哪些地方适合安装什么类型的DG，所安装的容量应该限制在什么范围，以及配网扩展增容时哪些地方可以适合再安装DG等，从而能简化遗传算法搜索的复杂性和费时性。需要指出的是配电网中引入少量的DG对整个电网不会构成太大的影响。只有当电网中存在较多的DG或大容量的DG单元时，一旦DG的引入不当则有可能影响系统的可靠性和稳定性，并使电能质量恶化。因此，DG在电网中的渗透极限是多少，电网对具有很强随机性的发电装置（如风力发电装置）的承载极限是多少，这些问题在今后的规划中都应该考虑。

2.2DG在配电侧的运行分析

2.2.1含有DG单元的系统建模分布式供电系统接入配电网，使得原有的配电系统由一个单电源辐射状网络变为一个高度交叉联接的遍布电源和用户的互联网络，因此研究各分布式电源接入配电网的模型是研究分布式供能系统的配电网运行与控制特性的基础。文献[8]将分布式供能系统分为分布式电源和分布式储能系统，根据它们不同的发电原理综述了各自接入电网的数学模型。准确地预测风力机的功率输出是建立风机模型的关键。风机模型的功率输出取决于风速。目前一般采用Weibull模型来对风速进行描述统计。并网风机一般使用异步风机，文献[9]给出异步风机的P-Q-V模型，如图1所示。通过对图1的分析，考虑转差，得出风机输出功率、功率因数的表达式，并推出转差S的表达式，在给定风速的情况下，就可以得到风机在每个时刻输出的有功功率和吸收的无功功率，并据此推算出功率因数。通过并联电容器的实时投切，就可以使功率因数限制在允许范围内。太阳能光伏发电的随机特性建模则与光照强度密切相关。一般光照强度由Beta分布来模拟，因此输出功率也满足Beta分布。除此外，文献[10]还给出了单个光伏电池的数学模型，如图2所示。串联的光伏电池数为n，并联模块数为m的光伏阵列输出功率为燃料电池输出的电能为直流，与配电网连接时需要通过逆变器控制转化为交流，它接入配电网的模型如图3所示。Us是配网侧电压，通过逆变器控制参量m，δ来控制有功功率和无功功率的输出，与常规发电机调节功率的原理类似，在潮流计算中作PU节点来处理。蓄电池是目前最重要的分布式储能装置，它接入配电网的模型如图4所示。蓄电池本身的电流是直流点，接入电网需要使用换流器。一般通过控制相差和逆变器的输出幅值来调节蓄电池与电网的有功功率和无功功率的交换。为便于对电网的运行和控制进行分析，从系统的观点而言，需要对不同发电原理的分布式电源构建一个统一的模型。文献[11]采用统计学的ISing模型建立一种包含大量DG单元的超大型电网数学模型方法。但是DG的不确定性及形式容量的多样性的建模研究成果目前还并不多。

2.2.2计及DG的潮流计算电力系统运行情况的分析首先要对系统进行潮流计算。在各种分布式供电模型建立后，则需要开始计算潮流。独立性和随机性是分布式发电的主要特性，传统配电网运用的确定性潮流算法已经不能反映系统的全面情况，必须采取新的解决方法，本文简单阐述如下两种方法及原理。一是利用负荷跟踪控制保证馈线上的潮流不变，这样就可以延续传统的潮流算法。文献[12]以一个接有太阳能光伏发电单元和风力发电系统的配电系统为例，提出一种基于多控制系统的负荷跟踪控制方法，通过协调控制柴油机发电系统和储能电容器组的输出量，来补偿光伏发电和风力发电系统的输出变化及负荷变化，从而使线路上潮流不变。但是由于是利用计算机网络通信来加以控制，故存在通信延迟的缺点。二是新的潮流算法——随机潮流。文献[13]对接入分布式电源的配电侧，通过采用基于半不量法的随机潮流算法，考虑分布式发电的出力随机性，运用概率统计方法处理系统中的随机变化因素，给出系统运行电压、支路潮流等概率分布情况，深刻揭示系统运行状况，从而为系统安全运行决策、配电网电压影响提供完整信息。为了求解配电侧的随机潮流，文献分别建立了风力发电系统（weibull分布）、太阳能发电系统（Beta分布）以及负荷系统（正态分布）的随机模型。但它的计算过程只考虑了节点功率的随机扰动，忽略了线路的随机停运情况。计算了潮流，就可以研究分布式发电对系统稳态运行的影响，也就能为分布式发电并网后对系统影响的评估奠定基础。

