时间:2023-08-04 17:20:56
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IDC其全称为互联网数据中心,是我国电信的重要转型行业之一。近年来随着我国计算机技术的不断发展,使得IDC机房的建设规模也越来越大,其所需消耗的电能也越来越多,因此如何进行IDC机房的节能减排工作,也就成为了相关政府部门以及业内的一个重点关注问题。因此在充分保障系统设备能够正常运行前提下,如何进一步提升机房的管理水平,提高电能的利用率并进一步消除机房过热的问题,也就成为IDC机房在日后发展过程中所必须解决的一个问题。
1、IDC机房运行过程中节能减排的重要性分析
IDC是电信部门通过互联网通信线路、宽带资源而建立的一个标准化的电线专业级机房环境,并能够为我国的政府与相关企业提供服务器的脱管以及租借等服务。较之于传统方式,IDC机房具备有耗能低、运行速率快以及节约资源等诸多优势。但是在现阶段的IDC机房运行过程中,依旧存在着能耗过大这一情况,这也表明了其还拥有着较大的节能减排空间。近年来随着我国IDC机房的进一步发展,使得其散热问题也成为了现阶段所需要迫切解决的问题,而在传统的散热过程中,所示通过通风制冷的方式来进行机房的降温工作,并对机房内的设备进行保护,但是这种传统的制冷模式时不仅无法做到针对性的精准降温,也会直接产生一些不必要的能耗,并导致该机房的运营成本得到进一步的增加。而在IDC机房中,通过相关节能减排技术的合理运用,其不仅可以有效解决机房的散热问题,还能够保障相关设备的使用性能,并且达到提升设备使用效率以及延长设备使用寿命的目的,这样不仅能够有效奖励IDC机房的运行成本,还能够充分满足我国绿色发展的实际需求。
2、IDC机房节能减排技术的具体应用
2.1精准送风技术
该技术是一种出现比较早的节能减排技术,通过精准送风技术的运用,也能够对精准制冷以及自动温控的实现奠定重要的基础,借助于该技术,就可以让给空调送出的冷空气通过风道送到各个设备的进风口出,从而取得良好的散热降温效果。现阶段常见的精准送风技术主要是智能精准送风以及机柜精准控制两种,其中前者主要是运用自动化的控制手段来进行机房的降温工作,其工作原理是对机房内的实际通风需求进行分析,并在此基础上来对通风地板的开度的智能化调整,并借此达到地板送风量的合理控制。在运用智能通风地板进行机房的散热工作时,其自动化程度相对比较高,并需要运用先进的智能控制技术,在出风量方面较之普通地板也有着比较大的改善,并能够有效降低通风过程中所产生的能耗。因此说智能通风地板也是智能精准送风的一个必然发展趋势;机柜精准控制的工作原理是对机房中所有设备的排风温度进行有效的监控,并将监控数据传输到前端控制器上面,在对这些数据进行整理分析之后,就可以在此基础上进行地板送风量的合理控制。智能精准送风技术以及机柜控制单元技术两者在应用上面还存在着一定的差异性,其具体对比结果如下:(1)智能化动态精准制冷技术:该技术在IDC机房的节能减排技术中有着很高的关注度,其工作原理则是借助于智能化的系统,来对各个设备所需要降低的温度进行动态的检测工作,并在此基础上实现相应空调送风口其风速以及温度的精准控制,并对局部温度过热的问题进行有效的处理。借助于该技术不仅能够对空调送风以及回风的温度进行精准有效的控制,还能够对机房相关设备的温度进行有效的调控,从而确保在最低能耗的情况下来达到良好的设备降温效果。因此说IDC机房就可以进行智能化制冷系统的合理安装,并需要培训相关的管理人员来充分掌握该制冷技术。(2)自动温控技术:该技术的工作原理是在机房中相关设备上进行温度传感器的安装,并将这些设备的实时温度传递给温度控制系统。而温度控制终端则能够对这些数据进行分析与评测,并在此基础上做出温度调节的相关决策。在设备的温度过高时,借助于自动温控系统就能够迅速开启制冷设备,并进行迅速散热,而在设备温度恢复正常之后,则会直接关闭降温设备,从而达到节省能耗的效果。因此说IDC机房在自身资金充足的情况下,也可以进行温控设备的安装,并取得一个良好的节能减排效果。
2.2科学排列布局技术的合理运用
在IDC机房的建设过程中,其设备的布局以及排列情况对于机房的散热效果也有着非常大的影响意义。因此说在进行IDC机房的排列布局过程中,也就需要对设备的位置、结构以及排列等因素进行详细的考虑,并在此基础上进行设备排放位置的合理规划。如果设备的排放位置未能够得到合理的回话,就有可能出现设备两侧存在温度差的情况,严重情况下甚至会导致因为局部温度过高而出现的机器烧毁现象。而借助于设备以及元件的合理布局,能够让其它节能减排技术的实施成果得到极大的增强,因此可以起到减少机房运行成本的良好效果。
2.3供电方案以及设备的优化技术
IDC机房其主要消耗的能量是电能,而在起具体的运行过程之中,还有着设备数量非常庞大以及供电设备的数量较多等特点,因此说要想取得一个良好的节能减排效果,也就需要对IDC机房的供电方案以及供电设备进行不断的优化与完善,并使得该机房自身的供电系统能够得到进一步的优化,这也是IDC机房实现节能减排的一个重要途径。因此在电路的具体设计过程中首先需要进行电路的井间,并在最大限度上避免线路上面的电能损耗。此外还需要积极引用一些节能效果叫很高的供电设备,并取得一个良好的节能减排效果。
2.4新风系统技术的运用
该节能减排技术的工作原理是对室外控制进行降温与过滤处理,并使其成为清洁得冷空气,然后再将其送入到机房之内并与室内的干燥热空气进行有效交换,从而取得一个良好的降温效果。运用新风系统技术其可以通过自然排风的方式来对机房内的热风空气进行排放,这样就可以在确保整个IDC机房空气质量这一前提下,来进行免费能源的合理运用。在新风系统技术的具体运用过程中,一旦进风口分度低于系统的设定值,并且湿度满足系统要求的情况下,就会打开进风单元,并且往IDC机房内适当引入如果进风口的风口温度值小于设定值但其湿度满足要求时,进风单元就会打开,并将适当的冷空气引入到机房内;而在进风口温度值大于系统的预定值时,该系统就会根据机房的具体温度来进行对应数量空调的开启。
3、IDC机房中节能减排技术的评估分析
3.1精准送风技术的评估
(1)智能化动态精准制冷技术:该制冷技术拥有着非常广阔的应用前景,其不仅能够有效节省人力,还拥有着良好的制冷效果以及制冷效率。运用智能化精准制冷技术能够最大限度的减少IDC机房在日常运行过程中所产生的空调能耗,并取得一个良好的节能减排效果。但是该技术在应用前期需要较大的资金投入,并且要求相关的工作人员拥有一定的智能化操控技术。因此在运行该技术进行IDC机房的散热工作时,就需要对相应的工作人员进行一定的培训工作,这也对该技术的普及造成了一定的阻碍。(2)自动温控技术:该技术也是进行智能调控并减少能耗的类型,并且具备有降温效率高、耗能少以及温度浮动程度小等优点。与智能化精准制冷技术对比,自动温控技术的前期投入更大,但是其操作更加简单,因此可以有效减少人员的训练成本。
3.2IDC机房供电设备科学布局技术的评估
在IDC机房的具体建设过程中,可以通过设备科学布局的方式来达到节能减排的效果,该技术成本较低,并只需要在建设初期进行实施,就能够取得一个良好的节能效果。此外该技术还拥有着良好的安全性,因此也在现阶段的机房建设工作中得到了较为广泛的应用。但是该技术的实际减排效果较差,只有和其它节能减排技术进行配合运用才能够取得良好的效果。
3.3供电设备以及方案的优化评估
该技术是节能减排中的一个基础技术,并能够从根本上进行能耗的控制,但是该技术的工作量相对较大,其在具体实施过程中还存在着一定的风险,并需要对其进行不断的维护调控。
3.4新风系统技术的评估
该技术可以将室外的自然风经过简单处理之后送入机房,并能够对机房内干燥的空气进行有效综合。在合适的季节中运用该技术可以取得良好的节能减排效果,但是其受到季节以及地域的影响比较大,其使用性能也不稳定。
4、结束语
通过IDC机房节能减排技术的落实,其不仅能够有效提升相关企业的运营效益,还能够充分满足节约型社会的建设需求,因此值得进行进一步的推广与应用。
参考文献
近年来,我国社会主义市场经济快速发展,废气物的排放量和能源消耗量大幅度增长,在我国能源紧缺和全球气候变暖问题的背景下,在多个领域和行业推广和应用节能减排技术,直接关系着我国国民经济的可持续发展,节能减排势在必行,本文以工业行业的节能减排为例,深入分析和研究节能减排技术的推广应用。
1.节能减排技术概述
工业行业是我国国民经济中的重要组成部分,工业行业的节能减排工作一直是我国生产时间和科学研究的重点,节能减排技术在工业行业的推广和应用,涉及节能减排制度的制定、节能减排技术的研发、落后产业结构的调整与淘汰、节能减排技术实践的分析和总结等方面。在各行各业中,由于领域的不同和关注的问题不同,人们对节能减排技术的定义是不同的,但是总体来说,节能减排技术是指能够节约能源,降低损耗,减少废弃物排放的技术。
2.节能减排技术的研发途径
