我国应对全球气候变化的技术.docx
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我国应对全球气候变化的技术
我国应对全球气候变化的技术
TechnologiesofChinatodealwith
theglobalclimatechanges
专业：
机电工程学院测控技术与仪器
班级：
2010-1班
作者：
刘颖
学号：
20100310110105
摘要
当今社会经济迅速发展，但是却在环境方面付出了巨大的代价，地球已经不堪重负。
随着全球变暖的日益加重，冰山不断融化，海平面不断上升，夏天越来越热，冬天越来越暖，世界各国纷纷采取相应措施。
我国经济于近几十年来的飞速发展使得我国的环境问题尤为堪忧，不得不研发各项技术缓解经济与环境背道而驰的现状。
本文主要围绕我国应对气候变化的技术进行介绍，简述我国在发展低碳经济、减少二氧化碳的排放量、发展循环经济、提高废弃物利用率、发展高能环保经济等方面的技术，同时概述我国的气候现状及我国经济对环境的依赖性等问题。
关键词：
全球气候变化，我国，经济发展，低碳，环保，技术。
一、全球气候变化现状
1.气温变化
观测记录和研究结果表明，自l861年以来全球陆地和海洋表面的平均温度呈上升趋势，20世纪升高了大约0．6℃左右；就全球而言，20世纪90年代是自1861年以来最暖的10年，1998年则是自l861年以来最暖的1年。
自1980年起，每个十年的气温都较上个十年平均上升0.2华氏度，如此地球温度50年来上升了1华氏度（0.56摄氏度）。
专家称，乍看升幅细微，但已足令冰川和海冰持续融化，豪雨频密，热浪迭至。
近百年的全球温度仪器测量记录还表现出明显的年代际变化，20世纪最主要的增暖发生在1910-1945年和1976-2000年期间。
结合大量代用资料，对近1000年北半球气候变化的研究表明，20世纪的增温有可能是近1000年中最大的，20世纪90年代可能是近l000年中最暖的10年，1998年是近
1000年中最暖的1年。
观测资料显示，1951-1989年全国年平均气温以每10年0．04℃的速率上升，表现出明显的上升趋势；自1987年以来出现了持续14年的异常偏暖，最暖的1998年偏暖1．4℃。
这一变暖趋势与全球变暖的趋势一致。
但是，中国气候也表现出明显的年代际特征，20世纪60年代为弱下降趋势，70～80年代初为缓慢增暖趋势，80年代后期则出现显著增暖。
就地区而言，东北、华北和西北地区西部增温最显著，而且冬季比其他季节增温明显，晚上增温比白天明显。
乍看之下，每10年温度上升0.2华氏度似乎微不足道，但累积起来产生的影响却很惊人。
过去的半个世纪，气温上升了1华氏度左右，已使地球发生了许多重大变化：
冰川和海冰融化，暴雨加剧，热浪袭击越来越频繁，危害也越来越严重。
温度的持续上升将威胁人类社会生活的各个方面，包括沿海城市和基础设施、供水和农业等。
一个越来越热的极端气候正威胁着数千年的人类文明。
2.海洋变暖
最近的研究表明，世界各大海洋由于吸收了大气中积聚起来的多余热量，海水热含量也在不断上升中。
事实上，过去半个世纪里，在地球变暖过程中，90%的热量都进入了海洋。
海面以下6000英尺深处也可观测到海水在变暖的迹象，但大部分的热量积聚在近表面的海水层。
海水变暖趋势将造成巨大的影响。
首先，随着水温上升，海水膨胀，水量增多，成为海平面上升的主要原因之一。
海平面上升的另一个主要原因是气候变暖造成陆地积冰融化。
此外，海洋散发热量的速度远低于大气中，若是留心观察一下，人们就可以发现，加热房间里的空气比加热游泳池里的水要快得多，但游泳池里的水却可以在更长的时间里留住热量。
3.降水变化
高纬地区大部分陆地区域每l0年降水增加0．5％～1．0％；北纬10°～30°大部分陆地区域降雨量每l0年减少了0．3%；北纬10°～南纬10°热带大陆地区降雨量每10年增加0．2％-0．3％。
与北半球相反，南半球不同纬度带没有检测出有类似的系统性的降水变化，这与没有足够的资料确定降水量的变化趋势有关。
