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(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇化學能源論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

化學工程與工藝專業(yè)的定位

1.化學工程與工藝專業(yè)的性質(zhì)及培養(yǎng)模式

化學工程與工藝專業(yè)屬于工科專業(yè),授予工學學士學位。由于化學工業(yè)的相關(guān)領(lǐng)域極為廣泛,化學工程與工藝專業(yè)涉及的專業(yè)方向也就非常多樣化,各高校的化學工程與工藝專業(yè)特點亦不盡相同。我校近年來根據(jù)社會經(jīng)濟、工業(yè)發(fā)展的需求趨勢,兄弟院?；瘜W工程與工藝專業(yè)方向的設(shè)置,以及我校原有的相近專業(yè)優(yōu)勢,設(shè)置了能夠體現(xiàn)我校特色的化學工程與工藝專業(yè)方向,逐步建立了適合我校化學工程與工藝專業(yè)的教育培養(yǎng)模式。2008年,我?；瘜W工程與工藝專業(yè)已有7屆本科畢業(yè)生,其學生就業(yè)形勢良好,社會反饋積極.在制定教學計劃的工作中加強教學內(nèi)容和課程體系的改革,加強實踐教學環(huán)節(jié),目的在于進一步提高教學質(zhì)量,培養(yǎng)適應能力更強的化學工程與工藝人才。

2.化學工程與工藝專業(yè)的任務

根據(jù)化學工程與工藝專業(yè)的性質(zhì),化學工程與工藝專業(yè)的任務是培養(yǎng)學習化學工程學與化學工藝學等方面的基本理論和基本知識,受到化學與化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設(shè)計方法的基本訓練.具有對現(xiàn)有企業(yè)的生產(chǎn)過程進行模擬優(yōu)化、革新改造,對新過程進行開發(fā)設(shè)計和對新產(chǎn)品進行研制的基本能力。由于涉及化工的學科和領(lǐng)域很多,化學工程與工藝專業(yè)除了讓學生學習一般應用化工的基本知識和基本技能外,還應該結(jié)合本地區(qū)、本行業(yè)及本校的實際情況,重點學習化工在某個或某幾個領(lǐng)域中的具體應用,以便形成不同高校應用化工專業(yè)的特色專業(yè)方向.

3.化學工程與工藝專業(yè)的業(yè)務培養(yǎng)目標

本專業(yè)培養(yǎng)具備化學工程與化學工藝方面的知識,能在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫(yī)藥、環(huán)保和軍工等部門從事工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)管理和科學研究等方面工作的工程技術(shù)人才。

4.化學工程與工藝專業(yè)的課程設(shè)置

為了使不同高校既有統(tǒng)一的規(guī)范,又有不同的專業(yè)特色,根據(jù)應化學工程與工藝專業(yè)的任務和業(yè)務培養(yǎng)目標,化學工程與工藝專業(yè)的畢業(yè)生應該具有較扎實的化工理論基礎(chǔ),較寬的化工應用知識以及一定的工程技術(shù)基礎(chǔ),從而該專業(yè)的課程設(shè)置(公共課、基礎(chǔ)課除外)應由基礎(chǔ)化學課、工程基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課3部分組成?；A(chǔ)化學課包括:無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等。工程基礎(chǔ)課主要包括:化工儀表與自動化、化學工程基礎(chǔ)、電工電子學等。專業(yè)方向課:可根據(jù)具體方向選擇專業(yè)化學課,如電化學工程方向可選理論電化學、化學電源工藝學、電解工程和電鍍工程等。精細化工方向可選擇化工工藝學、化工分離工程、化學反應工程等。另外實踐性環(huán)節(jié)包括基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、提高實驗、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習和畢業(yè)論文等。

我校化學工程與工藝專業(yè)方向

就專業(yè)方向而言,化學工程與工藝專業(yè)的性質(zhì)是工科?；瘜W工程與工藝專業(yè)應該是培養(yǎng)具有較扎實及寬廣的化學工程理論基礎(chǔ)知識,特別注意培養(yǎng)學生的動手能力及解決實際問題的能力。教學計劃的總體設(shè)計中要體現(xiàn)應用型人才所具備的工程技術(shù)基礎(chǔ)知識,重視實驗、實踐、實習、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)。設(shè)置專業(yè)發(fā)展方向,結(jié)合廣西經(jīng)濟發(fā)展的需要,建立在合理利用廣西及學校的資源及適應科技發(fā)展、注重社會需求基礎(chǔ)上。據(jù)此,我?；瘜W工程與工藝專業(yè)專業(yè)方向設(shè)定為:電化學工程與精細化工。

篇(2)

[關(guān)鍵詞]光伏照明系統(tǒng)，太陽能控制器，檢測系統(tǒng)

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0199-01

1 概述

光伏發(fā)電技術(shù)關(guān)系著開發(fā)利用綠色能源、改善生態(tài)環(huán)境和人民生活質(zhì)量等重大問題，是目前研究的熱點方向。光伏照明系統(tǒng)是應用光伏發(fā)電技術(shù)的實例，具有豐富的學術(shù)研究價值和經(jīng)濟社會效益。其中，光伏照明系統(tǒng)中的控制器是整個系統(tǒng)的核心，不僅要調(diào)節(jié)光伏電池的輸出功率使之具備最大的轉(zhuǎn)換效率，還要控制蓄電池充放電，所以控制器性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個光伏照明系統(tǒng)的效率。這就要求在搭建實際光伏照明系統(tǒng)前要對系統(tǒng)的進行測試。相關(guān)參數(shù)的獲取，對于優(yōu)化選取實際光伏照明系統(tǒng)的單元組件，設(shè)計出高效實用的光伏照明系統(tǒng)具有非常重要的意義。本文設(shè)計了能夠測試控制器和照明系統(tǒng)其他組件各種性能參數(shù)的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)同時測試控制器的多項性能參數(shù)。通過實際測試，可以確定使太陽能轉(zhuǎn)換效率最高、照明系統(tǒng)工作最穩(wěn)定的控制器。

2 光伏照明系統(tǒng)的組成

太陽能照明系統(tǒng)包括：太陽能電池組件、蓄電池、太陽能充放電控制器、直流負載及其驅(qū)動電路，如圖1所示。系統(tǒng)各部分容量的選取配比，需要綜合考慮效率、成本和可靠性等問題。在帶負載實際應用過程中，應該考慮到連續(xù)陰雨天的情況，對系統(tǒng)容量留出一定裕度。

作為光伏照明系統(tǒng)的輸入，光伏電池為整個系統(tǒng)提供電能，蓄電池是整個系統(tǒng)的儲能部分，白天將太陽能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學能儲存起來，夜間將化學能轉(zhuǎn)換成電能輸出到照明負載。太陽能控制器是整個系統(tǒng)的控制核心，它是以單片機為核心輔以邏輯控制電路來實現(xiàn)系統(tǒng)中光伏電池最大功率點跟蹤（MPPT）、蓄電池容量預測和蓄電池充放電精確控制，以滿足太陽能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行與準確切換的要求，從而提高太陽能照明系統(tǒng)效率，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定，并延長蓄電池的壽命。

3 測試系統(tǒng)設(shè)計

在實際中檢測控制器的電流電壓，時間控制等參數(shù)需要分開多次測量，不能一次完成，這加長了實驗的時間，降低了實驗的準確度，使整個檢測過程顯得繁瑣而復雜。本測試裝置制作目在于：通過一次實驗檢測出所需要的控制器的主要參數(shù)，將電流、電壓、時間等參數(shù)的測量綜合到一個系統(tǒng)中，檢測出控制器的性能好壞，得出系統(tǒng)中各個組成部分的最佳配比。

