发电技术研究论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇发电技术研究论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

PAFC技术开发的现状与动向：

日本自实施月光计划以来，作为国家级项目，正在实施5000千瓦级加压型和1000千瓦级常压型电厂实证运行。目前，磷酸型燃料电池的发电效率为30％～40％，如果将热利用考虑进去，综合效率可高达60％～80％。

除日本外，目前世界约有60台PAFC发电设备在运转，总输出功率约为4.1万千瓦。按国别和地区划分日本为2.9万千瓦，美国8000千瓦，欧洲3000千瓦，亚洲900千瓦。运转中的发电设备除3台(日本2台，意大利1台)为加压型外，其他均为常压型。磷酸型燃料电池的制造厂家目前主要为日本和美国，设备主要销往欧、亚。

美国已完成基础研究，200千瓦级电厂用电池近期有望商品化，但大容量电厂用电池处于停滞状态。德国已引进美国200千瓦级电厂用电池进行试验运行。另外，瑞典、意大利、瑞士等国也引进日、美的电池进行试运行。

2.熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)

日本对MCFC发电系统的技术开发始于1981年度的月光计划，该计划围绕开发1千瓦级发电机组这个目标展开了对MCFC燃料、电极等的开发。该开发研究进展顺利，从1984年开始，进而对10千瓦级发电机组进行研究开发。1986年，日立、东芝、富士电机、三菱电机、IHI分别对5台10千瓦级机组进行发电试验，其结果是输出功率为10千瓦，初期性能为电池电压0.75伏，电流密度150毫安/平方厘米。

1987年起，日本在对1000千瓦级实验电场(外部改质型)进行主要开发的同时，对100千瓦级发电机组以及1000千瓦级机组的设备的开发研究也取得了进展。1993年度，日立、IHI的2台100千瓦级外部改质型机组和三菱电机的1台30千瓦级内部改质型机组开始试验发电运行。其试验结果以及1994年度进行的5-25千瓦级机组的试验结果表明，电池电压0.8伏，电流密度达15毫安/平方厘米，单位时间内的劣化率小于1％。

在此基础上，1994年度起开始着手开发1000千瓦级试验工厂。1995年10月在中部电力(株)川越发电所开始建厂，确立了1000千瓦级实用化发电系统试验工厂的基本系统，对现有的事业用燃料电池电厂的运行进行评价，计划1999年开始试验运行，其目标为：燃料利用率为80％，千小时电池的劣化率小于1％，初期性能为：电池电压大于0.8伏，电流密度1500毫安/平方厘米，计划试验运行5000小时。

为使电池实用化，在上述研究开发的基础上，还进行了机组长寿命化研究，计划连续实验运行4万小时，每千小时单位劣化率小于0.25％。除此之外，还在开发200千瓦级内部改质型燃料电池发电系统。

美国能源部和美国电力研究所，正在积极开发MCFC。美国ERC公司开发的2兆瓦级内部改质型机组发电系统于1996年5月在圣克拉拉开始试验运行。MC－power公司开发的250千瓦级外部改质型机组发电系统，1997年2月起在圣迭戈开始试运行。

在欧洲，MCFC作为共同项目正在研究开发，取得了一些进展，其主要项目如下：

①高级DIC－MCFC发展计划(1996-1998年)。荷兰、英、法、瑞典等国参加研究，欧洲在市场分析、系统开发以及内部改质型机组的开发等方面取得进展。

②ARGE项目(1990年起计划10年内完成)。德、丹麦参加，并在内部改质型发电系统的开发上取得进展。

③MOLCARE。由意、西班牙参加，并在外部改质型发电系统开发上取得进展。

韩国从1993年起开始开发MCFC，1997年以开发100千瓦外部改质型发电系统为目标，开始了第二阶段研究开发工作。

3.固体电解质型燃料电池(SOFC)

作为SOFC开发的基础科学离子学，其开发历史很长，日、美、德等国已有30多年的开发史。日本工业技术院电子技术综合研究所从1974年起就开始研究SOFC，1984年进行了500瓦发电试验(最大输出功率为1.2千瓦)。美国西屋公司从1960年起开始开发SOFC，1987年该公司与日本东京煤气、大阪煤气共同开发出3千瓦热自立型电池模块，在国内外掀起了开发SOFC的。

日本新阳光计划中，以产业技术综合开发机构(NEDO)，为首，从1989年起开始开发基础制造技术，对数百千瓦级发电机组进行测试。1992年起，富士电机综合研究所和三洋电机在共同研究开发数千瓦级平板型模块基础上，还组织了7个研究机构积极开发高性能、长寿命的SOFC材料及其基础技术。

除此之外，三菱重工神户造船所与中部电力合作，共同开发平板型SOFC，1996年创造了5千瓦级模块成功运行的先例。同时，在圆筒横缟型电池领域中，1995年三菱重工长崎造船所在电源开发共同研究中，采用圆筒横缟型电池，开发出10千瓦级模块，成功地进行了500小时试运行，之后又于1996年开发了2.5千瓦模块，并试运行1000小时。TOTO与九州电力共同开发全湿式圆筒纵缟型电池，1996年起，开始开发1千瓦级模块。同时，在日本以大学与国立研究所为首的许多研究机构在积极开发SOFC。

美国西屋公司在能源部的支持下，开始开发圆筒纵缟型电池。东京煤气和大阪煤气对25千瓦级发电及余热供暖系统进行的共同测试表明，截至1997年3月，已成功运行了约1.3万小时，其间已经过11次启动与停机，千小时单位电池的劣化率小于0.1％，可见其技术已非常成熟。西屋公司除计划在1998年与荷兰、丹麦共同进行100千瓦级模块运行外，为降低制造成本，还在研究开发湿式电池制造技术。美国Allied－signal、SOFCo、Z－tek等公司在开发平板型SOFC上取得进展，目前正对1千瓦级模块进行试运行。

在欧洲，德国西门子公司在开发采用合金系列分离器的平板型SOFC，1995年开发出10千瓦(利用氧化剂中的氧，若在空气中则为5千瓦)模块，1996年开发出7.2千瓦模块(利用氧化剂中的空气)。

奔驰汽车制造公司在开发陶瓷系列分离器式平板型SOFC上取得进展，1996年对2.2千瓦模块试运行6000小时。瑞士的萨尔泽尔公司在积极开发家庭用SOFC，目前已开发出1千瓦级模块。今后，德国还计划在特蒙德市进行7千瓦级发电及余热供暖系统现场测试。

在此基础研究上，以英、法、荷等国的大学和国立研究所为中心的研究机构，正在积极研究开发低温型(小于800℃)SOFC材料。

4.固体高分子型燃料电池(PEFC)

日本开发固体高分子膜的单位有旭化成、旭哨子、Japangore－tex等，开发改质器以及电极催化媒体的机构有田中贵金属、大阪煤气等。在开发汽车燃料电池方面，丰田制造出甲醇改质型燃料电池汽车(1997年)，同时三菱电机、马自达也在着手开发汽车燃料电池。

在供电及余热供暖系统方面，PEFC排热温度较低，为70℃左右，在热利用上有所限制，与其他类型燃料电池相比，目前只开发小型系统。东芝(30千瓦)、三洋电机(数千瓦)、三菱重工和东京煤气(5千瓦)、富士电机和关西电力(5千瓦)等公司在开发以天然气和甲醇为燃料的电池系统，同时，三洋电机在开发1千瓦级氢燃料便携式商品化电源，三菱重工在开发特殊用途(无人潜水艇用)燃料电池。

PEFC主要作为汽车动力电源在开发。但在汽车上燃料的搭载方式各种各样，有高压氢、液化氢和甲醇等。这些燃料各具长短，目前还未能确定最适方式。

德国奔驰与加拿大BPS在进行共同开发，它们开发的搭载氢燃料、小底盘汽车在试运行。除此之外它们还共同开发甲醇燃料电池汽车。若在降低成本、提高运行性能等方面再取得一些进展，电池汽车就有望走向市场。

美国克莱斯勒、通用、福特三公司协力合作，计划到2000年开发出输出50千瓦、输出密度1千瓦/公斤的燃料电池。另外，BMW、Rover和西门子三家公司也在开展共同开发。

篇(2)

