序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇發電技術研究論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

PAFC技術開發的現狀與動向：

日本自實施月光計劃以來，作為國家級項目，正在實施5000千瓦級加壓型和1000千瓦級常壓型電廠實證運行。目前，磷酸型燃料電池的發電效率為30％～40％，如果將熱利用考慮進去，綜合效率可高達60％～80％。

除日本外，目前世界約有60臺PAFC發電設備在運轉，總輸出功率約為4.1萬千瓦。按國別和地區劃分日本為2.9萬千瓦，美國8000千瓦，歐洲3000千瓦，亞洲900千瓦。運轉中的發電設備除3臺(日本2臺，意大利1臺)為加壓型外，其他均為常壓型。磷酸型燃料電池的制造廠家目前主要為日本和美國，設備主要銷往歐、亞。

美國已完成基礎研究，200千瓦級電廠用電池近期有望商品化，但大容量電廠用電池處于停滯狀態。德國已引進美國200千瓦級電廠用電池進行試驗運行。另外，瑞典、意大利、瑞士等國也引進日、美的電池進行試運行。

2.熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)

日本對MCFC發電系統的技術開發始于1981年度的月光計劃，該計劃圍繞開發1千瓦級發電機組這個目標展開了對MCFC燃料、電極等的開發。該開發研究進展順利，從1984年開始，進而對10千瓦級發電機組進行研究開發。1986年，日立、東芝、富士電機、三菱電機、IHI分別對5臺10千瓦級機組進行發電試驗，其結果是輸出功率為10千瓦，初期性能為電池電壓0.75伏，電流密度150毫安/平方厘米。

1987年起，日本在對1000千瓦級實驗電場(外部改質型)進行主要開發的同時，對100千瓦級發電機組以及1000千瓦級機組的設備的開發研究也取得了進展。1993年度，日立、IHI的2臺100千瓦級外部改質型機組和三菱電機的1臺30千瓦級內部改質型機組開始試驗發電運行。其試驗結果以及1994年度進行的5-25千瓦級機組的試驗結果表明，電池電壓0.8伏，電流密度達15毫安/平方厘米，單位時間內的劣化率小于1％。

在此基礎上，1994年度起開始著手開發1000千瓦級試驗工廠。1995年10月在中部電力(株)川越發電所開始建廠，確立了1000千瓦級實用化發電系統試驗工廠的基本系統，對現有的事業用燃料電池電廠的運行進行評價，計劃1999年開始試驗運行，其目標為：燃料利用率為80％，千小時電池的劣化率小于1％，初期性能為：電池電壓大于0.8伏，電流密度1500毫安/平方厘米，計劃試驗運行5000小時。

為使電池實用化，在上述研究開發的基礎上，還進行了機組長壽命化研究，計劃連續實驗運行4萬小時，每千小時單位劣化率小于0.25％。除此之外，還在開發200千瓦級內部改質型燃料電池發電系統。

美國能源部和美國電力研究所，正在積極開發MCFC。美國ERC公司開發的2兆瓦級內部改質型機組發電系統于1996年5月在圣克拉拉開始試驗運行。MC－power公司開發的250千瓦級外部改質型機組發電系統，1997年2月起在圣迭戈開始試運行。

在歐洲，MCFC作為共同項目正在研究開發，取得了一些進展，其主要項目如下：

①高級DIC－MCFC發展計劃(1996-1998年)。荷蘭、英、法、瑞典等國參加研究，歐洲在市場分析、系統開發以及內部改質型機組的開發等方面取得進展。

②ARGE項目(1990年起計劃10年內完成)。德、丹麥參加，并在內部改質型發電系統的開發上取得進展。

③MOLCARE。由意、西班牙參加，并在外部改質型發電系統開發上取得進展。

韓國從1993年起開始開發MCFC，1997年以開發100千瓦外部改質型發電系統為目標，開始了第二階段研究開發工作。

3.固體電解質型燃料電池(SOFC)

作為SOFC開發的基礎科學離子學，其開發歷史很長，日、美、德等國已有30多年的開發史。日本工業技術院電子技術綜合研究所從1974年起就開始研究SOFC，1984年進行了500瓦發電試驗(最大輸出功率為1.2千瓦)。美國西屋公司從1960年起開始開發SOFC，1987年該公司與日本東京煤氣、大阪煤氣共同開發出3千瓦熱自立型電池模塊，在國內外掀起了開發SOFC的。

日本新陽光計劃中，以產業技術綜合開發機構(NEDO)，為首，從1989年起開始開發基礎制造技術，對數百千瓦級發電機組進行測試。1992年起，富士電機綜合研究所和三洋電機在共同研究開發數千瓦級平板型模塊基礎上，還組織了7個研究機構積極開發高性能、長壽命的SOFC材料及其基礎技術。

除此之外，三菱重工神戶造船所與中部電力合作，共同開發平板型SOFC，1996年創造了5千瓦級模塊成功運行的先例。同時，在圓筒橫縞型電池領域中，1995年三菱重工長崎造船所在電源開發共同研究中，采用圓筒橫縞型電池，開發出10千瓦級模塊，成功地進行了500小時試運行，之后又于1996年開發了2.5千瓦模塊，并試運行1000小時。TOTO與九州電力共同開發全濕式圓筒縱縞型電池，1996年起，開始開發1千瓦級模塊。同時，在日本以大學與國立研究所為首的許多研究機構在積極開發SOFC。

美國西屋公司在能源部的支持下，開始開發圓筒縱縞型電池。東京煤氣和大阪煤氣對25千瓦級發電及余熱供暖系統進行的共同測試表明，截至1997年3月，已成功運行了約1.3萬小時，其間已經過11次啟動與停機，千小時單位電池的劣化率小于0.1％，可見其技術已非常成熟。西屋公司除計劃在1998年與荷蘭、丹麥共同進行100千瓦級模塊運行外，為降低制造成本，還在研究開發濕式電池制造技術。美國Allied－signal、SOFCo、Z－tek等公司在開發平板型SOFC上取得進展，目前正對1千瓦級模塊進行試運行。

在歐洲，德國西門子公司在開發采用合金系列分離器的平板型SOFC，1995年開發出10千瓦(利用氧化劑中的氧，若在空氣中則為5千瓦)模塊，1996年開發出7.2千瓦模塊(利用氧化劑中的空氣)。

奔馳汽車制造公司在開發陶瓷系列分離器式平板型SOFC上取得進展，1996年對2.2千瓦模塊試運行6000小時。瑞士的薩爾澤爾公司在積極開發家庭用SOFC，目前已開發出1千瓦級模塊。今后，德國還計劃在特蒙德市進行7千瓦級發電及余熱供暖系統現場測試。

在此基礎研究上，以英、法、荷等國的大學和國立研究所為中心的研究機構，正在積極研究開發低溫型(小于800℃)SOFC材料。

4.固體高分子型燃料電池(PEFC)

日本開發固體高分子膜的單位有旭化成、旭哨子、Japangore－tex等，開發改質器以及電極催化媒體的機構有田中貴金屬、大阪煤氣等。在開發汽車燃料電池方面，豐田制造出甲醇改質型燃料電池汽車(1997年)，同時三菱電機、馬自達也在著手開發汽車燃料電池。

在供電及余熱供暖系統方面，PEFC排熱溫度較低，為70℃左右，在熱利用上有所限制，與其他類型燃料電池相比，目前只開發小型系統。東芝(30千瓦)、三洋電機(數千瓦)、三菱重工和東京煤氣(5千瓦)、富士電機和關西電力(5千瓦)等公司在開發以天然氣和甲醇為燃料的電池系統，同時，三洋電機在開發1千瓦級氫燃料便攜式商品化電源，三菱重工在開發特殊用途(無人潛水艇用)燃料電池。

PEFC主要作為汽車動力電源在開發。但在汽車上燃料的搭載方式各種各樣，有高壓氫、液化氫和甲醇等。這些燃料各具長短，目前還未能確定最適方式。

德國奔馳與加拿大BPS在進行共同開發，它們開發的搭載氫燃料、小底盤汽車在試運行。除此之外它們還共同開發甲醇燃料電池汽車。若在降低成本、提高運行性能等方面再取得一些進展，電池汽車就有望走向市場。

美國克萊斯勒、通用、福特三公司協力合作，計劃到2000年開發出輸出50千瓦、輸出密度1千瓦/公斤的燃料電池。另外，BMW、Rover和西門子三家公司也在開展共同開發。

篇(2)

生物質能不但會搶奪人類賴以生存的土地資源，更將會導致社會不健康發展；地熱能的大規模開發將導致區域地面表層土壤環境遭到破壞，將引起再一次生態環境變化；而風能和太陽能對于地球來講是取之不盡、用之不竭的健康能源，它們必將成為今后替代能源主流。