近年来,我国政府加大了对节能减排技术的研究和开发,一些大型企业逐渐增加技术创新和节能减排改进的投入,加大了节能减排力度,提高了企业的自主创新和自主研究能力。我国科研院校要加强和企业的合作交流,建立统一的技术服务研发平台,加快企业节能减排技术标准建设,围绕企业的重点项目,攻克节能减排的共性和关键技术。同时提高企业资源的有效利用和循环利用,极大对系统技术、资源技术、再利用技术、减排技术、替代技术等重点技术的开发和研究[2],积极调整产业结构,突破节能减排技术瓶颈。另外,积极构建节能减排技术研究平台,建立一批国家重点工程实验室,加大节能减排技术在各个领域多个行业的宏观指导,加强沟通和交流,学习先进的节能减排经验,在全国范围内进行节能减排技术的推广应用,引用和借鉴国外先进的节能减排技术,提高我国节能减排效果,推动产业、学习和研究相互结合,以行业企业为核心的节能减排技术开发和创新体系。
3.工业行业节能减排技术推广应用的困境
节能减排技术在工业行业的推广应用,经过一段时间的实践,节能减排取得了一定的效果,但是工业行业作为我国重要的传统行业,为了更好地平衡经济发展和环境保护之间的关系,在工业行业中深入推广和应用节能减排技术还面临着很大困境。
3.1 缺乏足够示范
根据技术扩散的研究理论,一种新兴的先进技术想要进入市场,在市场上占有一席之地,必须在企业中经过一段时间的应用和实践,取得成效之后,才能推动这项技术的扩散,吸引更多的企业引进这项技术[3]。在我国水泥行业和钢铁行业中,虽然一些大型企业引进了节能减排技术,也取得了一定的成效,毕竟节能减排技术会增加企业的运行成本,所以从工业行业的全局角度来看,缺少节能减排的重点示范工程和项目,使得节能减排技术在工业行业的推广应用缺乏足够的示范,影响了节能减排技术的流通效率和推广效果。
3.2 经济激励不到位
节能减排技术在工业行业的的推广应用需要很大的经济投入,增加了企业运行成本,因如果没有政府的经济支持,在工业行业中推广和应用节能减排技术存在很大的难度。当前,工业行业的节能减排主要依靠企业的自主引进和研发,政府缺乏相应政策和经济制度的保障和支持,使得节能减排技术的推广应用效果很差。
3.3 政府扶持强度不够
我国在节能减排方面的研究取得了很大的成就,开发了很多先进的节能减排技术,但是这些先进的节能减排技术并且没有在工业行业中得到推广和应用,例如,在钢铁行业中,喷吹高炉塑料技术、废橡胶、废塑料、焦炉再利用技术等,虽然这些先进的节能减排技术已经非常成熟,但是由于政府扶持强度不够,很难在工业行业中得到推广和应用。
4.节能减排技术推广应用的建议
4.1 完善节能减排技术推广应用的法律法规
为了推动各个领域和行业实现更好的节能减排效果,政府要不断完善我国节能减排技术推广应用的法律法规,根据节能减排技术在不同阶段的推广应用情况,制定相应的法律法案,积极完善各个阶段的环境保准,利用法律的强制力要求企业积极引进节能减排技术,降低能源损耗,减少温室气体和各种废弃物的排放。
4.2 加大政府投入
节能减排技术的推广应用,需要政府的大力支持和保障,一方面政府要积极地投入资金,支持企业自主研发和应用节能减排技术,为企业提供一定的资金支持。另一方面,政府要制定的相应的诱导性和倾斜性政策,推动市场机制和政府政策的相互促进、相互配合。例如,政府可以对积极引进节能减排技术的行业和企业实行免税政策,为小型企业和消费者提供经济补贴,积极推广节能减排设备和技术,推动各个行业的节能减排。
4.3 加大科技技术开发和推广
为了更好地推动企业节能减排技术的应用,政府要企业提供一切可能的条件,鼓励企业加大自主研发能力,结合企业的实际运行情况,积极创新和改造节能减排技术,加强企业和科研院校的沟通交流与合作,加大企业节能减排技术研究和应用,加大绿色环保资源的再利用,积极引进多种先进的科学技术,增加企业节能减排效益。
4.4 重视可再生能源和循环经济的推广应用
可再生能源和循环经济是企业实现节能减排的重要内容,对于一些传统的重工业,通过调整产业结构和能源结构,可以降低能源的损耗,提高可再生资源的利用率,推广和应用循环经济,通过脱硝、脱硫等方式,控制和管理氮氧化物和二氧化硫等污染物,提高企业的经济效益和环境效益。
5.结束语
近年来,我国的能源损耗大幅度增长,能源形势日益紧张,为了推动我国市场经济和社会的可持续发展战略,在各个领域和行业推广和应用节能减排技术刻不容缓,结合当前节能减排技术推广应用面临的困境,积极进行改进和完善,进一步推动节能减排技术的推广和应用,提高各个行业企业的经济效益和环境效益。
6.参考文献
建筑给排水的节能工作是指建筑物在规划和设计,以及建筑过程中按照建筑节能的标准,使用节能的技术和材料,提高建筑的使用效率,加强建筑物用能系统管理,减少给排水系统的能耗。建筑给排水专业在建筑耗能中所含的主要内容有:人民生活及从事工艺、游乐、环境卫生、绿化、给水、排水、消防、热水、中水等消耗的能源。据材料介绍,上述所消耗能源中占建筑能耗的10%~30%。由此可以看出建筑给排水专业在节能工作中不是可有可无的,而是占有相当分量的。因此,重视对建筑给水排水节能途径的研究,对我国建筑节能将有积极的意义。
一、建筑节水形势严峻
水是地球的血液,关系到人类生存发展、是具有战略意义的资源。面对缺水的现状,节约用水已成为我国的基本国策。建筑节水更是任重道远。(1)超压出流浪费水量巨大。卫生器具给水额定流量是为满足使用要求,卫生器具给水配件出口,在单位时间内流出的规定出水量。流出水头是保证给水配件流出额定流量,在阀前所需的静水压。给水配件阀前压力大于流出水头,给水配件在单位时间内的出水量超过额定流量的现象,称超压出流现象,该流量与额定流量的差值,为超压出流量。给水配件超压出流,不但会破坏给水系统中水量的正常分配,对用水工况产生不良的影响,同时因超压出流量未产生使用效益,为无效用水量,即浪费的水量。因它在使用过程中流失,不易被人们察觉和认识,属“隐形”水量浪费,因而至今未引起足够的重视。然而这种“隐形”水量浪费在各类建筑中不同程度的存在,其浪费的水量也是十分庞大的。(2)热水干管循环浪费水量巨大。我国热水供应系统的水量浪费也较为严重,主要表现在开启配水装置后,不能及时获得满足使用温度的热水,往往要放掉不少冷水后,热水设备才能正常使用。这部分流失的冷水,未产生使用效益,可称无效冷水,也即浪费的水量。以某建筑大学新区的一个浴室为例:共有龙头约300个,因采用干管循环,首次开启时都得放掉支管内的冷水。以首次开启放掉的冷水约2.0L计算,浴室每周开放三次,则每周浪费水量为300×2.0×3=1800L,每月浪费水量7.2吨。以一栋设有定时供应热水系统的6层招待所为例,采用干管循环,有16根立管,以每根平均管径32mm,长18m计,每天供应一次热水则每年约流失无效冷水105m3,那么全国同类建筑热水系统年浪费水量的累计值,也将是十分可观的。显然,干管循环浪费水量最多。(3)管道及阀门泄露。管道锈蚀、阀门的质量等导致大量的水消失于无形。经常都能看到路边的给水管道在管子接缝处及法兰、阀门连接处滋滋的往外冒水。埋在地下的开不见的更不知道有多少。用户们经常反映浮球阀经常损坏、漏水,不论是用于水池、水箱的还是马桶上使用的,其质量的低劣直接导致大量水从溢流管流出。据调查,滴漏的水龙头每天就可耗水70L。一些第三世界国家城市中有百分之六十的饮用水管道蚀损严重,及干线违规分流等原因流失了许多水量。菲律宾首都马尼拉市供水管网的漏耗水量以近其总供水量的百分之五十八,即使在管理措施较好的新加坡,也存在着百分之八的管网漏耗率,但人们认为无足为怪。据联合国的一项调查,美、英两国管网漏耗率均为百分之十二。
二、建筑给水排水节能的主要途径
