時(shí)間：2023-02-28 15:51:42
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關(guān)鍵詞：電力技術(shù)前沿技術(shù)發(fā)展前景
“電力技術(shù)是通向可持續(xù)發(fā)展的橋梁”，這個(gè)論斷已經(jīng)逐漸成為人們的共識(shí)。研究表明，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡可能把一次能源轉(zhuǎn)換為電能使用，提高電力在終端能源中的比例。因?yàn)?，在保證相同的能源服務(wù)水平的前提下,使用電力這種優(yōu)質(zhì)能源最清潔、方便，易于控制、效率最高。如果能將大量分散燃用的化石燃料都高效潔凈地轉(zhuǎn)換為電力使用，人們賴以生存的環(huán)境和生活質(zhì)量就會(huì)大大改善。因此，電能高效潔凈地生產(chǎn)、傳輸、儲(chǔ)存、分配和使用的技術(shù)將成為下世紀(jì)電力技術(shù)的重點(diǎn)領(lǐng)域。電力技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù)的范疇，技術(shù)創(chuàng)新和出現(xiàn)重大突破的機(jī)會(huì)要比信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等新興學(xué)科少得多。但是，應(yīng)該看到，電力技術(shù)與其他學(xué)科的相互交叉和滲透的趨勢(shì)越來越明顯。電力研究的一些前沿課題反映了這種趨勢(shì)。以下將對(duì)若干電力前沿技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景進(jìn)行評(píng)述。
1分布式電源
分布式發(fā)電裝置（DistributedGeneration）是指功率為數(shù)千瓦至50MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第3方所有，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求。如調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶或商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電，節(jié)省輸變電投資、提高供電可靠性等等。
當(dāng)今的分布式電源主要是指用液體或氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)(IC)、微型燃?xì)廨啓C(jī)（Microtur_bines）和各種工程用的燃料電池（FuelCell）。因其具有良好的環(huán)保性能，分布式電源與“小機(jī)組”已不是同一概念。
1.1應(yīng)用背景
由于公眾對(duì)輸電線路可能產(chǎn)生的電磁影響的憂慮，開辟新的線路走廊越來越困難。例如，北美和西歐許多國(guó)家已決定一般不再興建新的輸電線路。于是，直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置便成為一種替代方案。其次，與大電網(wǎng)配合，分布式電源可大大地提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害（例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭(zhēng)）情況下，維持重要用戶的供電。加拿大魁北克省1997年冰雪災(zāi)造成輸配電線路災(zāi)難性破壞，引起大面積停電，許多重要用戶長(zhǎng)期不能恢復(fù)供電。人們認(rèn)識(shí)到，如果能有與電網(wǎng)配合的分布式電源在運(yùn)轉(zhuǎn)，供電可靠性將會(huì)大大地提高，一些災(zāi)難性后果是可以避免的。
對(duì)供電網(wǎng)難以達(dá)到的邊遠(yuǎn)分散用戶，分布式電源在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上具有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，發(fā)展電動(dòng)車電源是研究發(fā)展分布式電源的重要推動(dòng)力。
1.2微型燃?xì)廨啓C(jī)
微型燃?xì)廨啓C(jī)（MicroTurbine）,是功率為幾千瓦至幾十千瓦，轉(zhuǎn)速為96000r/min，以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃?xì)廨啓C(jī)，工作溫度500℃，其發(fā)電效率可達(dá)30%。目前國(guó)外已進(jìn)入示范階段。其技術(shù)關(guān)鍵是高速軸承、高溫材料、部件加工等?？梢姡姽ぜ夹g(shù)的突破常常取決于材料科學(xué)的進(jìn)步。
1.3燃料電池
燃料電池是直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。它是一種很有發(fā)展前途的潔凈和高效的發(fā)電方式，被稱為21世紀(jì)的分布式電源。
1.3.1燃料電池的工作原理
燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽極(電源的負(fù)極)轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x子，空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極)，負(fù)氧離子通過2極間離子導(dǎo)電的電解質(zhì)到達(dá)陽極與氫離子結(jié)合成水，外電路則形成電流。
通常，完整的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電池堆、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力電子換流器、保護(hù)與控制及儀表系統(tǒng)組成。其中，電池堆是核心。低溫燃料電池還應(yīng)配備燃料改質(zhì)器（又稱為燃料重整器）。高溫燃料電池具有內(nèi)重整功能，無須配備重整器。
磷酸型燃料電池（PAFC）是目前技術(shù)成熟、已商業(yè)化的燃料電池?，F(xiàn)在已能生產(chǎn)大容量加壓型11MW的設(shè)備及便攜式250kW等各種設(shè)備。第2代燃料電池的溶融碳酸鹽電池（MCFC），工作在高溫（600～700℃）下，重整反應(yīng)可以在內(nèi)部進(jìn)行，可用于規(guī)模發(fā)電，現(xiàn)在正在進(jìn)行兆瓦級(jí)的驗(yàn)證試驗(yàn)。固體電解質(zhì)燃料電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池。由于電解質(zhì)是氧化鋯等固體電解質(zhì)，未來可用于煤基燃料發(fā)電。質(zhì)子交換膜燃料電池是最有希望的電動(dòng)車電源。
1.3.2性能和特點(diǎn)
燃料電池有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有很高的效率，以氫為燃料的燃料電池，理論發(fā)電效率可達(dá)100%。熔融碳酸鹽燃料電池，實(shí)際效率可達(dá)584%。通過熱電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)綜合利用熱能，燃料電池的綜合熱效率可望達(dá)到80%以上。燃料電池發(fā)電效率與規(guī)模基本無關(guān)，小型設(shè)備也能得到高效率。（2）處于熱備用狀態(tài)，燃料電池跟隨負(fù)荷變化的能力非常強(qiáng)，可以在1s內(nèi)跟隨50%的負(fù)荷變化。(3)噪音低；可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際上的零排放；省水。（4）安裝周期短，安裝位置靈活，可省去新建輸配電系統(tǒng)。
目前燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的障礙是造價(jià)高，在經(jīng)濟(jì)性上要與常規(guī)發(fā)電方式競(jìng)爭(zhēng)尚需時(shí)日。
1.3.3技術(shù)關(guān)鍵和研究課題
燃料電池的技術(shù)關(guān)鍵涉及電池性能、壽命、大型化、價(jià)格等與商業(yè)化有關(guān)的項(xiàng)目，主要涉及新的電解質(zhì)材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條件下液體電解質(zhì)的損失和腐蝕滲漏降低了電池的壽命，使MCFC的大型化及實(shí)用化受到限制。需要解決電池構(gòu)成材料的腐蝕；電極細(xì)孔構(gòu)造變化使電池性能下降等問題。
固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體電解質(zhì)且工作溫度很高,對(duì)構(gòu)成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學(xué)性穩(wěn)定和致密性（不通過氣體）的電解質(zhì)，在氧化鋯中加入Y2O3生成釔穩(wěn)定氧化鋯。為了降低工作溫度，應(yīng)盡可能減少電解質(zhì)薄膜厚度。通常采用熔射法、燒結(jié)法和電化學(xué)蒸發(fā)涂層法制備電解質(zhì)薄膜。實(shí)用的電解質(zhì)膜的厚度為0.03～0.05mm。比較先進(jìn)的已達(dá)到0.01mm。這樣薄的電解質(zhì)陶瓷材料除應(yīng)當(dāng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度外，必須具有高度的氣體致密性，否則將喪失燃料電池的性能。燃料極使用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷，鎳還用作燃料重整的催化劑，空氣極在運(yùn)行中處在高溫氧化中，難以使用一般金屬。鉑的穩(wěn)定性好，但費(fèi)用昂貴，需要尋找替代材料，可用電子導(dǎo)電陶瓷。為了降低工作溫度，另外一個(gè)重要的研究方向是尋找低溫的質(zhì)子導(dǎo)電的電解質(zhì)。工作溫度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造價(jià)就可以大幅度降低。
2大功率電力電子技術(shù)的應(yīng)用硅片引起的“第”
2.1大功率電力電子器件的重大進(jìn)展
電力電子學(xué)（PowerElectronics）的應(yīng)用已經(jīng)有多年的歷史。
電力電子學(xué)器件用于電力拖動(dòng)、變頻調(diào)速、大功率換流已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。大功率電子器件（HighPowerElectronics）的快速發(fā)展也引起了電力系統(tǒng)的重大變革，通常稱為硅片引起的第。近10多年來，可控整流器(SCR)、可關(guān)斷的晶閘管(GTO)、MOS控制的晶閘管(MCT)、絕緣門極雙極性三極管(IGBT)等大功率高壓開關(guān)器件的開斷能力不斷提高。目前，已經(jīng)生產(chǎn)出6kA、6kV的GTO，單個(gè)元件的開斷功率可達(dá)到30MW左右，這無疑是一個(gè)巨大的進(jìn)步。
近年來，大功率電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力的一次系統(tǒng)。可控硅（晶閘管）用于高壓直流輸電已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。大功率電子器件應(yīng)用于靈活的交流輸電（FACTS）、定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPower）以及新一代直流輸電技術(shù)則是近10年的事。新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應(yīng)用，將成為下世紀(jì)的電力研究前沿。
2.2靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)
靈活的交流輸電系統(tǒng)(FACTS)是80年代后期出現(xiàn)的新技術(shù)，近年來在世界上發(fā)展迅速。專家們預(yù)計(jì)在未來這項(xiàng)技術(shù)將在電力輸送和分配方面將引起重大變革，對(duì)于充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源和實(shí)現(xiàn)電能的高效利用，將會(huì)發(fā)揮重要作用。
靈活交流輸電技術(shù)是指電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。
FACTS技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用的背景是：（1）發(fā)展電力市場(chǎng)的需要。原作為公用事業(yè)之一的電力面臨著“放松管制”（Deregulation）的改革。一些國(guó)家頒布法令規(guī)定用戶可以發(fā)電并售電給電網(wǎng)，允許電力用戶可自由選擇供電者，允許實(shí)行躉售托送（WholesaleWheeling），某些地區(qū)甚至允許實(shí)行電力零售托送。發(fā)電廠和電力用戶可以根據(jù)協(xié)議通過電網(wǎng)售受電力。電網(wǎng)作為電力市場(chǎng)的物質(zhì)載體，即發(fā)電廠和電力用戶間電力輸送和分配的通道，需要滿足對(duì)電力潮流靈活調(diào)節(jié)控制的要求，而常規(guī)的交流輸電系統(tǒng)卻很難適應(yīng)這一變化。
（2）發(fā)展互聯(lián)電網(wǎng)的需要。在發(fā)達(dá)國(guó)家已形成了緊密相連、多電壓等級(jí)的復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)。由于電路定則使然，電網(wǎng)內(nèi)部線路及聯(lián)絡(luò)線在運(yùn)行中實(shí)際的潮流分布與這些線路的設(shè)計(jì)輸送能力相差甚遠(yuǎn)；一部分線路已過載或接近穩(wěn)定極限，而另一部分線路卻被迫在遠(yuǎn)低于線路額定輸送容量下運(yùn)行。這就提出了靈活調(diào)節(jié)線路潮流、突破瓶頸限制、增加輸送能力，以充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源的要求。發(fā)達(dá)國(guó)家由于環(huán)保的嚴(yán)格限制，新建輸電線路十分困難，使得這一要求更為迫切。
傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)電力潮流的措施，如機(jī)械控制的移相器、帶負(fù)荷調(diào)變壓器抽頭、開關(guān)投切電容和電感、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置等，只能實(shí)現(xiàn)部分穩(wěn)態(tài)潮流的調(diào)節(jié)功能，而且，由于機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)、響應(yīng)慢，無法適應(yīng)在暫態(tài)過程中快速靈活連續(xù)調(diào)節(jié)電力潮流、阻尼系統(tǒng)振蕩的要求。因此，電網(wǎng)發(fā)展的需求促進(jìn)了靈活交流輸電這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。近年來，靈活交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)、日本、瑞典、巴西等國(guó)重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。
盡管靈活交流輸電技術(shù)已在多個(gè)輸電工程中得到應(yīng)用，并證明了它在提高線路輸送能力、阻尼系統(tǒng)振蕩、快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功、提高系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的優(yōu)越性能，但其推廣應(yīng)用的進(jìn)展步伐比預(yù)期的要慢。主要原因有：工程造價(jià)比常規(guī)的解決方案高，因此，只有在常規(guī)技術(shù)無法解決的情況下，用戶才會(huì)求助于FACTS技術(shù)；FACTS技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。目前FACTS技術(shù)的應(yīng)用還局限于個(gè)別工程，如果大規(guī)模應(yīng)用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術(shù)問題，例如：多個(gè)FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合問題；FACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護(hù)的銜接問題；FACTS控制納入現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)問題等等。也有專家認(rèn)為，F(xiàn)ACTS技術(shù)尚不能更快推廣應(yīng)用是因?yàn)殡娏Σ块T對(duì)新技術(shù)持謹(jǐn)慎觀望態(tài)度，只有相當(dāng)成熟的技術(shù)才會(huì)大規(guī)模應(yīng)用。
隨著電力電子器件的性能提高和造價(jià)降低，以電力電子器件為核心部件的FACTS裝置的造價(jià)會(huì)降低，可能會(huì)在不遠(yuǎn)的將來比常規(guī)的輸配電方案更具競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議展開了有關(guān)STATCOM與SVC性能價(jià)格比的討論，不少專家認(rèn)為，由于STATCOM不需要采用大量的電容器就可以實(shí)現(xiàn)無功的快速調(diào)節(jié)，而電容器的價(jià)格多年比較穩(wěn)定，不大可能大幅度下降；相反，電力電子器件的價(jià)格會(huì)不斷降低，故預(yù)計(jì)STATCOM會(huì)比SVC（靜止無功補(bǔ)償器）更有競(jìng)爭(zhēng)力。若將超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置與STATCOM配合，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功功率的快速調(diào)節(jié)，這是以往任何的常規(guī)設(shè)備不能勝任的。
FACTS技術(shù)也在不斷改進(jìn)，一些新的FACTS裝置被開發(fā)出來，例如可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（ConvertibleStaticCompensator），它由多個(gè)同步電壓源逆變器構(gòu)成，可以同時(shí)控制2條以上線路潮流（有功、無功）、電壓、阻抗和相角，并能實(shí)現(xiàn)線路之間功率轉(zhuǎn)換。可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器具有下列功能：（1）靜止同步補(bǔ)償器的并聯(lián)無功補(bǔ)償功能；（2）靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的功能；（3）綜合潮流控制器功能；（4）控制2條線路以上潮流的線間潮流控制（IPFC）功能；CSC被認(rèn)為是第3代靈活交流輸電裝置。
電力電子器件的發(fā)展趨勢(shì)是：一方面研制經(jīng)濟(jì)性能好的器件，以便降低設(shè)備造價(jià)；另一方面，研制開斷功率更大的高性能器件。最近，國(guó)外公司宣布研制成功以碳化硅（SiC）為基片的電力電子器件?；哪蛪汉蜔崛萘靠纱蠓忍岣撸膿p耗卻大大降低，從而使元件的斷開功率可望有數(shù)量級(jí)的飛躍。這預(yù)示用電子高壓斷路器取代機(jī)械的高壓斷路器（油斷路器、六氟化硫斷路器、真空開關(guān)等）已成為現(xiàn)實(shí)的可能。如果電力系統(tǒng)的高壓機(jī)械開關(guān)一旦被大功率的電子開關(guān)取代，則電力系統(tǒng)完全的靈活調(diào)節(jié)控制便將成為現(xiàn)實(shí)。
2.3定質(zhì)電力技術(shù)
定質(zhì)電力（CustomPower）技術(shù)是應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量控制，為用戶提供用戶特定要求的電力供應(yīng)的技術(shù)。
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)提高供電的可靠性、改善電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。在現(xiàn)代企業(yè)中，由于變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線、精密的加工工具、可編程控制器、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的日益廣泛使用，對(duì)電能質(zhì)量的控制提出了日益嚴(yán)格的要求。這些設(shè)備對(duì)電源的波動(dòng)和各種干擾十分敏感，任何供電質(zhì)量的惡化可能會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降，產(chǎn)生重大損失。
重要用戶為保證優(yōu)質(zhì)的不間斷供電，往往自己采取措施，如安裝不間斷電源(UPS)，但是這并不是經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法。根本的出路在于供電部門能根據(jù)用戶的需要，提供可靠和優(yōu)質(zhì)的電能供應(yīng)。因而，便產(chǎn)生了以電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)為基礎(chǔ)的定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPowerTechnology）。
為提高配電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)的質(zhì)量，已開發(fā)出用于配電網(wǎng)的靜止無功發(fā)生器(DSTATCOM)。它由儲(chǔ)能電路、GTO或IGBT變換電路和變壓器組成。它的功能是快速調(diào)節(jié)電壓，發(fā)生和吸收電網(wǎng)的無功功率，同時(shí)可以抑制電壓閃變。這是“定質(zhì)電力”的關(guān)鍵設(shè)備之一。此外，靜止無功發(fā)生器和固態(tài)開關(guān)配合，可在電網(wǎng)發(fā)生故障的暫態(tài)過程中保持電壓恒定。另一關(guān)鍵設(shè)備是動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DynamicVoltageRestorer)，它由直流儲(chǔ)能電路、變換器和級(jí)次串聯(lián)在供電線路中的變壓器構(gòu)成。變換器根據(jù)檢測(cè)到的線路電壓波形情況，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，使合成的電壓動(dòng)態(tài)保持恒定。無論是短時(shí)的電壓低落或過電壓，通過DVR均可以使負(fù)載上的電壓保持動(dòng)態(tài)恒定。
2.4新型直流輸電技術(shù)
直流輸電已是成熟技術(shù)。造價(jià)較高是其與交流送電競(jìng)爭(zhēng)的不利因素。新一代的直流輸電是指進(jìn)一步改善性能、大幅度簡(jiǎn)化設(shè)備、減少換流站的占地、降低造價(jià)的技術(shù)。直流輸電性能創(chuàng)新的典型例子是輕型直流輸電系統(tǒng)（LightHVDC），它采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，省去了換流變壓器，整個(gè)換流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競(jìng)爭(zhēng)力，從而使中等容量的輸電在較短的輸送距離也能與交流輸電競(jìng)爭(zhēng)。此外，可關(guān)斷的器件組成換流器，由于采用可關(guān)斷的電力電子器件，可以免除換相失敗之虞，對(duì)受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)（海上石油平臺(tái)、海島）的供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。
2.5同步開斷技術(shù)
同步開斷(SynchronizedSwitching)是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。在理論上應(yīng)用同步開斷技術(shù)可完全避免電力系統(tǒng)的操作過電壓。這樣，由操作過電壓決定的電力設(shè)備絕緣水平可大幅度降低，由于操作引起設(shè)備（包括斷路器本身）的損壞也可大大減少。目前，高壓開關(guān)都是屬于機(jī)械開關(guān)，開斷的時(shí)間長(zhǎng)、分散性大，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定相開斷。目前的同步開斷設(shè)備是應(yīng)用一套復(fù)雜的電子控制裝置，實(shí)時(shí)測(cè)量各種影響開斷時(shí)間分散性的參量變化，對(duì)開斷時(shí)刻的提前量進(jìn)行修正。即便采取了這種代價(jià)昂貴的措施，由于機(jī)械開關(guān)特性決定，還不能做到準(zhǔn)確的定相開斷，設(shè)計(jì)人員還不敢貿(mào)然降低電氣設(shè)備的絕緣水平，以防同步開斷失敗造成設(shè)備損毀。因此，同步開斷的優(yōu)勢(shì)沒有發(fā)揮出來。
實(shí)現(xiàn)同步開斷的根本出路在于用電子開關(guān)取代機(jī)械開關(guān)。美國(guó)西屋公司已制造出13kV、600A、由GTO元件組成的固態(tài)開關(guān)，安裝在新澤西州的變電站中使用。GTO開斷時(shí)間可縮短到1/3ms，這是一般機(jī)械開關(guān)無法比擬的?，F(xiàn)在，由固態(tài)開關(guān)構(gòu)成的電容器組的配電系統(tǒng)“軟開關(guān)”已問世。
2.6未來全可控的電力系統(tǒng)
現(xiàn)在的電力系統(tǒng)由于還依賴高壓機(jī)械開關(guān)（油斷路器、六氟化硫斷路器、真空開關(guān)等）實(shí)現(xiàn)線路、設(shè)備、負(fù)荷的投切，尚不能做到完全可控。這是因?yàn)闄C(jī)械的慢過程不可能控制電的快過程?！半娋W(wǎng)控制”目前只能做到部分控制，本質(zhì)上仍然是一個(gè)調(diào)度員的決策支持系統(tǒng)。如果電力系統(tǒng)的高壓機(jī)械開關(guān)一旦被大功率的電子開關(guān)取代，則電力系統(tǒng)真正的靈活調(diào)節(jié)控制便將成為現(xiàn)實(shí)。
3狀態(tài)維修技術(shù)
狀態(tài)維修技術(shù)（ConditionBasedMaintenance）可以包涵可靠性為中心的維修技術(shù)（RCM）和預(yù)測(cè)維修技術(shù)（PDM）。
3.1應(yīng)用背景
這2項(xiàng)技術(shù)最初是應(yīng)用于航空航天系統(tǒng)，后來移植應(yīng)用于核電站的維修，近年已成功地用于發(fā)電廠設(shè)備的維修，并正在用于輸變電設(shè)備的檢修。
電力系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于電力設(shè)施的可靠性。隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對(duì)供電可靠性要求的提高，維修管理的重要性日益顯現(xiàn)出來。維修費(fèi)用占電力成本的比例也不斷提高。一座現(xiàn)代化核電站的運(yùn)行維修費(fèi)用已超過燃料費(fèi)用。如何采取合理的維修策略和正確決定維修計(jì)劃，以保證在不降低可靠性的前提下節(jié)省維修費(fèi)用，便成為電力部門或負(fù)責(zé)設(shè)備維修的公司面臨的重要課題。
近年來，由于電力體制的改革，電力設(shè)備的維修也開始進(jìn)入市場(chǎng)，過去電力部門獨(dú)家負(fù)責(zé)設(shè)備維修的局面已被打破，電力設(shè)備制造部門也開始介入維修這一領(lǐng)域。由于設(shè)備制造商對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)和薄弱環(huán)節(jié)了如指掌，加上備品備件來源有保證，往往在承接維修合同的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。
電力部門對(duì)于設(shè)備的運(yùn)行狀況十分熟悉，對(duì)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種電氣、熱、機(jī)械應(yīng)力和氣象影響因素十分了解，承擔(dān)維修任務(wù)也具有優(yōu)勢(shì)。競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展。過去電力設(shè)備維修常用的定時(shí)檢修（TimebasedMaintenance）和以定時(shí)檢修為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定延長(zhǎng)或縮短維修周期的做法已不能滿足需要，需要發(fā)展新技術(shù)。
3.2主要技術(shù)內(nèi)容