光伏照明測試系統(tǒng)的原理是通過光伏系統(tǒng)的電路設(shè)計，將電流表，電壓表，定時器連接到測試系統(tǒng)中，設(shè)計陽光模擬裝置，用來模擬太陽光，提供太陽能電池板光源，在整個系統(tǒng)的運行過程中通過對充放電過程的測試，并用電流表，電壓表進行數(shù)值記錄，來了解控制器的各項參數(shù)，方便快捷的檢測試過充過放參數(shù)時可以快速，方便的更換為穩(wěn)壓電源來進行測試。

4 太陽能控制器特性測試

選擇兩種型號的太陽能控制器，用本論文中自行設(shè)計的光伏照明測試系統(tǒng)對控制器的性能參數(shù)和整個系統(tǒng)的效率進行測試，選擇出性能最優(yōu)良的控制器。測試的參數(shù)項目有太陽能控制器的光控點、自耗電、過充、過放電壓、過放返回電壓和延遲時間。

測試過程：將控制器連接進測試系統(tǒng)，并將系統(tǒng)通電（交流 220V），交流電是為了給測試系統(tǒng)的電流表，電壓表和定時器供電。在空載情況下測試控制器的自耗電，從放電測試的電流表中顯示的數(shù)值即是控制器的自耗電。測試完控制器的自耗電后將蓄電池接入系統(tǒng)，將光伏照明測試系統(tǒng)各個組成部分全部連接到系統(tǒng)中，太陽能電池組件為2 塊 12V/5W 的板并聯(lián)，總功率為 10W。負載是3并聯(lián)的LED 燈泡，電壓都是12V，其功率分別為1W、3W、4W。蓄電池選擇12V/10AH 的鉛酸電池。測試環(huán)境中無光，為了模擬測試過程中的黑天情況。

將滑動變阻器的主調(diào)旋鈕和微調(diào)旋鈕全部調(diào)至最大值，使模擬光照度達到最大，太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能通過控制器為蓄電池充電，在充電電流表上顯示電流數(shù)值，充電電壓表上顯示太陽能電池板的電壓值。在電池板給蓄電池的充電過程，負載不亮，相當于室外的白天情況，將滑動變阻器的主調(diào)旋鈕和微調(diào)旋鈕全部調(diào)至最小值，相當于夜晚情況，觀察負載 LED燈泡是否立刻亮，如果即刻變亮，說明控制器的延遲時間為零，即沒有延遲時間。如果負載沒有立刻亮，則通過定時器來記錄時間，當負載LED 燈泡亮時，定時器上顯示的數(shù)值即為控制器的延遲時間。

將系統(tǒng)選定在給太陽能電池板給蓄電池充電狀態(tài)，陽光模擬箱中的燈泡調(diào)到最亮，太陽能電池板給蓄電池充電的充電電壓不斷升高，當升到某一數(shù)值時，控制器開始保護，切斷充電電路，保護蓄電池，從充電電壓表上記錄這個電值，這個值就是控制器的過充電壓。 將系統(tǒng)選定在蓄電池給負載 LED 燈放電的狀態(tài)，為了方便試驗測試和保護蓄電池用直流電源來代替蓄電池，模擬放電過程中電壓的變化，調(diào)節(jié)直流電源的電壓值，不斷降低，當降到某一數(shù)值時，控制器開始保護，切斷放電電路，負載 LED 燈熄滅，記錄放電電壓表上的電壓值，這個數(shù)值就是控制器的過放電壓值，當負載 LED 燈熄滅后，調(diào)高直流電源的電壓值直到負載 LED 燈再次亮起，記錄此刻放電電壓表上的數(shù)值，這個臨界電壓值就是控制器的過放返回電壓值。這些測試的數(shù)值就是控制器的性能參數(shù)值。

5 結(jié)論

本論文的主要工作是設(shè)計了光伏照明測試系統(tǒng)，以具體數(shù)值的形式直觀的顯示出光伏電池板對蓄電池的充電參數(shù)值以及蓄電池對負載LED的放電參數(shù)值。測試系統(tǒng)最重要的測試功能是對系統(tǒng)核心部件太陽能控制器的測試，在系統(tǒng)的實際工作過程中測試出控制器的性能參數(shù)，對各款控制器進行檢驗和評估，選擇出最優(yōu)化的太陽能控制器，使整個太陽能LED照明系統(tǒng)的效率最大化。并在實際工程中進行應用。

參考文獻

篇(3)

論文要:本文闡述了生態(tài)工程的定義及原理，重點介紹了污水處理技術(shù)的要點和意義。

1 生態(tài)工程介紹

1.1 生態(tài)工程

生態(tài)工程以復雜的社會——經(jīng)濟——自然復合生態(tài)系統(tǒng)為對象，遵循應用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)再生循環(huán)及結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)等原則，以整體調(diào)控為手段，以人與自然的協(xié)調(diào)關(guān)系為基礎(chǔ)，以高效和諧為方向，為人類社會及自然環(huán)境雙受益和資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的具有物質(zhì)多層分級利用、良性循環(huán)的生產(chǎn)工藝體系。以期同步取得生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益[1]。

1.2 生態(tài)工程原理

生態(tài)工程涉及生態(tài)學、生物學、工程學、環(huán)境科學、經(jīng)濟和社會等領(lǐng)域，原理眾多。我國學者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989，Yanetal1992)在系統(tǒng)生態(tài)學理論的基礎(chǔ)上，對生態(tài)工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態(tài)工程原理總結(jié)為整體、協(xié)調(diào)、自生、再生循環(huán)等基本原理。孫鐵珩，周啟星等[2]提出污水生態(tài)工程是指運用生態(tài)學原理，采用工程學手段，把污水有控制地投配到土地上，利用土壤-植物-微生物復合系統(tǒng)的物理、化學等特征對污水中的水、肥資源加以回收利用，對污水中可降解污染物進行凈化的工藝技術(shù)，是污水治理與水資源利用相結(jié)合的方法。

2 主要生態(tài)工程污水處理技術(shù)

2.1 污水土地處理系統(tǒng)

污水土地處理系統(tǒng)是一種污水處理的生態(tài)工程技術(shù)，其原理是通過農(nóng)田、林地、葦?shù)氐韧寥?-植物系統(tǒng)的生物、化學、物理等固定與降解，對污水中的污染物實現(xiàn)凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據(jù)處理目標、處理對象的不同，將污水土地處理系統(tǒng)分為慢速滲濾(SR)、快速滲濾(RI)、地表漫流(OF)、濕地處理(WL)和地下滲濾(UG)五種主要工藝類型[4]。

土地處理系統(tǒng)造價低，處理效果佳，其工程造價及運行費用僅為傳統(tǒng)工藝的10%~50%。其中污水濕地生態(tài)處理系統(tǒng)又稱人工濕地，目前研究最為深入、應用最廣泛。通過人工濕地生態(tài)工程進行水污染控制不僅可以使污水中的水得以再生利用，還能使污水中的有機物、N、P、K等營養(yǎng)物得到利用。整個系統(tǒng)呈自然式良性循環(huán)，構(gòu)成了具有自適應、自凈化能力的水陸生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)管理簡單，穩(wěn)定后幾乎不需要人的參與，物耗、能耗低，效率高。生態(tài)系統(tǒng)中的植物群體不需要另行施肥與灌溉，還兼有美化環(huán)境的功能，這種生態(tài)凈化方法實現(xiàn)了水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[5]。

