节能减排的技术范文

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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

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随着社会经济的发展，我国的工业化建设迈入了全新的发展阶段，在不断的推广应用中，出现了资源短缺的现象。而在我国实现社会主义现代化建设的可持续发展和科学发展观的有效指引下，需要在具体的发展中实现有效的能源节约，以确保整体社会经济的可持续发展。就我国当前的能源消耗来看，农业机械占据着极大的部分，这就需要在基本的建设应用中实现农机的节能减排，实现相关维修保养技术的开发和推广，提升农业机械化的发展水平和整体质量。

一、我国现阶段农业机械节能减排的应用现状

就我国现今发展阶段的农业建设而言，在迈入现代化的发展之后，强化了机械化的作业力度，这就强化了具体应用中的农机数量，但就其整体的发展应用构成来看，存在着动力型设备应用的缺陷，且缺乏基础性的大型机械设备的配备和应用，多为缺乏动力性的小型化机械设备，这就决定了作业的质量效率，而且一定程度上增多了应用中的能量消耗。而且就其具体应用而言，还存在着超龄应用的状态，这就在具体的应用中增加了能源的消耗，但是却没有获得相应的农业作业效率，造成了具体应用中的资源不合理浪费。

近年来，随着城市化发展建设步伐的加快，农业作为基础性经济产业的我国经济，却在建设过程中出现了耕地范围减少且处于相对分散状态的发展状况，这就使得在进行农业机械化作业的基础上不适用于大型机械作业的有效开展。而就水稻的种植而言，小范围的种植条件下，造成了具体的精密型作业，需要在作业过程中投入过多的人力和物力资源，并且在区域的限制下，其在具体的应用中无法发挥该有的功用。这就体现了具体应用环节中，缺乏社会性和专业化的相关农机服务组织，来实现农机具体作业的应用和指导，从而不能有效实现农机维修节能减排技术的有效应用和其作业的合理发挥。

二、农机维修节能减排技术的推广

（一）完善农机维修制度

在农业机械化的生产环节实现整体发展的资源节约，就需要在保证农机维修工作顺利开展和进行的基础上，有效完善相关环节的各项管理制度规范。就我国农业的实际发展来看，在强化和促进整体农业种植模式向着标准化的机械式作业的基础上，确保整体发展的合理有效性，但在工业化的发展基础上，在农机的维修管理方面存在着专业机构建设和人员不到位的现象，所以需要在整体的生活环境下确保农机服务体系的完善有效，进而有效提升农机的整体服务水平。

（二）推广高效运作的机械

农业机械的科研合作单位和相关管理部门，需要在强强结合的前提下，实现科学化，能够一次进行多项环节作业的研发，实现省动力、省能源的高效复制机械的建设和研发，以更好地满足农业生产对于机械建设的要求。相关研究建设完成之后，需要农机有关部门强化对机械发展应用的建设推广，而且相关农业管理部门要完善自身的组织领导作用，以保障全新的农机投入应用之后能够为节能减排工作的开展，奠定良好有效的发展基础。

（三）强化农业人员的专业技能

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机房的节能不仅仅包括机房主设备的节能，更重要的还涉及电源、空调、机房空间等多个方面。对于大多数企业而言，除了机房的一次性投资外，更大的成本在后续长期的运维上面。

1 机房节能减排技术措施

1.1 机房建筑结构及装饰设计

机房的节能应从规划、设计开始，结合最新节能、环保、低碳的技术，充分利用空间节约、供电节约、制冷节约、水资源节约等技术，依据当地的气候条件，充分利用自然冷资源，最大限度实现节能环保绿色低碳建设。

在新建造机房建筑时，机房区域的保温性能成为节能降耗的重要技术指标，设计时要求符合《公共建筑节能设计标准GB50189—2005》，由于大部分机房要求保持常年恒温恒湿的环境，因此在建筑机房区域结构上要有良好的保温性能，同时外墙不应设置外窗。

在进行老旧机房改造时，一方面，可以通过为机房区域墙体加装保温层，另一方面，通过改造窗框、玻璃以及安装遮阳装置，达到减少外界环境对机房内环境的影响，实现节能降耗的目的。

无论是新建还是改造，机房设计时都要进行机房内冷热通道设计，合理的冷热通道设计有利于提高能效比，降低空调用电量和设备耗电量。

对于新建机房建议采用“空调下送风”方式，机柜摆放方式建议采用“面对面，背靠背”，这样冷热气流相对独立，符合服务器等IT设备从正面进风、从后面排风的设计。通过将冷、热气流分开，可避免前排机柜排出的热空气与空调的冷空气混合后再进入后排机柜，不会出现冷气流的“断路”现象，减少机房内局部设备区高温情况的出现。

对于没有条件采用“空调下送风”的机房，可根据机房实际情况，采取在设备机柜对面安装空调的方式和在机房热负荷较高的区域上部适当增加回风风机的方法强制气流循环，将热气流回送到空调的回风口，改善机房的冷热气流组织，使得冷气流在机房中分布较为均匀，并可直接进入机柜中的设备，进行充分的热交换。

1.2 制冷系统设计优化

1.2.1 合理的进行机房制冷设备的选型

进行机房制冷设备的选型工作应结合机房所在地区的地理、气候环境以及机房所承载的系统功能来设计，重点是选择精密空调还是舒适空调。

精密空调有着风量大，风速高、温湿度控制精确等优点，但也有着投资大、耗电高等缺点。如果机房仅提供可靠性不高的应用或设备对机房环境要求不高，设计时可以考虑使用舒适空调。需要指出的是冬季在北方寒冷地区，由于室外温度太低，舒适性空调不能正常运行，对于冬季仍需要制冷的机房来说还需通过别的途径解决。另外，由于精密空调室外机机体较大，会产生室外机与室内机安装地点高低差的问题，还有管路路径超长的问题，这些需要设计人员和运维人员权衡利弊，做出最优的选择。

1.2.2 利用可行的节能新技术

在进行机房节能减排优化设计时可以利用一些传统的技术，如利用自然冷源技术、建立统一的温度湿度控制系统等。

我国土地面积大，南北温差及冬夏温差都很大。在长江以北，特别是高纬度高海拔地区室外温度低，在秋冬两季完全具备天然的“冷源”。如能很好的把室外新风加以利用，将起到很好的节能作用。国外有的机房全年2/3时间是使用新风来冷却机房温度的，长期运行积累出的效益将是非常可观的。

机房内部统一的温湿度控制能够避免各空调之间出现温湿度不一致的问题。通过机房统一的控制管理，可以避免因不同空调间温湿度差异而造成的一部分空调在制冷而另一部分在加热的现象，防止出现因操作互相抵触造成的效率低下问题。

1.3 UPS系统设计优化

为保障机房的电力供应，提高系统的可靠性，现在机房里都会安装一套或两套以上UPS系统。大多数机房运维人员认为，UPS系统只是起到断电保护的作用，实际上机房中UPS系统也是一个耗电大户，在其工作时整流器、逆变器也均存在着功率损耗。根据统计在没有进行UPS系统优化设计的系统中，供电系统自身的耗电占15%以上，而这部分损耗是完全没有必要的。

在设计优化时首先应考虑供电的可靠性，合理的设计系统断电续航能力，过高的要求不但增加了建设投资，无形之中也使系统的运维费用增加。据统计：传统机房中80%的UPS负载率不到50%，层层设计加码导致普遍大马拉小车的现象，UPS容量浪费严重，效率低下。

其次，在设备选型时要尽可能的考虑效率较高的UPS，如采用高频无变压技术，可以降低供电系统的耗电量，为机房节省一大笔电费。

除了提高UPS自身的效率，部分UPS厂商提供了一种经济运行模式的功能，正常供电时，激活该功能，UPS由静态旁路供电，此时逆变器处于待机状态，不输出能量。一旦供电异常，UPS会立即切换到逆变器供电状态。由于平时的逆变器处于待机状态，所以自身功耗非常小，UPS的整机效率可以达到97%。

1.4 机房线缆设计优化

机房线缆管理对机房的散热效力有着直接影响。如果某个机房的线缆比较混乱，设备产生的热气流就会受阻，在局部就会产生高温，从而对设备的安全运行、经济运行产生影响。合理有序的布线可防止散热通道堵塞，提高散热效率。建议无论是设计新机房还是改造旧机房，在进行布线系统设计时可以采用结构化布线，将布线一次敷设到各机柜中，新设备安装时不需要进行新的布线，仅通过列头柜和设备机柜内的跳线就可实现新设备的接入，这样可以避免“线缆杂草般丛生”的现象发生，同时能够减少维护人员的工作量，易于维护和管理。

2 结束语

机房节能减排工作是一项系统工程，涉及机房建设规划、IT设备选型管理等内容。更为重要的是，每一位工作人员都要树立节能减排意识，从细节入手，真正将节能减排工作落到实处。

参考文献

[1]国家电网公司信息机房设计及建设规范[J].