生物质能不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的大规模开发将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，它们必将成为今后替代能源主流。

风力发电

目前，我国已超过美国，成为全球风电装机容量最大的国家，同时也成为风能设备最大的生产国。随着国内风电产业链日臻完善、研究规模不断扩大，成本下降非常显著，竞争力也逐渐增强，但是在产业链最上游的新型材料及半导体器件（控制芯片、电力电子器件等）研究方面仍较落后，主要研究工作集中在中下游的风电整机制造、关键零部件配套（发电机、电控、传动系统等）以及并网技术领域。

沈阳工业大学在风电整机制造方面具有很强的实力，是我国最早从事风力发电技术研究的少数高校之一，设置有风能技术研究所，师资力量完善，先后承担过多项大型横、纵向课题，成果显著。其设计的具有自主知识产权的1.5MW风电机组实现了产业化，占据一定的市场地位，产学研结合能力很强。

华北电力大学作为教育部直属高校中唯一的以电力为学科特色的大学，成立了国内首家“可再生能源学院”，下设风能与动力工程专业，未来还将筹备生物质发电和太阳能利用专业。研究内容以大容量风力发电接入，对电力系统安全、稳定运行的影响为主，主要研究包括：风电场建模与仿真、风能资源测量与评估、风力发电机组状态监测与故障诊断、风力发电机组只能控制与优化运行、低速风能利用策略与先进风力发电理论，充分发挥了其在电力系统方面的优势。

重庆大学机械传动国家重点实验室，借助其在机械传动领域的优势，在风电机组齿轮箱设计、动态特性研究、工作模态测量及制造工艺方面有深入的研究，并且产学研结合。

汕头大学新能源研究所在大型风电机组空气动力学、结构强度及结构动力学研究方面颇有作为，自行开发了大型风力机优化设计系列软件。

浙江大学流体传动及控制国家重点实验室对风力发电系统中的液压技术有深入研究，包括风机制动系统、定桨距控制和变桨距控制等。

同济大学机械工程学院在风电机组叶片动力学分析、结构优化设计、刚柔耦合系统模型分析方面经验丰富。

东南大学在风力发电机研究、设计方面走在前列。近期又集合学校优势学科，建立了风力发电研究中心，致力于以风力发电为核心的可再生能源发电及应用技术的基础研究。

电控方面，清华大学、北京交通大学、中科院电工所都有很强的实力。清华大学电机工程与应用电子技术系原名电机工程系，历史悠悠，师资力量雄厚，在风电接入对电力系统影响、风电机组建模仿真、风电变流器设计及控制等方面有深入研究。北京交通大学电气工程学院早期隶属于铁道部，主要服务于我国轨道交通电传动装备产业，在大功率电力电子技术领域积累了丰富经验，研究实力在国内高校处于领先地位。新能源研究所成立后从事大功率风电机组（直驱或双馈）并网变流器、中大功率光伏发电逆变器、风电机组仿真及主控系统、微网技术研究，产学研结合能力很强。中科院电工所新能源发电技术研究组是国内最早研究风力发电、太阳光伏发电的单位之一，其大型并网风电机组控制及变流技术、变桨距控制技术以及风电场集中和远程监控技术等较成熟，还有一些特色研究工作包括：风/光互补、风/柴系统及其控制逆变技术、控制逆变技术等。

光伏发电

光伏发电具有系统简单以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电。太阳能发电主要分为并网电源系统和离网电源系统，目前大规模使用的主要是并网系统，一般包括光伏电池组件、光伏逆变器、配电柜、监控系统等。其中光伏电池组件将太阳能转化成电能，光伏逆变器与风能变流器类似，可以将光伏电池组件产生的不稳定电能变成稳定的电能并入电网。

我国光伏业正处在爆发式增长期，中国大陆和台湾的光伏电池厂商占全球总电池产量59%的份额。与风电产业链类似，除了最上游的化合物、硅片提纯、加工外，我国已形成了较完整的光伏产业链，包括晶体硅、薄膜电池片及组件加工、光伏逆变器、系统集成、能源投资商等。

国内高校对于光伏系统研究主要集中于工程应用方面，合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心是我国迄今为止唯一的专门从事光伏系统技术研究的国家重要的科学研究基地，挂靠合肥工业大学电气与自动化工程学院，主要从事光伏组件建模及仿真、光伏逆变器设计及控制、工程化应用等研究工作，产学研结合较好，承担多个大型光伏电站设计工作。

海外院校

由于新能源行业涉及领域多、范围广，以及我国新能源行业开始起步，人才的缺乏已经成为极为突出的问题，国家、社会、高校、企业都在积极努力培养这方面的人才，学生的择校就业也因此变得十分灵活。同时，也因为刚刚起步，目前面临的多是工程应用技术类问题，因此我们的相关研究工作主要分布在中下游，从前面的介绍也可以看出，在新能源上游高端领域，由于技术壁垒很高，国内的研究工作相对较少，但是可以选择留学欧美高校，得到更进一步的提高。

澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心，由有着“太阳能之父”之称的马丁·格林教授领导，专注光伏电池的研究，自上世纪80年代起，30年间毕业于新南威尔士大学光伏中心的中国留学生已经撑起了中国光伏产业的半壁江山。如今，在屈指可数的几大领头光伏企业中——尚德、中电光伏、英利、赛维LDK都有新南威尔士大学毕业生的身影，其科研实力可见一斑。

在欧洲，各国都十分重视新能源的开发利用。作为生态村理念的首创国，丹麦是能源问题解决得最好的国家之一。早在2006年，我国就与丹麦签署了“可再生能源”合作项目，国内许多高校分别与丹麦高校开展联系。丹麦奥尔堡大学能源技术学院在风力发电、分布式发电、电力系统、电力电子及控制技术等领域有深入研究经验，并且与许多国家和组织开展合作，产学研实力很强。特别是在风力发电领域优势突出，核心研究领域包括：风力发电机组及风电场的控制与监测、仿真、设计、优化。

随着新能源技术发展以及各项政策效应的逐步显现，开发利用新能源的成本将明显下降，为人类清洁能源利用和产业结构升级带来历史性机遇，新能源终将成为今后世界上的主要能源之一。

Tips：新能源材料与器件专业优势院校

文/南京航空航天大学 郭栋梁

该专业重点是研究与开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件（如通讯、汽车、医疗领域的动力电源），发展“新能源材料”(新型锂离子电池材料、新型燃料电池材料和新型太阳能电池材料)的学术研究方向。

新能源材料与器件专业设置，主要依托化学化工学院，跨能源科学、材料科学、化学等多个学科，拟培养能掌握新能源材料专业基本理论、基本知识和工程技术技能，掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法，了解新能源材料科学的发展方向，具备开发新能源材料、研究新工艺、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料专门人才。毕业生可在化学能源、太阳能及储能材料等新能源材料领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺设计等方面工作，也可继续攻读新能源材料及相关学科高层次专业学位。

新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。新能源材料与器件本科专业是适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴专业。

高校特色：

华东理工大学

以半导体材料技术、化学电源技术、太阳电池技术等为特色。未来就业集中在光伏太阳能、新能源开发和利用以及半导体材料器件的设计、化学电池开发等。

东南大学

依托电子科学与技术大类专业背景，专业内容侧重光电子材料及其应用方面，主要针对太阳能材料制备、检测和应用，可以拓展到生物能等其他新能源。

四川大学

光电功能材料与器件方向，在新型能源材料与技术、化合物半导体晶体材料与制备技术、介电功能材料与制备技术、固体波谱学等方面的研究取得了国内外同行公认的成就。光电信息功能晶体碘化汞和硒镓银的研制两项成果分别获得（1992年度和2000年度）国家发明二等奖和两项部省级科技进步二等奖；铁电薄膜研究获得一项四川省科技进步一等奖，还获得两项部省级科技进步二等奖；薄膜太阳电池研究获得一项中国高校发明二等奖。每年发表在国内外著名学术刊物和学术会议上的为《SCI》、《EI》所收录的高水平论文40余篇次。

篇(3)