以人工濕地處理系統(tǒng)為例，土地生態(tài)處理系統(tǒng)對污水的凈化機理如下:系統(tǒng)中的填料(介質(zhì))具有巨大的比表面積，易形成生物膜，污水流經(jīng)顆粒表面時，其中的污染物質(zhì)通過沉淀、過濾、吸附作用被截留[6]。

2.2 污水生態(tài)塘處理系統(tǒng)

生態(tài)塘系統(tǒng)是以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生作物，進行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，建立人工生態(tài)系統(tǒng)，，通過天然的生化自凈作用，在自然條件下完成污水的生物處理[7]。有機物質(zhì)在生態(tài)塘處理系統(tǒng)中得到降解，釋放出的營養(yǎng)物進入了復雜的食物鏈中，產(chǎn)生的水生作物、水產(chǎn)都可以被收獲。生態(tài)塘處理系統(tǒng)能夠有效地處理生活污水及一些有機工業(yè)廢水，對有機物和病原體有很好的去除效果，具有投資少、運行費用低、運行管理簡單的優(yōu)點。但該系統(tǒng)占地面積大、易出現(xiàn)短流、溫度較高時易散發(fā)臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩(wěn)定。近年來，我國生態(tài)塘污水處理工藝研究側(cè)重在兩個方面[8]:篩選、培育高效水生凈化植物;組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個生物處理單元的綜合功能，營建生化一體化水生動植物復合生態(tài)體系，是污水處理與資源利用的完美結(jié)合，構(gòu)建了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)和良好的內(nèi)部良性循環(huán)系統(tǒng)。

2.3 蚯蚓微生物濾池系統(tǒng)

蚯蚓生態(tài)濾池是濾床中建立的人工生態(tài)系統(tǒng)，由濾床填料、蚯蚓及布水系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)利用蚯蚓和微生物的協(xié)同作用對污水中含有的各種形態(tài)污染物質(zhì)進行處理和轉(zhuǎn)化。蚯蚓可對污水和污泥進行吸收和分解，清掃濾床，防止堵塞[9]。蚯蚓糞便可以濾除污染物，提高處理效率。蚯蚓的存在可作為家禽飼料。污水中的生物膜污泥微生物通過食物鏈最終被有效地轉(zhuǎn)化為蚯蚓的增長及其排泄物，而蚯蚓的機體及其排泄物又可成為他微生物的分解利用對象，從而進行新一輪的生態(tài)循環(huán)。 轉(zhuǎn)貼于

3 生態(tài)污水新型處理技術(shù)

如利用土壤毛細管浸潤擴散原理，研制成功的地下毛細滲濾系統(tǒng)(the underground capillary seepage system，UCSS)[11]。地下毛細滲濾系統(tǒng)(UCSS)的中心部分是地下毛細滲濾槽，它通過土壤過濾和微生物降解來去除污水中的污染物。在一定程度上解決了常規(guī)土地凈化污水處理系統(tǒng)占地面積和運行費用問題，還可回收污水和營養(yǎng)物質(zhì)(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。

活機器(living machine)系統(tǒng)是加拿大出生的海洋生物學家約翰·托德(John Todd)發(fā)明的，是利用太陽能以及利用由多種多樣直接或間接從太陽獲得能量的生物組成生態(tài)系統(tǒng)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖與人工濕地結(jié)合起來并封閉在溫室里，以創(chuàng)造一個高效的污水處理過程[12]，包含了沉淀、過濾、凈化、吸收、揮發(fā)、硝化和反硝化、厭氧和好氧分解過程，在獲得高標準水質(zhì)的同時避免了自然處理系統(tǒng)占地大、滯留期長、寒冷氣候處理效果欠佳等弊端。

結(jié)語

污水生態(tài)處理技術(shù)基本上不涉及化學能的投入和化學品的消耗。根據(jù)國情，我國的污水治理必須走生態(tài)處理技術(shù)的道路[13]。

參考文獻

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[2]孫鐵珩，周啟星，張凱松.污水生態(tài)處理技術(shù)體系及應用[J].水資源保護，2002，3:6-9.

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[4]楊文濤，劉春平，文紅艷.淺談污水土地處理系統(tǒng)[J].土壤通報，2007，38(2):394-397.

[5]程璞，李多松，張雁秋.城市小區(qū)分散式生態(tài)污水處理[J].能源環(huán)境保護.2004，18(6):4-10.

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[7]黃梅，李小兵.我國生態(tài)塘污水處理工藝的研究與應用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā).2004，23(12):19-21.

[8]種云霄，胡洪營，錢易.大型水生植物在水污染治理中的應用研究進展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2003，(4):36-40.

[9]朱繼紅，宋碧玉，王啟中，鄒鵬，劉琳.新型污水生態(tài)工程處理技術(shù)[J].污染防治技術(shù).2003，16(4):107-110.

[10]楊鍵，楊健，婁山杰.一種新型環(huán)境友好污水處理工藝--蚯蚓生態(tài)濾池[J].國資源綜合利用.2008，26(1):16-19.

[11]SUN Tieheng，HE Yaowu，OU Ziqing ，et al. Treatment of Domistic Wastewater by an Undergrouder Capillary Seepage System[J].Ecological Engineering，1998，11:111-119.

篇(4)

論文關(guān)鍵詞：The，Necessity，andcountermeasures，for，full，use，of，bio-energy，in，rural，areas

 

生物能源是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源於綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，是一種取之不盡、用之不竭的能源。[1]主農(nóng)村農(nóng)村生物能源主要是指能源作物、農(nóng)作物秸、淀粉等物質(zhì)。生物能源作為綠色能源,具有可再生的特點,而化石能源卻是不可再生能源,這是生物能源的一大優(yōu)勢。根據(jù)估算,地球的石油枯竭期最多可延長到百年,而對于中國這個石油資源相對貧乏的國家來說,石油穩(wěn)定供給不會超過20年。而生物能源主要利用淀粉質(zhì)生物如植物,薯類,作物秸稈等加工成其他燃料,從大范圍來看具有大量的來源。

一、農(nóng)村生物能源利用的必要性

我國具有豐富的農(nóng)村生物能源。據(jù)測算，我國理論生物質(zhì)能資源相當于50億噸標準煤左右，是目前國內(nèi)總能耗的2.5倍左右。目前，可作為能源利用的生物質(zhì)能約折合5億噸標準煤，主要是能源作物、農(nóng)作物秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾等。農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約6億噸，除去用于飼料、肥料和其他工業(yè)原料外，至少有一半以上可用于生物質(zhì)能開發(fā)和利用。

1、改善我國能源結(jié)構(gòu) 當前，能源短缺、價格暴漲和環(huán)境惡化已成為世界關(guān)注的焦點。促進生物能源的開發(fā)利用，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，是當今世界的必然選擇。生物能源是當今世界無可爭議的可持續(xù)能源，從戰(zhàn)略上說，世界最終將轉(zhuǎn)入生物能源的永續(xù)利用。人類使用的三大主要能源是原油、天然氣和煤炭，這些化石能源都是不可再生的能源，遲早要枯竭。據(jù)國際能源機構(gòu)的統(tǒng)計，這三種能源還能供開采的年限，分別只有40年、50年和240年。[2]開發(fā)新能源已成為人類發(fā)展中的緊迫課題免費論文。我國生物能源資源豐富in，可循環(huán)使用，又不污染，必將取代化石能源成為能源供應的主體，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是近期的重要任務。