1.给水供水的节能。合理确定用水量(包括冷水、热水及其他等用水)的定额。严格执行《建筑给水排水设计规范》中的生活用水量定额标准,并非用水量越高越好。理设计建筑给水系统。主要可通过下列方法实现:充分利用市政管网的压力,直接供水;合理进行竖向分区,平衡用水点的水压;采用并联给水泵分区,尽量减少减压阀的设置;推荐支管减压作为节能节水的措施,减小用水点的出水压力;合理设置生活水池的位置,尽量减小设置深度,以减少水泵的提升高度;优先考虑水池――水泵――水箱的供水方式。推广采用节水的卫生器具。如限制卫生器具的流出水头、红外线感应龙头和便器等,不应采用无控制花管、长流水的小便槽。合理采纳变频调速泵组供水。当采用变频泵供水时,应优先采用变频变压变流量的给水方式,其节能效果要优于变频恒压变流量的给水方式;当采用变频恒压变流量时,工作压力的设定应接近水泵工频运行时高效段扬程的下限;工作水泵应选用2台或2台以上,不同级配工作泵的流量宜以1/2的流量梯变,宜采用大小水泵搭配的形式,并设气压罐小流量给水。当市政条件允许时,宜采用叠压供水设备。具备条件的,应当至少选择一种可再生能源(指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源),用于建筑物的热水供应。热水水源的利用可采用太阳能、水源热泵、地源热泵技术。在采用水源热泵、地源热泵技术时,不得对水体和土壤造成污染和浪费。如利用地下地温地源自动供暖制冷系统,就是通过表层地下水为载体,或将盘管埋在土壤中以盘管内流动的介质为载体,将这些地温热源输送到水源热泵进行能量转换,冬季输出45℃~65℃的热水。在太阳能的利用上,有条件的可采用太阳能蓄热技术,太阳热水系统的工程参数应结合建筑所处的地理位置确定。太阳能热水器的循环可采用强迫式、自然式循环太阳能热水器和直流式太阳能热水器。太阳能热水器应有温控装置,并应合理控制和设定热水的温度。太阳能热水系统的热能再利用与节水技术还应相互结合。太阳能热水器可作为热水供应的预加热措施,可设在其他热交换器的前端。热水系统宜机械循环以满足用水点的节水要求。合理设计热水供应系统。加强余热的回收和利用,有条件的地区可采用城市热网或区域性锅炉房的热水或蒸气作热源。当地电力供应较富裕的地区或鼓励夜间使用低谷电的政策时,可采用电能作为热源或直接制备热水。可采用专用的蒸气或热水锅炉制备热源,也可采用燃油、燃气热水机组制备热源或直接供应生活热水。对集中热水系统远距离的少量供热点可采用局部加热方式;对不同场所可采用不同的热源形式。从技术可靠、经济适用的角度出发,应合理配置组合各种不同热源的比例关系。应合理确定热水用水量定额、耗水量、耗热量、供水水温、水质等热水系统的基本设计参数。当采用电作为热源时,宜采用储热式电热水器,以降低耗电功率。热水供应系统储水温度宜控制在55~60℃。热水供应管网宜采用同程回水的给水方式。热水供应系统宜缩短热水的给水时间,增加机械循环,并平衡冷热水的水压。
社会经济的不断发展给交通运输行业带来巨大的考验,车辆、船舶等交通运输加剧了 的排放,其在一定程度上影响了人们的身心健康以及社会经济的健康可持续发展,其中被认为是最清洁、最环保的船舶运输行业也不能幸免。因此,研究船舶运输行业的节能减排具有十分重要的现实意义。
一、船舶节能减排技术重要性
船舶节能减排是航运发展的需要,船舶运输努力的方向就是利用最合理的航速和耗油关系来获得最好的经济效益,对于船舶运输行业来说,船舶节能减排已经成为船舶企业落实科学发展观的关键步骤,其对建设资源节约型、环境友好型社会有着重要意义。在实际的船舶运输中,工作人员需要根据船舶运行航线、工况等实际的变化情况,对船舶实际运行中的耗油等进行分析以及修正,以便得到船舶实际的耗油数据,从而分析船舶实际的节能方式,为满足实际船舶运输需要奠定坚实基础。船舶节能减排也是我国法律法规的强制性要求,我国明确规定了到2020年,我国二氧化碳排放量会降低到16%,船舶运输单位运输周转耗能量降到15%,因此可以说船舶节能减排技术在一定程度上符合我国节能减排总体战略。
二、船舶节能减排的影响因素
1.船舶性能
船舶自身的性能会影响到船舶节能减排的效果,一般来说,不同船舶主辅机状态、涂装底漆以及污底情况、运营年限、型号以及船体浸水体积等都会对船舶节能减排产生不同影响。船舶主辅机是船舶运输过程中重要的耗能设备和安全设备,主辅机运行效率越高,船舶燃烧效率就越高,这样就可以适当降低船舶单位耗油量,在一定程度上对船舶节能减排工作起到重要作用;不同运营年限的船舶主机磨损程度不同,长时间运行的船舶主机磨损较大,其单位耗油量较大,对能源利用效率、污染物排放等存在一定的影响;不同型号的船舶抗风浪性能不同,其甲板受风面积以及船舶耐波性等都会对船舶节能减排效果产生一定的影响;船舶船体浸水体积会在一定程度上影响船舶兴波阻力,进而影响船舶节能减排效果。
2.环境因素
在船舶实际运行的过程中,环境因素会在一定程度上影响船舶燃料燃烧效率,进而船舶节能减排效率。具体来说,环境因素主要指的是船舶运行过程中的地理环境和自然环境,包括温度、气压、航道条件以及气象条件等,这些环境因素很大程度上会影响船舶耗油水平以及排放水平。例如大风会增加船舶运行阻力,影响船舶主机负荷,进而增加船舶耗油量;在海拔比较高的地区运行时,大气压力会随着海拔的升高而降低,空气含氧量也随之降低,这样船舶燃料就不能充分燃烧,单位燃料燃烧的实际功率也会降低;航道弯曲角度、交叉情况、航道宽度以及航道深度等都会在一定程度上影响船舶能源消耗以及废气排放情况,航道弯曲度越小,燃烧消耗越少。
3.效益因素
船舶资金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企业给我国国家社会带来的经济效益以及实施节能减排的效果。船舶企业在进行高效低成本投入时,能够更合理地实施节能减排工作,促进船舶节能减排效果的实现,但船舶企业在进行比较高成本投入时不仅不能带来经济效益,还有可能使企业产生负经济效益,进而打击船舶企业节能减排的积极性,严重影响船舶企业的发展。船舶企业的经济效益指的是在船舶运行中,产品投入比值,其效益的高低在一定程度上影响着整个船舶行业。从国民经济方面来讲,经济效益就是说全部的构成要素和其中某个构成要素之间的百分比,经济效益越高,船舶节能减排发展越迅速。因此可以说,经济效益是船舶节能减排重要影响因素之一。
三、船舶节能减排技术的应用
1.船体减阻降耗
船舶船体减阻降耗是船舶节能减排重要手段之一。从船舶设计层面上讲,船体减阻降耗可以从船体低阻力线型设计、浮态调整、船舶船体表面减阻以及低风阻上层建筑等方面进行设计研究。低阻力线型设计主要包括线型优化和总体设计优化两个方面,如下图3.1所示。低阻力线型设计中的总体设计优化指的是设计优化人员根据设计经验和母型船等,在保证船舶具有足够排水量的前提下,调整方形系数和浮心位置,选取合适的船型尺寸比。而线型优化则指的是船舶船体线型的UV度、水线进流角以及去流角等的设计对船舶船体阻力具有一定的影响,设计优化人员依靠模型试验和CFD手段等,反复调整船舶线型,并最终确定船体的低阻力线型。船舶在实际航行中的阻力不仅仅取决于船舶的静水阻力,还与航线上风浪流等环境因素有关,研究人员对船舶在多种转载工况下的阻力性能进行研究,实现了在全航程多工况下船舶综合阻力性能全面提升的目标,从而形成了船舶船体减阻降耗的浮态调整方法。低风阻上层建筑则指的是设计人员通过优化船舶船体上层建筑的外形,降低风阻力,从而实现节能减排。
2.使用经济航速
船舶的燃油消耗是一种综合反映船舶节能减排技术与经济性的指标,其与船舶航速息息相关。在实际的船舶运行过程中,经济航速的概念主要有三种,也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油费用航速,实际意义上的经济航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有锅炉、船舶主机以及发电柴油机等,其中最重要的耗油就是船舶主机耗油,其重要的耗油特点就是在运行船舶主机时,船舶功率和船舶航速之间具有三次方关系,因此应适当地降低船舶航速。从实际的船舶运行方面进行考虑,当船舶转速和功率变化时,船舶主机消耗燃油量就会受到船速、换气量以及喷油量的影响,因此就要找到一个船舶航速和耗油的最佳平衡点。最佳平衡点主要从以下几个方面进行考虑:船舶航速和主机耗油量关系、船舶耗油设备的状态、船舶运营年限、船舶航行条件、船舶实际的运行路线等。因此,船舶使用经济航速的基本原理就是工作人员在主机安全的转速范围内,根据主机实际的运行情况,找到船舶耗油和航速最佳的平衡点。
3.提高推进效率
提高船舶推进效率主要有改进尾部伴流场、主机降功率使用等方式,改进尾部半流场指的是在船舶船体上加装螺旋桨整流罩,这种技术主要应用到对螺旋桨尺寸有限制的以及拖轮等高负荷低航速的船舶。加装螺旋桨整流罩后的螺旋桨后流场、桨轴上下不完全对称,其螺旋桨桨轴上方流场偏右,桨轴下方流场偏左。因此,使船舵上下部成一定角度,来分别对齐螺旋桨后流场,进而减少船舵所受扭矩,这种节能措施可在服务航速工况下节省4%的功率。主机降功率使用指的是将船舶主机的功率降低,进而降低船舶燃油消耗率,达到船舶节能的目的。这种节能技术较为成熟,虽然初次投入成本较大,但从整个船舶生命周期来看,该节能技术经济性较好。目前,很多的大型船舶公司可以接受这种优化设计方案,其通过主机的优化配置可实现3%―6%的降耗。
4.废热回收及废气处理
船舶废热回收及废气处理也是一种较为重要的船舶节能减排手段,其中船舶废热回收主要指的是船舶废热利用技术,其回收原理图如下图3.2所示,在船舶燃油消耗中,大概有50%的热量以热辐射、废气以及热交换的形式浪费掉。船舶主机废热利用透平转化功率为最大功率的0.6%到4%,这种利用技术初次投入资金较多,多用在大型集装箱船上;船舶主机冷却水废热再利用则可对船舶扫气和缸套的废热进行再次利用,从而提高2%到3.5%的主机功率,这种回收系统较为复杂,通常需要与蒸汽透平和废气透平等联合使用,因此多用在大型集装箱船上。船舶废气处理主要指的是船舶安装废气净化器以及船舶采用废气循环系统,船舶废气净化器可以有效去除船舶废气中的SOX以及微尘颗粒等,其去除率可达到98%、80%,船舶废气循环系统则可以有效减少船舶中的NOX,其主要是加装一个EGR单元,以降低船舶废气的峰值温度,从而减少船舶的产生。