2.2.3DG联网运行的分析方法与控制理论（1）动态仿真分析法能够直观且具有强说服力地分析分布式发电系统并网运行特性、运行经济性以及可靠性的必要工具，无疑是数字仿真技术。文献[14]提出了分布式发电系统对传统电力系统仿真技术所带来的挑战，主要包括分布式发电系统的建模、配电网络拓扑结构的改变和以往数值算法分析的受限等。为了解决这些问题，从理论上将分布式发电系统仿真详细地分成了分布式发电建模、分布式发电系统稳态分析、分布式发电系统暂态仿真、分布式发电系统稳定性分析以及分布式发电系统快速仿真5个部分。但是当前的Matlab/Simulink、Pss/E等软件都不是专门针对分布式发电系统而开发的，所以并不能很好地解决这些问题，需要改进和完善的地方还很多。文献[15]利用仿真方法分析分布式电源接入配电网的电压暂降问题（影响动态电能质量的因素之一）。文中取4母线系统，把DG形式分为同步发电机形式DG和逆变器形式DG，分别对其做参与和不参与系统电压调节的情况进行算例仿真比较，最后得出结论。同步形式DG由于功率发生机理上的原因，不能有效地抑制电压暂降，逆变器形式的DG，功率响应速度较快，能够有效地抑制电压暂降。（2）智能电网[16]在2006年11月4日发生在欧洲的大停电分析表明，风力发电和其他分布式发电装置的基于保护的投切（而非全系统范围的协调性投切），是加剧大系统崩溃的原因之一。但是如果当时配电网建立的是智能电网，并使用来自广域的INAS(智能网络)的实时数据，FSM（快速仿真与模拟软件）就可从全系统的利益出发，来协调这些INAS的控制功能，则能够避免类似的连锁效应。在上面的案例中，体现了智能电网对集中和分布式发电并存的配电网具有很强的支持、协调和自愈功能。智能电网是一个完全自动化的供电网络，其中的每一个用户和节点都得到了实时监控，能够保证从发电厂到用户端之间的每一点上的电流和信息的双向流动。文献[17]通过对接入混合分布式电源装置的配电网进行分层，各个层次引入智能化来进行管理和控制。智能电网支持高比重的分布式电源，它通过协同的、分布式的控制，以及高级的自动化系统把分布式电源无缝集成到电网中央并协调运行，利用分布式电源来优化系统性能，而在发生重大系统故障时可利用它们进行局部供电，这样来提高系统的整体性、效率性和灵活性。目前，智能电网与分布式能源的兼容能力还有待提高，其相关的研发课题也需要深入。除此外，电力电子技术和继电保护的发展对分布式发电接入电网的运行和控制也有着重要作用。

3DG对电力市场的影响

电力市场化带来了电力行业的重大革新，分布式发电则促进了电力行业的重大技术革新。两者共同作用使电力行业呈现了全新的面貌。电力工业解除管制和电力市场的兴起，促进了各种分布式发电的兴起，尤其在全球环境倍受关注的今天，用户对绿色电力的需求和选择将会更有力地促进风力、太阳能等可再生能源的发展。而分布式发电的接入将加强电力市场的激烈竞争，给传统的电网带来一定的冲击，具体表现在：集中式发电模式被打破，用户可以选择不同的电力供应商；电价计价模式要发生改变；用户侧和管理计划变得复杂。当然，DG的接入最重要的是影响电价。当越来越多的用户选择分布式供能方式，必然会与传统的电力市场电价计算模式产生冲突，从而不可避免地造成用户自备分布式发电与供电商之间的经济利益冲突。文献[18]结合电力市场理论中的市场出清电价（MCP—marketclearingprice）分析用户自备DG与供电商之间的博弈关系，提出一种基于MCP的利益分配模式，从而使双方达到共赢的目的。但是该方法并没有精确分析DG对现有电网带来的冲击，没有对其设置合理的罚函数。文献[19]考虑分布式发电参与电能市场时，配网内的分布式发电对配电网损的影响，基于此，以优化购电费用最小为目标建立了配电公司的购电模式，从而得到市场下电价的合理确定。除电价外，含有DG的电力市场中配电公司的中长期购电策略，用户如何选择最优的供电商方案，以及DG参与辅助服务市场的相关问题还有待下一步的研究。