2、緩解能源緊張狀況 能源是國民經(jīng)濟的“糧食”和“血液”。能源的穩(wěn)定供應是國民經(jīng)濟健康可持續(xù)發(fā)展的根本保障和前提。世界性能源供給形勢日趨緊張。再加上作為世界石油主要供給地的中東地區(qū)的局勢不穩(wěn)，導致石油價格一直居高不下。另一方面，與能源問題密切相關(guān)的是環(huán)境問題。解決環(huán)境問題，制定地球暖化對策等問題已成為當務之急。在這種形勢下，進入本世紀以來歐美、中國以及俄羅斯都相繼開始轉(zhuǎn)變能源基本政策。預計到2010年，中國石油供需缺口1億噸，天然氣缺口400億立方米。因此，開發(fā)潔凈生物能源已成為緊迫的課題。[3]

3、減少環(huán)境污染通過轉(zhuǎn)化農(nóng)作物秸稈，充分利用農(nóng)業(yè)資源，有利于環(huán)境保護。對農(nóng)作物秸稈的處理一直是一個棘手的問題，目前，中國農(nóng)村處理秸稈主要采取傳統(tǒng)的焚燒辦法，這一辦法不僅造成資源的浪費，而且還造成煙霧污染，使城鄉(xiāng)居民感染呼吸道疾病增加，并且煙霧覆蓋機場和高速公路，致使能見度降低，影響正常的交通運輸，并可能引發(fā)重大事故。而隨著生物能源轉(zhuǎn)換技術(shù)日臻成熟，這一狀況將徹底改變。通過綜合利用莊稼廢料，既可生產(chǎn)出有用的能源，又保護了環(huán)境。

4、促進農(nóng)民增收 農(nóng)村生物能源開發(fā)利用投入少，收益多，能帶來的經(jīng)濟效益更明顯。在促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的背景下，要讓人民群眾看到收益，在農(nóng)村生物能源的開發(fā)工作中一個重要任務是增加農(nóng)民的收入，這也是中央提出的以人為本的科學發(fā)展觀的前提。利用生物能源提高人民群眾收入的主要途徑：一是出售農(nóng)作物秸稈，用于造紙、生產(chǎn)膠合板等建筑材料以及發(fā)電等；二是種植能源植物，如不少地區(qū)種植木薯用于生產(chǎn)乙醇，形成了產(chǎn)業(yè)鏈，增加了農(nóng)民收入。

二、農(nóng)村生物能源利用存在的問題

雖然中國生物能源開發(fā)利用取得很大成績，法規(guī)和政策體系不斷完善，但生物能源的利用仍不能滿足可持續(xù)發(fā)展的需要，存在的主要問題是：

1.對開發(fā)生物能源戰(zhàn)略意義認識不清我國人口眾多，能源資源相對匱乏。人均能源資源占有量不到世界平均水平的一半，石油僅為十分之一。煤炭、石油、天然氣剩余可采儲量均僅夠開采到即將到來的下世紀中葉或更早。發(fā)展生物能源對實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的意義、對減排溫室氣體的意義沒有得到充分的、廣泛的熟悉。對中心積極地、因地制宜地發(fā)展生物能源的方針落實不夠。有的地區(qū)沒有編制生物能源的長遠規(guī)劃和年度計劃。

2.激勵政策不夠完善 從國外的經(jīng)驗看in，政府支持是發(fā)展生物能源的關(guān)鍵。國際上，不論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，生物能源的發(fā)展離不開政府的支持如激勵、稅收、補助、低息貸款、加速折舊、幫助開拓市湯等一系列的優(yōu)惠政策，這是生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初始動力。我國生物能源推廣應用的地區(qū)多為邊遠貧困地區(qū)，社會效益顯著，但經(jīng)濟效益不高，更需要國家和各級政府的激勵和支持。

3.財政投入不足 八十年代以來，國家為推動生物能源的發(fā)展，采取了事業(yè)費補貼、研究與發(fā)展補貼、投資貼息和項目補貼等政策。但是，同國外比較，我國政府對生物能源的投入太少。迄今為止，我國生物能源建設(shè)項目還沒有規(guī)范地納入各級財政預算和計劃，成為阻礙其發(fā)展的重要因素。由于投入過少，缺乏足夠的開發(fā)與研究，不少關(guān)鍵性設(shè)備不得不進口，如大中型風機幾乎全部依靠進口，導致發(fā)展緩慢，產(chǎn)業(yè)化、商品化程度低。

4.技術(shù)開發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)體系薄弱 生物能源的技術(shù)水平較低，缺乏技術(shù)研發(fā)能力，設(shè)備制造能力弱，技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)依賴進口，技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與國外先進水平差距較大。同時，生物能源資源評價、技術(shù)標準、產(chǎn)品檢測和認證等體系不完善，人才培養(yǎng)不能滿足市場快速發(fā)展要求，沒有形成支撐生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)服務體系免費論文。[4]總體來看，中國在新的生物能源領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)力量分散，在關(guān)鍵技術(shù)上長期難以突破，產(chǎn)業(yè)體系零散雜亂，相關(guān)企業(yè)良莠不齊，整體技術(shù)水平不高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)服務缺乏保障，還沒有進入持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)成長階段。

三、充分利用農(nóng)村生物能源的對策

1.提高農(nóng)村生物能源利用的意識 利用各種新聞媒體和宣傳渠道，對廣大農(nóng)民利用和再利用可再生生物能源的教育，要把環(huán)境資源意識與健康意識、經(jīng)濟意識、節(jié)約意識和社會意識緊密聯(lián)系在一起，特別針對農(nóng)民講現(xiàn)實、講實惠的特點，幫助他們算好幾筆帳。諸如經(jīng)濟帳、環(huán)境帳、資源帳、身體帳、家庭帳、社會帳等等。通過算帳等方式，切實增強廣大農(nóng)民對可再生生物能源的認識，對可再生生物能源利用和再利用的主動性和積極性，對化解環(huán)境資源矛盾的自覺性和創(chuàng)造性。

2加強政策引導　一是要加強示范項目的建設(shè)，通過農(nóng)村能源成功模式的推廣in，用效益吸引農(nóng)民群眾和業(yè)主，主動參與項目建設(shè)。二是積極爭取國家對農(nóng)村能源建設(shè)的投入。充分運用國家資金，引導農(nóng)民群眾和業(yè)主開展項目建設(shè)。三是研究制訂有關(guān)扶持政策,鼓勵生態(tài)能源建設(shè)，激發(fā)農(nóng)戶和業(yè)主參與綜合開發(fā)的積極性。三是明令禁止焚燒農(nóng)作物秸稈。1999 年初,為保護生態(tài)環(huán)境,防止秸稈焚燒污染,保障人體健康,維護公共安全,根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》,國家環(huán)境保護總局、農(nóng)業(yè)部、財政部、鐵道部、交通部、國家民航總局聯(lián)合制定了《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》。同年,農(nóng)業(yè)部選擇10 個焚燒秸稈造成嚴重影響的大城市郊區(qū)和4 條高速公路沿線,作為秸稈綜合利用和禁燒的重點地區(qū),集中投入,推廣秸稈綜合利用技術(shù)。