结语
总而言之,船舶节能减排不仅能满足我国航运发展的需要,还能符合我国节能减排的总体国家战略,因此工作人员要采取合适的措施,对船舶进行节能减排优化设计,例如船体减阻降耗、使用经济航速、提高推进效率以及废热回收及废气处理,从而提高船舶节能减排效果,推动我国船舶运输行业的健康发展。
参考文献
[1]何放平,王海松.浅析船舶节能减排技术的应用[J].山东工业技术,2016(1)
节能减排是一项有利于全人类进步与发展的系统化工作,随着我国经济的发展信息技术的不断提高,通信产业的能耗问题也日益凸显出来。通信规模不断的扩张导致我国通信网络、动力设备、制冷系统及机房、基站等配套的基础设施数量成倍的增长,使能源消耗幅度不断增加,这就要求我们重视在通信行业中的节能减排工作。
1 节能减排的思想研究
根据我国目前的通信行业状况分析不难得出,节能减排工作应该从以下几个方面进行。首先要从网络运营方面进行节能减排,对机房维度、业务维度等方面进行能耗现状的分析,树立节能减排的目标和思路。其次要从采购、办公等方面进行能耗现状的分析,树立综合管理节能减排目标和思路。最后要从营销及服务方面入手,分析电子渠道、渠道用房、信息化服务等方面的能耗现状,树立营销及服务的节能减排目标和思路。
2 节能减排的方法措施
2.1 通信网络措施
我国通信设备的耗电量大,局点设备容量小,单位能能耗较高。我们要运用新科学技术对其进行改造,采用能耗较低的设备。工作中应该常检查原有的设备,对能耗高的设备进行退网与更换。对现有的设备进行整合,使其的工作效率得到提高,同时也要根据基地的地理条件采用不同的设备,已达到最好的节能减排效果。
2.2 基站主设备措施
对现有的基站设备,可以采用载频智能关断技术。当基站的话务量下降时,基站通过软件自动控制,关闭部分没有负载的收发信单元,从而达到节电的目的。利用待机模式控制无线设备,控制整个载频模块,从而达到降低能耗的目的。此技术重点适用于郊区、农村及相对偏远的地区,通过断电技术来延长设备的工作寿命。
2.3 通信机房措施
通信机房的节能减排与机房的通风措施的好坏是分不开的,但是许多通信机房特别是早期建设的机房能耗大,需要进行整改,目前通风技术主要为以下三种:
2.3.1 精确送风技术
我们可以把精确送风分为两大类,即下进风和上进风方式,上进风方式指的是在机柜的顶部开一个可调节风量的进风口,充分保证其冷气不流失走,下进风工作原理与上进风相似,只不过进风口是设置在机柜的底部,将地板下的冷空气输送到机柜中。精确的送风方式有助于通过送风技术实现节能减排。
2.3.2 热交换节能技术
热交换技术(heat exchange)指的是由于温差而引起的两个物体或同一物体各部分之间的热量传递过程。因此在通风措施中需要有两套独立的循环风道组成,室外冷空气经过管道进入室内,与室内的热空气进行热量交换,以此来达到降温的效果。
2.3.3 智能通风节能技术
智能通风系统会根据室内温度的高低分布规律来控制室内的温度,利用对流的空气排出室内的热空气,降低室温。这种技术对室外空气洁净度有较高的要求。
2.4 基础配套措施
运用基站的监控系统实现对设备消耗情况的采集,根据能源供给的状况对基站进行远程控制,加强电能结算的时效性,降低成本,提高通信设备的工作效率。
2.5 开关电源模块休眠措施
开管电源模块休眠是一种采用整流模块对冗余配置进行控制的技术,开关电源的系统是以基站的负载大小为原则进行配置的,休眠状态的模块数量可以根据负载变化而变化。随着开启模块的数量增加,进入休眠状态的模块数越少,节电量和节电率也在不断增加,但是因系统无效能耗引起总输入功率的提高。
模块休眠可以减少各个模块的工作时间,减少模块故障率保障设备的使用寿命,降低能耗,一高企业的投资效益。
2.6 太阳能及风光互补措施
利用自然资源减少电力资源的消耗,夏季太阳辐射强,冬季风力强,合理利用太阳能和风能等自然资源,完善发电设备的供电系统,在太阳能充足的地方使用风光互补的模式,达到利用太阳能和风、光能满足供电的需求,从而使节能减排落到实处。
3 节能管理的方法措施研究
要使电信行业的节能减排落到实处必须要建立健全相关的法律保障制度,让节能减排做到有章可循,同时也要安排有关工作人员对其进行严格管理,坚决做到精细化用电,相关技术人员也要时刻准备对工作设备进行维护、抢修,这就要求相关工作单位集中采购维修材料,保证维修质量,科学配置,可以降低采购成本和因临时准备器械零件而产生的额外费用做到有问题及时维护。实行设备回收计划,运用先进的科技满足通信行业的需求,提高回收利用率。合理运用创新的科学技术,从根本上达到节能减排的目的。
4 结束语
全球能源持续紧张,积极推进通信行业的节能减排不仅仅是降低自身的运营成本,更是在相应国家的号召。随着我国通信行业的飞速发展,不断涌现出的新业务新技术带来能耗也在不断增加,如何在满足通信业绿色需求的同时,减少资源消耗,走可持续发展的道路是每个企业都要关注的问题,节能减排也是每个企业需要自觉承担的责任。通过科技的不断进步,相信在今后的通信业会得到更好的发展。
参考文献
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对于电力行业整体而言,从建立节能减排长效机制的角度来看,宏观规划是非常重要的,可以通过制度手段进行节能减排。根据中国能源的分布、电量的需求,加上促进可持续发展的政策机制,建设既高效又节能的机组,优化火电结构。尽快调整经济结构、转变增长方式,提高企业的生产效率,加强技术创新及推广应用。对污染物排放数据是否达标进行监测,在生产过程中进行节能减排系统的优化。确定最佳的资源配置方案与能源流向及输送过程,完善产业结构调整。提高可再生资源发电的利用率,在制度、技术、结构上采取综合性对策。采用行政法律法规和市场竞争相结合的机制,重视能源节约和污染物减排工作,使资源优化配置。根据节能减排的国际经验及中国国情,通过节能调度的措施、有效监管及节能减排的技术支撑体系,通过市场机制来促进节能减排工作。
二、电力节能减排的技术支撑体系的市场机制
火电企业是中国电力行业的中坚力量,考虑部分市场机制的节能减排模式,在其转化为电能的过程中,建立基于能耗和污染物排放标准的节能减排的市场机制,并且要建立促进可持续发展、健全节能减排的长效机制。支持鼓励进入机制辅助以加大国家的宏观规划,限制约束进入机制调整电力产业的整体结构。利用法律法规与市场手段相结合,以技术标准、差别价格、经济补偿等机制引导高能耗、高污染的火电机组有序退出市场,真正达到节能减排的目标,弥补市场机制的不足。从而确保了电力产业结构的科学化,强化了执行节能、环保等社会性的监管。
(1)市场机制电力节能减排过渡模式中国电力市场化改革针对各行业的不同特点制订相应的政策和法规,虽然取得了一定的进展,但是没有真正地抑制火电企业废气的排放,仍需加强对污染气体排放量的控制。由于电力市场机制还很不成熟,可以通过停止使用部分小火电机组并同时建设大容量、低耗能、高效率、少排放的机组,促进节能减排的发电权交易机制。发电权交易,就是计划合同电量的有偿出让和买入,并制定相应的法律法规,借鉴普通商品二级市场交易,从源头上解决问题。通过转让或购入发电权电量实现发电企业之间的交易,更快更好地实现节能减排的目标。实施发电权交易是促进节能减排的有效方法,也是促进高效节能环保的重要途径,会直接影响中国节能减排目标的实现。通过以市场机制促进节能减排,来达到结构上的优化及降耗。此外,通过竞争达到管理上的优化及降耗,充分发挥市场配置资源的基础性作用,利用法律和长效市场机制来确保节能减排的目标更好更快地完成。
(2)调整市场机制的节能减排管理手段,提高经济效益通过实施差别电量(政府宏观调控或计划调控),调整电力产业布局使电力结构科学化。改变传统的平均分配发电,抑制用电量的迅猛增长。通常情况下,发电都是利用小时数的模式,发电利用小时数就是一定时期内平均发电设备容量在满负荷运行条件下的运行小时数。平均发电用小时=报告期发电量/报告期的平均发电设备容量。通常都是从工业快速发展的实情出发,实行机组类型差别、能耗差别,增加高效环保机组的发电小时数,并通过对产业结构的调整来解决工业的高耗电量和节能的问题。实施“上大压小、关停小火电”政策,达到节能减排保护环境的目的。对列入关停序列的小火电机组,从问题的源头出发,进行合理的规划,给予一定的补偿性发电量指标,避免火电企业的无序建立。关停盲目建立的导致煤炭供需失衡的小火电是实现节能减排目标的重要措施。同时,通过竞标及充分配置市场资源,提高资源的配置效率,完善相关的法律法规,建立节能减排长效机制。基于经济发展同环境保护协调的目的,促进可持续发展的政策机制,维护节能减排的技术体系,弥补市场机制在节能减排中的不足。