風力發電

目前，我國已超過美國，成為全球風電裝機容量最大的國家，同時也成為風能設備最大的生產國。隨著國內風電產業鏈日臻完善、研究規模不斷擴大，成本下降非常顯著，競爭力也逐漸增強，但是在產業鏈最上游的新型材料及半導體器件（控制芯片、電力電子器件等）研究方面仍較落后，主要研究工作集中在中下游的風電整機制造、關鍵零部件配套（發電機、電控、傳動系統等）以及并網技術領域。

沈陽工業大學在風電整機制造方面具有很強的實力，是我國最早從事風力發電技術研究的少數高校之一，設置有風能技術研究所，師資力量完善，先后承擔過多項大型橫、縱向課題，成果顯著。其設計的具有自主知識產權的1.5MW風電機組實現了產業化，占據一定的市場地位，產學研結合能力很強。

華北電力大學作為教育部直屬高校中唯一的以電力為學科特色的大學，成立了國內首家“可再生能源學院”，下設風能與動力工程專業，未來還將籌備生物質發電和太陽能利用專業。研究內容以大容量風力發電接入，對電力系統安全、穩定運行的影響為主，主要研究包括：風電場建模與仿真、風能資源測量與評估、風力發電機組狀態監測與故障診斷、風力發電機組只能控制與優化運行、低速風能利用策略與先進風力發電理論，充分發揮了其在電力系統方面的優勢。

重慶大學機械傳動國家重點實驗室，借助其在機械傳動領域的優勢，在風電機組齒輪箱設計、動態特性研究、工作模態測量及制造工藝方面有深入的研究，并且產學研結合。

汕頭大學新能源研究所在大型風電機組空氣動力學、結構強度及結構動力學研究方面頗有作為，自行開發了大型風力機優化設計系列軟件。

浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室對風力發電系統中的液壓技術有深入研究，包括風機制動系統、定槳距控制和變槳距控制等。

同濟大學機械工程學院在風電機組葉片動力學分析、結構優化設計、剛柔耦合系統模型分析方面經驗豐富。

東南大學在風力發電機研究、設計方面走在前列。近期又集合學校優勢學科，建立了風力發電研究中心，致力于以風力發電為核心的可再生能源發電及應用技術的基礎研究。

電控方面，清華大學、北京交通大學、中科院電工所都有很強的實力。清華大學電機工程與應用電子技術系原名電機工程系，歷史悠悠，師資力量雄厚，在風電接入對電力系統影響、風電機組建模仿真、風電變流器設計及控制等方面有深入研究。北京交通大學電氣工程學院早期隸屬于鐵道部，主要服務于我國軌道交通電傳動裝備產業，在大功率電力電子技術領域積累了豐富經驗，研究實力在國內高校處于領先地位。新能源研究所成立后從事大功率風電機組（直驅或雙饋）并網變流器、中大功率光伏發電逆變器、風電機組仿真及主控系統、微網技術研究，產學研結合能力很強。中科院電工所新能源發電技術研究組是國內最早研究風力發電、太陽光伏發電的單位之一，其大型并網風電機組控制及變流技術、變槳距控制技術以及風電場集中和遠程監控技術等較成熟，還有一些特色研究工作包括：風/光互補、風/柴系統及其控制逆變技術、控制逆變技術等。

光伏發電

光伏發電具有系統簡單以及維護方便等特點，應用面較廣，現在全球裝機總容量已經開始追趕傳統風力發電。太陽能發電主要分為并網電源系統和離網電源系統，目前大規模使用的主要是并網系統，一般包括光伏電池組件、光伏逆變器、配電柜、監控系統等。其中光伏電池組件將太陽能轉化成電能，光伏逆變器與風能變流器類似，可以將光伏電池組件產生的不穩定電能變成穩定的電能并入電網。

我國光伏業正處在爆發式增長期，中國大陸和臺灣的光伏電池廠商占全球總電池產量59%的份額。與風電產業鏈類似，除了最上游的化合物、硅片提純、加工外，我國已形成了較完整的光伏產業鏈，包括晶體硅、薄膜電池片及組件加工、光伏逆變器、系統集成、能源投資商等。

國內高校對于光伏系統研究主要集中于工程應用方面，合肥工業大學教育部光伏系統工程研究中心是我國迄今為止唯一的專門從事光伏系統技術研究的國家重要的科學研究基地，掛靠合肥工業大學電氣與自動化工程學院，主要從事光伏組件建模及仿真、光伏逆變器設計及控制、工程化應用等研究工作，產學研結合較好，承擔多個大型光伏電站設計工作。

海外院校

由于新能源行業涉及領域多、范圍廣，以及我國新能源行業開始起步，人才的缺乏已經成為極為突出的問題，國家、社會、高校、企業都在積極努力培養這方面的人才，學生的擇校就業也因此變得十分靈活。同時，也因為剛剛起步，目前面臨的多是工程應用技術類問題，因此我們的相關研究工作主要分布在中下游，從前面的介紹也可以看出，在新能源上游高端領域，由于技術壁壘很高，國內的研究工作相對較少，但是可以選擇留學歐美高校，得到更進一步的提高。

澳大利亞新南威爾士大學光伏研究中心，由有著“太陽能之父”之稱的馬丁·格林教授領導，專注光伏電池的研究，自上世紀80年代起，30年間畢業于新南威爾士大學光伏中心的中國留學生已經撐起了中國光伏產業的半壁江山。如今，在屈指可數的幾大領頭光伏企業中——尚德、中電光伏、英利、賽維LDK都有新南威爾士大學畢業生的身影，其科研實力可見一斑。

在歐洲，各國都十分重視新能源的開發利用。作為生態村理念的首創國，丹麥是能源問題解決得最好的國家之一。早在2006年，我國就與丹麥簽署了“可再生能源”合作項目，國內許多高校分別與丹麥高校開展聯系。丹麥奧爾堡大學能源技術學院在風力發電、分布式發電、電力系統、電力電子及控制技術等領域有深入研究經驗，并且與許多國家和組織開展合作，產學研實力很強。特別是在風力發電領域優勢突出，核心研究領域包括：風力發電機組及風電場的控制與監測、仿真、設計、優化。

隨著新能源技術發展以及各項政策效應的逐步顯現，開發利用新能源的成本將明顯下降，為人類清潔能源利用和產業結構升級帶來歷史性機遇，新能源終將成為今后世界上的主要能源之一。

Tips：新能源材料與器件專業優勢院校

文/南京航空航天大學 郭棟梁

該專業重點是研究與開發新一代高性能綠色能源材料、技術和器件（如通訊、汽車、醫療領域的動力電源），發展“新能源材料”(新型鋰離子電池材料、新型燃料電池材料和新型太陽能電池材料)的學術研究方向。

新能源材料與器件專業設置，主要依托化學化工學院，跨能源科學、材料科學、化學等多個學科，擬培養能掌握新能源材料專業基本理論、基本知識和工程技術技能，掌握新能源材料組成、結構、性能的測試技術與分析方法，了解新能源材料科學的發展方向，具備開發新能源材料、研究新工藝、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料專門人才。畢業生可在化學能源、太陽能及儲能材料等新能源材料領域從事科學研究與教學、技術開發、工藝設計等方面工作，也可繼續攻讀新能源材料及相關學科高層次專業學位。

新能源技術是21世紀世界經濟發展中最具有決定性影響的五個技術領域之一，新能源材料與器件是實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術的關鍵。新能源材料與器件本科專業是適應我國新能源、新材料、新能源汽車、節能環保、高端裝備制造等國家戰略性新興產業發展需要而設立的，是由材料、物理、化學、電子、機械等多學科交叉，以能量轉換與存儲材料及其器件設計、制備工程技術為培養特色的戰略性新興專業。

高校特色：

華東理工大學

以半導體材料技術、化學電源技術、太陽電池技術等為特色。未來就業集中在光伏太陽能、新能源開發和利用以及半導體材料器件的設計、化學電池開發等。

東南大學

依托電子科學與技術大類專業背景，專業內容側重光電子材料及其應用方面，主要針對太陽能材料制備、檢測和應用，可以拓展到生物能等其他新能源。

四川大學

光電功能材料與器件方向，在新型能源材料與技術、化合物半導體晶體材料與制備技術、介電功能材料與制備技術、固體波譜學等方面的研究取得了國內外同行公認的成就。光電信息功能晶體碘化汞和硒鎵銀的研制兩項成果分別獲得（1992年度和2000年度）國家發明二等獎和兩項部省級科技進步二等獎；鐵電薄膜研究獲得一項四川省科技進步一等獎，還獲得兩項部省級科技進步二等獎；薄膜太陽電池研究獲得一項中國高校發明二等獎。每年發表在國內外著名學術刊物和學術會議上的為《SCI》、《EI》所收錄的高水平論文40余篇次。

篇(3)