观测资料表明，在过去近50年中，中国年平均降水量变化的趋势不显著，主要表现出明显的年际变化。
已有的研究表明，1951-1989年全国年平均降水量存在弱的减少趋势，但区域性差异明显，降水减少最严重的是华北，其次是长江中下游、华东和西南地区。
进入20世纪90年代，降水明显增多，但主要集中在长江中下游、华南和东北部分地区。
4.气候极端事件的变化
当某地的天气、气候出现不容易发生的“异常”现象，或者说当某地的天气、气候严重偏离其平均状态时，即意味着发生“极端事件”。
干旱、洪涝、高温热浪和低温冷害等事件都可以看成极端气候事件。
全球气候变暖后，不仅气候平均值会发生变化，天气和气候极端事件的出现频率也会随之发生变化。
虽然由于观测资料严重不足，目前还无法确定20世纪气候极端值是否出现全球尺度一致的变化趋势，但在区域尺度上还是发现了一些重要的“趋势”。
观测记录显示，自1950年以来，极端最低气温的出现频率有所下降，因此标志寒冷事件的“霜冻日数”和“冰冻日数”减少；但极端最高气温的出现频率有所增加。
观测记录还显示，北半球中高纬度地区降水量增加的地区，大雨和极端降水事件有增多趋势。
20世纪后半叶，北半球中高纬地区强降雨事件的出现频率可能增加了2％～4％；而北半球中高纬度地区降水量减少的地区，大雨和极端降水事件有下降趋势。
在亚洲和非洲的一些地区，近几十年来干旱与洪涝的发生频率增高、强度增强。
分析表明，夏季大陆上的一些地区可能已经变得更干，干旱的威胁可能也相应地有所增加。
在东亚地区，虽然降水量趋于下降或变化不大，但仍有些地方大雨和极端降水事件有所增加。
全球热带和副热带地区的风暴强度和频率的变化，很大程度上仍受年代际变化的影响，没有呈现明显的增多或减少趋势。
最近40～50年中，我国极端最低温度和平均最低温度都出现了增高的趋势，尤以北方冬季最为突出。
同时，寒潮频率趋于降低，低温日数趋于减少，雨日显著减少。
二、我国应对全球气候变化的技术
1.水泥低碳技术
位于桦南县石头河子镇向阳村的佳木斯北方水泥有限公司桦南分公司
4500t/d新型干法熟料生产线及纯低温余热发电技术改造项目于今年5月正式点火运行，余热发电项目也于当月投产发电。
该项目投产后，可年产高标号熟料170.5万吨，发电量5904万千瓦时，年实现销售4.05994亿元，年利润8567万元，是我省大型熟料生产线之一，也是黑龙江东部地区最大的熟料生产线。
其中余热发电可实现年发电量6120万千瓦时，收入2980万元，可实现利润1884万元。
余热发电系统运行后，每年可减少二氧化碳排放量6万吨，节约2.18万吨标准煤，同时，余热发电技术也使该项目生产过程中的余热得到充分利用，是国家政策要求和鼓励上的项目。
据了解，依照中国建材集团有限公司和黑龙江省人民政府签署的战略合作协议，中国建材集团将在我省投资30亿元发展建材工业，佳木斯北方水泥4500t/d新型干法熟料生产线及窑纯低温余热发电项目，是中国建材在我省投资的第一个大项目，建设投资6.2116亿元，其中余热发电项目投资6198万元。
该项目依托佳木斯北方水泥的技术、人才、管理的优势，桦南县石灰石储量和地理区位优势，佳木斯地区原煤资源和水泥销售市场优势，尤其是这一地区高标号熟料市场的空白，使得该项目具有了巨大的发展潜力。
佳木斯北方水泥4500t/d新型干法熟料生产线及窑纯低温余热发电项目采用目前国内最先进的水泥熟料生产和窑纯低温余热发电技术，工艺设备都达到了目前国内最先进水平。
余热发电是利用在熟料生产过程中窑头窑尾产生的余热，经余热锅炉回收产生蒸气，推动汽轮机带动发电机发电，是目前国内和国际上水泥窑最先进的回收利用装置。
2.建筑低碳技术
建筑节能低碳是一门综合性学科,它涉及到建筑、施工、采暖、通风、空调、照明、电器、建材、热工、能源、环境、检测、计算机应用等许多专业内容，是在许多学科边缘的交叉和结合后形成的，因此建筑节能低碳技术也是一门综合性的技术，包含了多个领域。