3、加大財政投入力度 要切實加大對農(nóng)村建設(shè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民脫貧致富的政策扶持力度，政府財政預算安排盡可能向農(nóng)村傾斜，支持科技推廣項目、節(jié)能降耗項目、環(huán)境保護項目和循環(huán)經(jīng)濟項目的開發(fā)建設(shè)；建立發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟促進體系，包括綠色產(chǎn)品質(zhì)量認證機制、價格調(diào)控補貼機制、市場機制、激勵機制等。在資金使用上，以項目支持為主，采取墊付、預付、追加補助等形式。與此同時，還應該大力開辟籌資渠道，采用多種開發(fā)利用模式，促進農(nóng)村生物能源利用和再利用，推進農(nóng)村先進生產(chǎn)力建設(shè)。國家財政每年拿出一部分資金以支持廣大農(nóng)村地區(qū)推廣秸稈氣化技術(shù),解決農(nóng)民用能問題和緩解農(nóng)村環(huán)境污染。

4、加大科技投入力度 要切實加大對農(nóng)村廢生物能源新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品開發(fā)和使用的科技投入力度，盡可能多地開發(fā)適應農(nóng)村生產(chǎn)生活特點的技術(shù)、工藝和產(chǎn)品，盡可能多地開展科技下鄉(xiāng)活動，給廣大農(nóng)村送去科技知識、節(jié)能降耗產(chǎn)品和技術(shù)，幫助解決廢生物能源利用和再利用的工藝困難，如沼氣產(chǎn)、供、用系統(tǒng)工程技術(shù)，節(jié)能降耗技術(shù)，有機肥與無機肥合理搭配、科學施用技術(shù)等，幫助農(nóng)民提升科技素質(zhì)水平和科技產(chǎn)品應用能力。

參考文獻：

[1]朱四海，農(nóng)村能源軟化國家能源約束途徑分析[J]. 中國農(nóng)村經(jīng)濟.2007(11)

[2王友成等，秸稈固化：農(nóng)村能源替代擔重任[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)2007（12）

[3]李衛(wèi)林，生物能源的開發(fā)與應用前景分析.[J]能源與環(huán)境，2009（01）

[4]杜建，我國農(nóng)村建設(shè)中生物能源技術(shù)應用現(xiàn)狀調(diào)研及政策建議[J]生態(tài)經(jīng)濟2008（08）

篇(5)

【關(guān)鍵詞】電爐；煉鋼；技術(shù)；應用實踐

1 現(xiàn)代電爐煉鋼與超高功率電爐

1.1 現(xiàn)代電爐煉鋼的特點

“現(xiàn)代電爐煉鋼”一詞最先出現(xiàn)在中國學者徐匡迪和殷瑞鈺于1993年發(fā)表的論文《現(xiàn)代電爐煉鋼的發(fā)展趨勢》及《當代電爐流程的工程進展評價》中?，F(xiàn)代電爐煉鋼具有電爐生產(chǎn)節(jié)奏轉(zhuǎn)爐化、鋼的二次精煉在線化、鋼的凝固過程連續(xù)化、簡歷在連續(xù)軋制基礎(chǔ)上的產(chǎn)品專業(yè)系列化以及可持續(xù)發(fā)展等特點?，F(xiàn)代電爐煉鋼與傳統(tǒng)電弧爐煉鋼相比的差異性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：在能源利用上，廣泛使用電能、化學能和物業(yè)能；在冶金過程中，取消電弧爐還原器，采用爐外精煉，高配碳，可停電不停氧；在原料上，主要是廢鋼、30%～40%的生鐵/鐵水或DR/HBI；在環(huán)境上則更為環(huán)保，綠色制作。

1.2 超高功率電爐的優(yōu)勢

超高功率電爐（UHP）是相較于高功率（HP）電爐和普通功率（RP）電爐而言的。它們主要是按著噸鋼容量所配的變壓器容量來劃分的。一般，350～450kVA/t為普通功率，450～600kVA/t為高功率，600～1000kVA/t為超高功率。由于單位時間輸入電爐功率大幅度增加和許多相關(guān)技術(shù)的采用，使電爐冶煉時間顯著縮短，生產(chǎn)率提高，降低了電耗和耐火材料消耗。在同樣規(guī)模下，電爐座數(shù)減少，節(jié)省了噸鋼基建投資，降低了成本。本文主要從優(yōu)化電弧爐爐料結(jié)構(gòu)、強化用氧技術(shù)、泡沫渣技術(shù)、電爐終點控制技術(shù)、電弧爐煉鋼余熱利用技術(shù)、電爐煙氣余熱回收及凈化技術(shù)等諸多方面論述現(xiàn)代化電爐煉鋼技術(shù)在超高功率電爐的應用實踐。

2 現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù)的應用

2.1 電弧爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

廢鋼（有三種：自產(chǎn)廢鋼、加工廠廢鋼、循環(huán)舊廢鋼）、生鐵、直接還原鐵（DRI）和熱壓塊鐵（HBI）等是電弧爐煉鋼的主要爐料。電弧爐爐料的結(jié)構(gòu)對電弧爐煉鋼的各項指標有巨大的影響。電弧爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化在實現(xiàn)工藝最佳化的同時能給企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高鋼產(chǎn)量，帶來更大的經(jīng)濟效益。從長遠發(fā)展、保護生態(tài)的角度上來說更能夠合理地、有效地利用有限的資源。

2.2 強化用氧技術(shù)

現(xiàn)代電爐煉鋼強化用氧技術(shù)可以降低成本，大量使用化學能，進一步提高生產(chǎn)率。電爐強化用氧技術(shù)主要包括用氧燃燒嘴、吹氧助熔和熔池脫碳、爐門噴碳粉和吹氧機械手、爐壁氧槍、爐門碳氧槍、二次燃燒技術(shù)等。爐壁氧槍和底吹氧氣技術(shù)可使爐內(nèi)溫度平均減少噴濺發(fā)生，增強電爐操作的安全性，同時延長爐頂三角區(qū)的使用壽命。而氧燃燒嘴、氧槍和二次燃燒技術(shù)的結(jié)合使用能夠降低電量的消耗，促進冶金反應，從而提高生產(chǎn)率。用氧技術(shù)的強化是現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝節(jié)能、綠色、高效指導思想下技術(shù)的有效革新。

2.3 泡沫渣技術(shù)

作為超高功率電爐的配套工藝的泡沫渣技術(shù)的作用是屏蔽和吸收電弧輻射能，與此同時將輻射能傳遞給熔池，提高傳熱的效率，減少輻射到爐壁、爐蓋的熱損失。并且降低耐材的消耗。同時被埋在泡沫渣中的電極降低了直接氧化的可能性。之所以說泡沫渣是超高功率電爐的“配套”工藝是指泡沫渣的功用對于超高功率電爐是至關(guān)重要的。我國的絕大部分電爐煉鋼都采用了這一技術(shù)。電弧熱效率可由原來的30%～40%提高到60%～70%甚至以上，電極消耗也能降低20%左右。目前電爐造泡沫渣的最佳工藝條件為：堿度2.0～2.5，熔池溫度：1 570～1 580e，噴粉量：6～7kg，載氣壓力：0.4～0.5MPa，氧化鐵含量：15%～25%。

2.4 電爐煙氣余熱回收及凈化技術(shù)