關鍵詞：壓電；人體踏走；發電裝置

中圖分類號：TM619

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）6-0161-03

1 引言

隨著常規能源的日趨緊張和人們環保意識的日趨增強，節能環保問題日益突出，清潔環保無污染能源的開發與利用倍受世界各國的關注和重視，新綠色能源的研究已成為當務之急。

壓電材料在外力的作用下表面產生電荷的現象，稱為正壓電效應[1]。壓電發電利用此原理將振動的機械能轉變為電能。其優點主要集中在體積小，結構簡單，便于實現及小型集成化以及無電磁干擾等方面。符合當前環保節能，可持續發展的要求，正越來越受到各國研究人員的關注[2，3]。另外，壓電發電可方便與微機電系統（MEMS）結合，為其提供能源，也成為MEMS研究領域的熱點之一。目前，歐美、日本和韓國等許多國家與地區已經對與壓電發電相關的技術展開了深入的研究，并且取得了一定的成果，而國內的壓電發電技術尚處于起步的階段。目前，壓電發電技術主要有以下幾個方面。

1.1 利用車輛或路面振動進行壓電發電

將壓電發電裝置放入如汽車等減震系統或車輛懸掛系統中，利用正壓電效應將震動能量轉變為電能，并加于存儲和利用。或者，將壓電發電裝置作為路面的組成部分或安置于路面內，利用汽車在路面上行駛時產生的振動來發電，所產生的電能經電路調整后可作為道路燈具等使用，或經儲能裝置加以存儲和利用。以色列于2009開放了世界上第一條可發電的公路[4]。

1.2 利用自然環境能量進行壓電發電

利用自然環境能源如海浪（流）能、風能等進行壓電發電。位于美國新澤西州的普林斯頓海洋動力技術公司研制了一種壓電聚合物，并將其放置在海洋中，利用海浪（流）產生的壓力和應力進行壓電發電。美國德克薩斯大學Priya S發明了一種袖珍壓電風車裝置，將風能轉換為電能，為無線網絡供電[5]。

1.3 利用人體動能進行壓電發電

1998，美國麻省理工大學發明了一種足底壓電發電鞋，它的原理是把壓電發電裝置放入鞋底內部，利用人行走時腳對鞋底的壓力，使壓電材料變形從而產生電荷。2010上海世博會，日本館展示了壓電發電地板，行人從上面踩過，該地板可進行發電。2011年，中國科學院上海硅酸鹽研究所研發了類似的國內首塊壓電發電地板，將人們日常行走運動的部分能量轉換為電能[6]。

利用人體動能進行發電的壓電地板，符合當前節能環保的要求，并具有很高的經濟效益，是目前的研究熱點。本論文主要研究一種基于人體踏走的新型壓電發電裝置，該裝置可放置在軌道交通如地鐵、輕軌和商場等具有頻繁人行流量的場合門口，將頻繁人體踏走的動能進行壓電發電，以存儲或供用電負載使用，具有發電節能的效果。

2 總體結構設計

2.1 壓電陶瓷發電特性分析

根據壓電方程，可得單壓電晶體片在d33模式下，其產生的電荷和兩端的電壓為：

為了提高壓電陶瓷的輸出電壓（或電荷），將多個壓電晶體片在物理上串聯連接，電學上串聯或并聯連接，如圖1所示。

從上述式（3）～（6）可以看出，兩種連接方式的總電能是一樣的。對于串聯連接來說，輸出的電荷量大；對于并聯連接來說，輸出的電壓大。為了提高本壓電發電的輸出電壓，本研究采用并聯連接的壓電疊堆。

2.2 總體結構設計

從上述的分析可以看出，壓電陶瓷發電的電壓或電荷與作用力F、晶體片數n成正比，因此，為了提高壓電發電性能，采用多片串聯而成的壓電疊堆。另一方面，人體行走時對壓電疊堆的作用力小且緩慢變化，若此作用力直接作用于壓電疊堆，其發電量小，達不到實用的目標。因此，需要將此作用力M行放大以實現對壓電疊堆的快速沖擊，提高發電量?；谏鲜隹紤]并結合壓電疊堆的結構特點，設計了如圖2所示的基于人體踏走的壓電發電裝置。其中，壓電疊堆1通過粘接固定在底板8上，杠桿架2通過螺釘連接固定在底板8上。

其工作原理為：踏塊5在人體踏走的作用下，向下運動并壓縮支撐彈簧7，杠桿3短臂向上運動并壓縮預緊彈簧4；當人體踏走后，在預緊彈簧4和支撐彈簧7的作用下，杠桿3短臂迅速向下運動并敲擊壓電疊堆1，壓電疊堆1在外力沖擊下產生電能。在頻繁人體踏走的作用下，上述的壓電發電單元不斷重復上述的發電過程，源源不斷地進行發電。

限于結構尺寸，不可能選用大長度的壓電疊堆和采用大放大比的杠桿，故單個壓電發電單元的發電量是有限，其應用場合有限。因此，采用多個壓電發電單元按照串聯或并聯的方式進行連接，制成類似地磚的結構型式，如圖3所示。該裝置可放置在具有頻繁人體踏走的場合門口如地鐵、輕軌和商場等，將人體踏走的部分動能進行壓電發電。與壓電鞋等相比，本裝置還具有發電集中，發電量大等特點。

3 發電儲能裝置設計

利用人體踏走的壓電發電所產生的是低交流電壓，且是隨機不規則變化的，因此該電能不能直接應用于用戶負載，需要經整流儲存后，才能適合外部電子設備等用戶負載使用。另外，由于壓電疊堆在電路上等效于電容，因此當人體踏走的作用力消失后，壓電疊堆產生的電壓隨即消失（放電），因此需要對所產生的電荷進行儲存。綜上，為了有效利用該發電量，需要設計相關電路以實現對壓電發電裝置產生的電能進行能量轉換和存儲。

3.1 電容儲存

壓電發電的電容儲存電路如圖4所示，壓電發電裝置所產生的電量經整流電路后儲存于電容。之所以采用全波整流電路，這是由于其能充分利用交變電的正、負兩個半波，能大大減小輸出電壓的脈動度，有效提高整流效率。另外利用儲能元件電容兩端的電壓不能突變的特性，儲能電容還具有濾波的作用，能濾掉整流電路輸出電壓中的脈動成分，達到穩壓目的。

3.2 電池存儲

由于普通電容容量有限，容易達到飽和電壓。又因為放電速度較快，所以普通電解電容只能作為一種短期的儲能元件提供瞬時的較大功率輸出。而電池能儲存的電荷遠大于電容，電荷保持能力也更勝一籌，所以廣泛應用在各種能量收集系統中。如圖5所示，電池儲能電路將來自壓電發電裝置的電量，經全橋整流電路和電容，儲存到一個鎳氫紐扣電池中。

4 結語

本文利用人體踏走的動能進行壓電發電，設計出了一種壓電發電裝置，并進行了相關的理論分析與設計。該裝置中運用了杠桿放大將人體緩慢踏走的作用力進行放大以實現對壓電疊堆的快速沖擊，從而提高發電量。該裝置所產生的電能經整流電路后儲存于電容或電池以供用電負載使用。該裝置可放置在軌道交通車輛和車站，如地鐵、輕軌，和商場等具有大流量的場合門口，將頻繁人體踏走的動能進行壓電發電，具有發電節能的效果，符合當前節能環保的要求。

參考文獻：

[1]張福學， 王麗坤. 現代壓電學[M]. 北京： 科學出版社， 2002.

[2]Henry A Sodano， Daniel J Inman， Gyuhae park. A review of power harvesting from vibration using piezoelectric materials[J]. The Shock and Vibration Digest， 2004， 36（3）： 197～205.

[3]R君武， 唐可洪， 王淑云， 等. 懸臂梁壓電發電裝置的建模與仿真分析[J]. 光學精密工程， 2008， 16（1）： 71～75.

[4]曹秉剛， 左 賀， 王 麗， 等. 車輛軌道振動能量壓電發電方法及其系統[P]. 中國： 200410073302.8， 2004.

[5]林 玲，劉 輝.壓電發電技術研究應用[J].硅谷，2008，14：120.

[6]Nathan Shenck， Joseph A.Paradiso. Energy scavenging with shoe-mounted piezoelectrics [J]. IEEE Micro， 2001， 21（3）：30～42.

[7]曾 平， 佟 剛， 程光明，等. 壓電發電能量儲存方法的初步研究[J]. 壓電與聲光， 2008， 30（2）： 230～235.

[8]程廷海，王英廷，付賢鵬.定質量分數交變氣體載荷激勵下壓電陣列發電機實驗[J].農業機械學報，2017（2）.

[9]林西強，任鈞國.含壓電片層合板的靜變形控制[J].固體力學學報，1998（4）.

[10]魏雙會，褚金奎，杜小振.壓電發電器建模研究[J].傳感器與微系統，2008（6）.