(3)增进质量监督工作,促进可持续发展通过电力节能减排的方式和手段促进可持续发展的政策机制,是电力节约、减少排放的根本所在。综合运用经济、法律、行政等手段,在一定程度上,解决一些环境保护、节约能源等外部问题。重视安全问题基础上,以能源价格为核心内容的经济手段来激励相关各方自觉遵守节能减排的基本政策,完善一系列的法律法规以达到节能减排的目的。因其直接危及到工人及附近居民的切身利益和自身的保障,将节能减排目标的责任落实到地方政府及国有企业,充分发挥政府的主导作用,加强当地人民的节能意识。同时以经济手段为基础,制定一系列的法律法规,以此为保证,作用于各级政府及国有企业。狠抓节能减排责任落实和执法监管,进行以安全为主题的思想政治教育,对节能减排技术人员进行全面培训、监督及考核。加强节能减排管理,加快节能减排的法制建设,制定完整齐备的方案来保证电力节能工作的顺利执行。发挥各种措施相结合的积极作用,推进能源价格形成机制改革,减轻减排的技术压力。
(4)加强成本管理,完善组织体系建立集中统一、高效透明的节能减排监管体系,使其达到可持续发展的目的。理顺节能减排监管职能,落实政府在节能减排中的作用。解决节能减排监管职能的配置问题,积极采取措施,促进个人的学习,加大执法检查力度。公平公正地进行工作的投入,理顺能源主管部门、环保部门与监管部门的关系,制定出反映市场供求关系与环境保护程度及电力资源稀缺程度的机制。履行对电力节能减排的专业性监管,将工作责任落实。建立有效的财税激励政策,大力抓日常管理,制定出行之有效的奖励机制,增加节能减排投资,健全节能减排工作的标准,实施所得税优惠政策。加大对清洁能源的发展,对节能减排产品的生产企业给予一定的所得税优惠,将环境保护、资源利用与经济协调统筹起来。立足于鼓励节能减排产品生产企业的生产,形成良性循环。引导节能减排产品的使用和消费,通过源头的控制,达到节能减排的目的。发展循环经济和清洁生产。建立基于能耗和排放的市场准入机制,走清洁生产的模式,把发展经济与节约资源、保护环境结合起来,让公民从思想上建立节能环保的意识。
关键词:材料替代;生产工艺改革;废料能利用
Key words: material substitution;production process reform;make use of waste
中图分类号:TU506 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)17-0083-01
0引言
水泥行业的生产过程已经形成了一个产业的链式结构,从开采到加工到运输都在不断地为节能减排进行着技术的改进。其中水泥行业耗能最高的环节就是生产环节,烧造、粉碎、研磨的过程中都在不断地消耗着大量的能源。我国现在的主要生产工艺是干法生产,它利用现代流体力学、燃烧动力学、热工学、计算流体力学、粉体工学等现代科学理论和技术,在其工艺流程中还是有许多的技术节点是可以进行改进的,并使水泥生产的进一步体现其高效、优质、节能、节约资源、符合环保和可持续发展的有点。
1水泥行业节能减排的技术措施
1.1 产品和原料改进
1.1.1 多掺混合材目前的水泥产品在出厂的时候需要对水泥进行混合材料的添加,这样做是为了改进水泥的性能,以满足不同施工工程的要求。据统计:“以2007年为例,水泥总产量达13.6亿吨,以普通硅酸盐水泥为例。如果每吨水泥多掺1%混合材,那么就是节约1360万吨熟料。按新型干法窑每吨熟料热耗110~130kg煤计算,这样做就可节约1.2kg标准煤每吨水泥。若合理的将普通硅酸盐水泥的混合材含量由15%提高至20%,预计将节约816万吨标准煤,按1吨水泥熟料产生l吨CO2计,可减少CO2排放量6800万吨;按原煤含硫1%计,可减少SO2排放20.8~22.8万吨;按1吨标准煤产生7.4kgNOx计,可减少NOx排放量6.0万吨。”[1]由此可见,在水泥的成品种添加适当的混合材料是有利于节能和减排的。
1.1.2 替代原料目前的水泥生产中还有一项很重要的技术措施可以达到节能减排的效果,就是从原料上下手,利用工业的废渣来代替石灰石在原料中的比重。含有CaO的工业废渣很多,包括碳化炉渣、矿渣、钢渣等,这些废渣首先都是经过高温处理过的,其CaO的形式已经成为硅酸盐、铝酸盐、铁酸盐。这样的含量可以保证在物料被利用是不用像石灰石那样对CaCO3进行加热分解处理,通过实践检验,处理石灰石中的CaCO3所需的能源消耗占熟料烧成热耗50%以上。
1.2 生产工艺改进
1.2.1 改进粉磨技术、添加助磨剂减少电耗水泥生产中一个主要耗能环节就是磨粉工艺流程,在这里主要控制的是电能的消耗。以此看来在磨制工序中适当的采用新型的磨制技术和设备是可以在节电方面取得显著效果的。
1.2.2 利用变频调速技术节能变频技术是节能技术之一,这项技术可以帮助水泥生产中的一些辅助系统进行节能调节。最具有代表性的就是对风机耗电的控制。经测算,在生产一吨水泥的耗电量中约有30%的电能消耗是工况调节用风机的耗电。这里可以利用变频调速的技术对生产用风机进行控制改良,实践表明,风机采用变频调速技术可节电越2.5kWh/吨熟料,也就相当于1kg标准煤。
1.3 废料能利用
1.3.1 水泥窑辅助处理废料技术
1.3.1.1 废料的处理完全、安全。一般处理水泥废料的方法就是高温,条件是至少在一千度的环境下保持两秒钟才能使物料无害。之所以利用水泥窑就是因为其温度可以长时间的保持在一千度以上,在这里处理可以到达到更完全的处理效果。由于水泥窑的特殊机构使得有害废料在其中可以停留8秒中左右,这就达到了废料无害处理的基本技术要求。再有,水泥窑内部的碱性可以起到中和作用,让一些有害物质以盐的形式稳定存在,减少了“二恶英”的产生。
1.3.1.2 该技术可以实现水泥生产的减排,很明显,在高温的作用下,排放的气体中的有害物质已经大大的降低。尤其是二氧化碳的含量因为水泥生产中对盐类结晶的需要而减少。某水泥厂利用该技术,年生产3000 吨水泥熟料的过程中,处理废物也将近10万吨,基本实现了废弃物的节能化和无害化的处理。
1.3.2 利用低温余热发电技术提高能源利用对于资源的再利用也是节能的形式之一。在水泥生产中体现的就是对于余热的利用。目前较为广泛的方式就是利用余热发电。这样的装置可以在不增加任何热源的情况下进行发电。这项技术的采用既节省了电能的消耗实现了水泥生产的节能减排。下面介绍一下闪蒸余热发电技术:闪蒸就是在发电系统中利用了闪蒸的理论。具体的过程是,利用余热对水进行加热产生蒸汽和热水,并将主蒸汽和热水进行分流,蒸汽进入高压汽口,热水进入闪蒸装置,并产生低压蒸汽,在这里将主蒸汽和低压蒸汽一同引入汽轮机内对其作工实现发电。作工后的低压蒸汽通过凝聚为锅炉供水。这样的过程中可以产生两种产品:其一是电能,其二是热水。
2总结
目前的建材技术水平还不能让我们舍弃水泥这种建筑材料,但水泥生产过程中的高耗能、高污染是不争的事实。如何做到既解决了水泥需要又能节能减排,是摆在世界水泥行业面前的难题。只有在实践中开发和研究在生产中的创新技术、改进工艺流程、使用节能设备才能实现水泥行业综合节能减排的目的。
参考文献:
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在能源消耗系统中,锅炉及供热系统占有很大的比例。据不完全统计年耗煤量约占我国煤炭产量的三分之一左右。目前我国工业锅炉以燃煤为主,燃煤工业锅炉占其总量的 80%以上,平均热效率为60% ~65% ,远低于锅炉产品 70% ~80%的设计和鉴定热效率。工业锅炉普遍存在热效率低、原材料消耗大、排放高、污染大等问题。因此,做好锅炉的安全经济运行,对于促进节能减排具有十分重要的意义。
1 工业生产中锅炉能源浪费的现状
1.1 不完全燃烧热损失
不完全燃烧损失包括化学不完全燃烧热损失和机械不完全燃烧热损失。化学不完全燃烧热损失系指排烟中含有尚未燃尽的 CO、H2、CH4等可燃气体所造成的热损失。机械不完全燃烧热损失指未燃烬的煤粒造成的热损失。这些未燃烧的炭包含在灰渣及飞灰之中,层燃炉的漏煤也造成这种热损失。
1.2 排烟热损失
以中小型工业锅炉为例,排烟温度正常情况下应在 200℃以内,160℃左右较好,排烟温度每降低 12~15℃,可节煤 1%。而实际情况是不少锅炉的排烟温度超过了 200℃,排烟处的过量空气系数为 1.7~2.5,排烟热损失为 8%~20%。一般来说,排烟温度低,热效率相应高,经济效果好,但排烟温度过低,会造成锅炉尾部受热面的烟气结露,产生低温腐蚀及堵灰。
1.3 散热损失某些工业锅炉及热网管道保温效果差
有的锅炉某些部件不保温,有的锅炉蒸汽管道虽然保温,但对保温管道的维修相当少,造成破损、泄漏。在蒸汽管道上,有压差就有漏损,有温差就有散热。
2 我国燃煤工业锅炉的节能技术
2.1 给煤装置改造
中国的层燃锅炉都是燃用原煤,其中占多数的正转链条炉排锅炉,原有的斗式给煤装置,使得煤块和煤末混合堆实在炉排上,阻碍锅炉进风,影响燃烧。将斗式给煤装置改造成分层给煤装置。即使用重力筛选将原煤中块、末自下而上松散地分布在炉排上,有利于进风,改善了燃烧状况,提高煤的燃烧率,减少灰渣含碳量。