关键词：压电；人体踏走；发电装置

中图分类号：TM619

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）6-0161-03

1 引言

随着常规能源的日趋紧张和人们环保意识的日趋增强，节能环保问题日益突出，清洁环保无污染能源的开发与利用倍受世界各国的关注和重视，新绿色能源的研究已成为当务之急。

压电材料在外力的作用下表面产生电荷的现象，称为正压电效应[1]。压电发电利用此原理将振动的机械能转变为电能。其优点主要集中在体积小，结构简单，便于实现及小型集成化以及无电磁干扰等方面。符合当前环保节能，可持续发展的要求，正越来越受到各国研究人员的关注[2，3]。另外，压电发电可方便与微机电系统（MEMS）结合，为其提供能源，也成为MEMS研究领域的热点之一。目前，欧美、日本和韩国等许多国家与地区已经对与压电发电相关的技术展开了深入的研究，并且取得了一定的成果，而国内的压电发电技术尚处于起步的阶段。目前，压电发电技术主要有以下几个方面。

1.1 利用车辆或路面振动进行压电发电

将压电发电装置放入如汽车等减震系统或车辆悬挂系统中，利用正压电效应将震动能量转变为电能，并加于存储和利用。或者，将压电发电装置作为路面的组成部分或安置于路面内，利用汽车在路面上行驶时产生的振动来发电，所产生的电能经电路调整后可作为道路灯具等使用，或经储能装置加以存储和利用。以色列于2009开放了世界上第一条可发电的公路[4]。

1.2 利用自然环境能量进行压电发电

利用自然环境能源如海浪（流）能、风能等进行压电发电。位于美国新泽西州的普林斯顿海洋动力技术公司研制了一种压电聚合物，并将其放置在海洋中，利用海浪（流）产生的压力和应力进行压电发电。美国德克萨斯大学Priya S发明了一种袖珍压电风车装置，将风能转换为电能，为无线网络供电[5]。

1.3 利用人体动能进行压电发电

1998，美国麻省理工大学发明了一种足底压电发电鞋，它的原理是把压电发电装置放入鞋底内部，利用人行走时脚对鞋底的压力，使压电材料变形从而产生电荷。2010上海世博会，日本馆展示了压电发电地板，行人从上面踩过，该地板可进行发电。2011年，中国科学院上海硅酸盐研究所研发了类似的国内首块压电发电地板，将人们日常行走运动的部分能量转换为电能[6]。

利用人体动能进行发电的压电地板，符合当前节能环保的要求，并具有很高的经济效益，是目前的研究热点。本论文主要研究一种基于人体踏走的新型压电发电装置，该装置可放置在轨道交通如地铁、轻轨和商场等具有频繁人行流量的场合门口，将频繁人体踏走的动能进行压电发电，以存储或供用电负载使用，具有发电节能的效果。

2 总体结构设计

2.1 压电陶瓷发电特性分析

根据压电方程，可得单压电晶体片在d33模式下，其产生的电荷和两端的电压为：

为了提高压电陶瓷的输出电压（或电荷），将多个压电晶体片在物理上串联连接，电学上串联或并联连接，如图1所示。

从上述式（3）～（6）可以看出，两种连接方式的总电能是一样的。对于串联连接来说，输出的电荷量大；对于并联连接来说，输出的电压大。为了提高本压电发电的输出电压，本研究采用并联连接的压电叠堆。

2.2 总体结构设计

从上述的分析可以看出，压电陶瓷发电的电压或电荷与作用力F、晶体片数n成正比，因此，为了提高压电发电性能，采用多片串联而成的压电叠堆。另一方面，人体行走时对压电叠堆的作用力小且缓慢变化，若此作用力直接作用于压电叠堆，其发电量小，达不到实用的目标。因此，需要将此作用力M行放大以实现对压电叠堆的快速冲击，提高发电量。基于上述考虑并结合压电叠堆的结构特点，设计了如图2所示的基于人体踏走的压电发电装置。其中，压电叠堆1通过粘接固定在底板8上，杠杆架2通过螺钉连接固定在底板8上。

其工作原理为：踏块5在人体踏走的作用下，向下运动并压缩支撑弹簧7，杠杆3短臂向上运动并压缩预紧弹簧4；当人体踏走后，在预紧弹簧4和支撑弹簧7的作用下，杠杆3短臂迅速向下运动并敲击压电叠堆1，压电叠堆1在外力冲击下产生电能。在频繁人体踏走的作用下，上述的压电发电单元不断重复上述的发电过程，源源不断地进行发电。

限于结构尺寸，不可能选用大长度的压电叠堆和采用大放大比的杠杆，故单个压电发电单元的发电量是有限，其应用场合有限。因此，采用多个压电发电单元按照串联或并联的方式进行连接，制成类似地砖的结构型式，如图3所示。该装置可放置在具有频繁人体踏走的场合门口如地铁、轻轨和商场等，将人体踏走的部分动能进行压电发电。与压电鞋等相比，本装置还具有发电集中，发电量大等特点。

3 发电储能装置设计

利用人体踏走的压电发电所产生的是低交流电压，且是随机不规则变化的，因此该电能不能直接应用于用户负载，需要经整流储存后，才能适合外部电子设备等用户负载使用。另外，由于压电叠堆在电路上等效于电容，因此当人体踏走的作用力消失后，压电叠堆产生的电压随即消失（放电），因此需要对所产生的电荷进行储存。综上，为了有效利用该发电量，需要设计相关电路以实现对压电发电装置产生的电能进行能量转换和存储。

3.1 电容储存

压电发电的电容储存电路如图4所示，压电发电装置所产生的电量经整流电路后储存于电容。之所以采用全波整流电路，这是由于其能充分利用交变电的正、负两个半波，能大大减小输出电压的脉动度，有效提高整流效率。另外利用储能元件电容两端的电压不能突变的特性，储能电容还具有滤波的作用，能滤掉整流电路输出电压中的脉动成分，达到稳压目的。

3.2 电池存储

由于普通电容容量有限，容易达到饱和电压。又因为放电速度较快，所以普通电解电容只能作为一种短期的储能元件提供瞬时的较大功率输出。而电池能储存的电荷远大于电容，电荷保持能力也更胜一筹，所以广泛应用在各种能量收集系统中。如图5所示，电池储能电路将来自压电发电装置的电量，经全桥整流电路和电容，储存到一个镍氢纽扣电池中。

4 结语

本文利用人体踏走的动能进行压电发电，设计出了一种压电发电装置，并进行了相关的理论分析与设计。该装置中运用了杠杆放大将人体缓慢踏走的作用力进行放大以实现对压电叠堆的快速冲击，从而提高发电量。该装置所产生的电能经整流电路后储存于电容或电池以供用电负载使用。该装置可放置在轨道交通车辆和车站，如地铁、轻轨，和商场等具有大流量的场合门口，将频繁人体踏走的动能进行压电发电，具有发电节能的效果，符合当前节能环保的要求。

参考文献：

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[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. 悬臂梁压电发电装置的建模与仿真分析[J]. 光学精密工程， 2008， 16（1）： 71～75.

[4]曹秉刚， 左 贺， 王 丽， 等. 车辆轨道振动能量压电发电方法及其系统[P]. 中国： 200410073302.8， 2004.

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

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[11]卫海霞，王宏涛.悬臂梁能量回收装置压电片位置与尺寸优化研究[J].压电与声光，2016（2）.

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[13]朱莉娅，陈仁文，雷娴.压电振动发电机的研究现状与发展趋势[J].中国机械工程，2011（24）.

[14]甄龙信，白守松.固支简支压电梁振动及发电特性仿真与试验[J].机械设计，2016（12）.

[15]王 巍，杨智春.垂尾模型压电控制系统的综合仿真设计[J].系统仿真学报，2010（3）.