以可靠性為中心的維修（RCM）和預(yù)測(cè)性維修是互相緊密聯(lián)系而又不同的2個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。
以可靠性為中心的維修（ReliabilitycenteredMaintenance）是在對(duì)元件的可能故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可靠性影響評(píng)估的基礎(chǔ)上決定維修計(jì)劃的一種維修策略。RCM技術(shù)在60年代末開始發(fā)展起來。當(dāng)時(shí)由于寬體客機(jī)的投運(yùn)，系統(tǒng)變得十分復(fù)雜，航空系統(tǒng)沿用定時(shí)大修的傳統(tǒng)方法在經(jīng)濟(jì)上變得不可接受。根據(jù)元件故障后果的嚴(yán)重程度確定維修計(jì)劃的RCM收到了良好效果，使航空系統(tǒng)可靠性提高。現(xiàn)在RCM已成為全世界幾乎所有航空公司采用的方法。80年代美國(guó)EPRI將RCM引入核電站的維修，后來又應(yīng)用于火電廠，取得了提高可靠性和降低維修費(fèi)用的目的。現(xiàn)在正在研究變電站設(shè)備的RCM技術(shù)。
預(yù)測(cè)性維修（PredictiveMaintenance）是根據(jù)對(duì)潛伏故障進(jìn)行在線或離線測(cè)量的結(jié)果和其他信息來安排維修的技術(shù)。其關(guān)鍵是依靠先進(jìn)的故障診斷技術(shù)對(duì)潛伏故障進(jìn)行分類和嚴(yán)重性分析（CriticalityAnalysis）,以決定設(shè)備（部件）是否需要立即退出運(yùn)行和應(yīng)及時(shí)采取的措施。
綜上所述，電力設(shè)備狀態(tài)維修技術(shù)涉及復(fù)雜大系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)、先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息采集處理技術(shù)、干擾抑制技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、故障嚴(yán)重性分析、壽命估計(jì)等領(lǐng)域。
3.3先進(jìn)傳感器
先進(jìn)的傳感器(AdvancedSensor)是實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維修的重要手段,是一個(gè)長(zhǎng)盛不衰的研究熱點(diǎn)。這是因?yàn)?故障診斷技術(shù)的發(fā)展首先決定于能否獲取盡可能多的有用信息，這是數(shù)據(jù)處理和診斷決策的基礎(chǔ)。為了提高故障診斷水平，研究各種新型傳感器便成為電力界的研究熱點(diǎn)。原來用于軍事的傳感技術(shù)，也有一部分移植到電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)上來。例如，用于鍋爐管道高溫應(yīng)變測(cè)量的光纖傳感器，是帶有內(nèi)部諧振腔的光導(dǎo)纖維，它可直接貼在被測(cè)管道上。用于測(cè)量鍋爐燃燒室中溫度的傳感器，是用氧化鋁保護(hù)的鉑電阻，其測(cè)量精度優(yōu)于1%。
美國(guó)電力研究院已開發(fā)出一種直接測(cè)量分析油中氣體的金屬*.絕緣子*.半導(dǎo)體傳感器，它可在線直接測(cè)量和分析油中的4種氣體并監(jiān)視其變化趨勢(shì)，現(xiàn)已用于一些電力部門的變壓器。下一步工作是把測(cè)量微水的傳感器和它集成起來，并配合負(fù)荷電流測(cè)量，弄清油中氣體、水分隨負(fù)荷的變化關(guān)系。
對(duì)紫外光下發(fā)螢光的一些傳感器，可能會(huì)用于測(cè)量發(fā)電廠中的高溫和應(yīng)變。研究人員還在研究利用偏振光遙測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的技術(shù)，研究用壓電材料的薄膜來測(cè)量腐蝕和積塵，傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)的無線傳輸也是需要解決的一個(gè)重要問題。
3.4故障診斷的信息處理技術(shù)
對(duì)采集到的信號(hào)加工處理，要比采集信號(hào)本身更為困難，信號(hào)加工和處理的目標(biāo)有3：從現(xiàn)場(chǎng)中大量的背景干擾信號(hào)中提取有用的信號(hào)；根據(jù)測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行故障分類；判斷故障的嚴(yán)重程度，以便決定設(shè)備是否需要退出運(yùn)行。
為抑制現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中不可避免的干擾，除了應(yīng)用硬件濾波器和數(shù)字濾波技術(shù)以外，近年的研究發(fā)現(xiàn)小波變換技術(shù)可有效地濾除穩(wěn)態(tài)信號(hào)（如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中經(jīng)常遇到的載波信號(hào)干擾和噪雜聲干擾)，可以把有用信號(hào)從比信號(hào)強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的干擾中提取出來。
故障信號(hào)的分類則是更為困難的研究課題。過去用頻譜來區(qū)分故障類型的方法有很大的局限性。因?yàn)樵S多不同類型的故障信號(hào)頻譜往往有一部分甚至大部分是重疊的，在頻域內(nèi)很難加以區(qū)分。研究故障的“指紋特征”以及提取和識(shí)別指紋特征的方法便成為故障診斷研究的一個(gè)重要的分支。在研究的故障分類方法有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、小波分析、分形維分析等。
4電磁兼容技術(shù)
電磁兼容（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容技術(shù)是一門迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信、航空航天、鐵路交通、電力、軍事以至人民生活各個(gè)方面。在當(dāng)今信息社會(huì)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大大增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜，因此，電磁兼容問題日顯重要。
電力系統(tǒng)中，在電網(wǎng)容量增大、輸電電壓增高的同時(shí)，以計(jì)算機(jī)和微處理器為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)、電網(wǎng)控制、通信設(shè)備得到廣泛采用。因此，電力系統(tǒng)電磁兼容問題也變得十分突出。例如，集繼電保護(hù)、通信、SCADA功能于一體的變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備，通常安裝在變電站高壓設(shè)備的附近，該設(shè)備能正常工作的先決條件就是它能夠承受變電站中在正常操作或事故情況下產(chǎn)生的極強(qiáng)的電磁干擾。此外，由于現(xiàn)代的高壓開關(guān)常常與電子控制和保護(hù)設(shè)備集成于一體，因此，對(duì)這種強(qiáng)電與弱電設(shè)備組合的設(shè)備不僅需要進(jìn)行高電壓、大電流的試驗(yàn)，同時(shí)還要通過電磁兼容的試驗(yàn)。GIS的隔離開關(guān)操作時(shí)，可以產(chǎn)生頻率高達(dá)數(shù)兆赫的快速暫態(tài)電壓。這種快速暫態(tài)過電壓不僅會(huì)危及變壓器等設(shè)備的絕緣，而且會(huì)通過接地網(wǎng)向外傳播，干擾變電站繼電保護(hù)、控制設(shè)備的正常工作。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，電磁兼容技術(shù)的重要性日益顯現(xiàn)出來。
4.1電磁兼容技術(shù)的主要內(nèi)容和發(fā)展趨勢(shì)
電力系統(tǒng)電磁兼容的主要內(nèi)容包括：
（1）電磁環(huán)境評(píng)價(jià)。即通過實(shí)測(cè)或數(shù)字仿真等手段，對(duì)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)可能受到的電磁干擾水平（幅值、頻率、波形等）進(jìn)行估計(jì)。例如，利用可移動(dòng)的電磁兼容測(cè)試車對(duì)高壓輸電線路或變電站產(chǎn)生的各種干擾進(jìn)行實(shí)測(cè)，或通過電磁暫態(tài)計(jì)算程序?qū)赡墚a(chǎn)生的瞬變電磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)字仿真。電磁環(huán)境評(píng)價(jià)是電磁兼容技術(shù)的重要組成部分，是抗干擾設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
（2）電磁干擾耦合路徑。弄清干擾源產(chǎn)生的電磁搔擾通過何種路徑到達(dá)擾的對(duì)象。一般來說，干擾可分為傳導(dǎo)型干擾和輻射型干擾2大類。傳導(dǎo)干擾是指電磁搔擾通過電源線路，接地線和信號(hào)線傳播到達(dá)對(duì)象所造成的干擾，例如，通過電源線傳入的雷電沖擊源產(chǎn)生的干擾；輻射干擾是指通過電磁源空間傳播到達(dá)敏感設(shè)備的干擾。例如，輸電線路電暈產(chǎn)生的無線電干擾或電視干擾即屬于輻射型的干擾。研究干擾的耦合途徑，對(duì)制定抗干擾的措施，消除或抑制干擾有重要的意義。
（3）電磁抗擾性評(píng)價(jià)。研究電力系統(tǒng)中各種敏感的設(shè)備儀表，如繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電能計(jì)量?jī)x表等耐受電磁干擾的能力。一般是采用試驗(yàn)來模擬運(yùn)行中可能出現(xiàn)的干擾并在設(shè)備盡可能接近工作條件下，試驗(yàn)被試設(shè)備是否會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)或永久性損壞。設(shè)備的抗擾性決定于該設(shè)備的工作原理，電子線路布置、工作信號(hào)電平，以及所采取的抗干擾措施。隨著電力系統(tǒng)中各種自動(dòng)化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的廣泛采用，隨著強(qiáng)電設(shè)備與強(qiáng)電設(shè)備集成為一體的趨向，如何評(píng)價(jià)這些設(shè)備耐受干擾的能力、研究實(shí)用和有效的試驗(yàn)方法，制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將成為電力系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)的重要課題。
（4）抗干擾措施，電磁干擾的產(chǎn)生和耦合。敏感設(shè)備是不可能完全避免電磁搔擾的。因此，往往比較經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法是在敏感設(shè)備上應(yīng)用抗干擾措施。例如，電力調(diào)度大樓遭受雷擊是不可避免的。但通往系統(tǒng)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行可通過正確的接地、屏蔽、隔離措施加以保證。研究有效經(jīng)濟(jì)和適用的抗干擾措施也是未來電磁兼容領(lǐng)域的重要任務(wù)。
（5）電能質(zhì)量。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議36學(xué)術(shù)委員會(huì)（電力系統(tǒng)電磁兼容）把電能質(zhì)量控制也列入電磁兼容的范疇，研究頻率變化、諧波、電壓閃變、電壓驟降等對(duì)用戶設(shè)備性能的影響。
4.2電磁場(chǎng)生態(tài)影響
國(guó)立科研機(jī)構(gòu)是由國(guó)家(中央政府)建立和資助的各類研究機(jī)構(gòu)，包括國(guó)家大型科研機(jī)構(gòu)、部門所屬研究機(jī)構(gòu)和其他各類研究機(jī)構(gòu)。國(guó)立科研機(jī)構(gòu)是知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的重要力量，主要承擔(dān)與國(guó)家使命有關(guān)的基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)前沿技術(shù)的開發(fā)，在國(guó)家創(chuàng)新體系中具有不可替代的作用。
我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)每年產(chǎn)出大量的科研成果，但是對(duì)這些科研成果及相應(yīng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管理狀況卻不盡人意。在調(diào)查我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析其中存在的問題，然后借鑒國(guó)際著名科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理舉措，為完善我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)制提出對(duì)策和建議。
1我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理現(xiàn)狀和存在的問題
1.1知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)情況
目前，我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)設(shè)置知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)主要采取了掛靠式和獨(dú)立式兩種管理模式。掛靠模式下，知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理部門一般都掛靠在科技主管部門內(nèi)，沒有專門的知識(shí)產(chǎn)權(quán)辦公室或?qū)I(yè)管理人員。管理人員一般管理科研成果的獎(jiǎng)勵(lì)、鑒定等，并在原有管理模式之下兼管知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理。獨(dú)立模式是成立專職的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)，配備必要的設(shè)備和一定的經(jīng)費(fèi)，并確定一定數(shù)量的專業(yè)管理人員。智力成果的產(chǎn)生及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的形成、轉(zhuǎn)移、許可和轉(zhuǎn)化都由知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)來統(tǒng)一管理。