2.2 燃烧系统改造
对于正转链条炉排锅炉,这项技术改造是从炉前适当位置喷入适量煤粉到炉膛的适当位置,使之在炉排层燃基础上,增加适量的悬浮燃烧,可以获得10%左右的节能率。但是,喷入的煤粉量、喷射速度与位置要控制适当,否则,将增大排烟黑度,影响节能效果。
2.3 炉拱改造
正转链条炉排锅炉的炉拱是按设计煤种配置的,有不少锅炉不能燃用设计煤种,导致燃烧状况不佳,直接影响锅炉的热效率,甚至影响锅炉出力。按照实际使用的煤种,适当改变炉拱的形状与位置,可以改善燃烧状况,提高燃烧效率,减少燃煤消耗。现在已有适用多种煤种的炉拱配置技术。这项改造可获得10%左右的节能效果,技改投资半年左右可收回。
2.4 锅炉辅机节能改造
燃煤锅炉的主要辅机―――鼓风机和引风机的运行参数与锅炉的热效率和耗能量直接相关,用适当的调速技术,按照锅炉的负荷需要调节鼓、引风量,维持锅炉运行在最佳状况,一方面可以节约锅炉燃煤,又可以节约风机的耗电,节能效果是很好的。
2.5 层燃锅炉改造成循环流化床锅炉
循环流化床锅炉是煤粉在炉膛内循环流化燃烧,所以它的热效率比层燃锅炉高15~20个百分点,而且可以燃用劣质煤;由于可以使用石灰石粉在炉内脱硫,所以,不但可以在大大减少燃煤锅炉酸雨气体SO的排放量,而且,其灰渣可直接生产建筑材料。
2.6 旧锅炉更新
这项改造是用新锅炉替换旧锅炉,包括用新型节能型锅炉替换旧型锅炉;用大型锅炉替换小型锅炉;用高参数锅炉替换低参数锅炉,以实现热电联产等。
2.7 控制系统改造
第一,按照锅炉的负荷要求,实时调节给煤量、给水量、鼓风量和引风量,使锅炉经营常处在良好的运行状态。将原来的手工控制或半自动控制改造成全自动控制。第二,对于供暖锅炉,在保护足够室温的前提下,根据户外温度的变化,实时调节锅炉的输出热量,达到舒适、节能、环保的目的。
3 我国燃煤工业锅炉的减排技术
3.1 燃料预处理
根据锅炉型号和使用状况,选择合理的煤炭品种,进行煤炭的筛分、洗选和合理配煤,或者采用煤炭的炉前成型技术,从而以较小的代价实现节约煤炭和减排温室气体的效果。
3.2 锅炉的合理运行
我国锅炉使用运行中的主要问题是:容量过小或负荷不匹配,操作工的素质较低。通过优化锅炉的合理配置,培训一定数量的技术操作人员,其减排的成本也是很低的。
3.3 改造和完善锅炉的燃烧系统
对现有锅炉的燃烧系统进行必要的改造和完善,可以使燃料效率提高5%~10%。其主要的技术措施是锅炉燃烧室的优化,比如安装省煤器、实行计算机控制等。这些措施已经在工业锅炉上广泛应用,其减排的代价也比较低。
3.4 采用高效清洁燃烧技术
第一,循环流化床锅炉。该技术综合了鼓泡床和高速汽化床锅炉的优点,克服了高速床磨损严重、高温分离结构复杂、难于控制的缺点。循环流化床锅炉适用的燃料为工业煤矸石、烟煤、贫煤等,燃烧效率为89%~92%,容量35~130蒸t。
第二,抛煤机燃烧锅炉。在抛煤燃烧过程中,煤粒细屑抛入炉膛时呈半悬浮燃烧,较大颗粒落到炉排上继续进行层状燃烧。此种燃烧具有着火条件优越、燃烧热、强度高、煤种适应范围广等优点。
第三,振动炉排锅炉。振动炉排是一种全机械化、能自动拨火、分段送风的平面式燃烧系统。该炉燃烧采用烟煤时可显著提高热效率,每年可节煤500t,年减少CO2排放827t,寿命期内可减少CO2排放1.24万t。
第四,翻转炉排(万用炉排)锅炉。BL型万用炉排是一种用推力送料,类似于往复炉排的燃烧设备,属于一种水冷式层状燃烧装置。适用范围广,可燃用烟煤、无烟煤、褐煤或各种废料及垃圾。此种炉排与链条炉排相比,制造成本低、燃烧充分、热效率高、水冷结构、炉排寿命长,热效率可达80%~82%,锅炉容量可达4~20蒸t。
第五,改进型水火管锅炉。水火管锅炉是我国的特色产品,是经过多年实践形成的新一代改进型水火管锅炉。该锅炉效率大于80%,比国家标准高5%~8%。改进型水火管锅炉结构紧凑,可节省钢材30%,制造成本降低20%。
第六,角管式锅炉。角管式锅炉可配置各种燃烧设备,如链条炉排、水冷振动炉排、往复炉排、抛煤机炉排以及流化床等。可满足各种用途的工业锅炉,包括蒸汽炉、热水炉、余热炉及垃圾炉。锅炉热效率大于85%,容量达10~130蒸t。1台20蒸t的角管式锅炉,每年可节煤900 t,每年减少CO2排放1 463 t,寿命期内可减排CO2约2万t。
第七,下饲式炉排。下饲式锅炉炉排调节比可达10∶1,风煤比恰当,燃烧效率高。小型锅炉热效率可达70%~80%,锅炉容量0.4~4蒸t。1台4蒸t该种锅炉年节煤293 t,年减少CO2排放397t,寿命期内可减排CO2约6 000 t。
4 结语
工业锅炉的节能工作,是降低能耗、减少环境污染、造福子孙后代的有益事业。因此,我们应该着眼于未来,积极贯彻落实国家的节能减排政策,加大对工业锅炉节能减排工作的重视力度,并积极实施节能技术措施,提高锅炉的运行热效率,达到锅炉低耗高效的节能目的。
中图分类号:TE45 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)29-0029-01
1、企业简况
第四采油厂隶属于中国石油天然气股份有限公司大港油田分公司,是有大型企业,主要从事石油天然气开采,资产总额36亿元。
第四采油厂所辖区域南起二号院,北至驴驹河,西近津南铁路,东临渤海,是大港油田公司的北大门,管理着板桥、千米桥、长芦3个油田;目前共有油井321口,注水井83口,原油年产能力24.93万吨,天然气年产能力2.22亿立方米,年注水量164万立方米。
第四采油厂遵守国家法律法规和石油行业标准,执行油田公司QHSE管理体系,管理制度健全,针对生产、安全、环保等各方面制定了具体的管理办法。
2、环保现状
采油厂废水分为工业废水和生活污水。工业废水为采油污水,各油气生产井生产出的油气水,分别进入计量接转站后,再经过集输管线系统进入板一联合站进行油气水分离。分离出的污水进入污水处理设施,采用物理化学方法处理后,返回注水系统进行回注地下,起到驱油目的。生活废水包括食堂生活废水和办公生活废水,均排入污水下水道。
采油厂废气为水套加热炉燃烧废气。在油气生产、集输工艺过程中,需要进行加热工作,加热炉的燃料为天然气,燃烧时产生废气排放。
采油厂固体废弃物为一般废物和危险废物。一般废物主要是生活垃圾及少部分工业用料废弃物,这些固体废弃物定期由相关部门负责清理回收。危险废物为《国家危险废物名录》中规定的标准石油生产过程中产生的落地原油、含油泥砂。目前,我们采油厂产生的含油泥砂拉运到当地政府指定地点进行处理。
3、清洁生产与节能减排的先进技术与做法
从2008年开始,第四采油厂就开展了清洁生产与节能减排的工作,截止到2009年底共实施了32项无低费方案,11项中高费方案,并在物料消耗、能源消耗、污染物排放等诸多方面均取得了显著的经济与环境效益,达到了节能降耗、减污增效的目的。
下面对采油厂开展清洁生产与节能减排的一些好的技术与做法进行介绍:
在无低费方面:
3.1、建立回收制度,节约手套、棉纱、皮带等使用量,减少废弃物的产生。
08年以前,虽然有一些设备使用管理制度,但是没有根据清洁生产和节能减排定出专门的管理制度,2008年,在采油厂开展此项工作后,专门对各单位下放了固体废物和危险废物回收管理制度,从制度上进行了约束,使广大一线员工增强了清洁生产和节能减排意识,达到了减少物资消耗,减少环境污染的目的;
3.2、废抽油机皮带利用。
抽油机废旧皮带的重复利用,采油厂有运转抽油机130台,每台抽油机平均3个月皮带更换一次皮带,更换的废旧皮带经过改进,可以当抽油机盘根使用,平均节约成本约5.4万元/年;
3.3、落地原油、放空油回收。
每个井站计量房都配有污油池,落地原油和取样放空油及时存放到污油池内,由罐车统一拉运到当地政府指定地点进行处理,减少了环境的污染。
3.4、合理控制外输炉停炉。
合理控制外输炉停炉:采油四厂的原油外输都是依靠管道输送到联合站,管道需要外输炉加热,根据原油输送温度,定出合理的冬夏季关停炉方案,可以减少天然气的使用量,减少大气污染,节能效益15万/年;
3.5、合理控制空调开启。
合理控制空调开启:采油厂为了保证员工的身体健康,给每个办公室和一线井站值班室配备了空调,为了不浪费电能,又能保证员工身体健康,规定夏季空调定温在27度,减少气体排放,减低单耗;
3.6、注水系统投入沉降罐,提高注水水质。
注水工作是采油厂一项重要工作,为了保证污水回注的水质,减少注水单耗,采油厂在板三注水站、白二注水站、板22注水站安装了沉降罐,保证了污水回注的水质,节约电力,降低注水单耗;
3.7、更换节能灯。
对采油四厂所有办公场所和一线井站更换节能灯具,减少员工更换灯泡的工作量,节约电能,节能效益5万元/年
3.8、去除井场气包。
优化低压供气管线,去除井场的低压供气气包,可减少气包维护、安全阀检测费用4万元/年,减少环境污染。
在中高费方面