電爐煙氣余熱回收及凈化技術(shù)指的是用過余熱回收電爐冶煉過程中所產(chǎn)生的高溫含塵煙氣，進入一定的裝置中產(chǎn)生蒸汽，被被冷卻后的高溫煙氣直接進入布袋除塵器凈化。對電爐煙氣余熱的回收、凈化可以“廢物再利用”，節(jié)約廢氣中的能量大約80～200 kWh/t，能夠降低電爐煉鋼的總能耗。更重要的是能夠減少廢氣的排放，達到保護環(huán)境的目的，可謂“一箭雙雕”。在此同時，利用這一項技術(shù)可回收、循環(huán)利用高含鐵粉塵，得到綜合的收益。

2.5 鐵水熱裝技術(shù)

電爐熱裝鐵水技術(shù)是我國冶金工作者對現(xiàn)代電爐煉鋼做出的一項巨大的貢獻。實踐已經(jīng)證明這項技術(shù)給電爐煉鋼行業(yè)帶來的種種福音：降低冶煉電耗、縮短供電時間和冶煉周期、稀釋廢鋼當中的有害元素、大幅度提高鋼水的純凈度、開發(fā)新的鋼種和新的產(chǎn)品以提高市場競爭力。另一方面，可以暫時部分解決我國廢鋼短缺的問題。目前，國內(nèi)外很多冶金企業(yè)采用鐵水熱裝技術(shù)，給冶金行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

2.6 其他技術(shù)

除了以上幾種技術(shù)外，現(xiàn)代電爐煉鋼還有很多其他技術(shù)如電爐終點控制技術(shù)、無功功率靜止式動態(tài)補償技術(shù)、偏心爐底出鋼技術(shù)等其他技術(shù)。這些技術(shù)在我國冶金行業(yè)也得到了廣泛地應用實踐，為提高電爐煉鋼產(chǎn)量做出了不可磨滅的貢獻。

3 結(jié)語

超高功率電爐通過對電弧爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、強化用氧技術(shù)、泡沫渣技術(shù)、電爐終點控制技術(shù)、鐵水熱裝技術(shù)、電爐煙氣余熱回收及凈化技術(shù)的綜合應用降低煉鋼的生產(chǎn)成本、最大限度地節(jié)約了有限的資源、使電爐煉鋼產(chǎn)量迅速增長，為我國冶金行業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基石，也為其他行業(yè)做出了很好的表率作用。

參考文獻：

[1]王廣連.申景霞.孫永喜.王學利.王新權(quán). 現(xiàn)代電弧爐高效低耗煉鋼技術(shù)在我國的應用與發(fā)展.萊鋼科技.[J].2008（8）.

[2]王立君.李法興.現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù)在萊鋼超高功率電爐的應用實踐.冶金叢刊[J].2010（40）.

篇(6)

關(guān)鍵詞：電力生產(chǎn)的主要形式 電力系統(tǒng)自動化

愛迪生發(fā)明了電燈，自此之后，電力已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分了，偶爾的停電也會讓我們生活變得不知所措，電已經(jīng)與我們的生活密不可分了?，F(xiàn)如今，電力技術(shù)不斷發(fā)展，生產(chǎn)形式越來越多樣化，自動化技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)，并在不斷完善，生活、工業(yè)用電都變得越來越方便，隨之也就越來越重要。電力系統(tǒng)是一個非常復雜的大系統(tǒng)，電力系統(tǒng)自動化能夠保證供電的電能質(zhì)量，也可以使系統(tǒng)運行更加安全可靠，經(jīng)濟效益不斷提高，管理效能更加優(yōu)化。

一、電力生產(chǎn)的主要形式

電力生產(chǎn)形式有很多種，我們最常見的方式有火力發(fā)電、風力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電，接下來詳細介紹一下這些方式。

1、火力發(fā)電

火力發(fā)電就是利用煤、石油、天然氣等燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化成電力?；鹆Πl(fā)電站的主要設(shè)備包括：燃料供給系統(tǒng)（以鍋爐為核心）、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)（給水加熱器、凝汽器和管道以及水冷壁）、冷卻系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)（汽輪發(fā)電機和主變壓器）等等[1]?；鹆Πl(fā)電的優(yōu)點是燃料比較豐富，容易獲取，所以現(xiàn)在仍然是主要的發(fā)電方式。但是，面對新能源的沖擊，火力發(fā)電也確實受到了很大的影響。

我們都知道，火力發(fā)電有很大弊端，首先煤炭、石油和天然氣的燃燒會排放大量的二氧化硫等酸性氣體，造成空氣污染，導致一系列的環(huán)境問題。煤炭的燃燒與堆放會造成粉塵污染，對環(huán)境造成極大影響，影響人們生活。同時也會造成非常嚴重的資源消耗，因為在火力發(fā)電環(huán)節(jié)中，冷卻主要用的是水，因此不僅會消耗大量燃料，也會消耗很大的水資源。

對于出現(xiàn)的問題，我們要想辦法解決，可以采用新技術(shù)來提高發(fā)電的效率，減少資源的浪費，同時也可以對燃料脫硫除塵，也可以建立一個循環(huán)系統(tǒng)，將燃燒中產(chǎn)生的廢氣廢水等回收利用，在冷卻方面也可以把汽輪機改為空氣冷卻。

表一 近年來火電發(fā)電的能源消耗[2]

表二 火電機組供電煤耗統(tǒng)計機組容量

2、風力發(fā)電

風能是一種清潔的可再生能源，因此風力發(fā)電是一種環(huán)保清潔的發(fā)電方式，風能發(fā)電主要通過風車來實現(xiàn)，風力發(fā)電機組主要包括三部分，風輪、發(fā)電機和鐵塔[3]。它的原理是利用風力讓風車葉片轉(zhuǎn)動，在使用增速機將旋轉(zhuǎn)的速度加快，來使發(fā)電機發(fā)電。風能發(fā)電機主要的優(yōu)點就是清潔和可再生，它的弊端是風量不穩(wěn)定，因此需要把電能轉(zhuǎn)化為化學能，然后在轉(zhuǎn)化成電能，來保持穩(wěn)定使用。

3、水力發(fā)電

水力發(fā)電是利用河流、湖泊等位于高出且有位能的水流流至低處，然后將位能轉(zhuǎn)化為水輪機的動能，然后推動發(fā)電機產(chǎn)生電能。它也是一種清潔可再生能源，水力發(fā)電分為不同的種類，有堤壩式水電廠、引水式水電廠、混合式水電廠、潮汐水電廠和抽水蓄能電廠等等[4]。水力發(fā)電是水資源綜合開發(fā)、治理、利用系統(tǒng)的一個重要組成部分，是應該要大力推廣的。但是，它有地理限制，必須要有位能的河流或湖泊。

4、核能發(fā)電

核能發(fā)電是利用核反應堆核裂變所產(chǎn)生的熱能進行發(fā)電的方式。核能發(fā)電是一種新技術(shù)，也是實現(xiàn)低碳發(fā)電的一種重要方式[5]，而且核能在地球上的儲量也比較大，而且核能發(fā)電成本較低。核電站不會造成空氣污染，但是，核電站一旦泄露，它里邊的放射性物質(zhì)將會對周圍環(huán)境造成很大輻射，例如，前幾年發(fā)生的福島核電站的泄漏事件。

二、電力生產(chǎn)的自動化技術(shù)

電力系統(tǒng)自動化的領(lǐng)域包括生產(chǎn)過程的自動檢測、調(diào)節(jié)和控制，系統(tǒng)和元件的自動安全保護，系統(tǒng)生產(chǎn)的自動調(diào)度，網(wǎng)絡信息的自動傳輸和企業(yè)的自動化經(jīng)濟管理。它的主要目標是保證供電的電能質(zhì)量，也可以保證系統(tǒng)安全可靠地運行，提高經(jīng)濟效益。