4DG研究的展望

目前，在全球范围内DG相关技术研究的热潮还在持续增温。对DG研究领域进行展望主要的方向有两个，一是DG装置本身技术的发展与完善以及新型绿色可再生能源发电装置的开发；二是DG装置的快速渗透对现有电网的影响以及交互作用机理的研究。后一个研究方向，其交互作用机理错综复杂，需要进行多层次、多方面的深入研究。1）针对分布式能源电力系统的规划与运行，研究如何确定配电网中不同类型DG的安装地点、安装容量以及渗透极限，以保证系统经济性和安全性综合最优化；研究分布式能源电力系统的随机潮流模型和算法、分布式能源电网的电压和无功控制策略，以及改进和提高系统承受随机电能能力的方法；研究随机发电功率与常规发电功率的协调控制方法，找到系统的最佳运行点。2）针对各种新型DG装置提供电能的方式和特点，研究含有DG高度渗透系统的建模方法，研发太阳能、风能等分布式能源能量随气象条件变化的规律，建立含有随机能量预测的概率模型、电网发电量预测模型、系统的可靠性评估模型以及经济性评估模型。3）针对含有分布式能源的电力系统的保护与控制，研究各种运行状况下以及各种网络结构下DG对电网稳定性以及可靠性的影响，以及相应的控制策略；研究DG对FACTS及控制装置的影响以及控制策略；研究故障发生时含有DG的馈线解列后，由DG维持隔离区域恢复供电的控制方法。4）由于DG通常归不同所有者拥有，其运营具有较强的独立性。因此需要建立能够对DG实现全面监测、控制和调度的新型SCADA体系，研究含有分布式能源的新型电力系统控制中心。5）研究DG与智能电网的兼容性，提高整个系统运行的效率、安全性、经济性和灵活性。6）研究DG对现有电力市场机制的影响以及投资体制，建立新型的用电和供电管理体系，完善相应的电力法规，提高质量，降低费用。

5结束语

第8篇：能源危机的解决方法范文

【关键词】化学课堂；有效教学；有效教学评价

现代化学教学不是无目标的信马由缰，应该有一个比较明确的思路，先干什么，后干什么，应该做到胸中有数，有效的化学课堂教学要从传统走向现代，给课堂赋予更多的灵活性、生成性，给学生一个展示的机会。只有教师教得轻松，学生才会学得愉快；只有教学效率高、教学过程严谨，才有师生配合默契、教学气氛融洽。

“有效教学“不仅仅是让学生有所收获，同样能使教师的专业得到发展。此外，“有效教学”还体现在教师对各种教学策略的理性选择和灵活运用上，有效教学是一种教学理想、境界，体现着教学主体对教学的执着追求和永恒超越。其意义是为现实教学产生动力、牵引和导向作用。它不同于肤浅的有效教学只着眼于教学的现实，也不同于一般的有效教学着眼于教学的背后，它的有效性着眼于教学的未来。在这一观点上，“有效教学”的内涵表现为积极倡导创新精神和实践能力，促使学生自主合作探究并追求多元智力发展，也强调整合、弹性、参与等。