[2]电子计算机机房设计规范（GB50174—93）[J].

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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）

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文献标识码：A中图分类号：TM621文章编号：1009-2374（2016）09-0082-02

1概述

社会的发展越来越快，社会的经济水平也越来越高。在生活水平提高之后，越来越多的人们逐渐开始重视其生活质量的问题。电能是人们生活、发展过程中必不可少的资源，电量的增多可以保障日常生活、工作的稳定。然而我国的发电结构还处于以火力发电为主的层面，而火力发电则会使用大量的煤炭资源。煤炭资源属于不可再生资源的一种，长期、大量的消耗最终会导致煤炭资源的稀缺，不利于我国的长久发展。不仅如此，大量的燃烧煤炭也会造成空气的污染。为此我国逐渐把可持续发展问题作为当前的发展重点来看待，尤其是节能减排工作。节能减排不仅可以有效地节约资源，同时也可以减少因废气的排放而造成的环境污染。随着科学技术的不断发展，电厂不仅仅依靠手工操作进行生产，进而转向了利用自动化技术进行生产。这也大大提高了电厂的工作效率，从而为节能减排起到了推动作用。

2运用自动化技术实现节能减排的相关理念

2.1运用自动化产品实现节能减排

为了逐步实现节能减排的目标，一些电厂开始运用自动化产品作为辅助工具。如电厂利用微电脑系统进行控制以及使用软启动等技术，从而在一定程度上可以依靠自动化产品使节能减排成为可能。一些自动化产品的使用，使得电厂在控制方面的精准度有所提升。在对电厂的运行功率以及运行负载进行严格的控制之后，耗电量以及耗费的能源逐渐减少，因此，使用自动化产品可以有效地帮助电厂实现节能减排。

2.2运用自动化系统实现节能减排

除了运用自动化产品实现节能减排之外，也可以利用自动化系统使节能减排成为可能，比如运用调度自动化以及管理自动化等，在提高企业经济效益的同时，也能有效地控制资源以及能源的投入量问题。依靠节能系统实现对电厂投入的控制，从而使电厂节约成本，并且节约各种资源，进而促进节能减排工作的顺利实现。

3电厂节能减排中自动化技术的应用

3.1实现自动化系统的一体化进程

目前，电厂的自动化系统由三层结构构成，即过程控制、制造执行以及经营规划三层。为了有效地实现节能减排，除了运用先进的技术、设备之外，还要利用先进的自动化系统。通过系统的控制，进而实现操作以及调度等方面的优化。我国有六种耗能较多的工矿企业：有色、冶金、建材、电力、造纸以及化工。这些工矿企业不仅耗费大量的能源、资源，也会对环境造成严重的污染。为此，就需要对其重点的能耗设备进行节能控制，减少能源的消耗，同时对其重点污染源进行污染治理，因此，逐渐完善控制装置并进行系统的及时优化势在必行。通过各种系统和先进设备的共同作用，对能源的除尘、脱硫等流程进行严格控制。同时对各种易产生污染的环节进行优化处理，从而使燃烧技术更为优化，使能源消耗与污染物的排放降至最低，进而实现电厂的节能减排工作。

3.2节能自动化产品的研制和技术的开发

由于科学技术的不断进步，电厂也逐渐实现手工控制操作向自动化控制的方向发展。同时，实现了自动化控制之后，也使电能生产的方式更加优化、合理，使得电能的生产效率也实现了逐步提升。目前，电厂的自动化技术一般都是运用变送器对计算机系统以及大屏幕的监视器、现场总线等进行控制。虽然国家及电厂正在加大力度实现发电结构的转型，但是在我国的电力规划中指出，即使到2030年，我国电厂发电结构依然是以火力发电为主。而预计4年后，我国的装机容量便可多达14亿千瓦，其中火力发电所占的比重就多达10亿左右。因此，在以火力为主的发电结构模式下，节能减排工作更是困难重重，要及时需找新的方法，加快节能自动化产品和自动化技术的研发。首先可以寻找新的自动化节能方法，可以不断引进外国先进的节能技术，再与我国先进的技术相结合，实现无触点调压、稳压等；其次，采用移相控制技术以及电子安全保护技术等方法及时地对发电机的输出功率进行调整和改变，加强微电脑对电厂的控制管理，不断提高电机的工作效率，使能耗逐渐降低，从而达到节约资源的目的；最后，可以加快研制新的自动化产品和自动化技术，使可再生及不可再生资源的储能效率及生产效率等都获得较大程度的提高。

3.3结合信息管理进行节能减排

在电厂使用自动化技术进行控制的早期，一般都是单纯地对控制系统方面的单输出和单输入情况进行分析整理，之后再对其进行人工绘图。而这种操作方法一般都会存在很大的误差，且工作效率低。由于电厂对于信息管理的重视不够，导致自动化技术与管理信息化程度严重不匹配。为了改变这一局面，就要重视二者的协调发展，从而提高系统统计数据的准确性，也使自动控制的实用性更强，使操作更为简单、方便。

4成功运用自动化技术进行节能减排的表现

4.1变频技术的应用

电厂使用变频技术能有效地控制节能减排。在电厂的运行过程中，一般会利用煤、燃气或是油等资源进行发电，因此，就会有很多浪费现象从中产生。煤、燃气以及油等资源的消耗使我国能源的投入量大大提高。而在电厂实际发电的过程中，对于能源的消耗也很大，以致节能减排难以实现，使用变频技术可以有效降低能源消耗。变频调节器的使用也会在很大程度上降低燃料的消耗量，从而根据电厂的实际情况对能源投入进行调节和控制。与此同时，变频调节器的使用也可以优化锅炉的运行状态，控制燃料在燃烧时的风量。变频技术的应用可以帮助电厂解决能源消耗以及资源浪费等问题，逐渐实现电厂的节能减排、降低消耗，从而获得更多的经济收益。

4.2运用现场总线技术

运用现场总线技术可以帮助电厂顺利实现节能减排。随着经济的不断发展，电厂总线布置涉及的范围也越来越广。现场总线技术与传统的技术相比具有比较明显的优势：一是可以使硬件设备的应用数量有所降低。现场总线技术一般采用的是计算机控制，同时利用PC，使得硬件设施的需求量大为减少，并且其控制站的面积也可以因此大大缩减；二是从安装方面来讲，现场总线操作起来更为简捷、方便。在现场总线的其中一条线路上可以进行多个设备的接入，从而为电厂节约了更多的资金。同时，应用现场总线技术也在一定程度上可以解放人力。由于其工作量小，相对的，电厂对于人力、物力方面的投入也会相对减少。

4.3碳素焙烧控制技术

利用碳素焙烧技术进行生产时，焙烧可以影响生产的各个方面，如对环保产生影响、对能耗产生影响、对成品的品质和成品的寿命造成影响等。然而碳素焙烧技术在生产过程中具有多道工艺，因此，对于环境造成的影响也极其恶劣。但是由于长时间缺乏控制，所以其相对的能耗也比较大且污染严重。目前，针对这一情况已经研发出专门控制碳素焙烧的技术，在电厂的投入使用中，不仅为电厂节约了大量的能源，也减少了对于环境造成严重污染的污染物的排放，同时为电厂带来了巨大的经济效益，使得节能减排工作逐渐成为现实。

5电厂节能减排中自动化技术的发展方向

5.1走可持续发展之路

电厂在节能减排过程中运用自动化技术可以促进电厂实现高水平、高质量的发展。在利用自动化技术的同时，能够有效实现电厂的可持续发展。自动化技术使节能减排成为可能。在降低能源消耗、减少对环境的污染的同时，不仅为国家节约了大量资源、能源，也逐渐促使国家向环境友好型方向发展。

5.2促进自动化技术的规模化发展

自动化技术的运用是符合时展潮流的，而且在电厂的实际应用中，不仅节约成本、降低消耗、保证环境质量，同时也增加了企业的经济效益。利用自动化技术，可以实现利用小型系统就可以实现大规模节能减排的效果，因此，要促进自动化技术向规模化方向发展。扩大自动化技术的应用范围之后，可以实现更大规模的节能减排目标。在全国各个领域、各大工矿企业推广自动化技术，从而实现全方位的节能减排工作。

5.3深化自动化技术的应用

目前，自动化技术主要应用于电厂的节能减排工作上，所以要不断深化自动化技术的应用，使自动化技术在安全控制方面的应用力度不断加强，从而使节能减排工作水平的安全性能不断提高。减少自动化技术的安全隐患，从而提升其应用效益，不断满足电厂在节能减排方面的需求。