[11]衛海霞，王宏濤.懸臂梁能量回收裝置壓電片位置與尺寸優化研究[J].壓電與聲光，2016（2）.

[12]賀學鋒，高軍，夏輝露.碰撞式微型壓電風能采集器實驗研究（英文）[J].納米技術與精密工程，2013（3）.

[13]朱莉婭，陳仁文，雷嫻.壓電振動發電機的研究現狀與發展趨勢[J].中國機械工程，2011（24）.

[14]甄龍信，白守松.固支簡支壓電梁振動及發電特性仿真與試驗[J].機械設計，2016（12）.

[15]王 巍，楊智春.垂尾模型壓電控制系統的綜合仿真設計[J].系統仿真學報，2010（3）.

篇(4)

關鍵字：光伏發電；光伏建筑一體化(BIPV)；光伏組件；智能電網

中圖分類號：U665文獻標識碼： A

1.引言

光伏建筑一體化（BIPV，Building Integrated Photovoltaic），即將太陽能光伏電池板鋪設在建筑物的外表面，使輻射的太陽能通過變換裝置轉換為電能，為建筑物及近端負荷提供電能，它是開發應用太陽能發電的一種重要形式。1954年，世界上第一塊實用的光伏電池問世，人類展開了應用太陽能的新紀元。1978年，波斯頓一棟高層建筑上建成了美國歷史上第一個光伏并網系統。隨著國家對發展分布式發電、智能電網和新能源的逐步重視，近年來光伏建筑一體化在我國得到了一定的應用并處于推廣階段。

2.BIPV的基本原理與特點

典型的一個光伏建筑一體化系統如圖1所示，該系統為一戶用屋頂光伏系統，太陽能光伏陣列鋪設在屋頂，其發出的直流電通過初級DC-DC變換器升壓并進行最大動率點跟蹤，然后經過逆變裝置轉化為與電網同頻同相的交流電并網。其發出的電能大多被建筑內負荷的用電設備消耗，多余的電能注入電網，而在光伏發電出力較小情況下，建筑內負荷可從電網取電。據《上網電價法》，一般對光伏發電的上網收購價和民用電進行單獨定價，因此安裝了兩套電能計量裝置，一套用于計量光伏發電總量，另一套計量建筑內負荷的用電量。從優化電源結構配置、提高供電可靠性、提倡節能環保、增加建筑美觀程度等方面，光伏建筑一體化（BIPV）都具有優點，具體而言：

（1）利用光伏發電可以減少二氧化碳和二氧化硫的排放，有助于構建低碳、節能、環保的供用電系統；

（2）光伏組件在建筑物表面，不占用地面空間，這對于人口密集、土地資源昂貴的城市建筑尤為重要；

（3）由于光針電池與建筑材料高度集成，減少了建設和安裝成本，不僅降低了建筑物整體造價，而且增加了建筑的藝術魅力；

（4）光伏建筑一體化（BIPV）主要為近端負荷(多數情況下為建筑內部的用電設備)供電，減輕了負荷對電網的依賴，可以降低供電線路上的輸電損耗，增加供電可靠性；

（5）光伏發電在夏季和白天出力較多，對于工廠、辦公建筑光伏系統，可以利用這一特性起到削峰的作用，緩解高峰用電需求；

（6）建筑表面的光伏電池吸收太陽能并轉換為電能，減少了墻體或屋面得熱，有助于降低建筑室內空調裝置的熱負荷，起到隔熱作用；

（7）光伏發電系統既有直流部分，又有交流部分，有利于結合直流變換技術直接接入目前正在興起的直流微網，為直流負荷直接供電，從而減少變換環節，提高效率。

3.BIPV的技術發展

早期的建筑光伏系統中，光伏陣列通常是通過固定的支架安裝在建筑物的頂部或墻面，僅僅起發電的作用。后來光伏電池與建筑的集成概念越來越深，太陽能電池除了發電以外，還能起到建筑構材和建筑美觀的作用。1991年，德國慕尼黑的一次建筑業界的展會上，旭格公司推出了“光電幕墻”，此后，將太陽能光伏陣列作為建筑構體與建筑藝術的空間構體相結合，德國、日本、美國、西班牙等國家已經建成了大量的光伏建筑一體化系統工程。我國開展建筑光伏一體化于本世紀初期，2004年建設的深圳園博園和北京天普工業園是我國光伏建筑一體化的開篇之作，此后若干BIPV項目開工建設并投入使用，目前我國已經是光伏組件第一生產大國。

經過三十年左右的發展，BIPV技術不斷深化和進步，與建筑集成化的程度越來越高，光伏電池也由早期的單晶硅、多晶硅，發展到現代的薄膜電池、以及與鋼化玻璃集成的光伏陣列?？偟膩碚f，光伏建筑一體化（BIPV）技術的發展經歷了三個階段：

（1）第一代BIPV技術。光伏陣列依靠額外的支撐和固定裝置安裝在建筑物表面，不需要占用額外的土地，但是與建筑本體的集成度低。

（2）第二代BIPV技術。光伏組件與墻、瓦等建筑表面材料合為一體，既作為光電轉換單元發電，又起著建筑表面構成材料的作用。這一集成技術一方面降低了建筑和電站成本，另一方面還能美化建筑外觀。但是由于建筑表面復雜，各個陣列輸出電能互不相同，需要大量的電力電子變換裝置和串并聯連線來滿足供電要求，電氣接線復雜，可靠性不夠高，維護成本大。

（3）第三代BIPV技術。第三代BIPV技術是智能電網技術的主要組成部分，它通過將光伏電池、建筑材料和電能變換裝置等配套系統的有機結合，首先構建高度集成的新型光伏建筑材料，再以此為基本發電單元，輔以先進的數據管理和通信技術，構建建筑集成的光伏發電系統。電能變換裝置被集成到光伏陣列與建筑表面材料中，使其具備抗陰影能力和較強的參數匹配能力，系統電氣連接簡單，具備智能電網要求的即插即用特性。

從光伏建筑一體化（BIPV）的發展歷史來看，BIPV技術涉及材料學、建筑學和電力電子學三個領域的內容。在材料學領域，BIPV技術研究的主要問題為高性能、低成本的適合建筑集成的光伏電池材料及其生產工藝；在建筑學領域，BIPV技術的研究內容包括集成了光伏組件和部分配套系統的新型光伏建筑材料以及集成了光伏發電系統的新型建筑的美學及工程設計問題等；在電力電子學領域，BIPV技術研究的核心問題為系統的能量變換和控制技術。而逆變器作為BIPV發電系統中能量變換的核心設備，對系統的轉換效率和可靠性具有舉足輕重的地位。因此，需要給光伏組件配置相應的電力控制設備(如最大功率追蹤器)，根據光伏組件的運行狀況輸出最大的能量和高品質的電能。

4.BIPV的主要形式

目前光伏建筑一體化應用比較多的是擁有大面積屋頂的建筑，例如會展中心、交通樞紐、大型的商業中心等。事實上，隨著太陽能電池的成本降低，技術的進步和幕墻的結合，光伏建筑一體化還可以應用在公寓、辦公、酒店、道路廣場等方面。BIPV的應用已經從早期的屋頂擴展到墻面、并且產生了光伏遮陽板、采光板、電子樹等多種形式：

4.1.1光伏屋頂或墻體(Photovoltaic proof or façade)。

這是一種最常見的光伏建筑一體化形式，一般是在建筑物建造完成后在其表面加裝光伏發電系統。光伏電池的安裝主要考慮承受的風向應力，并結合當地的地理位置信息確定安裝朝向。常見的光伏屋頂電站就屬于這種形式，它對于光伏電池沒有特殊的要求，使用普通光伏電池即可。

由中國華電新能源投建的上海華電都市型工業園光伏項目1.2MW光伏電站是這種形式的典型應用。整套工程將太陽能面板鋪設在工業園區內鄰近的30個建筑屋頂。電站采用集中并網的模式，建有專門的逆變機房，由6臺55kW的逆變器并聯組成一臺330kW的逆變器，4臺這樣的330kW逆變器組成1.2MW變換裝置，一共并聯了24臺逆變器，再共用一臺變壓器并入10kV工業配電網。

4.1.2光伏采光屋頂(Roof-integrated photovoltaic)。

這是一種光伏電池與建筑材料高度集成的應用形式，光伏電池安裝在建筑物的頂部，不僅需要起到光電轉換的作用，還要兼顧建筑物的采光性能，同時作為建筑材料承受應力。因此對于光伏材料的要求較高，應用最廣泛的是鋼化玻璃夾層結構和中空結構，他們都是將光電轉換單元夾在玻璃種，后者在玻璃之間留有一定的間隙，起到一定的隔聲和絕熱的作用。