一、如何进行有效的课堂教学

针对化学课堂教学的特点，有效教学需要做到以下几点：

1.善于创设“问题情境”，激发学生学习兴趣

创设“问题情境”是激发学生学习兴趣的一个重要方法，有效的提问是一个很微妙的教学技巧。一个选准切入点的问题，可以提高学生的思维能力和思维积极性，它能够使学生全神贯注地进行思考、进入良好的思维情景中。反之，一个缺乏质量和效度的问题，则使学生茫然、无所适从，打击学生的思维能力和思维积极性。例如：学习“化学反应与能量”专题知识时，可以设计:能源危机中，谁是我们的未来能源？让学生在以某种具体化学思想指导下的案例中进行探究。引导学生谈论他们熟悉的话题，对学生的回答给予一定的反应，尽可能多的向学生提供各种机会，促进生生、师生间的交流。不轻易告诉学生答案和结论，而是创设情境，让学生去探讨、研究。在“问题情境”的思考过程中，形成化学思维，激发学生的学习兴趣，达到有效教学的目的。

2.有效的利用实验，培养学生的科学思维

化学实验通常具有获取知识、培养兴趣、启迪思维、培育品德等功能。化学实验不但可以帮助学生形成化学概念、理解和巩固化学知识，还可以培养学生的观察能力、思维能力和创造能力，它通过提出实验问题、进行猜想和假设、实验方案设计、实验操作、实验现象的解释等帮助学生更好的理解反应原理，透过现象看清物质的性质，并且可以掌握化学学科特有的研究方法，形成科学的态度和世界观。有效的实验要突出探索性，如：在学习Cl2的性质时，我们从Cl2的制备、收集、溶解性、氧化性、Cl-的检验主义进行探究，循序渐进，采取促进学生积极参与实验探究的教学策略达到有效教学的目的。

3.借助直观教具，变抽象为形象，提高课堂教学的有效性

现代教育技术的应用实现了教学内容呈现方式的变革，在化学课堂教学中运用多媒体辅助教学，优化教学过程，有助于教师创设生动逼真的问题情景，提高全体学生学习化学的兴趣和激发学生强烈的求知欲，有效提高课堂教学的效率，为学生的发展提供更为广阔的平台和空间。例如：讲解自来水的生产流程时，多媒体可以方便地将水泵取水、沉淀、过滤、曝气、消毒等流程用视频、动画、声音等媒体整和在一起，从而优化教学的呈现方式，给学生直观的认识和感受。

所以，有效的课堂教学能够调动学生的积极性，激发学生的学习欲望，使学生积极参与智力活动和积极掌握知识和技能，从而建立终身学习态度的教学。

二、化学课堂有效教学评价应遵循的几个原则

然而，学生的发展过程中有无数个起点和无数个终点。只有每次的课堂学习都是建立在有效教学及评价的基础上，才能唤起学生后续学习的热情，引导学生进一步拓展探究、延伸学习。化学课堂有效教学评价是指：以一节化学课的教学为研究对象，以化学课堂教学的目标和化学教学原则为依据，对化学课堂教学的过程和效果给予价值判断的过程，本质上是一种价值判断活动。所以，化学课堂有效教学评价应遵循以下几个原则：

1.发展性原则

有效教学评价具有导向、诊断、鉴定、改进、激励、监控等功能[2]。其中有效教学评价的主要功能应该是促进发展。把是否促进学生全面发展作为评价的根本标准是有效教学评价的一个基本原则。强调评价标准的选择不再单纯以学生成绩为唯一标准，评价的内容、项目要综合化，既重视科学素养的发展评价，又要重视和促进发展学生多方面的潜能；不仅要关注学生的现实表现，更要注重学生的未来发展。所以应克服单纯智力导向，对学生的学习活动表现的评价不应排名次，而要采取个体内差异和非数量化的评价方法[3]。

2.和谐性原则

和谐性主要是指有效教学评价要关照生命的整体性[4]。有效教学评价不仅要关注认知发展，同样也要关注人格的发展。而认知发展与人格发展其规律、特点与表现形式都是不相同的。因此，有效教学评价方法不能是一元的，而应该是多元的。而且整体大于部分，有效教学必须遵循教学效果取决于教学系统的整体优化与和谐这一基本规律。有效教学评价不能仅仅是“教”的评价或者是“学”的评价，也不能仅仅是“人”的评价或“物”的评价，要兼顾系统的各种因素，或是主要因素。建立学生、教师、家长、管理人员、教育专家和社会各界共同参与，交流评价模式，以体现和谐性。