篇(4)

关键字：光伏发电；光伏建筑一体化(BIPV)；光伏组件；智能电网

中图分类号：U665文献标识码： A

1.引言

光伏建筑一体化（BIPV，Building Integrated Photovoltaic），即将太阳能光伏电池板铺设在建筑物的外表面，使辐射的太阳能通过变换装置转换为电能，为建筑物及近端负荷提供电能，它是开发应用太阳能发电的一种重要形式。1954年，世界上第一块实用的光伏电池问世，人类展开了应用太阳能的新纪元。1978年，波斯顿一栋高层建筑上建成了美国历史上第一个光伏并网系统。随着国家对发展分布式发电、智能电网和新能源的逐步重视，近年来光伏建筑一体化在我国得到了一定的应用并处于推广阶段。

2.BIPV的基本原理与特点

典型的一个光伏建筑一体化系统如图1所示，该系统为一户用屋顶光伏系统，太阳能光伏阵列铺设在屋顶，其发出的直流电通过初级DC-DC变换器升压并进行最大动率点跟踪，然后经过逆变装置转化为与电网同频同相的交流电并网。其发出的电能大多被建筑内负荷的用电设备消耗，多余的电能注入电网，而在光伏发电出力较小情况下，建筑内负荷可从电网取电。据《上网电价法》，一般对光伏发电的上网收购价和民用电进行单独定价，因此安装了两套电能计量装置，一套用于计量光伏发电总量，另一套计量建筑内负荷的用电量。从优化电源结构配置、提高供电可靠性、提倡节能环保、增加建筑美观程度等方面，光伏建筑一体化（BIPV）都具有优点，具体而言：

（1）利用光伏发电可以减少二氧化碳和二氧化硫的排放，有助于构建低碳、节能、环保的供用电系统；

（2）光伏组件在建筑物表面，不占用地面空间，这对于人口密集、土地资源昂贵的城市建筑尤为重要；

（3）由于光针电池与建筑材料高度集成，减少了建设和安装成本，不仅降低了建筑物整体造价，而且增加了建筑的艺术魅力；

（4）光伏建筑一体化（BIPV）主要为近端负荷(多数情况下为建筑内部的用电设备)供电，减轻了负荷对电网的依赖，可以降低供电线路上的输电损耗，增加供电可靠性；

（5）光伏发电在夏季和白天出力较多，对于工厂、办公建筑光伏系统，可以利用这一特性起到削峰的作用，缓解高峰用电需求；

（6）建筑表面的光伏电池吸收太阳能并转换为电能，减少了墙体或屋面得热，有助于降低建筑室内空调装置的热负荷，起到隔热作用；

（7）光伏发电系统既有直流部分，又有交流部分，有利于结合直流变换技术直接接入目前正在兴起的直流微网，为直流负荷直接供电，从而减少变换环节，提高效率。

3.BIPV的技术发展

早期的建筑光伏系统中，光伏阵列通常是通过固定的支架安装在建筑物的顶部或墙面，仅仅起发电的作用。后来光伏电池与建筑的集成概念越来越深，太阳能电池除了发电以外，还能起到建筑构材和建筑美观的作用。1991年，德国慕尼黑的一次建筑业界的展会上，旭格公司推出了“光电幕墙”，此后，将太阳能光伏阵列作为建筑构体与建筑艺术的空间构体相结合，德国、日本、美国、西班牙等国家已经建成了大量的光伏建筑一体化系统工程。我国开展建筑光伏一体化于本世纪初期，2004年建设的深圳园博园和北京天普工业园是我国光伏建筑一体化的开篇之作，此后若干BIPV项目开工建设并投入使用，目前我国已经是光伏组件第一生产大国。

经过三十年左右的发展，BIPV技术不断深化和进步，与建筑集成化的程度越来越高，光伏电池也由早期的单晶硅、多晶硅，发展到现代的薄膜电池、以及与钢化玻璃集成的光伏阵列。总的来说，光伏建筑一体化（BIPV）技术的发展经历了三个阶段：

（1）第一代BIPV技术。光伏阵列依靠额外的支撑和固定装置安装在建筑物表面，不需要占用额外的土地，但是与建筑本体的集成度低。

（2）第二代BIPV技术。光伏组件与墙、瓦等建筑表面材料合为一体，既作为光电转换单元发电，又起着建筑表面构成材料的作用。这一集成技术一方面降低了建筑和电站成本，另一方面还能美化建筑外观。但是由于建筑表面复杂，各个阵列输出电能互不相同，需要大量的电力电子变换装置和串并联连线来满足供电要求，电气接线复杂，可靠性不够高，维护成本大。

（3）第三代BIPV技术。第三代BIPV技术是智能电网技术的主要组成部分，它通过将光伏电池、建筑材料和电能变换装置等配套系统的有机结合，首先构建高度集成的新型光伏建筑材料，再以此为基本发电单元，辅以先进的数据管理和通信技术，构建建筑集成的光伏发电系统。电能变换装置被集成到光伏阵列与建筑表面材料中，使其具备抗阴影能力和较强的参数匹配能力，系统电气连接简单，具备智能电网要求的即插即用特性。

从光伏建筑一体化（BIPV）的发展历史来看，BIPV技术涉及材料学、建筑学和电力电子学三个领域的内容。在材料学领域，BIPV技术研究的主要问题为高性能、低成本的适合建筑集成的光伏电池材料及其生产工艺；在建筑学领域，BIPV技术的研究内容包括集成了光伏组件和部分配套系统的新型光伏建筑材料以及集成了光伏发电系统的新型建筑的美学及工程设计问题等；在电力电子学领域，BIPV技术研究的核心问题为系统的能量变换和控制技术。而逆变器作为BIPV发电系统中能量变换的核心设备，对系统的转换效率和可靠性具有举足轻重的地位。因此，需要给光伏组件配置相应的电力控制设备(如最大功率追踪器)，根据光伏组件的运行状况输出最大的能量和高品质的电能。

4.BIPV的主要形式

目前光伏建筑一体化应用比较多的是拥有大面积屋顶的建筑，例如会展中心、交通枢纽、大型的商业中心等。事实上，随着太阳能电池的成本降低，技术的进步和幕墙的结合，光伏建筑一体化还可以应用在公寓、办公、酒店、道路广场等方面。BIPV的应用已经从早期的屋顶扩展到墙面、并且产生了光伏遮阳板、采光板、电子树等多种形式：

4.1.1光伏屋顶或墙体(Photovoltaic proof or façade)。

这是一种最常见的光伏建筑一体化形式，一般是在建筑物建造完成后在其表面加装光伏发电系统。光伏电池的安装主要考虑承受的风向应力，并结合当地的地理位置信息确定安装朝向。常见的光伏屋顶电站就属于这种形式，它对于光伏电池没有特殊的要求，使用普通光伏电池即可。

由中国华电新能源投建的上海华电都市型工业园光伏项目1.2MW光伏电站是这种形式的典型应用。整套工程将太阳能面板铺设在工业园区内邻近的30个建筑屋顶。电站采用集中并网的模式，建有专门的逆变机房，由6台55kW的逆变器并联组成一台330kW的逆变器，4台这样的330kW逆变器组成1.2MW变换装置，一共并联了24台逆变器，再共用一台变压器并入10kV工业配电网。

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

这是一种光伏电池与建筑材料高度集成的应用形式，光伏电池安装在建筑物的顶部，不仅需要起到光电转换的作用，还要兼顾建筑物的采光性能，同时作为建筑材料承受应力。因此对于光伏材料的要求较高，应用最广泛的是钢化玻璃夹层结构和中空结构，他们都是将光电转换单元夹在玻璃种，后者在玻璃之间留有一定的间隙，起到一定的隔声和绝热的作用。

由铁道第三勘察设计院设计的北京南站采光顶光伏建筑一体化发电项目，主体建筑及站台采光顶采用带光伏发电的透光材料，在半数的采光带内集成了装机容量为350kW的光伏电池，总面积约6700平方米。该建筑还同时实现了候车厅及站台的自然采光，吸收光能发电的同时营造出了舒适和谐的室内光环境。此外，德国的柏林火车站、我国的青岛火车站等交通枢纽也采用了这种建筑光伏一体化的方式。

4.1.3光伏幂墙系统(Façade-integrated photovoltaic)。

它可以应用在朝向较好、且有大面积幕墙的公寓、办公、酒店等建筑上。随着薄膜太阳能电池的应用，太阳能电池与玻璃幕墙结合得越来越完美。传统幕墙的很多表现形式可以用光伏幕墙来代替。光伏幂墙可分为不透明幂墙和半透明幂墙。前者多采用单晶硅或多晶硅光伏电池，发电效率较高；后者可采用非晶硅薄膜电池或调整光伏电池单体的间隙来调节透光度，价格较低。