6结语

我国电厂的发展为我国提供了大量生活必须的电能，有助于社会的安全与稳定。然而在实际的生产发展过程中，电厂的正常运行需投入大量的能源、资金，同时，能源、燃料的燃烧也给环境带来了巨大的危害。由于煤等能源属于不可再生资源，如果大量使用，子孙后代将无这种资源的福祉可享。为此，我国的发展不能只建立在眼前利益之上，而应更多地考虑长远利益的发展。与此同时对于环境的污染也成为世界各国广泛关注的焦点，因此一定要重视节能减排工作的落实。为此，电厂引进先进的自动化技术，在一定程度上降低了能源的消耗和污染物的排放，也促进了电力生产事业的发展。

参考文献

[1]杨永明．自动化技术在电厂节能减排中的应用与研究[J]．中国高新技术企业，2011，（33）．

[2]方剑．节能减排理念下的电厂自动化技术浅析[J]．山东工业技术，2015，（7）．

[3]姚生魁，胡英军．自动化技术在电厂节能减排中的应用与研究[J]．中国新技术新产品，2015，（19）．

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为了实现可持续发展，必须要降低能耗，那么则需要采用低碳环保的施工技术。电厂作为一个污染排放量大、能源消耗高的企业，需要充分做好节能减排工作，降低煤炭的消耗。目前，我国很多电厂都开始转向自动化控制模式，不仅可以提升工作效率，而且还可以有效降低能源消耗，达到节能减排的目的。

1自动化节能技术的应用目标

1.1利用自动化系统实现节能减排

在电厂运行过程中可以利用调度自动化和管理系统化系统来实现节能减排，不仅可以全面提升企业的经济效益，而且可以更好的对能源和资源的投入量进行控制。

1.2使用自动化产品来达到节能减排的目的

为了可以顺利实现节能减排的基本目标，一部分电厂开始使用自动化产品进行辅助生产。比如，电厂通过微电脑系统来实现软启动，利用自动化产品来达到节能减排的目的。通过使用一些自动化的产品，可以显著提升电厂控制精度[1]，降低能源的消耗。

2火电厂节能减排中自动化技术的应用方向

2.1综合过程自动化系统一体化

当前，过程自动化系统主要包括经营规划层（BPS）、制造执行层（MES）、过程控制层（PCS）三个层面，所以电厂运营过程中，想要对资源进行优化，降低能耗，不仅要充分利用现代化的优化技术和优化工艺，还需要充分引入过程自动化系统，通过自动化系统实现优化调度和优化操作。

2.2研制和开发节能自动化产品

目前，电厂逐步开始转向了自动化控制操作。与此同时在实现自动化控制后，电能生产方式也更加合理，提高了电能生产效率。电厂自动化技术主要是利用变送器来对现场总线和大屏幕监视器来进行控制，但在2030年之前，我国依然会以火力发电作为主要的能源供给。随着装机总量的不断提升，如何实现节能减排成为了工作重点，需要不断地寻找新的方法来进行自动化技术和产品的研发。（1）不断寻找新的自动化节能方法，积极的引入国外先进节能技术，和我国技术进行融合来实现无触点稳压和调压的目的。（2）将电子安全保护技术和移相控制技术结合起来，利用微电脑对电厂进行控制管理，提升电机工作效率，降低能耗，节省资源[2]。（3）不断提高自动化技术和自动化产品的研发力度，提高可再生资源和不可再生资源的生产效率。

2.3管理信息化和生产自动化结合

工业自动化技术主要包括硬件、自动化软件和系统三个部分，这是一种使用仪器仪表、控制理论、计算机和其他信息技术来实现工业生产检测、优化、控制、调度、决策和管理的管理技术，可以在提升产量、保证安全的基础上降低能源的消耗。随着信息化网络技术的不断发展，有数以万计的检测器、感应器、读卡器、PLC、计算机等设备会组成一个控制网络。要想真正的实现电厂节能减排工作重点的转移，必须将信息化和自动化有机的结合起来，使两者相互融合。

3自动化技术节能减排的具体应用

3.1电厂中变频技术的应用

在电厂实际运行过程中，通常会使用燃气、煤、油等资源来进行发电，在这一过程中会有比较严重的浪费现象。在电厂发电过程中，由于需要消耗比较多的能源，导致电厂节能减排无法顺利实现，而利用变频技术可以有效降低能耗。通过利用变频调节器可以有效降低燃料的消耗，并根据电厂的具体情况来对投入的能源进行控制和调节。此外，利用变频调节器对锅炉的运行状态进行优化，对燃料燃烧过程中的风量进行控制，不仅解决了能源消耗和资源浪费的问题，而且也实现了电厂降低能耗、节能减排的基本目标，提高了电厂的经济效益。

3.2预测控制算法的应用

预测控制算法指的是对未来行为进行控制的一种算法，主要包括滚动优化、预测模型、反馈校正三个方面的内容。其中模型预测控制主要指的是根据生产过程响应对过程动态行为进行描述的一种数学模型，然后根据优化指标将控制量时间序定出来，使未来一段时间中被控制变量和期望轨迹之间的误差降到最低。因此预测控制算法使用在线滚动优化，并且进行优化时还需要根据反馈的模型预测输出和实际输出的差进行校正，所以可以在一定程度上降低一些不确定因素的影响，提高系统的鲁棒性。通过在电厂中应用该技术，可以显著提高气温控制品质，降低工作人员劳动强度，提升锅炉效率，降低污染无排放，具有非常显著的经济效益。系统没有投运时的情况如图1所示，在变负荷工况下，气温会产生较大幅度的波动，尤其在升降负荷时热度会产生非常大的波动。设计主蒸汽温度为570℃时，温度控制效果并不好，控制品质差。按照再热气温和平均主气温可以提升3℃计算，那么锅炉的效率会提升0.33%，大约会降低22.3%的氮氧化物排量，一年可以大约可以节约500~600万元，应用价值高。

3.3现场总线技术的运用

通过在电厂中利用现场总线技术可以有效降低电厂能源消耗。在我国经济的快速发展下，电厂总线布置范围日益广泛，相较于传统的技术来说，现场总线技术一方面可以降低硬件设备的应用数量，另一方面现场总线操作也更加的方便、便捷，一条线路允许接入多个设备，降低了电厂的投入资金，并在一定程度上减少了人力和物力方面的投入。

3.4碳素焙烧控制技术

在电厂运营过程中焙烧会对能耗、环保生产、成本寿命、成品品质等造成比较大的影响。由于碳素焙烧过程中会用到多个工艺，对环境所造成的影响也非常大，产生的污染比较多。针对这种情况可以引入碳素焙烧技术进行控制。通过在电厂中引入碳素焙烧技术，不仅可以节省能源，而且也降低了环境污染的排放，给电厂带来了具大的经济效益。

4结论

电厂运行过程中需要投入大量的资金和能源，但是能源的燃烧也会对环境造成比较大的危害。因为煤炭资源不可以再生，为了实现我国经济的可持续发展，需要尽量降低能耗，电力企业要不断加强社会责任意识，将节能减排从被动转变成主动，加强节能减排产品的开发力度，对节能减排的措施进行完善，充分利用自动化控制技术。

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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:

[1]孔祥忠.水泥工业的科技进步[J].水泥标准化技术通讯,2008(2).

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关键词：

热电厂；节能减排；优化；循环经济；变频节能

0引言

电能作为中国国民经济发展的主要动力，是社会发展的重要基础物质。热电厂是中国经济发展较为稳定的生产工艺，能为居民用户提供充足廉价的电能，在确保电能质量可靠、安全的前提下，节能减排也是缓解电力企业经济压力，维持企业正常发展的有效举措。为了加强节能技术革新及能源管理，提高资源能源利用效率，大部分企业已开展实施节能减排工作，降低一部分能源消耗，从而节约热电厂发电成本，实现经济效益最大化。

1热电厂节能减排现状及发展趋势

为了节约能源消耗、提高工作效率，中国相继出台实施节能减排的相关政策，对于发展中国家来说，节约能源是一项艰巨的任务，近几年的数据表明，中国在热电厂全年消耗原煤直达4×108t左右，生产耗用电力也逐渐超过正常控制水平，输电线路损耗严重，而相对于发达国家来说，中国在能源消耗及用电用水方面，均严重超标，因此，中国实行节能减排任务迫在眉睫。综合能源消耗问题，影响热电厂能耗的主要原因为发电机组的绝对效率、锅炉产热效率、供热管网热效率等有效指标，只有提高热电厂的热经济性能，在能量消耗方面控制其能度值，才能降低电力发展的基本成本，增加企业的经济效益。而实现此标准的具体要求是：在热电厂消耗热能电能的严峻形势下，基于现有的系统设备，在电动机上安装变频节能控制器，主要目的是提高电动机工作效率，节约能源消耗。在国家产业政策的支持试用下，广泛应用变频器调速技术，不仅可实现良好的节能效果，还能解决资源浪费的问题，延长设备的使用寿命。通过对热电厂耗能设备进行具体分析，发现风机和泵类设备负载有利于节约能耗，且在降低热电厂用电率及维持电力机组的正常运行均有明显改善空间，因此，本文拟对引风机、送风机和给水泵安装变频调速设备，从而实现电力在使用过程中的能源降耗，提高热电厂电力设备的自动化水平及生产工艺性能。改造方案实施过程：在原有系统设备的基础上，将变频器连接到电机回路中，当系统设备完成变频转换时，可利用改变变频器的相对频率从而提高电机的转速，改变风机的流动量度及调节水泵的压力。变频器实现自动控制技术，主要应用在变频器发生某区段故障，会自动短路该区段，调节频速降低到维持正常水平运行，当变频器的故障区段超过2个单元时，可手动控制或变频器自动控制转换到工频运行，从而实现系统运行的可靠性、安全性。