3.激励性原则

学生的活动总是有一定的动机作为内部动力的，化学课堂教学评价要以激励学生为主，充分调动学生的积极性和主动性，特别在化学实验教学中，例如探索几种常见物质的检验方法时，鼓励学生自己设计实验方案，然后进行实验，最后让学生自己发表自己的观点，充分发挥学生的主体作用。古人云：“水不激不跃，人不激不愤”。化学课堂有效教学必须尽力诱发学生的积极动机，增强学生前进的信心。

4.开放性原则

新课程中的科学探究活动的过程和结果都具有开放性特征，这里的开放性指的是内容的开放、解决问题过程和方法的开放抑或是答案的开放。例如在探索原电池形成条件的学习中，鼓励学生设计出很多利用生活中常见的物品，如生日卡片、水果、废电池等组成原电池。这样的解决方法不具有唯一性，它能够克服学生的从众心态，有利于学生从多角度、多方向、多层次进行思考，可以有效的激发学生的创新思维。

5.全面性原则

全面性原则是指不仅要评价教学结果，也要评价教师对教学目标的确定、理解以及应用，还要评价教学过程中的师生活动等几个方面[5]。由于化学教学目标的多样性，因此它决定了化学教学评价要实施多样性的评价方案。过去只重视认知目标的评价是不科学的，有效的教学评价要从课堂的实际出发，用全面发展的观点看课堂教学。目前教学目标分类法是将教学目标分为认知目标、技能目标、情感态度和价值观目标，所以教学评价应该从这三个方面着手才具有全面性。

总而言之，有效教学是一个动态转化过程，是师生在遵循教育教学活动的客观规律，尊重教学活动双主体的成长与发展，在实现合理的教学目标的前提下而进行的有效果、有效率、有效益的教学。化学课堂的有效教学评价原则的确定取决于评价的目的，依据不同的课堂评价目的必然会采用不同的评价原则，对于化学课堂的有效教学评价，在评价时要充分考虑到化学学科的特点和化学教学的特点，积极培养学生的实践能力和创新精神，使化学课堂有效教学及评价更具针对性。

【参考文献】

[1]乔建中，陶丽萍，张丽敏等.我国有效教学研究的现状与问题[J].青年教师,2008，(9).

[2]关文信.有效教学评价标准新探[J].天津师范大学学报(基础教育版)，2006，(4)．

[3]赵二劳，胡艳梅.构建中学化学教学评价体系的思考[J].忻州师范学院学报，2005，21(5)．

第9篇：能源危机的解决方法范文

Abstract: At home and abroad,there are usually two types of solar receivers:one is the tracking-sun type and the other is non-tracking type.The economic indicators using to evaluate the solar receiver are the economics of the structure of the devices,the photovoltaic conversion rate,the routine operation and maintenance,and the utility of energy and materials.Analyzing from the economic indicators above,the tracking-sun type is much better than the non-tracking type when used in road illumination. We can see that it will bring huge profit using the tracking-sun type of receiving equipment in road illumination which should be recommended and applied because it is low-carbon and environmentally friendly.

关键词: 太阳能;跟踪;接收装置;经济分析

Key words: solar energy;tracking;receiving equipment;economic analysis

中图分类号:TK51 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)19-0127-03

0引言

面对如今严重的能源危机,使用太阳能拥有很多优势。太阳能属于再生能源,目前常见的再生能源主要有风能、水能、太阳能和地热,其中,太阳能是总体上最可利用的再生能源。与风能相比,稳定性较强,受季节、季风影响较小;与水能相比,太阳能地理位置局限性较小。地热跟水能一样,受地理位置的局限性,而且有足够的地热可以发电的地方并不多[1]。所以国内外专家学者都在对其进行大量的研究,但光-电转换收集太阳能的效率问题,各国的装置普遍都较低。目前,太阳能接收装置分为跟踪式和非跟踪式:非跟踪阳光接收装置,即固定式,太阳能接收板朝向固定,不随阳光移动而变化;跟踪阳光接收装置则是接收板随着阳光偏移而自动转向,像“向日葵”跟随太阳旋转一样。