由鐵道第三勘察設計院設計的北京南站采光頂光伏建筑一體化發電項目，主體建筑及站臺采光頂采用帶光伏發電的透光材料，在半數的采光帶內集成了裝機容量為350kW的光伏電池，總面積約6700平方米。該建筑還同時實現了候車廳及站臺的自然采光，吸收光能發電的同時營造出了舒適和諧的室內光環境。此外，德國的柏林火車站、我國的青島火車站等交通樞紐也采用了這種建筑光伏一體化的方式。

4.1.3光伏冪墻系統(Façade-integrated photovoltaic)。

它可以應用在朝向較好、且有大面積幕墻的公寓、辦公、酒店等建筑上。隨著薄膜太陽能電池的應用，太陽能電池與玻璃幕墻結合得越來越完美。傳統幕墻的很多表現形式可以用光伏幕墻來代替。光伏冪墻可分為不透明冪墻和半透明冪墻。前者多采用單晶硅或多晶硅光伏電池，發電效率較高；后者可采用非晶硅薄膜電池或調整光伏電池單體的間隙來調節透光度，價格較低。

2007年，我國在上海崇明前衛村建成了兆瓦級10kV集中并網型太陽能光伏電站示范工程。建設總容量為1051kW，總共敷設了普通單晶硅電池組件、普通多晶硅電池組件、HIT(非晶硅錯混合型異質結) 復合單晶硅電池組件、建筑一體化瓦片型、幕墻型等多種類型的光伏組件共7786m²左右。系統由33個相對獨立的子系統組成，每個子系統分別由光伏組件、逆變控制器等組成。每個逆變器帶3-24組不等的光伏組件，容量由4-42kW不等。逆變器400V輸出，用變壓器升壓至10kV并網。

4.1.4光伏遮陽板(Shadow photovoltaic system)。

這是光伏組件與建筑物的遮陽結構進行集成的一種形式，它具有吸收光照充分、有效降低建筑內部受熱、節省建筑材料成本的作用。在許多地區，因為氣候和節能的因素，遮陽被廣泛應用在建筑元素上。如果這些遮陽板上安裝太陽能電池，則是新能源、功能和藝術的合，可以應用在任何需要遮陽板的建筑上。

臺北淡水公交樞紐中心的站臺遮陽頂采用了光伏遮陽板，總共在公交樞紐站臺頂部遮陽板中集成安裝了10kW的光伏電池，并使用墻掛式逆變器并網，主要為公交樞紐的廣告牌、信號指示裝置供電。遮陽板不僅起到了減少公交樞紐站臺日光直射的作用，而且還將其轉化成了電能，同時其透明的外觀設計還增加了建筑美感。

4.1.5電子樹(Photovoltaic tree)

它以鋼結構模仿樹枝的形態，支撐頂棚，而頂棚部分采用太陽能電池板，可以模擬樹葉在陽光下斑駁的陰影效果，適用于廣場、園林、人行道等地區，實現這樣發電兩不誤的效果。

5.BIPV的一些問題

經過幾十年的發展，太陽能光伏組件生產企業通過減少耗材、提高光伏電池的光電轉換效率，大大縮短了光伏系統的投資回收期；另外，光伏電池的成本也持續下降并保持了繼續下降的趨勢，光伏電池的形式也從傳統的單晶硅、多晶硅發展到薄膜電池、與建筑材料一體化的光伏建筑一體化瓦片型、幕墻型光伏組件；同時，國家實施了《可再生能源法》，“太陽能屋頂計劃”，“金太陽工程”，財政部和住房建設部聯合對BIPV項目進行補貼，促使近年來BIPV在我國開始蓬勃發展。

但是，由于技術和政策方面的原因，仍然有一些不利因素阻礙著BIPV的推廣，同時BIPV項目推廣中也出來了一些新的問題需要解決，主要體現在：

5.1.1光照不均引起的多峰值問題

對于建筑的表面，為了最大程度的接受光照，不同部位的光伏電池最佳傾角不盡相同，同時由于陰影遮擋等因素，各處的光伏陣列外特性不盡一致，其組合產生的功率輸出曲線是一條多峰值曲線，而變換器采用常規的最大功率點跟蹤方法無法尋找到全局最大功率點。

5.1.2熱斑效應威脅

同樣是受光不均或部分遮擋情形下，此時受光較低的部分相當于負載，隨著熱耗的增加將產生大量的熱量，形成局部熱點，即熱斑效應。某些光伏電池受到高溫、高反壓和高功耗綜合作用可能會發生永久性短路甚至燒毀。據國際電工技術委員會（IEC）統計，2009年上半年，歐洲已發生10余起光伏電站起火事故。右圖為2009年7月德國Buerstadt屋頂光伏電站陣列起火現場，造成事故的主要原因就是熱斑效應積累、電弧、以及開關頻繁啟動等。嚴重的是，由于光伏陣列高壓帶電，滅火困難。

5.1.3發電量受眾多因素影響小于預期

光伏陣列的輸出特性與運行溫度密切相關，隨著溫度升高，短路電流略為增加，開路電壓大幅度降低，最大功率點的電壓降低，最大輸出功率也降低。需要指出的是，BIPV光伏陣列表面溫度遠高于氣溫，且難以測量，在此條件下其發電能力大大降低。右圖為BIPV光伏電站在高溫的夏季某天的輸出功率隨時間變化的情況，光伏陣列溫升過高導致其出力大幅降低，在太陽輻射最強的時間段內，系統卻不能有效發電。此外，逆變器與陣列的匹配，陣列的污垢也將導致出力降低。

5.1.4電能質量與電網接納

光伏發電并網逆變器容易產生諧波和三相電流不平衡等問題，同時輸出功率不確定性易造成電網電壓波動和閃變。目前諧波問題是制約光伏并網的最主要問題之一，并且在光照較弱的條件下更為嚴重。浙江某一250kW屋頂示范工程在10kV接入、400V接入、220V接入系統中，都檢測到諧波電流總畸變率偏高的問題，且實測最大功率變化率為每分鐘達20％。

5.1.5建筑美觀性與光伏發電協調問題

由于BIPV光伏組件的安裝受建筑屋面朝向影響，BIPV施工中要防止相同功率不同朝向、不同形狀、不同規格的太陽能電池組件串聯在一個回路中，造成功率不匹配，導致發電效率降低。同時由于建筑外觀的多樣性，為了獲得較高的太陽能轉換效率同時又兼顧建筑的外形美觀，所以太陽能電池板安裝也具有多樣性，但是建筑物的外表面有可能是由一些大小、形狀不一的幾何圖形組成，這就會與建筑美觀存在一定的矛盾，需要設計師將其巧妙地融入一體化設計中，達到與建筑物的完美結合。同時，光伏組件的顏色 形狀 布局等也要與建筑物相協調。

6.前景與展望

隨著能源問題的日益嚴峻，人類對利用可再生能源的探索已經開始并取得了重大成效，太陽能是一種豐富、清潔的能源，BIPV以其特有的優勢已經成為就近分布式發電的重要形式。雖然目前由于價格、法規、政策和技術方面的一些制約，BIPV在短期內還難以大規模商業化普及，但是隨著光伏組件成本的持續降低、光伏發電技術的不斷革新，以及智能電網和微電網的階段性建設，在節能和環保的雙重壓力下，BIPV在未來幾十年內得到廣泛推廣是大勢所趨，光伏發電技術也是人類走可持續發展道路的必然選擇。

參考文獻：

[1] 張, 李小燕. 光伏建筑一體化(BIPV)的形式及其應用. 2010年建筑環境科學與技術國際學術會議論文集.2010.

[2] 董毅. 基于美觀性的光伏建筑一體化應用研究. 華中建筑, 2010(5).

[3] 蔣阿華. BIPV光伏玻璃組件介紹. 第十屆中國太陽能光伏會議論文集. 2008.

[4] 張鳴; 蔡亮; 虞維平. BIPV系統經濟性分析. 應用能源技術. 2007(11).

[5] 趙爭鳴, 雷一, 賀凡波 等. 大容量并網光伏電站技術綜述. 電力系統自動化, 2011(12).

[6] 候國青，吳轉琴，劉景亮 等. BIPV與綠色建筑. 陽光能源, 2010(12).