2热电厂节能减排改进优化措施

2.1优化配煤，提高锅炉燃料效率

锅炉是热电厂生产的主要设备，但也是耗用燃料最多的设备之一，燃煤在锅炉里如不充分燃烧，就不能有效排出热量及烟气，就会导致能量消耗超过正常值。因此应合理配比燃煤，严格控制燃煤成分在10%~20%，减少煤燃烧时间，增加其燃烧空间，从而有效控制锅炉的节能能力。为了充分实现煤燃烧，应控制燃煤颗粒直径在0mm～8mm之间，从而增加充分燃烧的机会[1]。热电厂生产过程中可利用双进双出磨煤机的特点，将大量的无烟煤与劣质煤掺着燃烧，从而解决分仓上煤生产的不良影响。从经济利益的出发点考虑，其中一台给煤机燃烧地方无烟煤、劣质煤，另外一台给煤机盛装高热值、强挥发的火车煤，而分仓上煤可通过火检的强弱及时调节磨煤机的配煤情况，从而优化控制其燃烧情况，在一定程度上为机组运行状态创造安全可靠的工作环境。

2.2提高减排工作质量

热电厂实施减排工作，主要是降低直流冷却水、工业污水及冲灰渣水的排放量，如果有再利用价值，可循环利用创造更多的价值。比如直流冷却水可经过凝汽器交换作用，多次循环水后会产生大量余热，此时可为温水养鱼场提供余热，热量排出后经自然冷却作用自动进入循环产热，从而创造更多的经济价值；工业污水集中排放到回收池，经化学沉淀、絮凝处理后可用作煤场喷洒水、除尘用水；热电厂排放的冲灰渣水经环保部门检测，pH较高，可采用灰浆泵将灰渣送入外界沉渣池，经循环利用后可做除尘器用水；生活污水的排放物质中多存在有机物质，污水经过沉淀后交由地方市政污水处理厂处理，循环再利用的污水可作为浇灌树木。

2.3降低电厂损电，推进循环经济

电力发展是中国经济发展的重要基础之一，合理利用电能，降低用电消耗，是推进国民经济快速发展的有效途径。降低厂用损电具体分为：a)优化管道和烟道的设计结构，加强各管道之间的封闭性，避免省煤器与空气预热器暴漏在灰尘的积压下，从而降低烟道管道的相对阻力影响；b)及时调整负载的运行参数，在充分满足设计要求的前提下，还要考虑如何提高企业的经济效益，有效提高锅炉的生产效率，协调发展燃料采样及存储、配煤等各环节，既要保证燃煤的质量可靠，又满足经济需求发展。实行循环经济模式，最大程度上平衡机组经济运行模式，节约能量消耗，由于一些陈旧的设备会增大能量消耗，影响电厂的工作效率，因此需引进一些先进的新型设备，比如耗电低、效率高的设备，并加强管理使用设备，发挥设备的运行功效，提高经济发展水平。

2.4提高规范化管理水平

规范化管理水平是控制电力企业的流程和制度方面。生产流程是指导工作人员的生产工作，正确使用生产章程，严格控制自己的工作方向；生产制度是规范工作人员的行为态度，生产运行过程出现故障原因，能及时解决问题。规范化管理模式有利于提高管理效率和降低管理风险，随着信息化水平的提高，其智能化生产要求与现代生产工艺相结合，为提升规范化管理水平提供理论依据[2]。同时，规范工作人员的操作步骤，定期为员工提供培训的机会，避免因错误操作而造成系统设备的故障及人员的伤害，提高工作人员的事故处理水平，比如在设备运行过程之前组织工作人员参加仿真模拟培训，出现故障原因该如何解决，为实现机组的安全经济持续运行提供有效保证。建立管理网络体系制度，强化企业主体的相关责任，节能责任制落实到个人，确保节能管理工作的顺利实施，实现节能减排的措施是优化燃煤技术，对电厂燃煤的物理化学物质及燃料的成本进行分析，确定燃煤种类的质量配比，选取最优的配比方案提高煤的利用率，降低煤的消耗。

3基于热电厂电机变频节能经济性分析

热电厂电机变频系统是由变频器控制的，使用变频器可实现降低电能消耗的作用，其中总结为四方面：软启动、设计冗杂、调速节电及节省无功。热电厂利用变频器的变频调速，解决了两个能耗问题：a)旧电机机组在投入运行时，设计选型方面存在余量，配备功率不均衡运作，使用变频器就可改变这种现象，均衡发展电动机的系统运作频率；b)电动机的工作频率是一个定值，这就导致工作频率不相协调，低频率运作也会耗用高频，导致多耗无用的功率，使用变频器就可有效改善这种现象，保证电动机在正常运作下使用所需功率，从而节约一部分能源消耗。从节能方面考虑，降低了电机在运行过程的生产成本，从而有效提高经济效益。电热厂的电机及负载采用变频器转速调节后，不断提高系统设备的运行效率，减少了大量的人力物力，为热电厂创造更多经济效益及改善节能效果。安装变频器，实现了电动机的软启动，使得启动电流低于额定电流值，变频器中应用PWM技术（模拟信号电平数字编码），降低谐波总含量，从而延长电机的使用寿命，功率因数随之增大，省去因数用来补偿电机装置，同时减少线路局部损耗，取得显著的直接或间接经济效益[3]。由此可见，变频调速技术是现代电力传动发展的主要研究方向，其安全可靠性及经济性要求，被更多工业企业所关注，同时越来越多发电厂采用变频调速技术，在今后的发展中，还会对变频调速技术进行进一步的科技创新，为满足更多的企业需求。

4结语

热电厂电机变频调速技术已被很多人认可，其良好的调速性能、节能功效及维护系统设备的安全可靠性，充分实现了节能减排的主要目标，随着经济迅速发展，现代电力发展技术逐渐提高产品的质量保证，不断改善热电厂的运行发展，其电机与负载在转速调节的控制下，延长了系统设备的相对使用寿命，同时降低了其维修与使用成本。只有在相关政策的严格控制下，保证煤、电、热的协调发展，同时控制热电厂内部生产过程的降低能耗、减少“三废”排放、节约用水等原则，从而实现经济效益与节能减排协同发展。

参考文献：

［1］胡跃冰.水泵电机变频调速的节能与计算［J］.节能技术，2013(5)：19-20．

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中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.1672 3198.2016.22.089

1 IDC机房节能减排技术的应用

1.1 IDC机房节能减排技术概念简介

IDC（Internet Data Center），全称是互联网数据中心，是电信部门利用互联网通信线路、带宽资源，建立的标准化的电信专业级机房环境。IDC机房为政府和一些企业提供服务器托管、租借和其他有关的增值等方面的服务。IDC机房比传统方式耗能低，节约了资源，符合绿色环境发展的要求。

1.2 IDC机房节能减排技术应用的必要性

在IDC机房的运行的过程中，存在着能耗过大的问题，且仍然有很大的节能减排的空间。尤其随着IDC机房的不断发展，机房面积不断扩大，设备机器增多，IDC机房的散热成为了当前急需解决的一项重要问题。传统散热方法通常采用通风制冷设备来降低IDC机房温度，保护机房内对温度变化反应灵敏的设备，但是这种制冷方法比较粗糙，不能针对性的精确降温，不仅造成了不必要的能源消耗、增加机房运营成本，有时仍然无法对部分温度过高的设备有效降温。这一问题就需要通过IDC机房节能减排技术来解决，

在IDC机房的使用中实行节能减排技术不仅可以更好地解决散热问题，延长设备机器的使用寿命，提高设备的工作效率，节省开支，降低了IDC机房的租赁成本，还低碳环保，符合国家绿色发展的要求。

1.3 IDC机房节能减排技术的具体应用方式

1.3.1 精确送风技术的应用

精确送风技术是提出的比较早的一种IDC机房节能减排技术，精确送风技术是实现精确制冷与自动温控的关键。精确送风技术的原理是将空调送出的冷空气，通过可控制的风道送到通讯设备或服务器的进风口。通常我们将精确送风技术分为两大类：第一类是智能精确送风，第二类是机柜精确控制。其中智能通风地板主要是通过智能化控制系统根据实际通风需求，自动调整通风地板的开度，从而控制地板送风量，并且结合先进的微电脑控制调节技术，进行风阀的调节，在出风量上也要远优于普通地板，可以大大降低通风能耗。智能精确送风主要是利用电脑智能化系统完成的，是精确送风技术的主要发展方向。机柜精确控制，则是通过对每个机柜后排风温度的动态监测，并通过前端控制器对数据的分析，自动调控各通风地板的送风量，以实现精准送风的目的。