纵览国内外的种种太阳能电池,绝大多数是采用非跟踪式接收装置,这种方式下提高光-电转换效率的研究方向主要有提高采光面积,研发蓄电池新型材料及智能充放电和控制灯具关、开等。但是,随着阳光的移动电池板与阳光投射倾角不同,所以非跟踪式太阳能接收装置每个时段获得的太阳能是不等的[2],因此光-电转换太阳能的总效率低。在此基础上,人们开始研究如“向日葵”跟随太阳旋转的光伏电池,但因为成本高,控制精度不够,使用寿命短,维修和维护成本比非跟踪式接收装置更高等原因无法推广。本文便是在研制了阳光跟踪器自动控制方案后,对非跟踪式和跟踪式两种接收装置在太阳能公路照明应用方面进行的经济分析。

1评价公路照明用太阳能接收装置的经济指标

太阳能接收装置经济性分析指标一般涉及四个方面:

1.1 装置组成经济性即一次性投资成本,在得到足够的电能转换前提下,与传统照明系统相比,太阳能的少去了设置照明供电系统和照明配电系统两部分,而非跟踪式和跟踪式太阳能接收装置的一次性成本都包含成套照明灯具和安装工程量(灯具安装和调试)两部分。因此,在评价这个方面时,需从成套照明灯具和安装工程量两个方面来分析。

1.2 光伏转换率的经济性即在除跟踪与非跟踪区别之外系统其他部分完全一样的条件下,日常工作时,两种太阳能接收装置的转换效率。太阳能光伏系统的总效率由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率及负载的效率等组成。目前,太阳能电池的转换率只有17%左右,而控制器、蓄电池均远高于此。因此提高电池组件的转换率,降低单位功率造价可提高太阳能发电产业化的经济性。

1.3 日常运行维护的经济性在照明系统投入运行后,就会有运行成本产生,与它直接相关的系统日后投入包括经费和人力。传统照明系统的运行维护成本一般由人力定期巡查成本、产品更换成本等两大部分组成。目前,太阳能照明系统运行检查尚无相关规定予以规范,运行过程中的监控一般是采用遥控巡检测试为主,人力现场定期检测为辅的方式。遥控巡检测试一般的检查内容有:太阳能电池状态、充放电状态、照明器运行状态等。人力定期巡查成本可忽略不计,而遥控检测的设备已在一次性投资中计算过了,在运行维护成本中无须再计算。太阳能照明系统的产品更换成本,没有供配电线路维护、更换和配电箱维护、更换成本,但有控制设备的更换、灯具的损坏更换等。因此,日常运行维护的经济性主要是由产品更换成本来反映。

1.4 能源、材料使用的经济性传统照明系统的能源消耗一般包括电能消耗和金属铜消耗两部分。与传统照明系统相比,太阳能照明系统的电能直接由太阳能电池板转化提供,没有铺设供配电线路网络,所以供配电系统电能损耗几乎为零。太阳能转换效率足够时,可以不使用国家电网的电能。另外,太阳能照明系统没有长距离的电能传输配电线路,所以配电导线用量与传统公路照明系统相比可忽略不计。因此,太阳能照明系统在能源、材料使用的经济性上较传统照明系统有无可比拟的优势。另外,从节能和环保的角度考虑,它降低了碳排放量更是值得大力推广。

2跟踪阳光式接收装置在公路照明中的应用

2.1 太阳能公路照明现状中国人口众多,而能源却相对贫乏,人均资源占有量不足世界人均值的1/2,按照现在中国的能耗,我国将在全球率先面临石化能源枯竭的挑战。为了缓解能源紧缺的现状,发展可再生能源越来越紧迫,太阳能的利用应当引起广泛的关注。而太阳能用于公路照明是太阳能应用的典范,因为这种应用有很大优势:在公路上一般无太阳的遮挡物,太阳光照比较充分;另外公路一般为政府统一规划,易统一安装使用先进的公路设施、设备。但是目前国内太阳能公路照明的应用尚处于起步阶段,几组典型数据如表1所示。