筆者對(duì)我國(guó)64個(gè)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)的調(diào)查顯示，設(shè)有專職知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)的單位有7個(gè)，占總數(shù)的11％左右；由科技部門(如科研開發(fā)處、科技處、計(jì)劃財(cái)務(wù)處、科技投資管理處等)管理的46個(gè)，約占總數(shù)的73％；由外事部門兼管的4個(gè)，占6％；由科技部門和外事部門共管的3個(gè)，占4％；由其他部門兼管的4個(gè)，占6％。關(guān)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人員的配備，在被調(diào)查的科研院所中，配備專職管理人員的有5個(gè)，占8％；配備兼職人員的單位有42家，占66％；個(gè)別單位既有專職人員，又有兼職人員，專兼職人員都沒有的單位有17家，占總數(shù)的26％。有許多知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作量大、面廣、任務(wù)艱巨的科研機(jī)構(gòu)也沒有設(shè)置專門的管理機(jī)構(gòu)和專職的管理人員。根據(jù)訪談中了解的情況，目前許多科研機(jī)構(gòu)所從事的知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作都是停留在專利統(tǒng)計(jì)、獎(jiǎng)勵(lì)申報(bào)和審查等流程性、事務(wù)性的管理層面。知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理兼職人員往往未經(jīng)專門學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，缺乏工作經(jīng)驗(yàn)，并且常因人員變動(dòng)而難以保證。
1.2知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度建設(shè)
根據(jù)筆者調(diào)查，在64家國(guó)立科研單位中，制定了知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理內(nèi)部規(guī)章制度的有20家，占31％，這說明，有2／3以上的調(diào)研對(duì)象正在建立或根本沒有建立單位內(nèi)部知識(shí)產(chǎn)權(quán)規(guī)章制度。根據(jù)對(duì)科研機(jī)構(gòu)的管理制度所做的具體調(diào)研，除了少數(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作開展較好的科研機(jī)構(gòu)制定了知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理規(guī)章制度，且內(nèi)容比較全面之外，其他絕大多數(shù)科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度本身存在很多問題，如制度建設(shè)滯后、修訂不及時(shí)、偏重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的申請(qǐng)和授權(quán)等。以某科研機(jī)構(gòu)為例，其關(guān)于科技成果的管理制度，基本上都是20世紀(jì)90年代末制定的，部分內(nèi)容亟待更新。
1.3知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理激勵(lì)機(jī)制
1.3.1經(jīng)費(fèi)支持知識(shí)產(chǎn)權(quán)機(jī)構(gòu)健全的科研機(jī)構(gòu)每年都有一筆經(jīng)費(fèi)(大約在10萬至30萬元)，用于申請(qǐng)國(guó)內(nèi)專利以及維持專利所需的年費(fèi)。一般課題組支付專利申請(qǐng)費(fèi)，科研機(jī)構(gòu)支付維持費(fèi)。有的研究院所每3年進(jìn)行一次專利評(píng)審，如果某專利有效益，則繼續(xù)支付專利維持費(fèi)，否則研究院所就不再支付專利維持費(fèi)了。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，在對(duì)專利申請(qǐng)的激勵(lì)方面，64個(gè)參與調(diào)研的國(guó)立科研機(jī)構(gòu)中有48個(gè)制定了支持專利申請(qǐng)的經(jīng)費(fèi)補(bǔ)助政策，并且政策的規(guī)定比較具體，操作性強(qiáng)，基本上的得到了落實(shí)。
1.3.2科技獎(jiǎng)勵(lì)在對(duì)科研人員的獎(jiǎng)勵(lì)(主要是專利法規(guī)定的針對(duì)獲得專利授權(quán)的獎(jiǎng)勵(lì))方面，調(diào)研結(jié)果表明，絕大部分的科研機(jī)構(gòu)對(duì)科研人員獲得知識(shí)產(chǎn)權(quán)都進(jìn)行了獎(jiǎng)勵(lì)，一般是針對(duì)不同的成果方式事先制定不同的獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)，并定期兌現(xiàn)。
1.3.3利益分配在知識(shí)產(chǎn)權(quán)利用(主要是專利的實(shí)施)過程中，科研機(jī)構(gòu)通過對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)讓或許可使用可以獲得相應(yīng)的報(bào)酬，這部分報(bào)酬一般可以按照一定比例在科研機(jī)構(gòu)和科研人員之間進(jìn)行分配，不同單位有不同的規(guī)定。但是，關(guān)于支付科研人員專利實(shí)施報(bào)酬方面不容樂觀。許多科研機(jī)構(gòu)都沒有落實(shí)對(duì)科研人員報(bào)酬的支付，只有少數(shù)科研機(jī)構(gòu)以變通的方法進(jìn)行了一定程度的支付。這一方面是由于國(guó)家相關(guān)法律規(guī)范的缺失；另一方面也不能排除資金限制和部分科研機(jī)構(gòu)管理方面存在的問題。
1.4我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)制存在的問題分析
1.4.1知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理意識(shí)偏頗我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理中呈現(xiàn)重?cái)?shù)量、輕質(zhì)量，重申請(qǐng)、輕利用的特點(diǎn)。之所以重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)，一方面，在很大程度上是因?yàn)榭茖W(xué)論文和專利數(shù)量正在成為科研人員升職、晉級(jí)、評(píng)聘的關(guān)鍵要素，也成為科研機(jī)構(gòu)彰顯其科研實(shí)力的重要指標(biāo)。因此出現(xiàn)了科研人員為求數(shù)量而將一些市場(chǎng)前景不明，價(jià)值不大的成果申報(bào)專利，或者將一個(gè)專利分拆成多個(gè)專利的情況。另一方面，目前我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理在很大程度上還停留在專利統(tǒng)計(jì)、獎(jiǎng)勵(lì)申報(bào)和評(píng)審等事務(wù)性工作方面，而對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)化等知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理下游階段的工作還遠(yuǎn)沒有提上日程，導(dǎo)致我國(guó)專利技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平，從整體上來說影響了我國(guó)的科技競(jìng)爭(zhēng)力。這些簡(jiǎn)單化的認(rèn)識(shí)曲解了知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度的社會(huì)意義。
1.4.2缺乏專職知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)和專業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人才目前我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理通常屬于科技處的職能，科技處工作內(nèi)容繁多，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理重視程度不夠，這就使知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作往往局限在成果管理的工作層面，缺乏對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的申請(qǐng)、保護(hù)和利用上中下游管理工作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的統(tǒng)籌考慮，難以進(jìn)行全過程的管理。此外，負(fù)責(zé)知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理的工作人員中很多都沒有法律背景，也不具備相關(guān)專業(yè)知識(shí)，難以實(shí)現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高層次管理。
1.4.3知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度不健全根據(jù)上文對(duì)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度建設(shè)情況所作調(diào)查，目前2／3以上的科研機(jī)構(gòu)還沒有形成規(guī)范的內(nèi)部知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理規(guī)章制度。而在已經(jīng)制定規(guī)章制度的科研機(jī)構(gòu)中，除了少數(shù)幾個(gè)單位制度建設(shè)比較成熟、可操作性強(qiáng)之外，其他絕大多數(shù)科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度本身也存在諸多問題，有待完善。
2國(guó)外著名科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理策略
2.1德國(guó)馬普學(xué)會(huì)(MPG)
馬普學(xué)會(huì)(TheMax-Planek—Gesellschaft，MPG)是德國(guó)也是國(guó)際知名的綜合性學(xué)術(shù)科研機(jī)構(gòu)，成立于1948年，旨在推動(dòng)科學(xué)領(lǐng)域的研究，下設(shè)80個(gè)科研機(jī)構(gòu)和一些臨時(shí)研究中心。
MPG在眾多研究計(jì)劃中積累了相當(dāng)多的研發(fā)成果，其中不乏有商業(yè)價(jià)值者。因此，MPG在1970年設(shè)立了馬普學(xué)會(huì)專利辦公室，后轉(zhuǎn)制為嘉興創(chuàng)新公司(GarchingInnovationGmbH，GI)，負(fù)責(zé)對(duì)研發(fā)成果的管理和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用。
GI的工作人員包括科學(xué)家、經(jīng)濟(jì)和法律專家以及專利工作人員，主要任務(wù)是：向研究所提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)應(yīng)用方面的信息；向科學(xué)家提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的建議；評(píng)估發(fā)明人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)及其商業(yè)價(jià)值；聘請(qǐng)專利律師確定專利申請(qǐng)范圍、談判專利許可和優(yōu)先協(xié)議；引導(dǎo)發(fā)明人與企業(yè)合作；在評(píng)價(jià)發(fā)明人思路、風(fēng)險(xiǎn)基金申報(bào)、支持的獲取等方面給予指導(dǎo)；在知識(shí)產(chǎn)權(quán)應(yīng)用過程中提供數(shù)據(jù)庫、保護(hù)期限、商業(yè)利益劃分、會(huì)談和發(fā)明人聯(lián)系方面的幫助等。
GI非常重視專利申請(qǐng)的審查與評(píng)價(jià)，認(rèn)為專利申請(qǐng)的審查有利于對(duì)專利轉(zhuǎn)化的可行性進(jìn)行研究和審查，從而可以促進(jìn)專利的后期轉(zhuǎn)化，同時(shí)也有利于對(duì)非專利信息和專利信息的收集和分析，并借此判斷專利是否能反映技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。GI的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理工作在實(shí)際操作中取得了很好的效果，不僅提高了MPG的專利申請(qǐng)數(shù)量和質(zhì)量，而且通過專利技術(shù)許可和創(chuàng)辦新公司等方式加快了專利技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化過程，實(shí)現(xiàn)了專利技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。
2.2法國(guó)國(guó)家科研中心(CNRS)
法國(guó)國(guó)家科研中心(CentreNationaldelaRecher—cheScientifique，CNRS)成立于1939年，是歐洲最大的基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)，下轄7個(gè)學(xué)部和2個(gè)國(guó)家研究所。