篇(5)

盧文倩，（1992.07-），女，河南洛陽人，鄭州大學土木工程學院2010級本科生，建筑環境與設備工程專業

摘 要：零能耗太陽能房是實現節能減排的重要途徑，作為夏熱冬冷地區的河南省中南部有其獨特的優勢與發展需求，在這一地區應用零能耗太陽能房的節能及經濟效益將不可估量。

關鍵詞：零能耗太陽能房；節能減排

1.前言

目前，我國建筑能耗約占全社會總能耗的1/3，其中使用最大的能耗是采暖和制冷，在建筑的生命周期內有一半民用建筑的運行能耗約占70%～80%，而零能耗太陽能房（Zero Energy Solar House，簡稱ZESH）可以實現運行無外加能耗，具有明顯節能優勢。河南作為中部崛起的中堅力量，其未來的建筑能源消耗將會非常巨大，在該地區應用零能耗太陽能生態房將會有非常樂觀的成效。

2.ZESH

ZESH是利用太陽能光熱、光電技術達成全年零運行能耗的建筑。它按照全年均衡弱季最大輻射量優化原則，將太陽能光伏發電技術、光熱利用技術與建筑巧妙地結合在一起，為建筑提供能量，并配合其它太陽能產品創造出舒適的居住環境（下圖為一種構造）。

它能夠不消耗任何外來能源為住宅提供電能、熱能及冷氣等現代生活必需的能量。在長期陰雨時期，由風能、地熱能、生物質能（沼氣）等補充，其能耗標志為零。

ZESH在國外已經有了一定規模的應用，尤其是在德國、美國等地深受歡迎。該技術已經引進，便受到國內廣大房地產商的追捧。

3.應用分析

3.1應用優勢

（1）太陽能資源豐富。該地區屬于太陽能資源中等類型地區，全年日照時數為2200～3000h，年太陽能輻射總量為5000～5850MJ/m2，相當于日輻射量3.8～4.5KWh/ m2 ，和170～200Kg標準煤燃燒所發出的熱量，具有利用太陽能的良好條件。該地房屋結構大部分為中低層，采光較好。

（2）節能優勢明顯。在黃河以南地區按原規定不集中供暖，然而該地區屬于夏熱冬冷地區，冬季十分寒冷。目前該地區多采用烤火取暖、空調采暖，不經濟也不安全。應用ZESH將直接解決幾千萬人口的取暖問題并降低養房成本。

隨著技術的的進步和成本降低、秸稈屋頂等生態建材的使用，ZESH的成本返還時間有望控制在20～30年。

（3）在一定水平的太陽能市場基礎上，ZESH成為必然趨勢。河南省太陽能市場以50%以上的速度增長，太陽能熱水器的使用普遍，被動式太陽能房在農村應用也很廣泛。

另一方面，根據2013年河南省太陽能市場調查結果顯示，在黃河南部的信陽、周口、南陽、平頂山等地太陽能熱水器市場均有較大規模的占有量，然而，在近兩年來卻都遇到了發展瓶頸。產品性價比較低、售后服務不完善是其主要原因。從深層次分析，建筑是一個復雜的系統，一個完整的統一體，而后置于建筑之上的太陽能必然會對這個整體的外觀形象、內部結構、設備材料等造成損害。另外，太陽能熱水器的使用壽命一般偽15年，而建筑壽命至少為50年，這就意味著一個建筑要經歷幾代熱水器的安裝拆卸。大量的水線、電線、智能系統嵌入到房屋承重墻體中勢必會降低建筑的安全性。要解決這個問題，就必須要將建筑與太陽能設備組為一體進行設計，發展ZESH。

（4）方便與生態建材相結合。河南作為農業大省，擁有大量生物質資源。沼氣等可再生能源不僅能與太陽能配合，提升ZESH的可靠性，還受到國家補貼。秸稈等季節性農村生物質廢棄物在當地就可直接收集，不需長途運輸，節約成本。

尤其是秸稈增強水泥發泡屋頂總重量遠低于傳統屋頂，減輕建筑承重荷載，隔熱性能也由于傳統材料，結構簡單，維修方便且便于與各種集熱器、太陽能電池系統相結合。

表3-1 農作物秸稈增強水泥發泡屋頂與傳統屋頂板有關性能對比

材料的有關性能100mm混凝土圓孔板+20mm水泥焦渣+100mm加氣混凝土+20mm水泥砂漿+油氈5層150mm加氣混凝土+50mm架空空氣層+常規屋頂面結構200mm加氣混凝土+50mm架空空氣層+常規屋頂面結構100mm混凝土圓孔板+20mm水泥焦渣+50mm再生聚苯板+20mm水泥砂漿+油氈5層農作物秸稈增強水泥發泡屋頂板+20mm水泥砂漿（或防水卷材）

屋頂板厚度/mm250250300240120

屋頂板質量/（kg/m2）330190225310100

傳熱系數[W/（m2 ?k）]1.010.90.870.840.625

價格（估計）傳統屋頂價格適中新材料屋頂價格較高新材料屋頂價格較高新材料屋頂價格很高生態建材屋頂價格適中或稍低

（5）時代機遇。十二五期間的新農村建設為河南帶來了了新的機遇，各種鼓勵政策的出臺為農村建設提供資金、政策、技術支持。河南農村建筑多為坐北朝南型，方便進行ZESH的改造。

中部崛起戰略在政策上為ZESH提供可能。2008年1月1日起全省所有市縣開始全面執行《河南省居住建筑節能實際標準》DBJ41/062-2005，提出的建筑節能的新標準，要求提高太陽能、水能、風能等可再生能源在整個能源利用結構中的比重，加大太陽能光熱、光電技術、地源和水源熱泵技術研究，推進可再生能源與建筑一體化的應用。

3.2待解決的問題

設備的使用壽命與建筑難以統一，一旦設備損壞，由誰來維修，采用怎樣的技術，費用等都待商榷。

其投資成本較大，只有在長期運行的情況下才能顯示出經濟節能優勢。面對房價貴、住房難的殘酷現實，多數人不會選擇成本太高的住房。該技術在我國還很年輕，仍有很大提高完善空間。

3.3發展策略

首先建筑人員需要深入到該地區，考察原有建筑情況、能源利用方式、水文地理條件等，結合實際將ZESH應用于實踐。其次，太陽能概念產品仍需政府的支持對太陽能清潔能源的倡導將會引領群眾和商家的選擇；另外，補助的力度應該隨著經濟發展水平逐步提升，一旦減少了產品的成本，選擇ZESH的人便會增多。最后，太陽能需要擁有一個穩中求進的商品市場。

實際應用時，推薦先選擇信陽、南陽東部等地，這里交通便利、能源豐富、發展底子好。先從市郊小別墅區起步，這里的居民一般都負擔得起ZESH的成本，由于地處城市農村交界，各種原材料、勞動力都易低價獲得。然后再逐步向城市以及農村擴展。

4.結論

ZESH在中國剛起步不久，充滿著活力，適宜的條件決定了它在河南中南部的發展優勢。在此發展ZESH前景廣闊，這也將為節能減排事業做出重大貢獻。（作者單位：鄭州大學土木工程學院）

參考文獻

[1] 徐偉，鄭瑞澄，路賓，太陽能建筑應用發展見就報告，北京：中國建筑工業出版社，2009.7

[2] 龍惟定，武涌，建筑節能技術，北京：中國建筑工業出版社，2009.8

篇(6)

關鍵詞：電力企業 科研機構 運營管理 創新機制

引言

陜西省地方電力（集團）有限公司配電網研究中心（以下簡稱中心）成立于2010年1月，是集團公司直屬機構，定位于公司進行配電網技術研發、應用技術推廣和技術支持的基地。中心的建設目標是通過提高電網技術水平、科技進步、提高經濟運行水平，從而增加集團公司的核心競爭力。

2012年2月，中心立項開展運營管理創新機制研究，根據集團公司對配電網研究中心的功能定位，圍繞企業化科研機構及科技服務中介機構兩大職能，探討包括管控體制及運行機制的制度創新框架，建立起適應經濟發展的科研機構新制度，推動配電網研究中心成為政企分開、產權明晰、責權明確、管理科學的新型實體，并具有決策機構、運行管理機構、監督機構相互分離的制約體制；實現既有利于科技研究與發展，又有利于科技成果轉化和應用，結構優化、布局合理、廣泛協作、公平競爭、充滿生機的目標。

1.實施背景

（1） 國家戰略引導

黨的十報告提出“實施創新驅動發展戰略”，加快建設國家創新體系，著力構建以企業為主體、市場為導向、產學研相結合的技術創新體系。集團公司作為國有大型骨干企業，肩負著重大的經濟責任、社會責任和政治責任，在國家創新體系建設中具有舉足輕重的地位。作為集團公司技術創新的重要載體，中心運營管理創新機制建設對提升集團公司自主創新能力，增強核心競爭力有重要意義。

（2） 省內政策要求

近年來，陜西省提出了一系列增強企業科技創新的政策和要求。省委、省政府和省國資委出臺了關于加大科技投入和研發投入的有關規定，要求省屬企業不斷加大科技投入和研發投入力度，為企業增強科技創新能力，實現又好又快發展提供重要支撐。中心要切實按照省內政策要求，保證科研項目穩定有序進行，確保年度科技經費落實到位。