2007年，我国在上海崇明前卫村建成了兆瓦级10kV集中并网型太阳能光伏电站示范工程。建设总容量为1051kW，总共敷设了普通单晶硅电池组件、普通多晶硅电池组件、HIT(非晶硅错混合型异质结) 复合单晶硅电池组件、建筑一体化瓦片型、幕墙型等多种类型的光伏组件共7786m²左右。系统由33个相对独立的子系统组成，每个子系统分别由光伏组件、逆变控制器等组成。每个逆变器带3-24组不等的光伏组件，容量由4-42kW不等。逆变器400V输出，用变压器升压至10kV并网。

4.1.4光伏遮阳板(Shadow photovoltaic system)。

这是光伏组件与建筑物的遮阳结构进行集成的一种形式，它具有吸收光照充分、有效降低建筑内部受热、节省建筑材料成本的作用。在许多地区，因为气候和节能的因素，遮阳被广泛应用在建筑元素上。如果这些遮阳板上安装太阳能电池，则是新能源、功能和艺术的合，可以应用在任何需要遮阳板的建筑上。

台北淡水公交枢纽中心的站台遮阳顶采用了光伏遮阳板，总共在公交枢纽站台顶部遮阳板中集成安装了10kW的光伏电池，并使用墙挂式逆变器并网，主要为公交枢纽的广告牌、信号指示装置供电。遮阳板不仅起到了减少公交枢纽站台日光直射的作用，而且还将其转化成了电能，同时其透明的外观设计还增加了建筑美感。

4.1.5电子树(Photovoltaic tree)

它以钢结构模仿树枝的形态，支撑顶棚，而顶棚部分采用太阳能电池板，可以模拟树叶在阳光下斑驳的阴影效果，适用于广场、园林、人行道等地区，实现这样发电两不误的效果。

5.BIPV的一些问题

经过几十年的发展，太阳能光伏组件生产企业通过减少耗材、提高光伏电池的光电转换效率，大大缩短了光伏系统的投资回收期；另外，光伏电池的成本也持续下降并保持了继续下降的趋势，光伏电池的形式也从传统的单晶硅、多晶硅发展到薄膜电池、与建筑材料一体化的光伏建筑一体化瓦片型、幕墙型光伏组件；同时，国家实施了《可再生能源法》，“太阳能屋顶计划”，“金太阳工程”，财政部和住房建设部联合对BIPV项目进行补贴，促使近年来BIPV在我国开始蓬勃发展。

但是，由于技术和政策方面的原因，仍然有一些不利因素阻碍着BIPV的推广，同时BIPV项目推广中也出来了一些新的问题需要解决，主要体现在：

5.1.1光照不均引起的多峰值问题

对于建筑的表面，为了最大程度的接受光照，不同部位的光伏电池最佳倾角不尽相同，同时由于阴影遮挡等因素，各处的光伏阵列外特性不尽一致，其组合产生的功率输出曲线是一条多峰值曲线，而变换器采用常规的最大功率点跟踪方法无法寻找到全局最大功率点。

5.1.2热斑效应威胁

同样是受光不均或部分遮挡情形下，此时受光较低的部分相当于负载，随着热耗的增加将产生大量的热量，形成局部热点，即热斑效应。某些光伏电池受到高温、高反压和高功耗综合作用可能会发生永久性短路甚至烧毁。据国际电工技术委员会（IEC）统计，2009年上半年，欧洲已发生10余起光伏电站起火事故。右图为2009年7月德国Buerstadt屋顶光伏电站阵列起火现场，造成事故的主要原因就是热斑效应积累、电弧、以及开关频繁启动等。严重的是，由于光伏阵列高压带电，灭火困难。

5.1.3发电量受众多因素影响小于预期

光伏阵列的输出特性与运行温度密切相关，随着温度升高，短路电流略为增加，开路电压大幅度降低，最大功率点的电压降低，最大输出功率也降低。需要指出的是，BIPV光伏阵列表面温度远高于气温，且难以测量，在此条件下其发电能力大大降低。右图为BIPV光伏电站在高温的夏季某天的输出功率随时间变化的情况，光伏阵列温升过高导致其出力大幅降低，在太阳辐射最强的时间段内，系统却不能有效发电。此外，逆变器与阵列的匹配，阵列的污垢也将导致出力降低。

5.1.4电能质量与电网接纳

光伏发电并网逆变器容易产生谐波和三相电流不平衡等问题，同时输出功率不确定性易造成电网电压波动和闪变。目前谐波问题是制约光伏并网的最主要问题之一，并且在光照较弱的条件下更为严重。浙江某一250kW屋顶示范工程在10kV接入、400V接入、220V接入系统中，都检测到谐波电流总畸变率偏高的问题，且实测最大功率变化率为每分钟达20％。

5.1.5建筑美观性与光伏发电协调问题

由于BIPV光伏组件的安装受建筑屋面朝向影响，BIPV施工中要防止相同功率不同朝向、不同形状、不同规格的太阳能电池组件串联在一个回路中，造成功率不匹配，导致发电效率降低。同时由于建筑外观的多样性，为了获得较高的太阳能转换效率同时又兼顾建筑的外形美观，所以太阳能电池板安装也具有多样性，但是建筑物的外表面有可能是由一些大小、形状不一的几何图形组成，这就会与建筑美观存在一定的矛盾，需要设计师将其巧妙地融入一体化设计中，达到与建筑物的完美结合。同时，光伏组件的颜色 形状 布局等也要与建筑物相协调。

6.前景与展望

随着能源问题的日益严峻，人类对利用可再生能源的探索已经开始并取得了重大成效，太阳能是一种丰富、清洁的能源，BIPV以其特有的优势已经成为就近分布式发电的重要形式。虽然目前由于价格、法规、政策和技术方面的一些制约，BIPV在短期内还难以大规模商业化普及，但是随着光伏组件成本的持续降低、光伏发电技术的不断革新，以及智能电网和微电网的阶段性建设，在节能和环保的双重压力下，BIPV在未来几十年内得到广泛推广是大势所趋，光伏发电技术也是人类走可持续发展道路的必然选择。

参考文献：

[1] 张, 李小燕. 光伏建筑一体化(BIPV)的形式及其应用. 2010年建筑环境科学与技术国际学术会议论文集.2010.

[2] 董毅. 基于美观性的光伏建筑一体化应用研究. 华中建筑, 2010(5).

[3] 蒋阿华. BIPV光伏玻璃组件介绍. 第十届中国太阳能光伏会议论文集. 2008.

[4] 张鸣; 蔡亮; 虞维平. BIPV系统经济性分析. 应用能源技术. 2007(11).

[5] 赵争鸣, 雷一, 贺凡波 等. 大容量并网光伏电站技术综述. 电力系统自动化, 2011(12).

[6] 候国青，吴转琴，刘景亮 等. BIPV与绿色建筑. 阳光能源, 2010(12).

篇(5)

卢文倩，（1992.07-），女，河南洛阳人，郑州大学土木工程学院2010级本科生，建筑环境与设备工程专业

摘 要：零能耗太阳能房是实现节能减排的重要途径，作为夏热冬冷地区的河南省中南部有其独特的优势与发展需求，在这一地区应用零能耗太阳能房的节能及经济效益将不可估量。

关键词：零能耗太阳能房；节能减排

1.前言

目前，我国建筑能耗约占全社会总能耗的1/3，其中使用最大的能耗是采暖和制冷，在建筑的生命周期内有一半民用建筑的运行能耗约占70%～80%，而零能耗太阳能房（Zero Energy Solar House，简称ZESH）可以实现运行无外加能耗，具有明显节能优势。河南作为中部崛起的中坚力量，其未来的建筑能源消耗将会非常巨大，在该地区应用零能耗太阳能生态房将会有非常乐观的成效。

2.ZESH

ZESH是利用太阳能光热、光电技术达成全年零运行能耗的建筑。它按照全年均衡弱季最大辐射量优化原则，将太阳能光伏发电技术、光热利用技术与建筑巧妙地结合在一起，为建筑提供能量，并配合其它太阳能产品创造出舒适的居住环境（下图为一种构造）。