1992年，CNRS協(xié)同其他國(guó)家科研機(jī)構(gòu)成立了法國(guó)科學(xué)發(fā)明和轉(zhuǎn)化公司(FISTS.A)，作為管理其科研成果的專門機(jī)構(gòu)。FISTL6j的服務(wù)包括：評(píng)價(jià)和選擇創(chuàng)新項(xiàng)目、制定和執(zhí)行保護(hù)戰(zhàn)略，并將新技術(shù)進(jìn)行直接的或在線的產(chǎn)業(yè)合作研究、資金注入和技術(shù)轉(zhuǎn)化合同談判、幫助發(fā)現(xiàn)和管理初創(chuàng)企業(yè)等。
CNRS采取了一系列措施來促進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用，包括：①制定創(chuàng)新法(InnovationLaw，1999)，以此來鼓勵(lì)研究人員成為企業(yè)家，并通過孵化器和其他鼓勵(lì)措施對(duì)其進(jìn)行支持；②建立信息中心，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研究信息的傳遞，鼓勵(lì)向缺乏研發(fā)能力的中小企業(yè)進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓；③進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，通過對(duì)科技人員與產(chǎn)業(yè)界的合同關(guān)系、知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理和其他相關(guān)培訓(xùn)來增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新成果向私營(yíng)部門的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
2.3美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)
美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NationalInstitutesofHealth，NIH)是世界上最大的醫(yī)學(xué)研究及資助機(jī)構(gòu)，成立于1938年，目前共擁有27個(gè)研究所及研究中心。
NIH非常重視科技成果的管理和轉(zhuǎn)化，專門成立了技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室(TheOffice0fTechnologyTransfer，OTT)，對(duì)NIH的發(fā)明資產(chǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)、保護(hù)、監(jiān)控和管理。OTT的職責(zé)包括對(duì)每個(gè)研究項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估、跟蹤和管理，監(jiān)督專利實(shí)施、談判、許可證合同，提供合作研究和開發(fā)合同(cRADAS)政策回顧等。
在NIH中，OTr占有重要地位，直接受NIH主任管轄。OTT的辦公室雖然設(shè)在NIH總部，但實(shí)際上所有的運(yùn)作卻是滲透到NIH每一個(gè)組成機(jī)構(gòu)之中。OTr在NIH的每一個(gè)機(jī)構(gòu)和研究中心都設(shè)有“技術(shù)發(fā)展協(xié)調(diào)員”，負(fù)責(zé)與具體項(xiàng)目科學(xué)家進(jìn)行聯(lián)系，了解項(xiàng)目情況。為了促進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，OTr在美國(guó)的許多大學(xué)都設(shè)有自己的技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室，如加州大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、華盛頓大學(xué)等。技術(shù)轉(zhuǎn)讓成功后，OTT會(huì)給予大學(xué)一定比例的許可費(fèi)收益。
在經(jīng)費(fèi)支持方面，與馬普學(xué)會(huì)各研究所承擔(dān)專利申請(qǐng)費(fèi)用不同，NII-I的專利中請(qǐng)費(fèi)用不需研發(fā)機(jī)構(gòu)承擔(dān)，而是由OTT統(tǒng)一負(fù)責(zé)，而且對(duì)于任何有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品，OTr都會(huì)盡力促進(jìn)其商業(yè)化運(yùn)作。另外，為促進(jìn)研發(fā)機(jī)構(gòu)的成果產(chǎn)出，OTT還規(guī)定，成功實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓后將技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)的15％或25％返還給技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)，但不得超過15萬美元。
從以上案例可以看出，國(guó)際著名科研機(jī)構(gòu)非常重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理工作，都設(shè)立了獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)逐漸發(fā)展演化成專職的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理公司，配備了具有多種學(xué)科和知識(shí)背景的管理人才。一方面對(duì)科研機(jī)構(gòu)的科技成果產(chǎn)出進(jìn)行評(píng)估，選擇合適的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方式；另一方面積極開展科技成果和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商業(yè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化與利用，促進(jìn)先進(jìn)科技在各創(chuàng)新單元之間的流動(dòng)，既實(shí)現(xiàn)了自身的經(jīng)濟(jì)利益也發(fā)揮了知識(shí)產(chǎn)權(quán)的價(jià)值。
3完善我國(guó)國(guó)立科研機(jī)構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)制的對(duì)策建議
3.1樹立正確的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理意識(shí)
要積極開展對(duì)科研人員和其他管理人員的教育和培訓(xùn)，一方面要明確保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要性；另一方面也要樹立正確的知識(shí)產(chǎn)權(quán)價(jià)值觀。政策制定者也要從有利于科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的角度來制定政策，引導(dǎo)科研機(jī)構(gòu)以更加合理的方式來評(píng)價(jià)科技成果和知識(shí)產(chǎn)權(quán)在機(jī)構(gòu)科技評(píng)估和人員競(jìng)聘中所發(fā)揮的作用。
3.2加快建立專職的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)
知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)是知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理的“作戰(zhàn)部”、“參謀部”和“后勤部”，設(shè)立專職的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理機(jī)構(gòu)有利于集中人力、物力和資金從整體上規(guī)劃和組織知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)造、申請(qǐng)、保護(hù)和利用的全過程，有利于充分調(diào)動(dòng)管理人員的積極性，使其集中精力專職服務(wù)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理工作。
3.3實(shí)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人員從業(yè)資格證書制度
知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人員的素質(zhì)能力直接決定了知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理水平的高低。隨著科技發(fā)展和新型科研合作方式的形成，科技成果產(chǎn)出和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理工作將變得越來越復(fù)雜，特別是在全球研發(fā)網(wǎng)絡(luò)背景下，知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理工作可能會(huì)涉及多國(guó)利益，因此要求知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人員不僅要具有法律背景和相關(guān)專業(yè)技術(shù)知識(shí)，還要能夠靈活處理涉外知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)。實(shí)行從業(yè)資格證書制度有利于培養(yǎng)更高層次的綜合型知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人才。
3.4完善知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度
對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有效管理依賴于合理的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度，知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度應(yīng)該包括以下方面：科技成果登記制度；評(píng)估、選擇申請(qǐng)專利的種類及保護(hù)方式的制度；科技成果及專利資助和獎(jiǎng)勵(lì)制度；知識(shí)產(chǎn)權(quán)質(zhì)量評(píng)估制度；科技保密制度；對(duì)職工調(diào)入和離職人員簽訂知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)協(xié)議制度；職工離職后的競(jìng)業(yè)限制制度等。此外，知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度的建設(shè)是一個(gè)不斷完善的過程，應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)實(shí)際操作情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)充。
3.5為知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理提供充足的資金支持
知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理費(fèi)用主要包括專利申請(qǐng)費(fèi)、審查費(fèi)、維持費(fèi)和費(fèi)以及對(duì)專利申請(qǐng)人和單位的獎(jiǎng)勵(lì)費(fèi)用和用于知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理工作的辦公費(fèi)用等。充裕的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理資金能夠激發(fā)科研人員和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理人員的熱情和積極性，保障知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理工作的順利開展。
根據(jù)運(yùn)動(dòng)技能形成過程中的不同階段的特點(diǎn),我采用不同的教法:
初學(xué)階段:緊抓住主要環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué),不過多強(qiáng)調(diào)教學(xué)的細(xì)節(jié)。推鉛球最后用力是技術(shù)的關(guān)鍵,我們要在教學(xué)中投入大量的時(shí)間和精力進(jìn)行練習(xí),并多作示范,幫助學(xué)生體會(huì)動(dòng)作要領(lǐng)及環(huán)節(jié)的用力順序,強(qiáng)調(diào)超越器械動(dòng)作方法及重要性,以縮短初學(xué)階段時(shí)間。同時(shí),充分發(fā)揮兩個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的作用,特別注重發(fā)揮兩全信號(hào)的作用。1.精講。講解簡(jiǎn)明扼要,便于學(xué)生理解。2.多練。我們要經(jīng)常做示范,從不同的角度增加學(xué)生發(fā)生的感性認(rèn)識(shí),并要求學(xué)生反復(fù)練習(xí),體會(huì)動(dòng)作要領(lǐng),同時(shí)我們要及時(shí)指出學(xué)生發(fā)生的主要錯(cuò)誤及其原因所在。3.通過動(dòng)作正確的學(xué)生和動(dòng)作錯(cuò)誤的學(xué)生對(duì)比示范,逐步使學(xué)生樹立正確推鉛球的動(dòng)作技術(shù)概念,促使分化抑制較快的建立,對(duì)正確的動(dòng)作予以肯定,并用鼓勵(lì)的語言刺激強(qiáng)化“好、對(duì)!”。對(duì)不正確或錯(cuò)誤動(dòng)作,不予以強(qiáng)化及時(shí)指出“不對(duì)!錯(cuò)了!”。
泛化階段:主要幫助學(xué)生掌握動(dòng)作的細(xì)節(jié)部分,要求用力蹬地,快速移動(dòng),做出超越器械動(dòng)作,對(duì)學(xué)生提出嚴(yán)格的要求,有錯(cuò)就糾,加速形成正確的運(yùn)動(dòng)技能,促進(jìn)分化抑制和延緩抑制的進(jìn)一步發(fā)展。
鞏固和運(yùn)用自如的階段:其主要的任務(wù)就是防止已定型的推鉛球技術(shù)能發(fā)生消退,教學(xué)中要加強(qiáng)練習(xí),反復(fù)練習(xí)不斷予以強(qiáng)化。有道是熟能生巧,功到自然成。