3.9、实施单井干线通球技术,改造20口井,停用井场和干线加热炉,投资97万元;对20口井进行改造,实施单井干线通球,共停用井场和干线加热炉35台,减少了大气污染,节能效益117.8万元/年
3.10、实施老型兰12型抽油机的增程节能改造35台,投资200万元;节电增油每年效益达100.8万元
3.11、老式加热炉的更新,投资82万元,更换新型节能加热炉20台,减少温室气体排放量,节省燃气效益16.8万元/年。
通过清洁生产方案的实施,截止2009年,采油四厂减少天然气消耗73.83万方,根据天然气减少量估算二氧化硫排放量和烟尘排放量均减少约16%。
2010年采油四厂根据清洁生产和节能减排工作部署,继续推广中/高费方案的应用,先后实施了十项改造方案(见表1)
Foundational Technology of Energy-Saving & Emission Reduction ――Power Semiconductor Devices and IC’s
ZHANG Bo
(State key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices,
University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054,China)
Abstract: Power semiconductor devices and IC’s, an important branch of semiconductor technology, are a key and basic technology for energy-saving and emission reduction with the wide spread use of electronics in the consumer, industrial and military sectors. The development,challengeand market of power semiconductor devices are discussed in this paper. The future perspectives and key development areas of power semiconductor devices and IC’s in China are also described.
Keywords: Energy-saving; Emission reduction; Power semiconductor device
1引言
功率半导体芯片包括功率二极管、功率开关器件与功率集成电路。近年来,随着功率MOS技术的迅速发展,功率半导体的应用范围已从传统的工业控制扩展到4C产业(计算机、通信、消费类电子产品和汽车电子),渗透到国民经济与国防建设的各个领域。
功率半导体器件是进行电能处理的半导体产品。在可预见的将来,电能将一直是人类消耗的最大能源,从手机、电视、洗衣机、到高速列车,均离不开电能。无论是水电、核电、火电还是风电,甚至各种电池提供的化学电能,大部分均无法直接使用,75%以上的电能应用需由功率半导体进行变换以后才能供设备使用。每个电子产品均离不开功率半导体器件。使用功率半导体的目的是使用电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多的方便。如通过变频来调速,使变频空调在节能70%的同时,更安静、让人更舒适。手机的功能越来越多,同时更加轻巧,很大程度上得益于超大规模集成电路的发展和功率半导体的进步。同时,人们希望一次充电后有更长的使用时间,在电池没有革命性进步以前,需要更高性能的功率半导体器件进行高效的电源管理。正是由于功率半导体能将 ‘粗电’变为‘精电’,因此它是节能减排的基础技术和核心技术。
随着绿色环保在国际上的确立与推进,功率半导体的发展应用前景更加广阔。据国际权威机构预测,2011年功率半导体在中国市场的销售量将占全球的50%,接近200亿美元。与微处理器、存储器等数字集成半导体相比,功率半导体不追求特征尺寸的快速缩小,它的产品寿命周期可为几年甚至十几年。同时,功率半导体也不要求最先进的生产工艺,其生产线成本远低于Moore定律制约下的超大规模集成电路。因此,功率半导体非常适合我国的产业现状以及我国能源紧张和构建和谐社会的国情。
目前,国内功率半导体高端产品与国际大公司相比还存在很大差距,高端器件的进口替代才刚刚开始。因此国内半导体企业在提升工艺水平的同时,应不断提高国内功率半导体技术的创新力度和产品性能,以满足高端市场的需求,促进功率半导体市场的健康发展以及国内电子信息产业的技术进步与产业升级。
2需求分析
消费电子、工业控制、照明等传统领域市场需求的稳定增长,以及汽车电子产品逐渐增加,通信和电子玩具市场的火爆,都使功率半导体市场继续保持稳步的增长速度。同时,高效节能、保护环境已成为当今全世界的共识,提高效率与减小待机功耗已成为消费电子与家电产品的两个非常关键的指标。中国目前已经开始针对某些产品提出能效要求,对冰箱、空调、洗衣机等产品进行了能效标识,这些提高能效的要求又成为功率半导体迅速发展的另一个重要驱动力。
根据CCID的统计,从2004年到2008年,中国功率器件市场复合增长率达到17.0%,2008年中国功率器件市场规模达到828亿元,在严重的金融危机下仍然同比增长7.8%,预计未来几年的增长将保持在10%左右。随着整机产品更加重视节能、高效,电源管理IC、功率驱动IC、MOSFET和IGBT仍是未来功率半导体市场中的发展亮点。
在政策方面,国家中长期重大发展规划、重大科技专项、国家863计划、973计划、国家自然科学基金等都明确提出要加快集成电路、软件、关键元器件等重点产业的发展,在国家刚刚出台的“电子信息产业调整和振兴规划”中,强调着重从集成电路和新型元器件技术的基础研究方面开展系统深入的研究,为我国信息产业的跨越式发展奠定坚实的理论和技术基础。在国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)中明确提出,功率器件及模块技术、半导体功率器件技术、电力电子技术是未来5~15年15个重点领域发展的重点技术。在目前国家重大科技专项的“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”两个专项中,也将大屏幕PDP驱动集成电路产业化、数字辅助功率集成技术研究、0.13微米SOI通用CMOS与高压工艺开发与产业化等功率半导体相关课题列入支持计划。在国家973计划和国家自然科学基金重点和重大项目中,属于功率半导体领域的宽禁带半导体材料与器件的基础研究一直是受到大力支持的研究方向。
总体而言,从功率半导体的市场需求和国家政策分析来看,我国功率半导体的发展呈现以下三个方面的趋势:① 硅基功率器件以实现高端产品的产业化为发展目标;② 高压集成工艺和功率IC以应用研究为主导方向;③ 第三代宽禁带半导体功率器件、系统功率集成芯片PSoC以基础研究为重点。
3功率半导体技术发展趋势
四十多年来,半导体技术沿着“摩尔定律”的路线不断缩小芯片特征尺寸。然而目前国际半导体技术已经发展到一个瓶颈:随着线宽的越来越小,制造成本成指数上升;而且随着线宽接近纳米尺度,量子效应越来越明显,同时芯片的泄漏电流也越来越大。因此半导体技术的发展必须考虑“后摩尔时代”问题,2005年国际半导体技术发展路线图(The International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS)就提出了另外一条半导体技术发展路线,即“More than Moore-超摩尔定律”, 如图1所示。
从路线图可以清楚看到,未来半导体技术主要沿着“More Moore”与“More Than Moore”两个维度的方向不断发展,同时又交叉融合,最终以3D集成的形式得到价值优先的多功能集成系统。“More Moore”是指继续遵循Moore定律,芯片特征尺寸不断缩小(Scaling down),以满足处理器和内存对增加性能/容量和降低价格的要求。这种缩小除了包括在晶圆水平和垂直方向上的几何特征尺寸的继续缩小,还包括与此关联的三维结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用等。而“More Than Moore”强调功能多样化,更注重所做器件除了运算和存储之外的新功能,如各种传感功能、通讯功能、高压功能等,以给最终用户提供更多的附加价值。以价值优先和功能多样化为目的的“More Than Moore”不强调缩小特征尺寸,但注重系统集成,在增加功能的同时,将系统组件级向更小型、更可靠的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。日本Rohm公司提出的“Si+α”集成技术即是“More Than Moore”思想的一种实现方式,它是以硅材料为基础的,跨领域(包括电子、光学、力学、热学、生物、医药等等)的复合型集成技术,其核心理念是电性能(“Si”)与光、力、热、磁、生化(“α”)性能的组合,包括:显示器/发光体(LCD、EL、LD、LED)+LSI的组合感光体、(PD、CCD、CMOS传感器)+LSI的形式、MEMS/生化(传感器、传动器)+LSI等的结合。