国外太阳能应用进展较国内的要快一些。目前全世界有136个国家正在普及推广应用太阳能发电技术,其中95个国家正在大规模研发和生产各种太阳能发电设备和太阳能电池应用产品。2005年全世界太阳能电池电能总产量已经达到2000MW。其中日本发展较快,太阳能电池产量约占世界总产量的50%,10年内太阳能电池的每瓦成本下降90%。2001年时日本太阳能发电设备累计总装机容量为450MW,2003年为887MW,2004年达到1900MW,估计到2008年达到2350MW,2010年达到5000MW。2010年全世界太阳能发电设备累计总装机容量达到18000MW。

2.2 跟踪阳光式接收装置在公路照明中应用公路照明用跟踪阳光式太阳能接收系统的设计,主要需进行灯具选择和控制方案选择。

2.2.1 灯具选择传统的公路和城市道路照明沿用的是普通型高压气体放电灯,如普通型高压钠灯,它的特点是光效高、寿命长,但光色较差。近年来,人们的目光开始注意到一种新型功率型LED照明灯具。LED是一种固态半导体器件,它具有体积小、寿命长、可靠性高、能在低压环境中工作等优点。LED路灯比传统路灯的性能要高,综合节能60%以上。虽然LED路灯的成本高于传统路灯的三倍,但从长远考虑,就三公里道路LED高出的成本在未来的2.74年即可用它节省的电费来补偿,所以现在公路照明灯具选择LED灯更加合理。

2.2.2 控制方案选择目前国内外已有的跟踪式太阳能接收装置的跟踪方式可分为单轴太阳能跟踪器和双轴太阳能跟踪器两种。由文献[3]可知:双轴跟踪系统能够最大效率的利用太阳辐射能量,单轴跟踪系统的利用率虽然比双轴跟踪系统的稍低,但比固定安装式系统的高,其控制也较双轴跟踪系统简单。单轴跟踪系统一般采用: ①倾斜布置,东西跟踪; ②焦线南北水平布置,东西跟踪; ③焦线东西水平布置,南北跟踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪,工作原理基本相似[4]。比如,按地区日照平均值选择太阳能电池板南北向倾角固定安装,利用单轴控制器实施对同步电动机的控制,同步电动机带动太阳能电池板根据日照情况每隔一定时间东西向旋转一个固定角度,这样便实现了对阳光能量的跟踪式接收。中国西北地区的纬度高使得它的日照时间较长,太阳能非常充足,系统利用率也高,更易提供公路照明所需的电能。因此,像西北地区这样太阳能较充足的地带,更适合采用单轴太阳能跟踪器。

单轴控制方案虽能完成跟随太阳光线并进行适时的调整其入射角,但它还存在不足。对于如浙江省这样光照不是很充足的地区,若只按一个方向控制太阳能电池板还是不能充分提高太阳能的利用率。解决方法是:根据系统所在地域的纬度和经度设置两台电动机进行阳光跟踪。阳光可以分解为两个分量,一个垂直于太阳能电池板表面,另一个平行于电池板表面,前者的辐射能被电池板吸收转换,后者则不然。实际使用时应尽量使阳光和电池板法线的夹角即入射角θ小。阳光入射角θ不仅随每天的日照时间变化而且也随季节变化,因此固定一个方向安装的太阳能电池板不能充分吸收太阳辐射能量。双轴跟踪就是将太阳能电池板绕两个互相垂直的纬度和经度角转轴旋转,能同时跟踪太阳的方位角和高度角,在理论上可完全跟踪太阳的运行轨迹以实现入射角θ为0°。这就是全跟踪即双轴(经纬)太阳跟踪,因此像浙江省这样太阳光照不是很充足的地带,更适宜采用双轴太阳能跟踪器。

3两种公路照明用太阳能接收装置的经济性分析

根据前面提出的评价装置的经济指标,下面对非跟踪式和跟踪式太阳能接收装置进行经济性分析。

3.1 两种太阳能接收装置的一次性投资成本在太阳能转换的电能充足时,与传统公路照明相比,太阳能公路照明系统在一次性投资的系统组成方面减少了配电箱安装和线路敷设安装两个环节,所以只需从灯具和安装工程量两方面进行比较。跟踪式太阳能公路照明系统在安装工程量上,比普通固定式即非跟踪式的调试量多出了一部分。两种太阳能公路照明系统一次性投资资金组成如表2所示。由表2可知,跟踪式一套设备的成本比非跟踪式高两百元左右。在太阳光照很充足的地域,若采用固定式太阳能接收装置并在其效率较低时也能满足照明的电能需求,则固定式装置在一次性投资成本上相对有优势,但为了保证在阴雨天的照明,固定式太阳能接收装置一般还会设置公路照明配电箱、照明线路作为备用电源。