(一)研究對(duì)象與方法
本研究以初學(xué)學(xué)生為研究對(duì)象,研究方法:文獻(xiàn)資料及觀察法的基礎(chǔ)上,進(jìn)行系統(tǒng)分析。
(二)在教學(xué)實(shí)踐中,我們要采取了以下手段和方法
1.首先要掌握原地側(cè)向推鉛球技術(shù)。在一段時(shí)間教學(xué)后,特別要強(qiáng)調(diào)推鉛球的動(dòng)作要領(lǐng)及方法,使學(xué)生較快地掌握原地側(cè)向墊步推鉛球的動(dòng)作技術(shù)概念,為今后側(cè)向墊步推鉛球打下良好的基礎(chǔ)。
(1)根據(jù)學(xué)生力量大小不同姿勢(shì)進(jìn)行臂屈練習(xí),如推墻練習(xí),斜立撐;兩人一組掌心相對(duì),手指相對(duì)練習(xí)推手,要求伸臂用力動(dòng)作快。這些練習(xí)與推鉛球出手時(shí)的動(dòng)作相似,能使學(xué)生比較正確的本能感受和技能刺激。
(2)二人一組,后面一位同學(xué)拉住前面一位同學(xué)的左手,稍稍用力,使他做出蹬地轉(zhuǎn)髖的動(dòng)作,保持一段時(shí)間(10″—15″)要求有超越器械的動(dòng)作,使學(xué)生感受到推鉛球的用力順序,建立正確的感性認(rèn)識(shí)。在練習(xí)的過程中及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤動(dòng)作,同時(shí)伴以語言信號(hào)刺激,叫學(xué)生反復(fù)練習(xí),強(qiáng)化正確動(dòng)作概念,形成良好的技術(shù)動(dòng)作基礎(chǔ)。
(3)①先要求學(xué)生進(jìn)行徒手模仿練習(xí)將原地側(cè)向推鉛球技術(shù)按“蹬地送髖”、“起體制動(dòng)”,“送看推球”三個(gè)動(dòng)作環(huán)節(jié)來進(jìn)行練習(xí)。先體會(huì)各動(dòng)作環(huán)節(jié)的肌肉感覺并適時(shí)地疊加直至完整動(dòng)作。及時(shí)糾正練習(xí)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作,集體與個(gè)別相結(jié)合。
②持球練習(xí):鉛球置于指根,掌心不能觸球,把球放在鎖窩處,大拇指朝下,肘關(guān)節(jié)抬起(略低于肩),自然而放松。
③推高與拔指練習(xí)
A、在投擲的前方設(shè)定一定高度的橫桿,學(xué)生在原地或正面推鉛球過桿,注意出手的角度及速度,同時(shí)注意上下肢的協(xié)調(diào)性及上肢的用力順序、頂肩、挺胸、抬頭,右肩用力向前迅速伸臂推球,屈腕撥指。
B、①徒手撥指練習(xí):左手壓住右手中間三指,右手盡力前推,要求肘關(guān)節(jié)抬起,有正確的出手角度(38°—42°)
②在高處懸掛一實(shí)心球,進(jìn)行撥指練習(xí)。
(4)持球投擲:在掌握上述動(dòng)作的基礎(chǔ)上,學(xué)生對(duì)原地推鉛球的技術(shù)有比較清楚的認(rèn)識(shí),學(xué)生之間可以相互指正,共同提高,對(duì)在練習(xí)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作,教師要及時(shí)糾正,并要多做示范,使學(xué)生強(qiáng)化正確動(dòng)作技術(shù)。
2.在掌握原地側(cè)向推鉛球的基礎(chǔ)上,練習(xí)側(cè)向墊步推鉛球。
墊步推鉛球是為高中階段學(xué)習(xí)滑步推鉛球的一種過渡性技術(shù),墊步和滑步都是為了使鉛球在出手的瞬間獲得較大的初速度。在教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)墊步的動(dòng)作方法,抓住墊步與最后用力的緊密銜接這一技術(shù)關(guān)鍵。A右側(cè)向移動(dòng)比較快,要求:屈膝微蹲,移動(dòng)動(dòng)作而平穩(wěn);B增強(qiáng)腿步肌肉力量練習(xí);C徒手墊步:要求重心平穩(wěn),腳步移動(dòng)快速有力。要求做出超越器械動(dòng)作,蹬地有力,兩腿同時(shí)用力,幾乎同時(shí)落地。
(5)持球練習(xí)墊步:動(dòng)作要求同上,但學(xué)生在練習(xí)中往往鉛球要離開肩或球不貼緊頸及肘關(guān)節(jié)下落,所以要練習(xí)中,特別要注意這幾個(gè)環(huán)節(jié),及時(shí)糾正錯(cuò)誤,同時(shí)要幫助力量小、個(gè)子矮的同學(xué)克服心理障礙,增強(qiáng)信心。
(6)在掌握原地推鉛球和墊步的基礎(chǔ)上側(cè)向墊步推鉛球,就會(huì)起到事半功倍的成效。分解動(dòng)作到整個(gè)動(dòng)作再分解動(dòng)作,學(xué)生對(duì)技術(shù)的掌握就更扎實(shí),技能也在不斷地提高,形成比較穩(wěn)定的動(dòng)力定型。
(三)教學(xué)效果及體會(huì)
在教學(xué)實(shí)踐過程中,鉛球教學(xué)時(shí)間是比較少的,要很好地掌握推鉛球技術(shù),僅憑課上的時(shí)間是很不夠的,教師應(yīng)督促學(xué)生在課外活動(dòng)時(shí),也要進(jìn)行練習(xí),并且還可以布置徒手動(dòng)作技術(shù)的回家作業(yè),空閑時(shí),學(xué)生可以練習(xí),這樣既得到了積極性的休息又提高了推鉛球的技術(shù)。由于男女學(xué)生體質(zhì)和身體素質(zhì)的差異,在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中男生掌握推鉛球技術(shù)明顯快于女生,所以,在教學(xué)中,女生學(xué)習(xí)推鉛球技術(shù)的時(shí)間要增加2—3學(xué)時(shí),這樣才能與男生同步,同時(shí)又要用鼓勵(lì)幫助的態(tài)度,來克服女生畏難的情緒,激發(fā)她們的學(xué)習(xí)積極性。只有這樣,才能全面地提高學(xué)生推鉛球的技術(shù)和技能。
參考文獻(xiàn)
①邰崇禧等.中學(xué)體育教材教法。
關(guān)鍵詞:伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù),直線電機(jī),可編程計(jì)算機(jī)控制器,運(yùn)動(dòng)控制
一、引言
信息時(shí)代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè),在這場(chǎng)新技術(shù)革命沖擊下,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變,微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動(dòng)力設(shè)備相結(jié)合,促使機(jī)械工業(yè)開始了一場(chǎng)大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展,各先進(jìn)國(guó)家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注,它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面起著極大的作用。
在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí),運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分,也得到前所未有的大發(fā)展,國(guó)內(nèi)外各個(gè)廠家相繼推出運(yùn)動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)(FullClosedACServo)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)(LinearMotorDriving)、可編程序計(jì)算機(jī)控制器(ProgrammableComputerController,PCC)和運(yùn)動(dòng)控制卡(MotionControllingBoard)等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。
二、全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)
在一些定位精度或動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求比較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品中,交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛,其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字化控制模式的潮流,而且調(diào)試、使用十分簡(jiǎn)單,因而被受青睞。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器(DigitalSignalProcessor,DSP),可以對(duì)電機(jī)軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣,在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng),并充分發(fā)揮DSP的高速運(yùn)算能力,自動(dòng)完成整個(gè)伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié),甚至可以跟蹤負(fù)載變化,實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益;有的驅(qū)動(dòng)器還具有快速傅立葉變換(FFT)的功能,測(cè)算出設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn),并通過陷波濾波方式消除機(jī)械共振。
一般情況下,這種數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制方式,即伺服電機(jī)上的編碼器反饋既作速度環(huán),也作位置環(huán)。這種控制方式對(duì)于傳動(dòng)鏈上的間隙及誤差不能克服或補(bǔ)償。為了獲得更高的控制精度,應(yīng)在最終的運(yùn)動(dòng)部分安裝高精度的檢測(cè)元件(如:光柵尺、光電編碼器等),即實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是:伺服系統(tǒng)只接受速度指令,完成速度環(huán)的控制,位置環(huán)的控制由上位控制器來完成(大多數(shù)全閉環(huán)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就是這樣)。這樣大大增加了上位控制器的難度,也限制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前,國(guó)外已出現(xiàn)了一種更完善、可以實(shí)現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng),使得高精度自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)更為容易。
該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷,伺服驅(qū)動(dòng)器可以直接采樣裝在最后一級(jí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等),作為位置環(huán),而電機(jī)上的編碼器反饋此時(shí)僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機(jī)械傳動(dòng)上存在的間隙(如齒輪間隙、絲杠間隙等),補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)件的制造誤差(如絲杠螺距誤差等),實(shí)現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能,獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動(dòng)器來完成,無需增加上位控制器的負(fù)擔(dān),因而越來越多的行業(yè)在其自動(dòng)化設(shè)備的改造和研制中,開始采用這種伺服系統(tǒng)。
三、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)
直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用,近幾年來已在世界機(jī)床行業(yè)得到重視,并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起"直線電機(jī)熱"。
在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中,采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)(拖板)之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié),把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零,因而這種傳動(dòng)方式又被稱為"零傳動(dòng)"。正是由于這種"零傳動(dòng)"方式,帶來了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。
1.高速響應(yīng)由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的機(jī)械傳動(dòng)件(如絲杠等),使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高,反應(yīng)異常靈敏快捷。
2.精度直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙和誤差,減少了插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測(cè)反饋控制,即可大大提高機(jī)床的定位精度。
3.動(dòng)剛度高由于"直接驅(qū)動(dòng)",避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象,同時(shí)也提高了其傳動(dòng)剛度。