下面我们分别介绍智能精确送风技术和机柜控制单元的具体方法，并对二者进行比较：

（1）智能化动态精确制冷技术的应用。

IDC机房节能减排技术中关注度很高的一种是智能化动态精确制冷技术。这种技术的主要原理是利用智能化的系统，检测出不同设备所需降低的温度，精确地调节相应空调送风口的风速和温度，合理分配规划，达到有效解决设备局部温度过热的目的。智能化动态精确制冷技术的优点还体现在该技术可以监测空调送风以及回风的温度，并且调控它们改变温度，保证用最少的空调能耗达到最佳的设备降温效果。

IDC机房可以采购相关设备，安装智能化制冷系统，并培训相关工作人员熟练掌握操作系统。

（2）自动温控技术的应用。

自动温控技术作为IDC机房节能减排技术中十分重要的一种，其主要工作原理是在机房设备上安装温度传感器，将设备的实时温度传送给温度控制系统，电脑的温度控制系统会使用这些数据，做出温度调节的决策，当设备温度过高时，温度控制系统将准确控制相关制冷设备的开启程度，迅速散热；当设备温度恢复正常水平时，温度控制系统将会及时关闭制冷设备，节省能耗。

IDC机房在资金充足的情况下可以在设备上设置温度传感器，在控制电脑上安装温度控制系统的相关程序，关联制冷设备，调控IDC机房散热过程。

1.3.2 IDC机房设备科学排列布局技术的应用

IDC机房设备的布局和排列很大程度上影响了机房的散热效果。机房内设备的位置、结构、排列会不会阻碍机房空气流动是判断IDC机房的排列布局合理与否的一个重要衡量标准。如果没有规划好设备的摆放方向，很有可能使设备两侧出现温度差，增加空调能耗，甚至还可能造成设备局部温度过高、烧毁机器的严重后果。

合理地设计IDC机房内设备和元件的布局，按照科学的方法排列它们，可以从很大程度上增强其他IDC机房节能减排技术的施行效果，减少IDC机房运行成本。

1.3.3 IDC机房的供电设备及供电方案优化技术的应用

IDC机房维持日常运行的主要能量来源是电能。IDC机房内机器数量庞大，供电设备及供电方案优化技术是实现节能减排最直接也最为基础的途径，优化机房供电系统是实现机房节能减排的有效措施。第一步要做的是优化供电线路。对供电线路进行精减，删去多余的线路，用尽量少的线路完成供电，以避免线路上的能量损耗。第二步要做的是尽量选择节能的供电设备，引入一些新型低能耗设备。

IDC机房可以合适的高压直流系统取代原有的供电系统，并做好日常维护保养工作。在工作中一旦发现供电系统的问题就及时改进。

1.3.4 新风系统技术的应用

新风系统技术的工作原理是将室外空气经冷气机降温、过滤后形成清洁冷空气送入机房，与机房内的干热空气进行交换。同时通过机械或自然排风把热湿空气排走，利用免费冷源的同时保证机房内空气质量。当进风机的风口温度小于设定值且湿度满足要求时，则打开进风单元，将适宜的冷空气引入机房，根据补充冷量由电脑自动关闭对应台数空调；当进风机的风口温度大于设定值时，则关闭进风单元，根据机房的热量来开启对应台数空调。IDC机房节能减排技术的效果评估。

（1）精确送风技术的评估。

①智能化动态精确制冷技术的评估。

智能化动态精确制冷技术前景广阔，有效的节省了人力，制冷效率高、效果好，并且很大程度上减少了IDC机房日常运行中的空调能耗，是一种绿色安全便捷IDC机房节能减排技术。同时，该技术需要的前期投资相对较高，还需要进行相关工作人员的培训，给这种技术的普及造成了一定的阻碍。但是不可否认，智能化动态精确制冷技术代表了未来IDC机房节能减排技术的发展趋势。

②自动温控技术的评估。

从本质上来看，这种技术与第一种技术是同一种类型，都属于智能调控减少能耗。具有降温效率高，耗能少，温度浮动程度小等优点。区别在于自动温控技术相对来说需要更多的前期投入。但是，自动温控技术需要的专业程度较低，工作人员更容易掌握。

（2）IDC机房设备科学排列布局技术的评估。

IDC机房设备科学排列布局技术的成本较低，在机房建设初期施行，可以具有“一劳永逸”的效果，安全性也非常高。但是，这种技术节能减排的效率不高，力度比较小，需要配合其他节能减排技术共同使用。

（3）IDC机房的供电设备及供电方案优化技术的评估。

IDC机房的供电设备和供电方案优化技术是机房节能减排技术中的基础技术。这一技术的优点是从根本上控制能耗，节省用电量。缺点也比较明显：工作量较大，完成周期比较长，在实施过程中存在一定的风险性。需要随着机房的发展不断调整维护。

（4）新风系统技术的评估。

新风技术最大的特点在于它的风源是室外自然风，经过简单处理后通入机房内，有效中和了机房内干燥的空气，且在合适的季节可以利用自然冷源，省去了对空气降温的能耗。但是这种技术收到季节和地域的影响比较大，不能长期使用。

2 结束语

节约资源、减少排放是未来我国工业发展的趋势，IDC机房在当今信息化社会中扮演着不可缺少的角色。落实实施IDC机房节能减排技术对于控制成本、提高机器运行的效率具有非常关键的意义，这一措施也符合节能减排、能源可持续发展的具体要求。IDC机房节能减排技术仍然有广阔的发展空间，积极鼓励推动IDC机房节能减排技术的创新和发展，采取安全高效的节能减排技术，逐步提升IDC机房节能减排的整体水平，可以推动建设节约型社会，为改善生态环境做出积极的贡献。

参考文献

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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。

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1煤粉气化燃烧节能减排技术简介

煤是我国的主要能源，我国70%的能源消耗都以煤为主。据统计，全国在用的工业锅炉54万余台，工业窑炉约12万台，年耗煤量在7亿吨左右，约占全国煤产量的三分之一。

我国煤炭资源丰富，但煤质相比差异较大，工业锅炉一般适合使用优质煤，但优质煤供给量有限，大多数锅炉都燃用贫煤，普遍存在对煤种适应性差的问题。由于贫煤挥发物相对较低，燃烧不完全，致使锅炉的热效率下降，炉膛燃烧温度一般在1000℃左右。普遍现象是锅炉热效率平均不到55%，工业窑炉热效率平均不到30%，炉渣含碳量高达20%以上（与此同时，国际上锅炉热效率为85%，工业窑炉热效率为50%以上），烟尘排放浓度大量超标，对环境造成严重的污染以及能源的大量浪费。随着我国经济的快速发展，能源供需矛盾日益显现，节能减排的治理已经到了刻不容缓的地步，因此国家非常重视，已把节能减排的工作放在一个优先的位置。根据这种情况新修订的《国家节约能源法》提出要优先开发主要耗能领域的节能技术装备；积极推进以节能减排为主要目标的设备的更新和技术改造；全面实施对低效燃煤工业锅炉（窑炉）的技术改造，研发与提升燃煤污染物综合治理和控制利用的技术与装备等。

根据国家实施节能减排的精神，高明冠宇机械厂有限公司针对低效燃煤锅炉和工业窑炉的低效耗能现象，经过技术改造，生产制造出“机械湍流磨”煤粉气化燃烧装置。该装置用于燃用贫煤的工业锅炉和窑炉，从技术上解决了煤的完全燃烧技术瓶颈，有效提高了锅炉的热效率，实现热效率80%左右、同比节煤率20%左右、污染物减排同比下降30%左右，取得了节能减排的双重经济效益。

2技术原理及科学依据

2.1 机械湍流磨的技术原理

以流体力学、空气动力学为理论，以湍流为原理。

2.2煤粉气化装置的科学依据

“煤粉气化装置”是通过创新发明的“湍流涡轮”高速运转时所产生的高度湍流运动，将煤迅速粉碎成200目的细粉体，再通过湍流使煤粉与氧气反应，并迅速雾化成气态直接通过管路喷入炉膛，在悬浮状态下燃烧至完全的技术。

湍流运动的特性是不规则性，即由大小不等的涡体组成无规则的随机运动。它最本质的特征是“湍动”，即随机的脉动。它的速度场和压力场不仅对时间，而且对空间而言都是随机的；湍流运动的另一重要特性是扩散性。湍流中由于涡体相互混杂，引起流体内部动量交换，动量大的质点将动量传给动量小的质点，动量小的质点又影响动量大的质点，结果扩散增加了动量、质量的传递率。