另外,对于太阳光照不太充足的地方,仅用固定式太阳能接收装置来提供照明电能往往是不能满足要求的,而跟踪式装置由于其转换的高效率则可以满足用电需求。虽然一次性投资成本上跟踪式装置较固定式装置稍高,但固定式接收装置一般要增加公路照明配电箱、照明配线,使得其一次性实际成本远远高于跟踪式装置。

3.2 两种接收装置光伏转换率的经济分析在太阳能接收装置采光面积相同,蓄电池材料相同,充放电和控制灯具关、开等设备条件相同的情况下,两种装置的光伏转换率相差非常大,跟踪式的光电转换率要高很多,理论上高50%,实际情况一般要高35%。而且就南方地区而言,阴雨天气一般较长,常用固定式的太阳能灯具在电能充足状态下输出只能维持三到五天,所以固定式太阳能照明器不能独立的在南方地区使用,一般还需铺设照明供配电线路,作为在电池电量不足时的备用。如浙江省由于日照相对欠充足,要完全依赖固定式太阳能电池板进行光伏转换来供电,则需要较大容量的太阳能电池板,一般需增加太阳能电池板容量30%左右(约增加12W),这样一来,固定式接收装置的经济性就变得更差。

3.3 两种接收装置日常运行维护的经济分析对于日常运行维护成本中的人力定期巡查成本和产品更换成本,两种太阳能照明器基本相同。在太阳能转换率足够高时,与传统照明相比,两种太阳能接收器都可省去包括供配电系统、灯具能耗两部分的供电成本。表3是传统照明、跟踪式和固定式太阳能照明三种系统运行成本的相关数据,该表是以10公里公路安装666盏路灯的假设条件进行估算的,按每度电1.00元人民币计算供电费用,而且表中数据均为一年费用。太阳能电池板水平布置以及小倾角布置时,灰尘、雨水等因素对光伏发电产能有较大影响[5]。固定式接收器在日照不充足、梅雨季节或阴雨天气,将会导致供电不充足。这时就要增加传统的供配电系统,并且在产品更换成本中又不得不加入这部分费用。而太阳能照明自动跟踪控制系统由于其光电转换效率高,可以完全免去供电成本中线路损坏、线路再敷设修护、配电箱维护和更换的成本。总之,跟踪式接收器日常运行维护的经济效益更高。

3.4 两种接收装置能源、材料使用的经济分析在太阳能转换的电能足够时,两种太阳能接收装置自身的电能消耗和金属铜消耗均可以忽略不计。但是因为某些情况下固定式照明器电能转换量不充足,为保证公路照明的正常运行,必须在安装太阳能照明系统的同时安装传统的供配电系统,这样一来,非跟踪式照明器的金属铜消耗量就不能忽略不计了,而且发电量不足的时候,对国家电网上的电能消耗也不能忽略。综合考虑,跟踪式太阳能接收装置较固定式的有着更高的经济效益。

4结论

通过对两种太阳能接收装置的经济性分析可知,虽然在阳光很充足的地区和时节,固定式太阳能接收装置在一次性投资项目的自动控制调节费上低于跟踪式装置,但面对我国这样一个区域广大、气候复杂的情况,从电能转换效率、供电量稳定性及能源和材料消耗等几项经济指标来分析,同等容量大小的电池板,跟踪式装置全面优于固定式装置。跟踪式太阳能接收装置提高了光伏转换效率,即使在太阳能不充足、阴雨天气的时候,高效率转换的电能也足够公路照明使用,所以可以完全脱离电网,不存在化石能源消耗,有效地降低了碳排放量。跟踪式太阳能接收装置在公路照明中的应用所产生的经济效益和社会效益将是无限量的,应予以大力推广。

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