4.速度快、加減速過程短由于直線電動(dòng)機(jī)最早主要用于磁懸浮列車(時(shí)速可達(dá)500Km/h),所以用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中,要滿足其超高速切削的最大進(jìn)個(gè)速度(要求達(dá)60~100M/min或更高)當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述"零傳動(dòng)"的高速響應(yīng)性,使其加減速過程大大縮短。以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速,高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停?？色@得較高的加速度,一般可達(dá)2~10g(g=9.8m/s2),而滾珠絲杠傳動(dòng)的最大加速度一般只有0.1~0.5g。5.行程長(zhǎng)度不受限制在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機(jī),就可以無限延長(zhǎng)其行程長(zhǎng)度。
6.運(yùn)動(dòng)動(dòng)安靜、噪音低由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦,且導(dǎo)軌又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌(無機(jī)械接觸),其運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音將大大降低。
7.效率高由于無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗,傳動(dòng)效率大大提高。
直線傳動(dòng)電機(jī)的發(fā)展也越來越快,在運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)中倍受重視。在國(guó)外工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家已開始推廣使用相應(yīng)的產(chǎn)品,其中美國(guó)科爾摩根公司(Kollmorgen)的PLATINNMDDL系列直線電機(jī)和SERVOSTARCD系列數(shù)字伺服放大器構(gòu)成一種典型的直線永磁伺服系統(tǒng),它能提供很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運(yùn)動(dòng);德國(guó)西門子公司、日本三井精機(jī)公司、臺(tái)灣上銀科技公司等也開始在其產(chǎn)品中應(yīng)用直線電機(jī)。
四、可編程計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)
自20世紀(jì)60年代末美國(guó)第一臺(tái)可編程序控制器(ProgrammingLogicalController,PLC)問世以來,PLC控制技術(shù)已走過了30年的發(fā)展歷程,尤其是隨著近代計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,它已在軟硬件技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走出了當(dāng)初的"順序控制"的雛形階段?？删幊逃?jì)算機(jī)控制器(PCC)就是代表這一發(fā)展趨勢(shì)的新一代可編程控制器。
與傳統(tǒng)的PLC相比較,PCC最大的特點(diǎn)在于它類似于大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的PLC大多采用單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新。這樣處理方式直接導(dǎo)致了PLC的"控制速度"依賴于應(yīng)用程序的大小,這一結(jié)果無疑是同I/O通道中高實(shí)時(shí)性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件完美地解決了這一問題,它采用分時(shí)多任務(wù)機(jī)制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái),這樣應(yīng)用程序的運(yùn)行周期則與程序長(zhǎng)短無關(guān),而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。由此,它將應(yīng)用程序的掃描周期同外部的控制周期區(qū)別開來,滿足了實(shí)時(shí)控制的要求。當(dāng)然,這種控制周期可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下,按照用戶的實(shí)際要求,任意修改。
基于這樣的操作系統(tǒng),PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成,給工程項(xiàng)目應(yīng)用軟件的開發(fā)帶來很大的便利。因?yàn)檫@樣可以方便地按照控制項(xiàng)目中各部分不同的功能要求,如運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、PID調(diào)節(jié)運(yùn)算、通信控制等,分別編制出控制程序模塊(任務(wù)),這些模塊既獨(dú)立運(yùn)行,數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián),這些模塊經(jīng)過分步驟的獨(dú)立編制和調(diào)試之后,可一同下載至PCC的CPU中,在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下并行運(yùn)行,共同實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的控制要求。
PCC在工業(yè)控制中強(qiáng)大的功能優(yōu)勢(shì),體現(xiàn)了可編程控制器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及DCS(分布式工業(yè)控制系統(tǒng))技術(shù)互相融合的發(fā)展潮流,雖然這還是一項(xiàng)較為年輕的技術(shù),但在其越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域中,它正日益顯示出不可低估的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
五、運(yùn)動(dòng)控制卡
運(yùn)動(dòng)控制卡是一種基于工業(yè)PC機(jī)、用于各種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制單元。它的出現(xiàn)主要是因?yàn)?(1)為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、柔性、開放性等要求;(2)在各種工業(yè)設(shè)備(如包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等)、國(guó)防裝備(如跟蹤定位系統(tǒng)等)、智能醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)研制和改造中,急需一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊的硬件平臺(tái);(3)PC機(jī)在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用,也促使配備相應(yīng)的控制卡以充分發(fā)揮PC機(jī)的強(qiáng)大功能。超級(jí)秘書網(wǎng)
運(yùn)動(dòng)控制卡通常采用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片或高速DSP作為運(yùn)動(dòng)控制核心,大多用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。一般地,運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作(例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等);控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)(包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等)。運(yùn)動(dòng)控制卡都配有開放的函數(shù)庫供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺(tái)下自行開發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開放的運(yùn)動(dòng)控制卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。
這種運(yùn)動(dòng)控制模式在國(guó)外自動(dòng)化設(shè)備的控制系統(tǒng)中比較流行,運(yùn)動(dòng)控制卡也形成了一個(gè)獨(dú)立的專門行業(yè),具有代表性的產(chǎn)品有美國(guó)的PMAC、PARKER等運(yùn)動(dòng)控制卡。在國(guó)內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品也已出現(xiàn),如成都步進(jìn)機(jī)電有限公司的DMC300系列卡已成功地應(yīng)用于數(shù)控打孔機(jī)、汽車部件性能試驗(yàn)臺(tái)等多種自動(dòng)化設(shè)備上。
在春、秋2季均可進(jìn)行。春季在4月下旬至5月底，此時(shí)氣候溫和，枝條活力強(qiáng)，插后1個(gè)月即可生根，成活率高。秋季扦插在8月下旬至10月底進(jìn)行，此時(shí)扦插受晝夜溫差大影響，生根相對(duì)較慢，要40~50d才能生根，成活率比春插稍低。
2苗床準(zhǔn)備
扦插育苗宜選擇土層深厚、結(jié)構(gòu)疏松、通透性能佳、富含腐殖質(zhì)、排水良好的地塊作插床。插床拌入腐熟的農(nóng)家肥（豬糞、牛屎）3000kg/hm2、過磷酸鈣375kg/hm2作基肥，再拌入火土灰或谷糠灰300~450kg/hm2，以利透氣。為減少扦插苗發(fā)病，插前要對(duì)土壤進(jìn)行消毒，用50%退菌特可濕性粉劑500~800倍液噴灑土壤，再用塑料薄膜覆蓋3~4d，揭膜后1周扦插。
3插穗的選擇與修剪
選擇當(dāng)年生、沒有病蟲害的健壯枝條（以花后枝條較好），剪除枝條上部，選取枝條中、下部，每10cm左右剪截1段，作為一根插穗，其上保留3~4個(gè)腋芽。不留葉片或僅保留頂部1~2片葉片，以防插條內(nèi)水分和養(yǎng)分流失，以利扦插生根及控制枝、葉生長(zhǎng)。插穗上端剪成平口，下端剪成斜口，剪口距腋芽1cm。剪口要平滑，以便形成愈合組織。
4扦插前的生根處理
一是浸泡法。用2號(hào)ABT生根粉配成30~50mg/kg溶液，將插穗以50~100根捆為1捆，下端2cm浸入該溶液2~4h，取出后插入苗床，深度3~5cm。二是蘸法。用50%酒精和萘乙酸或吲哚丁酸配成500mg/kg溶液，將插穗下端2cm浸入該溶液中2~5s，待藥液稍干后，立即插入苗床。為避免插穗在生根期間因病菌侵襲而腐爛，還可在配制生根藥劑時(shí)，同時(shí)加入2.5%克菌康。把剪好的插穗按50根1捆，將其下部5cm浸入100mg/kgGGR6號(hào)溶液中1~2h，可提高扦插成活率。
5扦插
盡可能做到隨剪枝、隨處理、隨扦插。扦插時(shí)千萬不要傷及皮部，一般先用小木棒或用手指在插床上插出1個(gè)小洞，再將插穗放入洞內(nèi)。扦插深度為插條長(zhǎng)度的1/2~2/3，株行距為10cm×15cm。插后用手將土壓實(shí)，澆1次透水，使插穗與土壤緊密結(jié)合。
6插后管理
（1）架拱棚、蓋遮陽網(wǎng)。塑料棚可調(diào)節(jié)土壤和空氣的溫度和濕度，遮陽網(wǎng)可防止陽光直射，降低溫度。遮陽網(wǎng)的透光率以20%~30%為宜。除在苗床頂上覆蓋遮陽網(wǎng)外，還要在苗床的東、西側(cè)掛簾遮光，以減少早晚陽光照射。月季生根的最佳溫度為20~25℃，溫度過高，除覆蓋遮陽網(wǎng)外，還可澆水降溫和通風(fēng)降溫。
（2）澆水。扦插前期，插穗尚未萌發(fā)葉片，供水不宜太多，一般7~10d澆1次即可。1個(gè)月后，穗條開始生根、抽梢，耗水量逐漸增大，應(yīng)3~5d澆1次。澆水量應(yīng)依土壤濕度和空氣濕度確定，做到土壤干濕適度。扦插后最佳的水分條件是：苗床的田間持水量保持在80%左右，空氣相對(duì)濕度80%~90%。濕度過大，可控制澆水量和加強(qiáng)通風(fēng)；濕度過小，可增加澆水量和噴水次數(shù)。
（3）施肥。插條需肥量不大，在整地時(shí)已施了基肥，故在成苗移栽前無需再土壤施肥，但要進(jìn)行葉面施肥。即在扦插1個(gè)月后，每15d輪流用0.3%尿素液肥和0.2%的磷酸二氫鉀液肥進(jìn)行1次葉面施肥，以促進(jìn)生根。
（4）除草。要及時(shí)拔除插床內(nèi)的雜草，但不要?jiǎng)用纭?/p>
（5）煉苗。苗木生根半年后，要適當(dāng)延長(zhǎng)其通風(fēng)和光照時(shí)間，以提高苗木適應(yīng)外部環(huán)境的能力。
7病蟲害防治
月季病蟲害主要有黑斑病、白粉病、葉枯病、刺蛾、蚜蟲等。防治黑斑病可噴施多菌靈、甲基托布津、達(dá)可寧等藥物。防治白粉病于發(fā)病期噴施多菌靈、三唑酮即可，但以國(guó)光英納效果最佳。在葉枯病防治上，除加強(qiáng)肥水管理外，冬天應(yīng)剪掉病枝病葉，清除地下落葉，減少初侵染源。發(fā)病時(shí)應(yīng)采取綜合防治措施，并噴灑多菌靈、甲基托布津等殺菌藥劑。刺蛾主要為黃刺蛾、褐邊綠刺蛾、麗褐刺蛾、桑褐刺蛾、扁刺蛾的幼蟲，于高溫季節(jié)大量啃食葉片。一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)立即用90%的敵百蟲晶體800倍液噴殺，或用2.5%的殺滅菊酯乳油1500倍液噴殺。蚜蟲主要為月季管蚜、桃蚜等，及時(shí)用10%的吡蟲啉可濕性粉劑2000倍液噴殺。
關(guān)鍵詞：大果沙棘；嫩枝；硬枝；扦插育苗
大果沙棘是100多個(gè)抗寒、抗病、少刺或無刺、果大、高產(chǎn)、工藝品質(zhì)好的優(yōu)良沙棘品種的統(tǒng)稱。目前，大果沙棘繁育園地面積小，母樹少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了各地對(duì)大果沙棘種苗的要求。因此，只有加速大果沙棘苗木繁育，提供大量?jī)?yōu)質(zhì)苗木，才能促進(jìn)沙棘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在繁育方法上，改過去以種子繁育實(shí)生苗為主的方式為扦插育苗方法，成活率高、繁殖系數(shù)大，成本相對(duì)較低，且能控制雌雄株比例。大果沙棘扦插育苗有嫩枝扦插育苗和硬枝扦插育苗2種形式，現(xiàn)分別介紹如下。
1嫩枝扦插育苗技術(shù)
1.1苗床建立