建筑节能低碳发展的重点领域为研究新型低能耗的围护结构（包括墙体、门窗、屋面）体系成套节能低碳技术及产品；新型能源的开发和能源的综合利用，包括太阳能、地下能源开发利用和能源综合利用，室内环境控制成套节能低碳技术的研究和设备开发；利用计算机模拟仿真技术分析制冷空调系统，对制冷空调系统进行智能控制，最大限度减低运行能源现有建筑的节能低碳改造成套技术，特别是围护结构和采暖空调系统改造；建筑物室内温度和湿度控制技术和冷热量计量收费技术及产品。
建筑节能低碳的关键技术：
围护结构的热传递机理；节能低碳指标体系优化方法以及建筑低能耗围护结构组合优化设计方法，冷热源的优化运行方式，包括制冷采暖系统运行工况优化调控，冷热负荷的预测技术，开发调节控制软件等；建筑室内温度控制和冷热量计量控制成套技术，包括适合中国国情的控制产品，冷热量计量装置的研制，计量收费系统的数学模型和软件，自动计量及收费网络系统的开发；新能源供热制冷成套技术的研究开发，包括地热能、太阳能、地下和地面水体蓄能等的开发利用，低能耗建筑的综合设计体系研究，建筑设计、环境控制和节能低碳设计的优化匹配，节能低碳
建筑和节能低碳设备优选和集成，以及相应优化节能低碳设计软件的开发等。
3.1变频节能技术——通用变频器
变频器是一种能够简单、自由地改变交流电机转速的一种控制装置。
简单地说变频器是通过改变电机输入电压的频率来改变电机转速的。
虽然变频器的种类很多，内部结构也各有不同，但大多数变频器都有相同或相似的基本结构，它们的区别仅仅是控制电路和检测电路实现的不同以及控制算法的不同而已。
目前几乎所有的通用变频器均采用以下主电路结构如下图所示。
通用变频器基本结构图
（1）基本原理
通用变频器由整流电路、直流环节和逆变电路组成。
整流电路为三相全波整流桥，作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源；直流环节对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源，此外由于电动机制动的需要，在直流环节中有时还包括制动电阻以及其它辅助电路；逆变电路的作用是将直流电逆成不同频率不同幅值交流电供给电机使用。
（2）技术优点
通用变频器相对于过去的调速系统具有如下优点：
1）调速方便、准确、响应特性好。
2）平滑加减速、安静化、高精度力矩控制、运行可靠性好。
3）操作方便，控制性能高。
4）节能，体积小。
5）价格便宜。
因此，在一切需要速度控制的场合，变频器逐渐取代了过去的滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统。
在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。
（3）适用场合
随着电力电子技术的发展，变频器的运用越来越广泛，凡是利用要使用交流电机进行调速的场合都可以使用变频器进行高性能的调速。
就应用领域，变频器在我国各行业均已得到应用：
1）小型的变频器应用如各行业的输送机、给料机、搅拌机、研磨机、粉碎机、切纸机、压延机、挤压机、阀门、压缩机、冷却塔、颦料机械、电梯、各种纺织机械。
2）大型的变频器应用领域如造纸厂的造纸机、模具厂的沣塑机、冶金厂轧钢机，以及化工等行业的大犁风机、水泵、起重机、输油管道等。
3.2变频节能技术——双PWM变换器
双PWM变换器采用PWM整流环节取代传统的不可控整流方式，与PWM逆变环节共同构成交直交变频器。
由于在两次变换过程中均采用了脉宽调制（PWM）技术，因此称为双PWM变换器。
其主电路拓扑结构如下图所示。
双PWM变换器主电路拓扑结构图
（1）基本原理
双PWM变换器的整流电路通过交流电抗器与电网联结，通过对整流电路进行PWM控制，能够使输入电流为正弦波，并与电网电压同相位，同时中间直流侧电压可以调节。
当负载为电动机时，电动机可以工作在电动运行状态，也可以工作在再生制动状态；通过改变交流侧输出电压的相序可以使电动机正转和反正，即实现电动机的四象限运行。
（2）技术优点
双PWM变换器相对于其他通用变频器具有如下优点：
1）电网侧输入电流为正弦波；
2）电网侧功率因数可控，可以做到单位功率因数1；
3）电能可以双向流动；
4）动态响应快。