上面所介紹的各種電力生產(chǎn)形式都可以采用自動化技術(shù)，建立自己的自動化發(fā)電廠，這個就是按照電能的生產(chǎn)分配過程劃分的，電力系統(tǒng)自動化包括電網(wǎng)調(diào)度自動化、火力、水力發(fā)電站綜合自動化和電力系統(tǒng)信息自動傳輸系統(tǒng)等等，并形成分層分次的自動化系統(tǒng)。分為三層、最低層次、中間層次和最高層次。最高層次由總調(diào)度中心構(gòu)成，中間層次由省調(diào)度中心、樞紐變電站和直屬電廠，最低層次由區(qū)域調(diào)度中心、區(qū)域變電站和區(qū)域性電廠[6]。

自動化技術(shù)最離不開的就是計算機，通過設(shè)定計算機程序，對這些程序進行編程處理，他的管理都通過計算機來實現(xiàn)。

三、結(jié)語

電在我們的生活中起著至關(guān)重要的作用，在工業(yè)生產(chǎn)中，也是不可缺少的，電力自動化技術(shù)也是一個重要的系統(tǒng)，對于電力生產(chǎn)的效率提高有著很重要的作用，對于保障電力生產(chǎn)安全也有著至關(guān)重要的作用。

參考文獻

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[2]盛壽麟 電力系統(tǒng)遠程監(jiān)控原理 中國電力出版社 1998

[3]辛耀中 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系 電力系統(tǒng)自動化 1999.01

[4]譚文恕 電力系統(tǒng)無縫通信系統(tǒng)體系 電力自動化設(shè)備 2001.11

篇(7)

關(guān)鍵詞：非易失性存儲；憶阻器；鋰電池；超級電容；NVDIMM

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）22-0229-03

1 背景介紹

各種規(guī)模的企業(yè)都在經(jīng)歷著數(shù)據(jù)量的爆炸性增長，互聯(lián)網(wǎng)、電子郵件、各種應用軟件的出現(xiàn)，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，導致了數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)出了巨大的增長態(tài)勢。據(jù)IDC 2002年10月的保守估計，數(shù)據(jù)每年大約增加80%，數(shù)據(jù)正日益成為公司的實際資產(chǎn)之一，因而對于任何組織來說，丟失數(shù)據(jù)都會帶來嚴重后果。丟失數(shù)據(jù)可能會付出很大的代價，對身處中小企業(yè)（SMB）市場的組織更是如此。在中小企業(yè)市場中，企業(yè)的存亡可能就取決于其從災難中恢復的能力。

在云技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，虛擬化技術(shù)作為云的核心技術(shù)，得到了廣泛的關(guān)注與創(chuàng)新。與此同時，作為云服務運行的底層載體，虛擬機的數(shù)據(jù)安全與完整是目前急需解決的重要課題。虛擬機實質(zhì)為軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)，也就意味著虛擬機的所有運行狀態(tài)都在內(nèi)存中。如何解決系統(tǒng)異常掉電情況下虛擬機內(nèi)存數(shù)據(jù)的保護，并且能夠使其在系統(tǒng)恢復正常運行后繼續(xù)之前的工作具有重要的意義。

2 鋰電池在非易失性存儲系統(tǒng)中的應用

2.1 鋰電池的優(yōu)點

鋰電池具有高存儲能量密度、額定電壓高的優(yōu)點[1]。能量密度大約是鉛酸電池的6～7倍，更能滿足較長時間的備電要求，鋰電池的端電壓大小一般為3.6V，便于組成電池電源組。鋰電池自放電率很低，高低溫適應性強。常溫下以開路形式存放30天后，其容量仍然高于額定容量的85%，可以在-20℃到+60℃的環(huán)境下使用，高溫放電特性優(yōu)于其他各類電池[2]。鋰電池的使用壽命長，可達到6年以上，可安全快速充放電，安全性高[3-4]。此外鋰電池是一種潔凈的“綠色”化學能源，無污染，無記憶效應，體積小、重量輕[5]。

2.2 鋰電池在存儲系統(tǒng)中的應用

業(yè)界廠商通過鋰電池在斷電情況下保護內(nèi)存中的數(shù)據(jù)72小時不丟失，為消除時間限制，各大廠商又推出鋰電池+閃存芯片的技術(shù)，如圖1所示：

在斷電的情況下，鋰電池提供電量，將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到閃存芯片中，這樣有效保護內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

2.3 鋰電池的缺點及局限性

鋰電池存在安全性差，使用條件有限制，生產(chǎn)要求條件高，不能大電流放電，工作電壓變化較大，必須在電池設(shè)置保護電路防止其過度充放電，成本高的缺點。

鋰電池的充放電本身是一個化學反應，平均支持充放電在1000--1500次，據(jù)統(tǒng)計，業(yè)界保護內(nèi)存數(shù)據(jù)安全的鋰電池平均壽命大概1-2年而已，這無疑增加了維護的次數(shù)和成本。

3 NVDIMM在非易失性存儲系統(tǒng)中的應用

3.1 超級電容的優(yōu)點

超級電容是近年發(fā)展起來的一種新型儲能元件，主要是通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學元件，但是在其儲能的過程中并不發(fā)生化學反應，這個工程是可逆的。用于存儲電荷的面積越大，分離出的電荷越密集，其電容量越大。

相對鋰離子電池，超級電容的儲能為物理過程，具有如下優(yōu)點[6]：充電速度快，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95%以上；循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達1～50萬次；能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；安全可靠、適用溫度范圍寬（-40℃～+70℃）、無污染。

3.2 存儲器性能差異

由圖2可以看出，主存儲器和HDD硬盤存儲器之間存在很大的性能差異，SSDs存儲技術(shù)雖然縮小了差異，但是差異依然存在，而數(shù)據(jù)密集型的應用需要快速的訪問存儲設(shè)備。

來自Viking的Adrian Proctor表示，SSD的速度比HDD硬盤快，但卻比DDR慢很多，此外DDR沒有Flash的寫入次數(shù)限制，耐久性是Flash的缺點所在。因此只有通過整合DRAM、Flash等主流記憶體，才能解決對持久性、符合成本效益的非易失性內(nèi)存解決方案不斷增長的需求。

3.3 NVDIMM的系統(tǒng)架構(gòu)及在存儲系統(tǒng)中的應用

非易失性內(nèi)存（NVDIMM）是一項蓬勃發(fā)展的實用存儲技術(shù)， 其系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，

通過整合DRAM、Flash、智能系統(tǒng)控制器以及超級電容模塊，NVDIMM可以提供一個高度穩(wěn)定的存儲子系統(tǒng)。它既保留了最快DRAM的低延遲和無讀寫次數(shù)限制特性，又獲得了Flash的數(shù)據(jù)長期保存特性。而采取超級電容作為供電設(shè)備，則避免了電池的環(huán)境污染，充電時間長，價格昂貴等缺點。NVDIMM的設(shè)計使其可以輕松插入符合行業(yè)標準的服務器和存儲平臺的DIMM插槽，則無需在主板中為其留取安放位置，可以輕松擴展現(xiàn)有裝置的性能。

NVDIMM通過與超級電容的有效結(jié)合，最終達到非易失性復合記憶的目標，它正得到越來越多的廠家關(guān)注和投入其中。系統(tǒng)正常運行時，超級內(nèi)存表現(xiàn)為普通DRAM，但在掉電時，由超級電容供電數(shù)秒，NVDIMM能迅速將內(nèi)存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到閃存中。當電力恢復后，NVDIMM能快速還原數(shù)據(jù)，系統(tǒng)瞬間恢復至掉電前的工作狀態(tài)繼續(xù)工作，從而達到了掉電保護的目的。