它能够不消耗任何外来能源为住宅提供电能、热能及冷气等现代生活必需的能量。在长期阴雨时期，由风能、地热能、生物质能（沼气）等补充，其能耗标志为零。

ZESH在国外已经有了一定规模的应用，尤其是在德国、美国等地深受欢迎。该技术已经引进，便受到国内广大房地产商的追捧。

3.应用分析

3.1应用优势

（1）太阳能资源丰富。该地区属于太阳能资源中等类型地区，全年日照时数为2200～3000h，年太阳能辐射总量为5000～5850MJ/m2，相当于日辐射量3.8～4.5KWh/ m2 ，和170～200Kg标准煤燃烧所发出的热量，具有利用太阳能的良好条件。该地房屋结构大部分为中低层，采光较好。

（2）节能优势明显。在黄河以南地区按原规定不集中供暖，然而该地区属于夏热冬冷地区，冬季十分寒冷。目前该地区多采用烤火取暖、空调采暖，不经济也不安全。应用ZESH将直接解决几千万人口的取暖问题并降低养房成本。

随着技术的的进步和成本降低、秸秆屋顶等生态建材的使用，ZESH的成本返还时间有望控制在20～30年。

（3）在一定水平的太阳能市场基础上，ZESH成为必然趋势。河南省太阳能市场以50%以上的速度增长，太阳能热水器的使用普遍，被动式太阳能房在农村应用也很广泛。

另一方面，根据2013年河南省太阳能市场调查结果显示，在黄河南部的信阳、周口、南阳、平顶山等地太阳能热水器市场均有较大规模的占有量，然而，在近两年来却都遇到了发展瓶颈。产品性价比较低、售后服务不完善是其主要原因。从深层次分析，建筑是一个复杂的系统，一个完整的统一体，而后置于建筑之上的太阳能必然会对这个整体的外观形象、内部结构、设备材料等造成损害。另外，太阳能热水器的使用寿命一般伪15年，而建筑寿命至少为50年，这就意味着一个建筑要经历几代热水器的安装拆卸。大量的水线、电线、智能系统嵌入到房屋承重墙体中势必会降低建筑的安全性。要解决这个问题，就必须要将建筑与太阳能设备组为一体进行设计，发展ZESH。

（4）方便与生态建材相结合。河南作为农业大省，拥有大量生物质资源。沼气等可再生能源不仅能与太阳能配合，提升ZESH的可靠性，还受到国家补贴。秸秆等季节性农村生物质废弃物在当地就可直接收集，不需长途运输，节约成本。

尤其是秸秆增强水泥发泡屋顶总重量远低于传统屋顶，减轻建筑承重荷载，隔热性能也由于传统材料，结构简单，维修方便且便于与各种集热器、太阳能电池系统相结合。

表3-1 农作物秸秆增强水泥发泡屋顶与传统屋顶板有关性能对比

材料的有关性能100mm混凝土圆孔板+20mm水泥焦渣+100mm加气混凝土+20mm水泥砂浆+油毡5层150mm加气混凝土+50mm架空空气层+常规屋顶面结构200mm加气混凝土+50mm架空空气层+常规屋顶面结构100mm混凝土圆孔板+20mm水泥焦渣+50mm再生聚苯板+20mm水泥砂浆+油毡5层农作物秸秆增强水泥发泡屋顶板+20mm水泥砂浆（或防水卷材）

屋顶板厚度/mm250250300240120

屋顶板质量/（kg/m2）330190225310100

传热系数[W/（m2 ・k）]1.010.90.870.840.625

价格（估计）传统屋顶价格适中新材料屋顶价格较高新材料屋顶价格较高新材料屋顶价格很高生态建材屋顶价格适中或稍低

（5）时代机遇。十二五期间的新农村建设为河南带来了了新的机遇，各种鼓励政策的出台为农村建设提供资金、政策、技术支持。河南农村建筑多为坐北朝南型，方便进行ZESH的改造。

中部崛起战略在政策上为ZESH提供可能。2008年1月1日起全省所有市县开始全面执行《河南省居住建筑节能实际标准》DBJ41/062-2005，提出的建筑节能的新标准，要求提高太阳能、水能、风能等可再生能源在整个能源利用结构中的比重，加大太阳能光热、光电技术、地源和水源热泵技术研究，推进可再生能源与建筑一体化的应用。

3.2待解决的问题

设备的使用寿命与建筑难以统一，一旦设备损坏，由谁来维修，采用怎样的技术，费用等都待商榷。

其投资成本较大，只有在长期运行的情况下才能显示出经济节能优势。面对房价贵、住房难的残酷现实，多数人不会选择成本太高的住房。该技术在我国还很年轻，仍有很大提高完善空间。

3.3发展策略

首先建筑人员需要深入到该地区，考察原有建筑情况、能源利用方式、水文地理条件等，结合实际将ZESH应用于实践。其次，太阳能概念产品仍需政府的支持对太阳能清洁能源的倡导将会引领群众和商家的选择；另外，补助的力度应该随着经济发展水平逐步提升，一旦减少了产品的成本，选择ZESH的人便会增多。最后，太阳能需要拥有一个稳中求进的商品市场。

实际应用时，推荐先选择信阳、南阳东部等地，这里交通便利、能源丰富、发展底子好。先从市郊小别墅区起步，这里的居民一般都负担得起ZESH的成本，由于地处城市农村交界，各种原材料、劳动力都易低价获得。然后再逐步向城市以及农村扩展。

4.结论

ZESH在中国刚起步不久，充满着活力，适宜的条件决定了它在河南中南部的发展优势。在此发展ZESH前景广阔，这也将为节能减排事业做出重大贡献。（作者单位：郑州大学土木工程学院）

参考文献

[1] 徐伟，郑瑞澄，路宾，太阳能建筑应用发展见就报告，北京：中国建筑工业出版社，2009.7

[2] 龙惟定，武涌，建筑节能技术，北京：中国建筑工业出版社，2009.8

篇(6)

关键词：电力企业 科研机构 运营管理 创新机制

引言

陕西省地方电力（集团）有限公司配电网研究中心（以下简称中心）成立于2010年1月，是集团公司直属机构，定位于公司进行配电网技术研发、应用技术推广和技术支持的基地。中心的建设目标是通过提高电网技术水平、科技进步、提高经济运行水平，从而增加集团公司的核心竞争力。

2012年2月，中心立项开展运营管理创新机制研究，根据集团公司对配电网研究中心的功能定位，围绕企业化科研机构及科技服务中介机构两大职能，探讨包括管控体制及运行机制的制度创新框架，建立起适应经济发展的科研机构新制度，推动配电网研究中心成为政企分开、产权明晰、责权明确、管理科学的新型实体，并具有决策机构、运行管理机构、监督机构相互分离的制约体制；实现既有利于科技研究与发展，又有利于科技成果转化和应用，结构优化、布局合理、广泛协作、公平竞争、充满生机的目标。

1.实施背景

（1） 国家战略引导

党的十报告提出“实施创新驱动发展战略”，加快建设国家创新体系，着力构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系。集团公司作为国有大型骨干企业，肩负着重大的经济责任、社会责任和政治责任，在国家创新体系建设中具有举足轻重的地位。作为集团公司技术创新的重要载体，中心运营管理创新机制建设对提升集团公司自主创新能力，增强核心竞争力有重要意义。

（2） 省内政策要求

近年来，陕西省提出了一系列增强企业科技创新的政策和要求。省委、省政府和省国资委出台了关于加大科技投入和研发投入的有关规定，要求省属企业不断加大科技投入和研发投入力度，为企业增强科技创新能力，实现又好又快发展提供重要支撑。中心要切实按照省内政策要求，保证科研项目稳定有序进行，确保年度科技经费落实到位。

（3） 市场竞争驱动

集团公司所处的配电网行业存在激烈的市场竞争，要确保供电可靠性、电能质量、综合线损等关键技术指标走在前列，必须依靠科技进步。以供电可靠性为例，必须在连续供电上下功夫，要求10kV主网架采取双回路或双电源供电，同时，为缩短事故情况下备用电源投入的操作时间，需要加装备用电源自动投入装置，将人工操作交由自动装置完成，以缩短停电时间。市场竞争为科技进步提出了客观需求，这也是中心作为研究机构，实施科技创新的重要驱动力。