（3） 市場競爭驅動

集團公司所處的配電網行業存在激烈的市場競爭，要確保供電可靠性、電能質量、綜合線損等關鍵技術指標走在前列，必須依靠科技進步。以供電可靠性為例，必須在連續供電上下功夫，要求10kV主網架采取雙回路或雙電源供電，同時，為縮短事故情況下備用電源投入的操作時間，需要加裝備用電源自動投入裝置，將人工操作交由自動裝置完成，以縮短停電時間。市場競爭為科技進步提出了客觀需求，這也是中心作為研究機構，實施科技創新的重要驅動力。

2.運營管理現狀分析

2.1 中心概況

中心是集團公司為了提高企業核心競爭力，于2010年1月成立的集團公司直屬機構，是公司進行配電網技術研發、應用技術推廣和技術支持的基地。中心自成立以來，逐步建立了適應集團公司科技創新發展的軟硬件條件，具備了開展高水平、創新型科研項目的平臺。

中心屬于科技型、研究型部門，從建立以來得到了很大的發展，伴隨智能電網建設，以及市場競爭的不斷深化，也面臨著嚴峻的挑戰，主要表現在以下幾個方面：

（1） 缺乏全面的創新戰略

對所面臨的外部環境對中心的影響認識不足，忙于繁冗的事務性工作，對企業的科技發展方向和戰略研究不足。電力體制改革的進一步深入，配電網行業競爭的不斷加劇，以及市場結構的細分化、多樣化，必將影響中心的未來發展。

（2） 對科技創新的認識不足

表現在中心缺乏長遠的戰略布局和清晰的科技發展規劃。一些員工滿足現狀，創新動力不足，自主創新沒有真正成為企業發展的原動力。

（3） 科技管理體制機制不健全

中心科研組織機構不完善，研發平臺還不完善，產學研相結合的發展體系尚不成熟，科技項目立項缺乏針對性、延續性和整體性，項目管理機制不健全，科技工作考核評價不到位。

（4） 具有自主知識產權的科研成果比例不高

已有創新成果中，集成創新、引進消化再創新成果較多，原始創新成果比例較低，關鍵技術自給率低，缺乏產品集成的技術優勢和二次開發能力，核心競爭力不強。

（5） 具有實踐經驗的科技人才缺乏

中心現有科研人員中，具有工程經驗的人員較少，高層次、復合型人才嚴重缺乏，在國內國際有影響力的科技領軍人物、學科帶頭人匱乏。

上述問題表明，實現中心創新發展，不斷提升科技創新質量和水平，增強中心創新能力的任務仍十分艱巨。

2.2 中心所處宏觀環境分析

宏觀環境的分析一般采用PEST模型，即對政治（Political）、經濟（Economic）、技術（Technological）以及社會（Social）這四種影響企業發展的外部環境因素進行分析。企業需要適應宏觀環境的變化，而外部宏觀環境可以直接、間接或潛在地影響企業，通過對宏觀環境的分析，中心可以發現新的發展機遇，預測未來可能面臨的威脅，為戰略決策提供依據。

（1） 政治環境

國家的能源政策為電力行業的發展提供了政策支持?！吨袊哪茉礌顩r與政策》白皮書指出：“中國已經初步形成了煤炭為主體，電力為中心，石油天然氣和可再生能源全面發展的能源供應格局，基本建立了較為完善的能源供應體系”，在今后的能源政策中要積極發展電力行業，并指出電力是高效清潔的能源，著力發展新能源，建立經濟、高效、穩定的電力供應系統是保證國民經濟和社會穩定發展的基本要求。作為電力企業研發機構，中心將受益于國家能源政策以及創新驅動發展政策的支持。

（2） 經濟環境

“十一五”期間，國家穩定的經濟增長為集團公司的高速發展創造了機遇?！笆晃濉逼陂g陜西GDP增速高于全國水平，奠定了電力行業發展的基礎，陜西工業經濟比重也大幅度增長，使得電力需求更加旺盛。同時，集團公司營業區域內，石油、礦產資源開發步伐加快，帶來了用電負荷的直接增長，為電力供應、電力工程設計、監理、施工和多元化投資等相關業務帶來了良好的發展機遇?？傮w而言，電力是國家的基礎產業，只要經濟增長，電力需求必然增長，經濟發展對電力產業的發展依然是機遇大于威脅。

（3） 技術環境

隨著我國綜合國力的不斷壯大，科技創新能力也在不斷增強。新能源發電技術為集團公司帶來了發電業務發展的機遇，同時智能電網技術發展也將進一步推動集團公司配電網研究和應用的水平。電力系統與信息技術的加速融合，技術引進力度和二次開發能力的不斷提升，進一步推進了智能電網的發展。

（4） 社會文化環境

社會文化環境的變化對整個行業的影響不容忽視。經過改革開放多年來的積累，人民物質生活水平和生活質量有了較大的提高，消費意識和生活方式也向更高檔次轉變，家用電器逐漸普及，為電能消費增長奠定了社會基礎。

2.3 中心SWOT分析

SWOT是一種用來確定組織本身的競爭優勢、競爭劣勢，機會和威脅的分析方法，目的是將組織的發展戰略與組織擁有的資源、所處的環境有機結合。因此，清晰地認識組織的資源優勢和劣勢，明確組織所面臨的機會和挑戰，對于制定組織未來的發展戰略有著至關重要的意義。

（1） 競爭優勢

主營業務收入的持續增長為集團公司的多元化發展提供了資金保障，研發投入持續增加；集團公司經營水平，運營能力持續增強。作為集團公司直屬研發機構的配電網研究中心具有科技研發投入充足、集團內市場廣闊的優勢。

（2） 競爭劣勢

集團公司處在多元化發展的初級階段，中心的科研管理體制有待健全，依賴內部市場較強，外部市場開拓不足；人力資源總體綜合素質不平衡，人才結構需要進一步優化升級。

（3） 機會

國內經濟保持平穩較快增長，陜西區域經濟增長超過全國平均水平；研究中心可以利用的機會來自于：國家能源政策以及電力行業政策利好，如輸配分開、智能電網、新能源的利用都帶來發展機遇。

（4） 威脅

經濟增長過程中出現的不穩定因素，特別是短期經濟波動的影響；國家政策的改革例如電力體制改革，輸配電價格等帶來的政策上的不確定性；市場競爭的進一步加劇，集團內市場面臨開放的挑戰。

2.4 分析結論

基于PEST模型，對中心所處的宏觀環境進行了分析，認為中心主要業務處于有吸引力的行業。特別是近年來國民經濟的高速增長，給電力行業帶來超常規發展，未來國民經濟仍將保持一定的發展速度，因此，電力行業的未來仍有很大的發展空間，電力行業內的研發機構仍將受益。

應用SWOT分析法，對中心發展戰略要素進行了綜合分析和評估。通過對中心面臨的宏觀環境、行業環境和競爭結構分析，認為中心面臨的機會大于威脅，應充分利用外部環境所帶來的發展機會，同時盡量回避短期經濟波動帶來的威脅，使自身得到良好的發展。

3.運行管理創新機制建設

配電網研究中心作為引領集團公司科技創新的前沿部門，不僅肩負技術研發的重任，還具有技術成果轉化與應用的職能。這就要求中心在履行集團公司行政職能的同時，逐步調整發展模式，從以下五個方面，開展運營管理創新機制建設。

3.1 建設原則

緊密圍繞集團公司科技發展需求，以建設“多指標自趨優”的智能配電網為目標，通過原始創新、集成創新、引進消化吸收再創新等形式，攻克配電網安全穩定運行中急需解決的關鍵問題，以促進集團公司發展，為集團公司領導提供決策支持，為生產經營部門及各分公司提供技術支持為核心，通過配電網研究中心的發展與綜合實力的提高，全面增加集團公司核心競爭力。

3.2 科研管理

根據集團公司發展戰略及電力行業發展方向，中心充分發揮自身科技與人才優勢，在加強研究行業基礎技術、關鍵共性技術的基礎上，積極加強基層單位的聯系，分析基層單位的需求，面向集團公司的需求，發揮技術儲備及科技優勢，開展項目課題的研究。以集團公司科技創新的需求為起點，支持集團領導決策，支持基層科技進步為重點，占領配電網科技領域前沿為目標，重點是落實科研項目課題管理制度，以課題為依托，推動中心發展。

（1）實行項目課題申報預答辯制度

項目是戰略成功的基石。不論國內或國外，任何國家層面的戰略規劃的實施和創新活動，都是以項目為載體，保證每個項目的成功執行，就保證了總體戰略的成功。中心的自有項目及與高校、科研院所、行業企業合作項目在申報前由各申報人提交中心領導及專家技術委員會，由委員會組織相關學科專家進行預答辯，答辯通過的項目才允許上報。經過不斷的修改、充實、完善，不但提高了申報項目的技術水平，確保了所申報的項目課題具有創新性、前沿性、可行性、經濟性，符合集團發展戰略及行業發展方向。