当被粉碎的物料处在高度湍流场中时，就构成了气固两相流，从机械装置“湍流涡轮”获得的湍动能量，通过惯性作用由大旋涡逐级传递给小旋涡。在这一复杂的湍动过程中产生强烈的撞击、摩擦、剪切作用力，从而使煤有效地被粉碎细化，在湍流的作用下与氧气（空气）反应，并被雾化成气态，从而使煤变为易燃高效的清洁能源。

3节能减排的科学依据和实测效果

实践证明，“煤粉气化” 燃烧迅速并完全，是一项节能新技术，其结构简单、维护使用简便，节能减排效果非常可观。

3.1节能依据

煤粉气化悬浮燃烧是将燃煤粉碎成粉状，并雾化成气态随管路喷入炉膛，燃烧迅速完全的节能新技术。对煤种的适应性强，燃用挥发分低，对于不易着火的煤种，该技术的效果更佳；燃烧稳定，火焰中不带有停滞的烟气；火焰幅射力大，炉膛燃烧温度一般在1500℃左右，呈亮白色，锅炉热效率可达80%左右。机械不完全燃烧的热损失（炉渣含碳量）可降低10%左右，化学不完全燃烧的热损失（一氧化碳、二氧化碳）同比可降低50%左右，锅炉排烟热损失相应降低（由于燃烧充分完全、炉膛过量空气系数小）。煤粉气化燃烧就煤的可燃质而言，由于挥发分高所以能够燃烧完全，从技术上解决了锅炉热效率低下的三大热损失，使有效能源得到了充分利用，同比节煤率一般可达20%左右。

3.2 实测效果

以4t/n和10t/n燃煤蒸气锅炉为例，将用户使用前后提供的数据作一对比：4t/n锅炉采用全煤粉气化燃烧技术前每小时用煤量为650kg，使用后每小时用煤量降为360kg，平均节煤率达44.6%；10t/n锅炉采用层燃加气化燃烧，使用该技术前每小时用煤量为1600kg，使用后每小时用煤量降为1190kg，平均节煤率达25.6%。

由此可见，使用煤粉气化燃烧技术，产生的节能效益非常可观。

3.3 该技术成果的鉴定结论

（1） “机械湍流制粉技术”替代风扇磨煤机，在技术上取得了重大突破；产品工艺、技术性能和可靠性显著提高，粉磨机理“新颖”、粉碎能量大、生产效率高、制粉细、能耗低。

（2） 采用该技术可有效推进煤粉复合燃烧技术的推广应用。在节能、减少大气污染等方面产生经济与社会效益显著，平均节煤率20%以上，锅炉热效率提高20%，锅炉出力平均提高15%，烟气一氧化碳含量同比可降低56%，二氧化硫同比下降了28%。

（3） 该技术已获得国家发明专利，具有普遍的应用价值，可广泛用于制粉设备的开发，促进粉体工业的发展。

4主要技术特点

（1） 技术机理：世界首创，技术水平国内领先。具有节能减排、安全可靠、有效提高锅炉热效率和出力等技术特点。

（2） 工艺先进：设备结构简单，全套装置体积小，安装与维修方便。设备能耗低、噪音小，全系统双负压运行，无粉尘泄漏。

（3） 设备操作简单：采用微机控制。炉膛燃烧温度在1200～1500℃之间可调。温度低于设定时自动送气燃烧；温度高于设定时自动停气燃烧；输煤系统自动控制。

（4） 有较强的煤种适应性：对贫煤、无烟煤也能充分气化燃烧。火焰幅射力大，能有效提高锅炉的生产能力，锅炉热效率一般可达80%左右。

（5） 有利于炉内烟气搅动与混合，使化学不完全燃烧的热损失和炉膛过量空气系数降低。对燃用挥发物低和不易着火的煤，该技术的效果更佳。

（6） 安装本设备不改变锅炉本体，安装工期短、投资少、见效快，使用后一般一年左右即可收回全部改装投资。

（7） 该技术应用行业广：可用于工业锅炉、工业窑炉和工业干燥炉、水泥厂旋转窑及4～60吨链条锅炉（小型火电厂）。

参考文献

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中图分类号：S513文献标识码：A文章编号：1674-0432（2012）-02-0103-2

多少年来，玉米种植都是采用翻耕、耙地、播种、中耕的种植模式，中耕有的地方还要进行三遍铲地、三遍趟地。这样一年之内对土壤就翻动了好几次。对土地频繁的耕翻不仅浪费了大量的人力物力，而且由于土质松散，加剧了土壤风蚀和水蚀，导致土壤肥力下降，干旱连年不断。风卷沙尘起，风停垄沟平。这就是我省中西部干旱、半干旱地区的现状。

要走农业持续发展之路，玉米的这种种植方法需要进行较大的改变。

我国科研人员经多年研究实验，在东北中西部干旱、半干旱地区，推出一套玉米秸秆全覆盖抗旱种植技术，这是一项保护性耕作技术，主要是玉米收获后，秸秆不回收，不粉碎，春季直接播种，这样就改变了玉米数百年来的种植方法。

1 特点

1.1 增产

玉米收获后秸秆不粉碎，全部留在地表，土地不进行耕翻，留在地表的玉米秸秆，就好像给大地盖上一层被子。在第二年春季，采用一种新型播种机进行播种作业，这种播种机，可以在秸秆全覆盖情况下播种。作业时，可以切碎并分开秸秆，并在狭小的种床上进行精密播种，可以保证种子、肥料在土壤中数量的精准和位置的精确。采用这种播种方法，不仅避免了风对土壤的侵蚀，同时可减少冬雪溶化后水分的蒸发，达到保墒的目的。

由于秸秆留在地里，多年以后土壤的腐殖质层增厚，形成了很厚的海绵层，提高了接纳降雨的能力。这样在雨养农业中也就极大地提高了抗旱能力。据专家测定，同样的地块同时测定，土壤10cm处，已耕地含水率只有6%，未耕地的含水率为11.7%，而秸秆覆盖下的土壤含水率达到25.9%。可见采用玉米秸秆全覆盖技术，是解决春旱行之有效的方法之一。春旱解决了，粮食产量自然也就提高了。

据梨树县农业技术推广总站测定，采用玉米秸秆全覆盖抗旱种植技术，特别是在2009年严重干旱的年份，增产效果非常明显，全县平均增产15.7%，在沙土区增产30%以上，轻碱地增产10%以上。

1.2 节能

1.2.1 减少化肥投入 据中国地理研究所的专家介绍，把秸秆完全还田，每公顷可以归还氮60多公斤，磷20多公斤，钾可以达到200多公斤，所以这样，我们补充养分，我们就可以少施肥。有机质补充，不仅仅是有机质本身提高了，有机质活性也提高了，它很重要的一个方面是微生物的施入，微生物在土壤里边起着非常重要的作用。

秸秆100%还田，年复一年的留在地里腐烂，提高了腐殖质层，改善土壤理化性状，增加土壤生物多样性和有机质，培肥地力。因此化肥的使用可以逐年减少。

1.2.2 减少机具投入 由于只有播种、喷药和收获采用机械作业，减少了耕整地和中耕等农业机械的投入。

1.2.3 减少燃油消耗 由于减少了农机作业次数，也就减少了燃油消耗 ，作业费用大幅度降低。

减少了化肥投入，买化肥钱省了，减少了农机具投入，购置农机具的钱省了，减少了农机作业次数，燃油费也省了。真正达到了节约能源、节约生产成本的目的。

1.3 减排

1.3.1 减少漏油和废气排放 农机具的作业次数少了，一是减少了机具漏油对环境的污染，二是减少了燃烧燃油废气排放对大自然的污染。

1.3.2 减少化肥流失污染 实事证明，我们的土地越来越瘠薄，要使粮食增产，势必要多施化肥。而多施化肥的结果，不仅增加了粮食生产成本，而且增加了对环境的污染。因为我们施到地里的化肥，1/3被农作物吸收，1/3进入大气，1/3沉留在土壤或下渗到地下水中，也就是说，2/3的化肥流失，形成对大气和地下水的污染。

秸秆留在田里腐烂后变成有机肥，化肥的施用少了，对大自然的污染也就减少了。

1.3.3 减少土壤有机碳矿化分解损失 土地，频繁耕作，会造成有机碳矿化分解损失，损失的碳大部分以二氧化碳的形式释放到大气中，形成对大气的污染。秸秆还田之后覆盖在地表，对增加土壤碳的含量，对增加土壤固碳功能，都起着非常重要的作用。

概括起来说，就是少使用机具，可减少废气排放；少使用化肥，不耕翻土地，可以保护生态环境。

2 技术流程

第一年垄作改平作，收获留秸秆。

东北地区玉米种植都是采用垄作，如果采用秸秆全覆盖抗旱种植技术，第一年实施，要将垄作改为平作。可以先用深松灭茬旋耕联合作业机进行平旋，旋耕深度一般在14-18cm之间。深松要打破犁底层，深度应达到25cm以上。