2.运营管理现状分析

2.1 中心概况

中心是集团公司为了提高企业核心竞争力，于2010年1月成立的集团公司直属机构，是公司进行配电网技术研发、应用技术推广和技术支持的基地。中心自成立以来，逐步建立了适应集团公司科技创新发展的软硬件条件，具备了开展高水平、创新型科研项目的平台。

中心属于科技型、研究型部门，从建立以来得到了很大的发展，伴随智能电网建设，以及市场竞争的不断深化，也面临着严峻的挑战，主要表现在以下几个方面：

（1） 缺乏全面的创新战略

对所面临的外部环境对中心的影响认识不足，忙于繁冗的事务性工作，对企业的科技发展方向和战略研究不足。电力体制改革的进一步深入，配电网行业竞争的不断加剧，以及市场结构的细分化、多样化，必将影响中心的未来发展。

（2） 对科技创新的认识不足

表现在中心缺乏长远的战略布局和清晰的科技发展规划。一些员工满足现状，创新动力不足，自主创新没有真正成为企业发展的原动力。

（3） 科技管理体制机制不健全

中心科研组织机构不完善，研发平台还不完善，产学研相结合的发展体系尚不成熟，科技项目立项缺乏针对性、延续性和整体性，项目管理机制不健全，科技工作考核评价不到位。

（4） 具有自主知识产权的科研成果比例不高

已有创新成果中，集成创新、引进消化再创新成果较多，原始创新成果比例较低，关键技术自给率低，缺乏产品集成的技术优势和二次开发能力，核心竞争力不强。

（5） 具有实践经验的科技人才缺乏

中心现有科研人员中，具有工程经验的人员较少，高层次、复合型人才严重缺乏，在国内国际有影响力的科技领军人物、学科带头人匮乏。

上述问题表明，实现中心创新发展，不断提升科技创新质量和水平，增强中心创新能力的任务仍十分艰巨。

2.2 中心所处宏观环境分析

宏观环境的分析一般采用PEST模型，即对政治（Political）、经济（Economic）、技术（Technological）以及社会（Social）这四种影响企业发展的外部环境因素进行分析。企业需要适应宏观环境的变化，而外部宏观环境可以直接、间接或潜在地影响企业，通过对宏观环境的分析，中心可以发现新的发展机遇，预测未来可能面临的威胁，为战略决策提供依据。

（1） 政治环境

国家的能源政策为电力行业的发展提供了政策支持。《中国的能源状况与政策》白皮书指出：“中国已经初步形成了煤炭为主体，电力为中心，石油天然气和可再生能源全面发展的能源供应格局，基本建立了较为完善的能源供应体系”，在今后的能源政策中要积极发展电力行业，并指出电力是高效清洁的能源，着力发展新能源，建立经济、高效、稳定的电力供应系统是保证国民经济和社会稳定发展的基本要求。作为电力企业研发机构，中心将受益于国家能源政策以及创新驱动发展政策的支持。

（2） 经济环境

“十一五”期间，国家稳定的经济增长为集团公司的高速发展创造了机遇。“十一五”期间陕西GDP增速高于全国水平，奠定了电力行业发展的基础，陕西工业经济比重也大幅度增长，使得电力需求更加旺盛。同时，集团公司营业区域内，石油、矿产资源开发步伐加快，带来了用电负荷的直接增长，为电力供应、电力工程设计、监理、施工和多元化投资等相关业务带来了良好的发展机遇。总体而言，电力是国家的基础产业，只要经济增长，电力需求必然增长，经济发展对电力产业的发展依然是机遇大于威胁。

（3） 技术环境

随着我国综合国力的不断壮大，科技创新能力也在不断增强。新能源发电技术为集团公司带来了发电业务发展的机遇，同时智能电网技术发展也将进一步推动集团公司配电网研究和应用的水平。电力系统与信息技术的加速融合，技术引进力度和二次开发能力的不断提升，进一步推进了智能电网的发展。

（4） 社会文化环境

社会文化环境的变化对整个行业的影响不容忽视。经过改革开放多年来的积累，人民物质生活水平和生活质量有了较大的提高，消费意识和生活方式也向更高档次转变，家用电器逐渐普及，为电能消费增长奠定了社会基础。

2.3 中心SWOT分析

SWOT是一种用来确定组织本身的竞争优势、竞争劣势，机会和威胁的分析方法，目的是将组织的发展战略与组织拥有的资源、所处的环境有机结合。因此，清晰地认识组织的资源优势和劣势，明确组织所面临的机会和挑战，对于制定组织未来的发展战略有着至关重要的意义。

（1） 竞争优势

主营业务收入的持续增长为集团公司的多元化发展提供了资金保障，研发投入持续增加；集团公司经营水平，运营能力持续增强。作为集团公司直属研发机构的配电网研究中心具有科技研发投入充足、集团内市场广阔的优势。

（2） 竞争劣势

集团公司处在多元化发展的初级阶段，中心的科研管理体制有待健全，依赖内部市场较强，外部市场开拓不足；人力资源总体综合素质不平衡，人才结构需要进一步优化升级。

（3） 机会

国内经济保持平稳较快增长，陕西区域经济增长超过全国平均水平；研究中心可以利用的机会来自于：国家能源政策以及电力行业政策利好，如输配分开、智能电网、新能源的利用都带来发展机遇。

（4） 威胁

经济增长过程中出现的不稳定因素，特别是短期经济波动的影响；国家政策的改革例如电力体制改革，输配电价格等带来的政策上的不确定性；市场竞争的进一步加剧，集团内市场面临开放的挑战。

2.4 分析结论

基于PEST模型，对中心所处的宏观环境进行了分析，认为中心主要业务处于有吸引力的行业。特别是近年来国民经济的高速增长，给电力行业带来超常规发展，未来国民经济仍将保持一定的发展速度，因此，电力行业的未来仍有很大的发展空间，电力行业内的研发机构仍将受益。

应用SWOT分析法，对中心发展战略要素进行了综合分析和评估。通过对中心面临的宏观环境、行业环境和竞争结构分析，认为中心面临的机会大于威胁，应充分利用外部环境所带来的发展机会，同时尽量回避短期经济波动带来的威胁，使自身得到良好的发展。

3.运行管理创新机制建设

配电网研究中心作为引领集团公司科技创新的前沿部门，不仅肩负技术研发的重任，还具有技术成果转化与应用的职能。这就要求中心在履行集团公司行政职能的同时，逐步调整发展模式，从以下五个方面，开展运营管理创新机制建设。

3.1 建设原则

紧密围绕集团公司科技发展需求，以建设“多指标自趋优”的智能配电网为目标，通过原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新等形式，攻克配电网安全稳定运行中急需解决的关键问题，以促进集团公司发展，为集团公司领导提供决策支持，为生产经营部门及各分公司提供技术支持为核心，通过配电网研究中心的发展与综合实力的提高，全面增加集团公司核心竞争力。

3.2 科研管理

根据集团公司发展战略及电力行业发展方向，中心充分发挥自身科技与人才优势，在加强研究行业基础技术、关键共性技术的基础上，积极加强基层单位的联系，分析基层单位的需求，面向集团公司的需求，发挥技术储备及科技优势，开展项目课题的研究。以集团公司科技创新的需求为起点，支持集团领导决策，支持基层科技进步为重点，占领配电网科技领域前沿为目标，重点是落实科研项目课题管理制度，以课题为依托，推动中心发展。

（1）实行项目课题申报预答辩制度

项目是战略成功的基石。不论国内或国外，任何国家层面的战略规划的实施和创新活动，都是以项目为载体，保证每个项目的成功执行，就保证了总体战略的成功。中心的自有项目及与高校、科研院所、行业企业合作项目在申报前由各申报人提交中心领导及专家技术委员会，由委员会组织相关学科专家进行预答辩，答辩通过的项目才允许上报。经过不断的修改、充实、完善，不但提高了申报项目的技术水平，确保了所申报的项目课题具有创新性、前沿性、可行性、经济性，符合集团发展战略及行业发展方向。

（2）加强对项目管理的落实，实行项目负责人制度

按照集团公司相关管理办法及中心科技项目管理原则，由项目负责人与中心签订合同，实行项目负责人制。项目负责人应加强进度、质量、资金控制，确保按合同期限实施。通过每个阶段课题实际执行情况和预期目标的对比，不断调整完善实施计划和管控措施，逐步实现向预期目标的逼近。