育苗沙床是保證插條水分、養(yǎng)分供應(yīng)及保持溫度的基礎(chǔ)，沙床的基質(zhì)必須具備通氣、滲水、容熱等功能，才能保證插穗生根。育苗沙床的結(jié)構(gòu)一般分3層：下層（基礎(chǔ)層）卵石，厚度15～20cm；中層豆沙，厚度10～15cm；上層河沙（沙土），厚度15～20cm。扦插前床面沙土要進(jìn)行消毒，減少病蟲害對(duì)扦插苗的危害（消毒時(shí)用稀高錳酸鉀溶液）。
1.2采穗
1.2.1采穗時(shí)間。采穗一定要選擇一年生生長(zhǎng)旺盛期的半木質(zhì)化枝條。時(shí)間一般在6月下旬至7月上旬，一天當(dāng)中，早晨帶露水采穗最佳，采后蓋塑料薄膜，避光剪穗。
1.2.2插穗規(guī)格和剪切方法。插穗長(zhǎng)度一般7～11cm，莖粗0.3～0.5cm，用嫁接刀或單面刀削出斜切口，切口要平滑，在距切口上邊緣0.3～0.5cm處留1個(gè)芽，以便早生根。剪好插條將頂部生長(zhǎng)點(diǎn)及3～5個(gè)葉片留下，其余葉片剪掉，修剪好的插條應(yīng)及時(shí)將切口部位浸放在盛水容器中，以免失水。
1.3扦插
扦插密度與深度是插條成活的重要因素。因此，要提高扦插成活率就必須選擇合理的扦插密度和深度。扦插密度以株行距2cm×7cm、扦插700條/m2為宜；扦插深度以3～4cm左右為佳；一般在太陽落山時(shí)扦插，邊插邊噴水，插滿苗床后，開噴霧裝置。扦插后不需遮蔭。因?yàn)榍l已經(jīng)經(jīng)過了1晝夜的飽水、適床過程，且大果沙棘嫩枝扦插是全日光育苗。
1.4合理使用生根劑
插穗浸泡在盛水容器中時(shí)，最好在容器中加入生根劑、吲哚乙酸或ABT生根粉1號(hào)，促進(jìn)生根，浸泡時(shí)間12h。
1.5苗床管理
1.5.1水分及溫度。高溫高濕條件有利生根，保持溫度在20～25℃，扦插后前10d，要經(jīng)常噴水，沙土一定要保持濕潤(rùn)。
1.5.2施肥。扦插苗生根后，中期對(duì)養(yǎng)分需求相對(duì)較多。因此當(dāng)植株葉片色變淡、生長(zhǎng)勢(shì)弱時(shí)，要追施氮肥；磷肥在做床整地時(shí)應(yīng)施足，中期不必追磷；當(dāng)葉尖及葉邊緣變黃、只有葉片中部為綠色時(shí)應(yīng)葉面噴施鉀肥。
1.5.3病蟲害防治。病蟲害防治應(yīng)以預(yù)防為主，在扦插前對(duì)育苗床用百菌清和根必治進(jìn)行消毒。苗木生育期，應(yīng)針對(duì)病蟲害種類及生長(zhǎng)密度及時(shí)噴撒相應(yīng)的殺蟲、殺菌劑，保證苗木正常生長(zhǎng)。
1.6苗木移床
插穗一般10～12d生出不定根，20d完全生根，50d左右即可移床。樂都縣因冬季氣候寒冷，翌年春季移苗最好，移后苗圃地保濕即可成活。
2硬枝扦插育苗技術(shù)
2.1苗床建立
選擇肥沃沙壤土，插前整地作床，苗床寬1.0～1.2m。
2.2采穗
2.2.1采穗時(shí)間。引進(jìn)大果沙棘苗5年以后采穗，枝條要在休眠期采，即每年2、3月份進(jìn)行，一般選擇二至三年生木質(zhì)化、健壯枝條。
2.2.2插穗規(guī)格。插穗長(zhǎng)度20～22cm，采后的成捆插條基部置于粗沙中貯存，插條上不覆蓋任何物，沙子溫度保持1～3℃。
2.3扦插
扦插前苗床灌足底水，覆好地膜。扦插深度3.0～3.5cm，株行距5cm×10cm，扦插200條/m2。插穗用引哚乙酸或ABT生機(jī)粉1號(hào)溶液100mg/kg浸泡2h。
2.4苗木移床
當(dāng)插穗上部葉芽開始生長(zhǎng)，則說明插穗開始生根；當(dāng)插條生長(zhǎng)量達(dá)5～8cm時(shí)，即可拆除地膜，并且注意施肥、灌溉和防治病蟲害，春季進(jìn)行苗木移床。
硬枝扦插育苗與嫩枝扦插育苗比較，具有繁育方法簡(jiǎn)單、費(fèi)用消耗少、繁殖系數(shù)大、露地扦插等優(yōu)點(diǎn)；但硬枝扦插育苗必須在擁有相當(dāng)數(shù)量二年生枝條情況下進(jìn)行，而嫩枝扦插可采穗一年生枝條。因樂都縣大果沙棘引進(jìn)的數(shù)量有限，為縮短育苗周期，加速大果沙棘新品種栽培，采用嫩枝扦插效果較佳。
煙塔合一是發(fā)電之后產(chǎn)生的廢煙氣經(jīng)脫硫之后，再被冷卻塔加熱后排入大氣進(jìn)行降解一種排煙技術(shù)。也是一個(gè)新新的技術(shù)，是集煙囪與冷卻踏多種特點(diǎn)，較大的提高了人力和物力的利用，還降低了經(jīng)濟(jì)成本，提高了排煙效率。其應(yīng)用的前景受到研究人員的關(guān)注。本文在查閱大量中外科技文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上就煙塔合一原理簡(jiǎn)單介紹，對(duì)煙塔合一技術(shù)環(huán)保優(yōu)勢(shì)，技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行了分析；根據(jù)我國(guó)國(guó)情現(xiàn)狀預(yù)測(cè)煙塔合一技術(shù)應(yīng)用前景，并提出相應(yīng)策略。
關(guān)鍵詞：煙塔合一，應(yīng)用前景，環(huán)保優(yōu)勢(shì)，技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)策
一、前言
由于全球二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等等主要大氣污染物的排放，造成建筑、生物、人類被因大氣污染造成的酸雨損害。隨著科技的更新人類生產(chǎn)力的不斷提高，使得工業(yè)、人類的社會(huì)活動(dòng)等等，向大氣的排放的污染氣體與日俱增。面對(duì)環(huán)境的惡化和全球大氣的氣溫的日益變暖，人類對(duì)環(huán)境的日益重視。而來自發(fā)電廠排出的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等占的比例很大。為了減少環(huán)境污染，減少對(duì)環(huán)境的損害和提高廢氣、煙氣的排放效率，科學(xué)界出現(xiàn)了一些實(shí)用技術(shù)。煙塔合一技術(shù)就是一種較成功的技術(shù)。“煙塔合一”技術(shù)，即取消火電廠中的煙囪，將鍋爐經(jīng)除塵脫硫后排出的煙氣，經(jīng)自然通風(fēng)冷卻塔排放到大氣中。此項(xiàng)技術(shù)首先在德國(guó)使用，從2O世紀(jì)7O年代開始，已有了多座大型火電廠采用[1]。
隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，火電廠、工廠的煙囪已經(jīng)不單純是一個(gè)排煙裝置，而發(fā)展成為控制大氣污染保護(hù)環(huán)境的一個(gè)設(shè)備[2]。它也是減少環(huán)境污染的一個(gè)方面。煙塔合一技術(shù)是利用冷卻塔巨大的熱濕空氣對(duì)脫硫后的凈煙氣形成一個(gè)環(huán)狀氣幕，對(duì)脫硫后凈煙氣形成包裹和抬升，增加煙氣的抬升高度，從而促進(jìn)煙氣中污染物的擴(kuò)散[3]。進(jìn)而提高排煙效率，減少環(huán)境污染。
煙塔合一技術(shù)是一個(gè)集經(jīng)濟(jì)和環(huán)保一身的技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用相當(dāng)廣泛，例如德國(guó)：脫硫后的煙氣經(jīng)冷卻塔排放技術(shù)(簡(jiǎn)稱煙塔合一技術(shù))在德國(guó)運(yùn)用比較成熟，據(jù)德國(guó)能源技術(shù)公司(GEA)介紹，RWE、VEGA、Saabergwerke及VEW電力公司均實(shí)施了煙塔合一工程[4]。對(duì)于煙氣的排放受到了各國(guó)的重視，既煙塔合一技術(shù)發(fā)展較快。
二、煙塔合一技術(shù)發(fā)展情況
煙塔合一技術(shù)在國(guó)外從20世紀(jì)70年代就開始研究，通過不斷的試驗(yàn)、研究、分析和改進(jìn)，技術(shù)已日趨成熟，其中以德國(guó)的SHU公司和比利時(shí)的Hmaon-Sobelco公司為代表。在德國(guó)新建火電廠中，已經(jīng)廣泛地利用冷卻塔排放脫硫煙氣，成為沒有煙囪的火電廠[5]。
煙塔合一技術(shù)分兩種：
外置式
把脫硫裝置安裝在冷卻塔外，脫硫后的潔凈煙氣引入冷卻塔內(nèi)排放。脫硫裝置安裝在冷卻塔外，凈煙氣直接引到冷卻塔噴淋層的上部，通過安裝在塔內(nèi)的除霧器除霧后均勻排放，與冷卻水不接觸。國(guó)外早期當(dāng)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行故障時(shí)，由于原煙氣的溫度和二氧化硫的含量相對(duì)較高，不適于通過冷卻塔排放，需經(jīng)干式煙囪排放。目前由于脫硫裝置運(yùn)行穩(wěn)定，冷卻塔外一般不設(shè)旁路煙囪。
內(nèi)置式
近幾年國(guó)外的煙塔合一技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，開始趨向?qū)⒚摿蜓b置布置在冷卻塔里面。使布置更加緊湊，節(jié)省用地。其脫硫后的煙氣直接從冷卻塔頂部排放。由于省去了煙囪、煙氣熱交換器，減少了用地，可大大降低初投資，并節(jié)約運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用[6]。
西方發(fā)達(dá)國(guó)家自19世紀(jì)70年代末到80年代末，相繼在燃煤電廠采用煙氣脫硫裝置。其中大部分脫硫裝置都為濕法脫硫工藝。濕法脫硫技術(shù)的發(fā)展和日臻成熟，但還是存在脫硫后煙氣從煙囪排放的一些困難。煙氣經(jīng)石灰石(濕法)脫硫后，煙溫一般在50℃左右，50℃的煙氣與室外空氣密度差甚小，再考慮到煙囪壁散熱導(dǎo)致的煙氣溫降(煙囪非雙曲線形)，其流動(dòng)特性不及冷卻塔，加上氣候變化的影響，至使經(jīng)脫硫后50℃的煙氣通過煙囪排放存在著困難。因此，不得不對(duì)50℃的煙氣進(jìn)行加熱，這樣勢(shì)必導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，初投資及運(yùn)行費(fèi)用增加。
此煙塔合一技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并獲得了應(yīng)用。近年來，在德國(guó)新建的閉式循環(huán)的發(fā)電廠，無論大小，幾乎都看不見代表發(fā)電廠的煙囪，取而代之的都是用冷卻塔將脫硫后的煙氣排放到大氣中去[7]。德國(guó)的風(fēng)調(diào)技術(shù)實(shí)驗(yàn)在德國(guó)的大學(xué)中完成標(biāo)志著煙塔合一技術(shù)的進(jìn)步[8]。德國(guó)在煙塔技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，德國(guó)的伍伯托大學(xué)曾經(jīng)舉辦關(guān)于煙塔合一的技術(shù)研討會(huì)[9]。
冷卻塔具有一定高度，比煙囪的表面積大許多，有些國(guó)外專家研究煙塔的太陽能發(fā)電，煙塔合一之后有比較大的表面積。通過附著太陽能發(fā)電板，所以煙塔合一和太陽能發(fā)電結(jié)合了起來，不但使環(huán)境污染減少而且使得能量的利用率提高了[10]。因?yàn)闊焽韬屠鋮s塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)煙氣的排放有著重要意義，國(guó)外目前研究的緊張結(jié)構(gòu)，雙曲線結(jié)構(gòu)，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)階段[11]。
國(guó)外研究情況表明煙塔合一技術(shù)的利用是因?yàn)槟軌蛉〉幂^好的經(jīng)濟(jì)效益而大量推廣，德國(guó)帥先從20世紀(jì)70年代就開始了煙塔合一的技術(shù)研發(fā)，目前德國(guó)是無煙囪電廠最多的一個(gè)國(guó)家之一[12]。
我國(guó)的經(jīng)濟(jì)較為落后，目前對(duì)環(huán)境的污染造成的危害認(rèn)識(shí)程度不夠，但隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，國(guó)民素質(zhì)的提高，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，我國(guó)的脫硫和煙塔技術(shù)研究與國(guó)外先進(jìn)水平存在一定差距。
20世紀(jì)90年代后期，我國(guó)電力市場(chǎng)的增長(zhǎng)日益加大。煙氣排放的標(biāo)準(zhǔn)日漸嚴(yán)格，我國(guó)的煙塔合一技術(shù)在一些電廠有了具體應(yīng)用。位于首都近郊的華能北京熱電廠，裝機(jī)容量84．5萬kW。2006年12月，隨著4號(hào)脫硫系統(tǒng)完成168小時(shí)試運(yùn)，華能北京熱電廠4臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)和煙塔合一工程全部投入運(yùn)行，成為我國(guó)首個(gè)可取消煙囪的火電廠[13]。煙塔合一工程的建成標(biāo)志著我國(guó)煙塔合一技術(shù)的里程碑，也是亞洲第一個(gè)出現(xiàn)了沒有煙囪的火電廠。
相繼大唐發(fā)電集團(tuán)的哈爾濱第一熱電廠采用煙塔合一技術(shù)脫硫脫硝[14]，國(guó)化三河發(fā)電廠二期擴(kuò)建也采用了煙塔合一技術(shù)，大唐國(guó)際錦州熱電廠采用煙塔合一技術(shù)等等。專家認(rèn)為采用煙塔合一技術(shù)后脫硫系統(tǒng)將大為簡(jiǎn)化，不僅可節(jié)約建設(shè)用地、節(jié)省工程投資，而且可大大降低脫硫系統(tǒng)排煙阻力、從而明顯減少脫硫電耗和運(yùn)行費(fèi)用[15]。
隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長(zhǎng)，環(huán)保問題日益重視。在不久的將來，煙塔合一技術(shù)會(huì)得到廣泛應(yīng)用。煙塔合一技術(shù)有待推廣，發(fā)展前景很大。
三、總結(jié)
由于全世界的經(jīng)濟(jì)進(jìn)程的推進(jìn)，工業(yè)發(fā)展的速度不斷加快，用電量的迅速上升，以及我國(guó)電力市場(chǎng)的不斷增長(zhǎng)，隨著我國(guó)國(guó)民素質(zhì)的提高，對(duì)發(fā)展電力的同時(shí)也對(duì)環(huán)境保護(hù)認(rèn)識(shí)不斷加深。電廠煙氣的排放對(duì)環(huán)境保護(hù)有著重要意義，其中的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物的排放對(duì)于動(dòng)植物，大氣及地下水和人類的危害又不容忽視。所以煙塔合一技術(shù)對(duì)環(huán)境問題應(yīng)用意義重大，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)狀煙塔合一技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用，是適合我國(guó)國(guó)情和相應(yīng)政策。
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