4 新型的非易失性存儲器――憶阻器

4.1 傳統(tǒng)存儲器的缺陷及新型存儲技術(shù)的發(fā)展

隨著微電子技術(shù)與工藝遵循摩爾定律的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的基于電荷存儲的存儲器，如SRAM、DRAM和FLASH，其主流存儲技術(shù)均采用90nm的晶體管進行構(gòu)建，而當前CPU的尺寸已經(jīng)達到35nm，基于晶體管工藝的微電子技術(shù)已經(jīng)遇到了技術(shù)瓶頸，因而急需尋找一種器件來代替晶體管。為了解決這一技術(shù)瓶頸，研究人員進行了大量的研究。利用鐵電荷電容，基于鐵電材料的高介電常數(shù)和電極化特征進行構(gòu)建的鐵電存儲器（FeRAM）[7]；通過控制鐵磁體中的電子旋轉(zhuǎn)方向來達到改變讀取電流大小，從而使其具有存儲記憶功能的磁阻存儲器（MRAM）[8-9]；利用硫族化合物在晶態(tài)和非晶態(tài)兩種狀態(tài)下導電特性差異進行存儲數(shù)據(jù)的相變存儲器（PCRAM）。然而FeRAM當讀寫周期到達某個閾值后將失去耐久性，以及成品率、存儲性能及可靠性問題限制了其發(fā)展，MRAM的磁阻過于微弱，兩種狀態(tài)下磁阻的只有30%-40%的差異，要識別這種差異還是有一定的技術(shù)難度，PCRAM的寫速度相對于讀速度具有較大的速度差異，穩(wěn)定性與CMOS兼容性也存在一定的問題限制了其商業(yè)化發(fā)展[10-11]。

4.2 阻變存儲器（RRAM）的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

RRAM，又稱為憶阻器，為制造非易失性存儲設(shè)備，模擬人類大腦處理信息的方式鋪平了道路。RRAM由兩個金屬電極夾一個薄介電層組成，在正常狀態(tài)下它是絕緣體，它以納米器件加工技術(shù)為基礎(chǔ)，是一種有記憶功能的非線性電阻，如果把低電阻定義為0， 高電阻定義為1， 則根據(jù)其阻值就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的功能，并且由于憶阻器在能耗與尺寸方面的優(yōu)勢，其有望實現(xiàn)信息存儲與處理能力上的突破。1971年 ，蔡少棠從邏輯和公理的觀點指出，自然界應該還存在一個電路元件，代表了磁通量與電荷的關(guān)系[12]，該器件可以“記住”兩端電壓的改變從而改變電流的大??；HP在2008年5月1日的《自然》期刊上對其進行了證實；2009年4月， 美國密歇根大學的科學家開發(fā)出了一種納米級的憶阻器芯片，可以存儲1K比特的信息；2012年比勒菲爾德大學托馬斯博士制造了一種具有學習功能的憶阻器。國內(nèi)憶阻器的研究相對較少，其大多數(shù)研究還處于“探索式”階段，并沒有真正層面上的物理實現(xiàn)。2009年，科技部啟動了國際合作項目“憶阻器材料及其原型器件”；2009年3月，美國電氣與電子工程師協(xié)會的《電子器件快報》雜志發(fā)表了成都電子科技大學陳怡然博士及其同事的文章，闡述了三種基于納米電子自旋效應的磁性憶阻器的模型。華中科技大學歷經(jīng)四年研究，已經(jīng)能夠制備出納米級性能穩(wěn)定的憶阻器原型器件。

4.3 憶阻器的原理及優(yōu)點

每個憶阻器有一個底部的導線與器件的一邊接觸，一個頂部的導線與另一邊接觸。憶阻器是一個由兩個金屬電極夾著的氧化鈦層構(gòu)成的雙端，雙層交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)的半導體。其中一層氧化鈦摻雜了氧空位，成為一個半導體；相鄰的一層不摻雜任何東西，讓其保持絕緣體的自然屬性，通過檢測交叉開關(guān)兩端電極的阻性，就能判斷RRAM的“開”或者“關(guān)”狀態(tài)[13]，如圖4所示；

憶阻器的主要優(yōu)勢在于其阻抗變化的非易失性，直至對它施加了一個相反方向的電壓，使氧空位動回摻雜層，其關(guān)鍵在于氧空位改變了氧化金屬的接觸面特性。HP的研究人員經(jīng)過大量的實驗證實憶阻器阻抗的變化不是由于金屬的體積變化，而是由于氧空位改變了金屬-氧化層接觸面的電子勢壘。不過，惠普無法找到可靠的材料作為RRAM的夾層，盡管公司嘗試用各種非易失性存儲器材料做了好幾年的試驗?；萜赵糜袡C分子作為存儲組件，但有機材料對高溫的敏感性迫使惠普開始在無機領(lǐng)域?qū)ふ曳€(wěn)定的非易失性材料。后來惠普使用了相對穩(wěn)定的無機材料如二氧化鈦，才真正找到了利用阻性隨機訪問存儲器超越閃存和其他替代性存儲器技術(shù)的正確方法。

憶阻器（RRAM）除了其獨特的“記憶”功能外，有兩大特性使其被業(yè)界廣泛看好。一是其具有更短的存儲訪問時間，更快的讀寫速度，其整合了閃存和DRAM的部分特性；二是其存儲單元小和制造工業(yè)可以升級，憶阻器的尺寸可以做到幾個納米，很有可能將微電子技術(shù)的發(fā)展帶入到下一個十年，而且其可以與CMOS技術(shù)相兼容等優(yōu)勢，是下一代非易失性存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢[14-16]。

5 結(jié)束語

本文介紹了非易失性存儲的三種實現(xiàn)方式。憶阻器作為一種新型的無源電子元件，以其尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、非易失性、讀寫速度快且與CMOS兼容等優(yōu)點被認為能夠替代傳統(tǒng)的電荷存儲器件。作為第四種基本電路單元，憶阻器在數(shù)據(jù)存儲和斷電保護等領(lǐng)域有著巨大的應用潛力，可以極大促進技術(shù)發(fā)展以及相應的應用開發(fā)。目前來看，憶阻器的研究方向主要有三方面，機理方面，以及材料、電極對器件性能的影響。針對機理方面，是材料本質(zhì)效應還是由于缺陷運動引起至今仍未達成共識；材料方面，RRAM的阻變特性是由于其化學成分還是由于其微觀結(jié)構(gòu)決定的也是需要重點研究的方向；電極方面，電極材料熱導率和電導率對阻變特性的影響也是未來研究中需要回答的問題。此外，理論研究、實驗制備和測試優(yōu)化仍有大量的工作需要進行，RRAM的可靠性、低噪聲，也是不能回避的問題[17]。憶阻器的一個單元可以存儲多位，這對未來的大規(guī)模商用也具有很大的價值。

隨著研究的持續(xù)進行，其阻變機理將被提出，可靠性，噪聲發(fā)面將得到很大的改善，多位存儲將很大程度降低其成本，有望使憶阻器延續(xù)摩爾定律的發(fā)展，解決微電子領(lǐng)域的發(fā)展瓶頸，提高機器的運行效率，為非易失性存儲帶來革命性的變革。

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