除中心自有项目经费由中心直接管理外，合作项目经费由中心派出项目管理人员负责统筹安排使用，重大开支报中心领导及专家技术委员会评议，批准通过方能实施。确保项目经费专款专用，同时可以调动项目参与人员的积极性与主动性。

（3） 研发活动实行“项目进度跟踪考核制”

项目中的一切活动都是互相联系的，协调并进、构成整体，也需逐步补充、修改、完善。项目一经立项，在研项目就实行“项目进度跟踪考核制”。由中心领导及专家技术委员会根据合同规定的实施计划，进行分阶段检查、考核，明确每个项目每个成员的工作任务，完成时限，根据考核情况形成个人绩效，反映在个人薪酬中。

3.3 技术研发

根据集团公司科技发展及中心现状，科技研发工作主要以自主创新与协同创新为主。

（1） 立足自主创新

自主创新由中心立足自身在物力、人力、财力方面的优势，通过对集团未来发展方向与基层需求以及配电网行业发展的前沿的掌握，利用各种实验平台，进行新技术的创新性研究，合理性、可靠性验证，二次开发等工作，从自动化系统及设备、信息与通信系统、配网调配用一体化等方面重点突破，抓住配电网重点技术，获得多项科技成果。

（2） 重视协同创新

中心通过创新资源和要素的有效汇聚，突破创新主体间的壁垒，与高校、企业、科研院所无缝搭接，充分释放彼此间“人才、资本、信息、技术”等创新要素活力而实现深度合作。中心实施的协同创新主要面向智能配电网行业产业建立协同创新联盟，特别是与行业骨干企业强强联合，以培育战略相关新兴产业和改造传统产业为重点，支撑行业产业发展的核心共性技术研发和转移，优势互补，共同推进行业发展。在集团公司的领导下，中心分别与清华大学、西安交通大学合作建立了两个院士工作站，一个国家能源重点实验室。

3.4 人力资源

（1） 重视人才培养

根据人才队伍现状，中心制定了合理的人才培养方案。目前中心拥有集团总工程师1名，博士4名，硕士6名，人员学历高，能力强，配置基本符合工作要求。中心根据每名博士的专业研究方向，分别配置两名硕士组成学科梯队。针对中心新进人员主要采取以下措施进行培养：按照集团公司对高学历人才“会做小事，能干大事”的要求，培养其踏实做好日常工作，认真完成科研工作；集团公司高水平人才与新进人员签订拜师协议，通过高水平人才的传、帮、带，使新进人员迅速成长起来；对新进人员进行综合培养，力争培养成复合型人才，兼具科研能力与项目管理能力；鼓励人才继续学习，在职深造。

（2） 加强人才激励

提高知识型员工的工资、福利待遇。对科技型企业的知识型员工来说，薪金是衡量自我价值的尺度；提供一份与工作成绩和生产率挂钩的报偿。把员工的贡献收益与企业的发展前景紧紧捆绑在一起。中心建立了有效的知识产权保护机制，保护知识产权的载体――人，对其有控制权、转让权和因其使用而有所获得的收益权。从而保护知识资本投资的高收益，鼓励更多的创新与发明，发挥知识型员工对企业发展和国民财富增长的巨大作用；建立知识奖惩机制，员工的绩效具体化为员工愿意接受的收益，对不能实现企业知识管理目标的员工进行处罚。

（3） 创新用人机制

首先中心继续深化专家队伍建设，聘请高水平专家组成专家委员会，指导中心科研方向，同时帮助中心培养人才，完善人才梯队建设；其次，新进人员除了应届毕业生，还应该重点招聘拥有工作经验的工程人员。应届毕业生具有可塑性强、学习能力强、接受新事物快的特点，但是实际工作经验匮乏，适合长期培养和发展；拥有实际工作经验的工程人员具有适应周期短，见效快的优势。

3.5 创新文化

中心作为集团公司直属机构，要将集团公司“光谱文化”落到实处，在日常工作中普及运用“光谱文化”。企业文化和企业的战略管理紧密联系，企业文化支撑企业战略发展。优秀的企业文化将极大地促进企业的发展，反之则消弱企业的组织功能。企业文化是组织成员所共享的理念和行为方式，引导着企业战略的确立，也是企业发展战略实施的重要手段。中心文化作为企业文化的一部分，应该紧密的与企业文化相结合。

中心作为科研机构，应该具有科研机构的文化特征。主要体现在做事务实不务虚，每项工作都落到实处，任务落实到人，计划落实到日。培养员工的团队精神。科学研究不仅是个别天才思想的闪光，更是无数科研工作者共同努力创造的成果。因此要以团队合作为部门文化的重要组成部分。

4.创新机制实施效果

在上述创新机制与措施的支持下，中心立足自有人才资源，精益管理，高效运作，与国内外电网企业、科研机构、制造企业广泛合作，先后完成了智能电网规划、智能配电网指标体系、风电场接入对电网稳定性的影响等研究项目，彰显了创新机制的实施效果。

（1） 组织制定智能电网发展规划

在集团公司领导下，组织制定了智能电网发展规划，以建设具有“多指标自趋优化”能力的配电网为智能电网建设的终极目标，其智能电网规划时间范围为2011年到2023年，规划内容包含网架、调度、变电、配电、用电、通信、相关研究等关键环节建设，以及泾渭和榆林两个试点区域的建设方案，包含22大类105项工程项目及研究课题。

（2） 完成智能电网基础理论研究

从系统论的角度，重点研究以“多指标自趋优”为核心内涵的智能电网基础理论及其前沿技术。从分析利益相关各方对电网的需求出发，从安全稳定性、优质性、经济高效性、环保节能性等几个视角，建立智能配电网的指标体系，作为智能电网优劣的重要考核指标和建设成果评估的参考标准。与清华大学共建智能配电网研究中心，就智能电网调度系统、智能变电站系统、智能配电系统、智能量测系统、分布式新能源和新能源接入技术等方面的20余项课题展开合作。

（3） 开展智能电网应用技术研究

在应用研究层面，关注智能电网建设的各个环节，研究适用于智能电网运行环境的设备产品和控制系统，包括智能调度、智能电表、智能配电自动化、智能开关以及智能变压器等。为了满足智能电网验证与测试的需要，研究中心与西安交通大学共建国家能源先进电网与装备可靠性及寿命评估重点实验室，开展相关技术标准制订、智能电网关键设备评估鉴定工作。搭建智能配电网验证与测试平台，开展智能配电网自动化功能、通信功能、调配一体化、配用一体化及调配用一体化系统功能的验证与测试，为智能配电网产品检验以及工程项目验收提供支持。

（4） 筹建智能配电网示范工程

参与筹建了智能配电网示范工程，包括可再生能源集中与分散并网工程（配电网智能调度系统工程），智能配电工程（调配一体化工程、配网自动化工程），智能用电工程（智能小区工程）。

（5） 形成具有自主知识产权的科研成果

配电网研究中心成立以来，科技工作取得了丰硕成果，承担省部级课题6项，集团公司课题20余项，申请专利8项，其中发明专利4项，授权实用新型专利3项，在国内外学术会议、期刊30余篇，其中，EI索引论文2篇，获奖论文4篇。在科研成果转化方面，《宁陕县龙筒线、龙钢线及关沙线35KV线路防雷技术研究与实施》、《宝鸡供电分公司县级配电网统一数据采集系统》均取得了显著效果，有效提升了配电网运行的安全性和稳定性。

5.结论

本文对配电网研究中心运营管理创新机制进行了研究。首先，分析了中心的发展现状和发展过程中存在的问题；然后，基于PEST模型对中心所处的宏观环境进行了分析；应用SWOT分析法，对中心发展战略要素进行综合分析和评估，提出了中心创新发展的机制与措施，实施效果证明，相关机制与措施能够有效确保中心围绕企业化科研机构及科技服务中介机构两大职能，以科技创新作为引领集团公司发展和智能电网建设的核心动力。

参考文献：

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[2]李健、刘博.我国电力科技企业创新型人才培养与开发研究[J].中国电力教育，2012，36：33-34，66