整地后采用专用播种机进行平播。播种后的的管理与普通种植方法相同。收获时可以采用普通玉米联合收割机，作业时不用秸秆粉碎装置，玉米果穗收获后，秸秆完全留在田里覆盖地表。

第二年的流程是免耕播种、机械化学除草、追肥、防治病虫害 收获留秸秆。

采用秸秆全覆盖抗旱种植技术第二年，在秸秆完全覆盖的情况下，直接用专用播种机作业，实行破茬、切碎秸秆、开沟、施肥、播种、覆土和镇压一次完成。

播种后，采用拖拉机带喷药机，进行机械化药剂除草，这样保证整个生长季节没有杂草。在玉米拔节期前进行一次追肥。秋季收获，还是采用玉米联合收割机收获作业，秸秆留在田里覆盖地表。以后每年均采用免耕播种、药剂除草、中耕追肥和收获机收获的方法，如此循环操作，无限循环下去。当腐殖质土层达到一定厚度，化肥的使用就可以减少，甚至完全可以不用化肥，也能保证产量。从而完全实现玉米秸秆全覆盖抗旱种植技术。如果土地板结，耕层较浅，应进行深松。在玉米拔节期以前，用深松机结合追肥深松一次，以达到蓄水保墒的目的，同时可促进根系发育及下扎，扩大养分及水分吸收面积，利于增产增收。以后每隔3-5年深松一次。

3 免耕播种

3.1 播种条件

由于采用秸秆全覆盖，地温较已耕地偏低，玉米品种，一般可选择种植郑单958等中早熟品种。要求种子发芽率在95％以上。采用单粒点播，用种量 20-25kg/hm²，播种深度要求3-4cm。播种行距65-75cm，播种株距23.5cm，每公顷保苗株数应在6万株左右。

在播种的同时，还要施足底肥，一般每公顷用量15-15-15的复合肥380-400kg+60%氯化钾40-45kg。为了防止烧种、烧苗，底肥与种子的隔离距离应在10-15cm。因为地表有秸秆覆盖，地温上升较慢，播种时间一般要比常规种植方法晚些，可在四月底到五月上旬播种。播种前要用人工将成堆的玉米秸秆摊开，以避免播种机作业时拖堆。

3.2 播种机性能特点

采用玉米秸秆全覆盖抗旱种植技术，关键是播种机，这是这项技术的核心。这种播种机称为免耕指夹式精密施肥播种机，因为排种器采用指夹式结构，所以称为指夹式。主要有2BMQZF-2型和2BMZF-4型。

2BMQZF-2型工作行数为两行，主要用于秸的不覆盖的已耕地上或未耕地上施肥播种。

这种2BMZF-4型，主要适用于秸秆全覆盖情况下的免耕平作播种。机器一次进地完成深施肥、切断秸秆、清理种床秸秆与杂草、种床整形、精量播种、施肥、覆土重镇压等工序。

这种播种机采用了播种监视仪报警系统，可实现多路施肥堵塞报警、播种的漏播报警，还可读取播种粒数，实现了播种智能化。

配套动力29-51千瓦的拖拉机。一次作业四行。与拖拉机挂接方式为牵引式，播种株距调整范围100-330mm7级，播种效果，单粒率97%以上，空粒率5%以下，株距合格率90%以上。施肥量调整范围300-800kg。最佳作业速度8-12hm/h，生产效率1.5-2.5hm²/h。

3.3 播种机主要结构与功用

免耕指夹式精密播种机是由机架、肥箱、种箱、施肥机构、播种机构、清理秸秆机构、仿形机构、覆土镇压机构、播种监测装置、传动机构等组成。

这种播种机带有单行分离机构，当某个单行不需要播种时，可将其分离。

4 药剂除草

采用玉米秸秆全覆盖抗旱种植技术，不铲地、不趟地，不进行中耕机械除草，因此必须进行化学除草。

4.1 作业要求

玉米田主要采用土壤封闭处理。每公顷用40%“阿特拉津”胶悬剂5.0-5.5kg加乙草胺2.5kg，对水400-600kg，播种后出苗前进行土壤喷雾。施药要均匀，药量不能过大，做到不重喷、不漏喷。

4.2 作业机具

目前我国喷洒除草剂或农药的主要是喷杆式喷药机。作业幅宽 6-10米，3-5段折叠。配套动力为20千瓦以下的中小型拖拉机。药箱容量300L，喷杆工作压力：0.2-0.4兆帕喷头雾锥角110度，喷头间隔500mm。

4.3 注意事项

喷药作业要在播种后立即进行，正式作业前，要使喷药机达到标定值，作业时速度要均匀，不能忽快忽慢，4 级以上风天不能作业。喷药作业中尽量让喷头离地近些，以免药液损失。在干旱情况下，要加大对水量，降低作业速度或更换大流量喷头，以增加药效。正式作业前要使喷药机压力达到标定值，随着机车驶入随即打开喷头开关，中途停车时要马上关闭喷头，避免喷药过量引起药害，地头转弯时要随着机组驶出地块而关闭喷头。如果喷头出现堵塞，应卸掉喷嘴，清除杂物，并将喷嘴上的横槽和喷雾机喷杆保持同一方向。如果所有喷头雾化不好，应卸下过滤器，清除杂物。安装时不要忘装胶垫，以防药液漏出。

5 追肥

采用玉米秸秆全覆盖抗旱种植技术，在采用这项技术的前几年，留田的秸秆还没有形成较厚的腐殖质土层，因此必须根据土壤情况进行施肥。以后随着腐殖质土层的不断增厚，可逐年减少施肥量。

追肥时间应在夏天雨季到来前进行。追肥量视植株长势而定，一般每公顷追施尿素300-400kg。

追肥的机具一般采用施肥播种机，使用时将播种部件卸掉。就可以进行追肥作业了。

追施肥深度应在10cm以上。可通过调整限深轮高度调整施肥深度。

6 病虫害的防治

病虫害防治与其他种植方式的生产田一样，要根据各地情况以及病虫害发生情况有针对性的进行防治。

6.1 防治玉米螟

由于秸秆常年不回收，玉米螟发生相对较多，应注意防治。可采用释放赤眼蜂的方法防治玉米螟。

6.1.1 释放时间 赤眼蜂是玉米螟卵的寄生蜂，蜂卵相遇才能达到消灭玉米螟的目的。因此释放时间是关键。必须保证释放的赤眼蜂与害虫的卵相遇，东北地区一般在6月末7月初释放。

6.1.2 释放量 每公顷释放30万头，平均分两次进行释放。在第二代玉米螟产卵初、盛期第一次放蜂，隔5-6天放第二次。

6.1.3 释放方法 距地边12m为第一放蜂行，之后每隔25m再设一放蜂行；每一放蜂行的第一放蜂点距地头13m，以后每隔26m设一放蜂点。具体方法为：将放蜂袋用牙签别在玉米植株中上部叶片背面。

6.1.4 注意事项 放蜂卡一定要挂放牢靠，防止脱落；禁止将赤眼蜂卡在高温日晒下存放，严禁与农药等有毒、有味物品混存或混运。

6.2 防治粘虫 在6月中、下旬至7月上旬发现粘虫及时用药剂防治，可用撒施毒土的方法，每公顷用40%辛硫磷乳油1000-1500克适量加水，拌砂土40-50kg，扬撒于玉米心叶内，既可保护天敌，又可兼防玉米螟。

6.3 防治蚜虫 在抽雄期防蚜虫，在蚜虫点片发生时及时用乐果等药剂进行喷药防治。

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中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0125-02

互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）是一种拥有完善的设备（包括高速IP接入、超强的网络安全、安全可靠的机房环境等）、专业化的管理和应用级服务的互联网数据平台。与传统电信机房相比，其主要特点是服务器、存储和网络设备众多且集中，需要大量的集中供电。数据显示，2009年我国通信行业年电耗量已达290亿kWh 以上，而空调耗电则达100亿kWh以上，通信行业成为未来节能减排的重要行业。

数据中心能耗主要集中在服务器设备、制冷设备方面，空调用电占机房总用电量的30～50%。数据中心的高能耗不仅带来运营成本的急剧攀升，而且产生沉重的碳排量负担[1-2]。如何利用各种管理、技术措施降低数据中心的能耗，已经成为当务之急。

该文针对目前普遍存在的数据中心高密度机房能耗过高问题，结合数据中心节能减排技术，分别从服务器设备节能、空调设备节能、电源设备节能等方面进行研究[3]，以达到机房建设绿色环保、节能减排的目的，同时提高运营商的IT运维水平，以支撑网络业务的快速增长。

1 服务器节能技术

目前，服务器节能技术方案包括服务器芯片及配件节能、基础架构级节能和系统级节能。服务器芯片级节能技术主要包括CPU功耗控制、CPU频率调整、芯片级冷却技术和专用低功耗部件等。基础架构级节能主要包括存储制冷、高效率电源、水冷及液态金属制冷机柜和智能温控风扇等。在系统级节能的技术中，可以基于负载情况动态调整系统状态、实施部分节点或者部件的休眠，根据各进程能耗的不同对CPU任务队列进行调整，根据能耗进行进程及作业级迁移等。