在功能多样化的“More Than Moore”领域,功率半导体是其重要组成部分。虽然在不同应用领域,对功率半导体技术的要求有所不同,但从其发展趋势来看,功率半导体技术的目标始终是提高功率集成密度,减少功率损耗。因此功率半导体技术研发的重点是围绕提高效率、增加功能、减小体积,不断发展新的器件理论和结构,促进各种新型器件的发明和应用。下面我们对功率半导体技术的功率半导体器件、功率集成电路和功率系统集成三个方面的发展趋势进行梳理和分析。
1) 功率半导体(分立)器件
功率半导体(分立)器件国内也称为电力电子器件,包括:功率二极管、功率MOSFET以及IGBT等。为了使现有功率半导体(分立)器件能适应市场需求的快速变化,需要大量融合超大规模集成电路制造工艺,不断改进材料性能或开发新的应用材料、继续优化完善结构设计、制造工艺和封装技术等,提高器件功率集成密度,减少功率损耗。目前,国际上在功率半导体(分立)器件领域的热点研究方向主要为器件新结构和器件新材料。
在器件新结构方面,超结(Super-Junction)概念的提出,打破了传统功率MOS器件理论极限,即击穿电压与比导通电阻2.5次方关系,被国际上誉为“功率MOS器件领域里程碑”。超结结构已经成为半导体功率器件发展的一个重要方向,目前国际上多家半导体厂商,如Infineon、IR、Toshiba等都在采用该技术生产低功耗MOS器件。对于IGBT器件,其功率损耗和结构发展如图2所示。从图中可以看到,基于薄片加工工艺的场阻(Field Stop)结构是高压IGBT的主流工艺;相比于平面结结构(Planar),槽栅结构(Trench)IGBT能够获得更好的器件优值,同时通过IGBT的版图和栅极优化,还可以进一步提高器件的抗雪崩能力、减小终端电容和抑制EMI特性。
功率半导体(分立)器件发展的另外一个重要方向是新材料技术,如以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料。宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强等特点,是高压、高温、高频、大功率应用场合下极为理想的半导体材料。宽禁带半导体SiC和GaN功率器件技术是一项战略性的高新技术,具有极其重要的军用和民用价值,因此得到国内外众多半导体公司和研究结构的广泛关注和深入研究,成为国际上新材料、微电子和光电子领域的研究热点。
2) 功率集成电路(PIC)
功率集成电路是指将高压功率器件与信号处理系统及接口电路、保护电路、检测诊断电路等集成在同一芯片的集成电路,又称为智能功率集成电路(SPIC)。智能功率集成作为现代功率电子技术的核心技术之一,随着微电子技术的发展,一方面向高压高功率集成(包括基于单晶材料、外延材料和SOI材料的高压集成技术)发展,同时也向集成更多的控制(包括时序逻辑、DSP及其固化算法等)和保护电路的高密度功率集成发展,以实现功能更强的智能控制能力。
3)功率系统集成
功率系统集成技术在向低功耗高密度功率集成技术发展的同时,也逐渐进入传统SoC和CPU、DSP等领域。目前,SoC的低功耗问题已经成为制约其发展的瓶颈,研发新的功率集成技术是解决系统低功耗的重要途径,同时,随着线宽的进一步缩小,内核电压降低,对电源系统提出了更高要求。为了在标准CMOS工艺下实现包括功率管理的低功耗SoC,功率管理单元需要借助数字辅助的手段,即数字辅助功率集成技术(Digitally Assisted Power Integration,DAPI)。DAPI技术是近几年数字辅助模拟设计在功率集成方面的深化与应用,即采用更多数字的手段,辅助常规的模拟范畴的集成电路在更小线宽的先进工艺线上得到更好性能的电路。
4我国功率半导体发展现状、
问题及发展建议
在中国半导体行业中,功率半导体器件的作用长期以来都没有引起人们足够的重视,发展速度滞后于大规模集成电路。国内功率半导体器件厂商的主要产品还是以硅基二极管、三极管和晶闸管为主,目前国际功率半导体器件的主流产品功率MOS器件只是近年才有所涉及,且最先进的超结低功耗功率MOS尚无法生产,另一主流产品IGBT尚处于研发阶段。宽禁带半导体器件主要以微波功率器件(SiC MESFET和GaN HEMT)为主,尚未有针对市场应用的宽禁带半导体功率器件(电力电子器件)的产品研发。目前市场热点的高压BCD集成技术虽然引起了从功率半导体器件IDM厂家到集成电路代工厂的高度关注,但目前尚未有成熟稳定的高压BCD工艺平台可供高性能智能功率集成电路的批量生产。
由于高性能功率半导体器件技术含量高,制造难度大,目前国内生产技术与国外先进水平存在较大差距,很多中高端功率半导体器件必须依赖进口。技术差距主要表现在:(1)产品落后。国外以功率MOS为代表的新型功率半导体器件已经占据主要市场,而国内功率器件生产还以传统双极器件为主,功率MOS以平面工艺的VDMOS为主,缺乏高元胞密度、低功耗、高器件优值的功率MOS器件产品,国际上热门的以超结(Super junction)为基础的低功耗MOS器件国内尚处于研发阶段;IGBT只能研发基于穿通型PT工艺的600V产品或者NPT型1200V低端产品,远远落后于国际水平。(2)工艺技术水平较低。功率半导体分立器件的生产,国内大部分厂商仍采用IDM方式,采用自身微米级工艺线,主流技术水平和国际水平相差至少2代以上,产品以中低端为主。但近年来随着集成电路的迅速发展,国内半导体工艺条件已大大改善,已拥有进行一些高端产品如槽栅功率MOS、IGBT甚至超结器件的生产能力。(3)高端人才资源匮乏,尤其是高端设计人才和工艺开发人才非常缺乏。现有研发人员的设计水平有待提高,特别是具有国际化视野的高端设计人才非常缺乏。(4)国内市场前十大厂商中无一本土厂商,半导体功率器件产业仍处在国际产业链分工的中低端,对于附加值高的产品如IGBT、AC-DC功率集成电路,现阶段国内仅有封装能力,不但附加值极低,还形成了持续的技术依赖。
笔者认为,功率半导体是最适合中国发展的半导体产业,相对于超大规模集成电路而言,其资金投入较低,产品周期较长,市场关联度更高,且还没有形成如英特尔和三星那样的垄断企业。但中国功率半导体的发展必须改变目前封装强于芯片、芯片强于设计的局面,应大力发展设计技术,以市场带动设计、以设计促进芯片,以芯片壮大产业。
功率半导体芯片不同于以数字集成电路为基础的超大规模集成电路,功率半导体芯片属于模拟器件的范畴。功率器件和功率集成电路的设计与工艺制造密切相关,因此国际上著名的功率器件和功率集成电路提供商均属于IDM企业。但随着代工线的迅速发展,国内如华虹NEC、成芯8英寸线、无锡华润上华6英寸线均提供功率半导体器件的代工服务,并正积极开发高压功率集成电路制造平台。功率半导体生产企业也应借鉴集成电路设计公司的成功经验,成立独立的功率半导体器件设计公司,充分利用代工线先进的制造手段,依托自身的销售网络,生产高附加值的高端功率半导体器件产品。
设计弱于芯片的局面起源于设计力量的薄弱。虽然国内一些功率半导体生产企业新近建设了6英寸功率半导体器件生产线,但生产能力还远未达到设计要求。笔者认为其中的关键是技术人员特别是具有国际视野和丰富生产经验的高级人才的不足。企业应加强技术人才的培养与引进,积极开展产学研协作,以雄厚的技术实力支撑企业的发展。
我国功率半导体行业的发展最终还应依靠功率半导体IDM企业,在目前自身生产条件落后于国际先进水平的状况下,IDM企业不能局限于自身产品线的生产能力,应充分依托国内功率半导体器件庞大的市场空间,用技术去开拓市场,逐渐从替代产品向产品创新、牵引整机发展转变;大力发展设计能力,一方面依靠自身工艺线进行生产,加强技术改造和具有自身工艺特色的产品创新,另一方面借用先进代工线的生产能力,壮大自身产品线,加速企业发展。
5结束语
总之,功率半导体技术自新型功率MOS器件问世以来得到长足进展,已深入到工业生产与人民生活的各个方面。与国外相比,我国在功率半导体技术方面的研究存在着一定差距,但同时日益走向成熟。总体而言,功率半导体的趋势正朝着提高效率、多功能、集成化以及智能化、系统化方向发展;伴随制造技术已进入深亚微米时代,新结构、新工艺硅基功率器件正不断出现并逼近硅材料的理论极限,以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体器件也正不断走向成熟。