（2）加強對項目管理的落實，實行項目負責人制度

按照集團公司相關管理辦法及中心科技項目管理原則，由項目負責人與中心簽訂合同，實行項目負責人制。項目負責人應加強進度、質量、資金控制，確保按合同期限實施。通過每個階段課題實際執行情況和預期目標的對比，不斷調整完善實施計劃和管控措施，逐步實現向預期目標的逼近。

除中心自有項目經費由中心直接管理外，合作項目經費由中心派出項目管理人員負責統籌安排使用，重大開支報中心領導及專家技術委員會評議，批準通過方能實施。確保項目經費?？顚Ｓ茫瑫r可以調動項目參與人員的積極性與主動性。

（3） 研發活動實行“項目進度跟蹤考核制”

項目中的一切活動都是互相聯系的，協調并進、構成整體，也需逐步補充、修改、完善。項目一經立項，在研項目就實行“項目進度跟蹤考核制”。由中心領導及專家技術委員會根據合同規定的實施計劃，進行分階段檢查、考核，明確每個項目每個成員的工作任務，完成時限，根據考核情況形成個人績效，反映在個人薪酬中。

3.3 技術研發

根據集團公司科技發展及中心現狀，科技研發工作主要以自主創新與協同創新為主。

（1） 立足自主創新

自主創新由中心立足自身在物力、人力、財力方面的優勢，通過對集團未來發展方向與基層需求以及配電網行業發展的前沿的掌握，利用各種實驗平臺，進行新技術的創新性研究，合理性、可靠性驗證，二次開發等工作，從自動化系統及設備、信息與通信系統、配網調配用一體化等方面重點突破，抓住配電網重點技術，獲得多項科技成果。

（2） 重視協同創新

中心通過創新資源和要素的有效匯聚，突破創新主體間的壁壘，與高校、企業、科研院所無縫搭接，充分釋放彼此間“人才、資本、信息、技術”等創新要素活力而實現深度合作。中心實施的協同創新主要面向智能配電網行業產業建立協同創新聯盟，特別是與行業骨干企業強強聯合，以培育戰略相關新興產業和改造傳統產業為重點，支撐行業產業發展的核心共性技術研發和轉移，優勢互補，共同推進行業發展。在集團公司的領導下，中心分別與清華大學、西安交通大學合作建立了兩個院士工作站，一個國家能源重點實驗室。

3.4 人力資源

（1） 重視人才培養

根據人才隊伍現狀，中心制定了合理的人才培養方案。目前中心擁有集團總工程師1名，博士4名，碩士6名，人員學歷高，能力強，配置基本符合工作要求。中心根據每名博士的專業研究方向，分別配置兩名碩士組成學科梯隊。針對中心新進人員主要采取以下措施進行培養：按照集團公司對高學歷人才“會做小事，能干大事”的要求，培養其踏實做好日常工作，認真完成科研工作；集團公司高水平人才與新進人員簽訂拜師協議，通過高水平人才的傳、幫、帶，使新進人員迅速成長起來；對新進人員進行綜合培養，力爭培養成復合型人才，兼具科研能力與項目管理能力；鼓勵人才繼續學習，在職深造。

（2） 加強人才激勵

提高知識型員工的工資、福利待遇。對科技型企業的知識型員工來說，薪金是衡量自我價值的尺度；提供一份與工作成績和生產率掛鉤的報償。把員工的貢獻收益與企業的發展前景緊緊捆綁在一起。中心建立了有效的知識產權保護機制，保護知識產權的載體――人，對其有控制權、轉讓權和因其使用而有所獲得的收益權。從而保護知識資本投資的高收益，鼓勵更多的創新與發明，發揮知識型員工對企業發展和國民財富增長的巨大作用；建立知識獎懲機制，員工的績效具體化為員工愿意接受的收益，對不能實現企業知識管理目標的員工進行處罰。

（3） 創新用人機制

首先中心繼續深化專家隊伍建設，聘請高水平專家組成專家委員會，指導中心科研方向，同時幫助中心培養人才，完善人才梯隊建設；其次，新進人員除了應屆畢業生，還應該重點招聘擁有工作經驗的工程人員。應屆畢業生具有可塑性強、學習能力強、接受新事物快的特點，但是實際工作經驗匱乏，適合長期培養和發展；擁有實際工作經驗的工程人員具有適應周期短，見效快的優勢。

3.5 創新文化

中心作為集團公司直屬機構，要將集團公司“光譜文化”落到實處，在日常工作中普及運用“光譜文化”。企業文化和企業的戰略管理緊密聯系，企業文化支撐企業戰略發展。優秀的企業文化將極大地促進企業的發展，反之則消弱企業的組織功能。企業文化是組織成員所共享的理念和行為方式，引導著企業戰略的確立，也是企業發展戰略實施的重要手段。中心文化作為企業文化的一部分，應該緊密的與企業文化相結合。

中心作為科研機構，應該具有科研機構的文化特征。主要體現在做事務實不務虛，每項工作都落到實處，任務落實到人，計劃落實到日。培養員工的團隊精神。科學研究不僅是個別天才思想的閃光，更是無數科研工作者共同努力創造的成果。因此要以團隊合作為部門文化的重要組成部分。

4.創新機制實施效果

在上述創新機制與措施的支持下，中心立足自有人才資源，精益管理，高效運作，與國內外電網企業、科研機構、制造企業廣泛合作，先后完成了智能電網規劃、智能配電網指標體系、風電場接入對電網穩定性的影響等研究項目，彰顯了創新機制的實施效果。

（1） 組織制定智能電網發展規劃

在集團公司領導下，組織制定了智能電網發展規劃，以建設具有“多指標自趨優化”能力的配電網為智能電網建設的終極目標，其智能電網規劃時間范圍為2011年到2023年，規劃內容包含網架、調度、變電、配電、用電、通信、相關研究等關鍵環節建設，以及涇渭和榆林兩個試點區域的建設方案，包含22大類105項工程項目及研究課題。

（2） 完成智能電網基礎理論研究

從系統論的角度，重點研究以“多指標自趨優”為核心內涵的智能電網基礎理論及其前沿技術。從分析利益相關各方對電網的需求出發，從安全穩定性、優質性、經濟高效性、環保節能性等幾個視角，建立智能配電網的指標體系，作為智能電網優劣的重要考核指標和建設成果評估的參考標準。與清華大學共建智能配電網研究中心，就智能電網調度系統、智能變電站系統、智能配電系統、智能量測系統、分布式新能源和新能源接入技術等方面的20余項課題展開合作。

（3） 開展智能電網應用技術研究

在應用研究層面，關注智能電網建設的各個環節，研究適用于智能電網運行環境的設備產品和控制系統，包括智能調度、智能電表、智能配電自動化、智能開關以及智能變壓器等。為了滿足智能電網驗證與測試的需要，研究中心與西安交通大學共建國家能源先進電網與裝備可靠性及壽命評估重點實驗室，開展相關技術標準制訂、智能電網關鍵設備評估鑒定工作。搭建智能配電網驗證與測試平臺，開展智能配電網自動化功能、通信功能、調配一體化、配用一體化及調配用一體化系統功能的驗證與測試，為智能配電網產品檢驗以及工程項目驗收提供支持。

（4） 籌建智能配電網示范工程

參與籌建了智能配電網示范工程，包括可再生能源集中與分散并網工程（配電網智能調度系統工程），智能配電工程（調配一體化工程、配網自動化工程），智能用電工程（智能小區工程）。

（5） 形成具有自主知識產權的科研成果

配電網研究中心成立以來，科技工作取得了豐碩成果，承擔省部級課題6項，集團公司課題20余項，申請專利8項，其中發明專利4項，授權實用新型專利3項，在國內外學術會議、期刊30余篇，其中，EI索引論文2篇，獲獎論文4篇。在科研成果轉化方面，《寧陜縣龍筒線、龍鋼線及關沙線35KV線路防雷技術研究與實施》、《寶雞供電分公司縣級配電網統一數據采集系統》均取得了顯著效果，有效提升了配電網運行的安全性和穩定性。

5.結論

本文對配電網研究中心運營管理創新機制進行了研究。首先，分析了中心的發展現狀和發展過程中存在的問題；然后，基于PEST模型對中心所處的宏觀環境進行了分析；應用SWOT分析法，對中心發展戰略要素進行綜合分析和評估，提出了中心創新發展的機制與措施，實施效果證明，相關機制與措施能夠有效確保中心圍繞企業化科研機構及科技服務中介機構兩大職能，以科技創新作為引領集團公司發展和智能電網建設的核心動力。

參考文獻：

[1]宋寶鋒、井志忠.電力市場化改革與電力科技創新[J].經濟視角，2005，06：45-47

[2]李健、劉博.我國電力科技企業創新型人才培養與開發研究[J].中國電力教育，2012，36：33-34，66