Performance Level和PowerCap（功耗封顶）是服务器节能方案经常采用的节能技术，其中Performance Level通过设置系统的性能级别，控制CPU的工作状态，从而实现服务器节能，该技术无需布置BMC网，实施相对简单，技术适用性极高，能够有效对所有x86服务器进行节电。PowerCap是服务器BMC（Baseboard Management Controller，基板管理控制器）卡提供的一个功能，通过设置该服务器最高的能耗值来限定整机的功耗，该技术可控制度高且灵活，控制程度更精细，数据精准度达到100%。在实际应用中，服务器节电采用何种控制方式，取决于服务器本身条件。

通过在不同操作系统下针对不同厂家、不同类型的服务器进行实际节能测试，采用Performance Level节能技术，服务器平均可节约功耗87W/h，平均节电比例为16.17%。采用PowerCap节能技术，服务器平均可节约功耗64W/h；平均可节电比例14%。

2 空调系统节能技术

传统的机房空调节能主要包括采用变频技术、提高冷水机组运行效率、采用节能环保型制冷剂、充分利用自然冷源（室外新风）等方式[6]。如前所述，服务器是空调或新风系统最终服务的对象，其发热量降低能够减少空调及新风的能耗需求。基于此，该文提出一种基于服务器散热系统定制化的空调节能技术[7]，通过有效减少服务器散发到数据中心的发热量，达到提升数据中心环境温度和空调系统节能减排的目的。

（1）热管水冷散热系统。

该方案将热管技术应用在服务器散热系统，充分利用热管的高效导热性能，将服务器内部器件产生的热量传递到冷水板，在冷水板中与流动的冷水进行换热，最后由冷水板中的冷水将热量排出数据中心。本方案可以有效消除服务器的热岛效应，降低数据中心空调系统的制冷压力。同时，通过与冷却塔免费供冷、室外新风量冷却等技术有机结合，能够充分利用室外自然冷源，从而到达到空调系统节能的目的。

热管水冷散热系统应用方案如图1所示，整套系统包括热管固定板、热管、水冷板和管道等。其中，水冷板装配在服务器机架外，这样既可以利用冷却水高效的冷却性能，又可以使冷却水不进入服务器机架，保证服务器运行的安全性。

经过实际测试，当数据环境温度为25℃、水冷板进水温度为25℃、水冷板进水流量为0.5L/min时，与采用风扇散热的服务器相比，两个CPU温度最高分别降低38℃和31℃。当水温从25℃提高至30℃时，CPU温度分别提高了5℃和4℃，但仍比传统风扇散热系统的服务器CPU温度要低很多。

服务器工作温度降低，能够有效消除热岛效应，数据中心空调制冷的压力也大大降低，按照空调机组蒸发温度每提高 1℃，机组节能2%计算，空调系统能够达到不错的节能效果。

（2）冷却塔免费供冷。

冷却塔免费供冷技术是室外自然冷源的一种利用方式。在高温季节时，冷却塔可以用来制备冷水机组的冷却水；当室外空气温度降低、满足免费供冷要求的时，可以关闭冷水机组，通过阀门调节让冷却塔直接制备冷水送入服务器水冷板，对热管蒸发端进行制冷。一般地，按照冷却塔工艺与冷却效果，冷却塔的出水温度比室外空气的湿球温度高3℃，即还存在比室外空气的干球温度更低的可能，同时考虑水冷空调系统的制冷效果优于风冷空调系统，因此，冷却塔免费供冷技术有较高的节能效果。

（3）新风冷却系统。

服务器散热系统中热管主要偏重于将服务器CPU产生的热量以及少部分其他部件产生的热量带走，因此，在高温季节，数据中心仍需开启机房空调来保持较低的环境温度。而在冷季或者过渡季节，当室外温度低于室内机房温度时，理论上即可将室外较低温度的新风送至室内，带走室内负荷后再由排风机排出机房。此时，可以考虑将机房空调直接关闭，尽最大量地利用自然免费冷源，从而达到节能的目的。新风的直接引入会对机房环境造成影响，在做新风直接引入系统的同时需要考虑机房温度、湿度、洁净度等问题。

3 服务器电源系统节能技术

传统数据中心中供电系统构架一般是由市电、变配电系统、柴油发电机组系统、楼层配电系统、交流不间断电源系统、交流列头柜和设备机架电源组成[8]。该文在不改变传统供电系统结构的基础上，对数据中心的UPS主机运行模式进行调整，将传统UPS的双变换在线工作模式更改为ECO经济运行模式。绿色休眠在线UPS技术（ECO模式）是在市电正常情况下通过静态旁路给负载供电，只有在市电断电情况下才切换到电池逆变模式，通过减少UPS主机整流滤波和逆变环节来实现电源系统的节能减排，其技术应用方案如图2所示，与传统双变换在线式UPS系统相比，绿色休眠在线UPS系统节能效果突出。

运行效率高：现有UPS主机采用ECO运行模式，UPS主机效率在98%以上，且UPS主机的运行效率与UPS主机负载率无关。

可靠性高：市电停电时，由蓄电池组通过逆变器为IT设备提供电源，逆变器切换时间小于10ms。

电源质量：静态旁路正常供电时UPS输入、输出电源质量包括：电流、电压、频率等均满足服务器电源模块输入要求。

目前，UPS主机ECO运行模式能够在市电正常时，由UPS主机旁路为IT设备提供交流电。但是，为了保证市电断电时转换开关切换时间满足IT设备需求，UPS主机整流滤波电路和逆变器电路需要时刻处于待机状态，因此存在电能损耗问题。

4 单元模块化建设方案

数据中心基础设施的模块化建设是近年来一个非常热门的话题。在新型绿色数据中心建设方面，可以采用单元模块化建设方案。按照最初的定义，模块化数据中心（Modular Data Center，MDC）把整个数据中心场地分为若干独立区域，各区域的规模、功率负载、配置等均按照统一标准进行设计，数据中心的扩展随着业务需求的不断增加由一个模块扩展到另一个模块[9]。随着集装箱数据中心的出现，MDC也用来描述集装箱数据中心。然而，目前国内的地理环境不具备部署集装箱的条件，因此，越来越多的客户开始尝试采用开放式机架构成模块化模组，将送风单元、配电单元与机柜整合后构成标准的模块化数据中心模组，按照业务需求进行分阶段部署。

数据中心采用模块化建设，可以大大提高数据中心的可用性、灵活性以及降低成本，其中降低成本方面包括降低初始投资成本、降低非能源的运营成本和降低能源成本。就节能减排而言，数据中心采用模块化建设方案，可以按照现有的IT需求规划基础设施，并根据IT需求的增长添加新的组件，这种方式使用户只需为所需的设备提供配电和制冷，因此节约的电力成本非常可观。此外，模块化UPS设计使得UPS的容量与负载需求更为匹配，从而提高了UPS的工作效率并减少了实现冗余所需的UPS模块的容量。

在该文提出的空调节能方案中，由于热管散热系统集成在服务器机架上，制冷模块里主要包含冷却水系统。为保证水冷系统的长期有效安全运行，在数据中心建设中，冷却水可以采用二级换热冷却技术，即水冷板中的冷却水采用闭式水循环系统，以保证循环水的水质来保证水冷板的换热效果。在冷却水的另一端通过加设板式换热器，来与冷却塔中的冷却水进行“水-水”换热。

5 结语

该文针对数据中心能耗过高的问题，分别从服务器设备、空调设备、电源设备和模块化数据中心建设等方面进行了节能性方案研究，并综合考虑服务器与空调系统和电源系统的联动效果，提出一种基于服务器散热系统定制化的空调节能技术和绿色休眠在线UPS技术，通过实测表明，提出的技术方案能够实现良好的节能效果。随着数据中心数量的迅速增长和规模的急剧扩大，节能减排仍是未来数据中心的主要研究方向。

参考文献

[1] 黄森，潘毅群，Peng XU.数据中心节能研究现状与发展[A].全国暖通空调制冷2010年学术年会，2010.

[2] 曹茂春，齐雄.基于能效模型的数据中心节能研究及其应用[J].技术与工程，2012（6）：101-105.

[3] 王铁楠.数据中心节能方案分析[J].智能建筑与城市信息，2012（3）：15-20.

[4] 吴甜，刘利祥，虎嵩林.绿色数据中心的服务器节能机制与策略[J].微电子学与计算机，2011，28（8）：108-111.

[5] 毛兴江.服务器性能测试与能效研究[D].北京：北京邮电大学，2012.

[6] 钱晓栋，李震.数据中心空调系统节能研究[J].暖通空调，2012，42（3）：91-96.