因此，双PWM变换器能够有效地改善交流调速系统的运行效率，极大地节约了能源。
而且能在负载制动时将能量直接回馈给电网，实现真正高性能
的、高效的电机调速系统的节能和“绿色环保”的高度结合。
（3）适用场合
随着上述技术的不断发展，双PWM变换器的优势越来越明显，其巨大潜力正在受到越来越多的重视，应用也越来越广泛。
因此双PWM变换器现在主要用于以下几个方面：
1）四象限交流电机调速系统，如牵引、矿井等需要频繁四象限运行的场合。
2）作为统一潮流控制器，即柔性交流输电系统（FACTS）技术中最引人注目、最有应用前景的一种电力补偿装置。
3）风力发电并网系统，将永磁同步电机或者双馈电机的电能输送到电网上。
可以预见，双PWM变换器必将在现代工业领域发挥重要作用。
4.可再生能源利用技术--永磁同步风力发电系统
永磁同步风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点成为继双馈感应风电机组之后的又一重要风力发电机型受到广泛关注，并逐渐开始投入使用。
永磁同步风力发电系统基本结构如图8所示，它主要由风力机、永磁同步发动机、变频器和变压器组成。
永磁同步风力发电系统的基本结构
（1）基本原理
永磁同步风力发电的基本原理，就是利用风力带动风力机叶片旋转，拖动永磁同步发电机的转子旋转，实现发电。
永磁同步风力发电系统和笼型变速恒频风力发电系统类似，只是所采用的发电机为永磁式发电机，转子为永磁式结构，不需外部提供励磁电源，提高了效率。
它的变频恒速控制是在定子回路中实现的，把永磁同步发电机的变频的交流电通过变频器转变为电网同频的交流电，实现风力发电的并网，因此变频器的容量与系统的额定容量相同。
（2）技术特点
在过去的几十年里，由于永磁材料性能和电力电子装置的改善，永磁同步发电机已变得越来越具吸引力了。
采用永磁同步发电机的风力发电系统具
有以下特点：
1）永磁同步发电机系统不需要励磁装置，具有重量轻、效率高、功率因数高、可靠性好等优点；
2）变速运行范围宽，即可超同步运行也可以亚同步运行；
3）转子无励磁绕组，磁极结构简单、变频器容量小，可以做成多极电机；
4）同步转速降低，使风轮机和永磁发电机可直接耦合，省去了风力发电系统中的齿轮增速箱，减小了发电机的维护工作并降低噪声，使直驱永磁风力发电机系统。
（3）适用场合
1）在电力设施匮乏、交通不便、缺乏常规燃料，但风力资源丰富的地区，可以解决部分用电问题，如为高速公路照明设备提供电源等；
2）在单机容量比较小的风场，永磁同步发电系统能够高效并网发电；
3）为农村、牧区、边防哨所、气象台站等偏远、负载较轻的用户，提供交流或直流电源。
5.太阳能技术
太阳能能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。
正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。
煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。
它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。
此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。
太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。
它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。
太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。
一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。
另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。
目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。
单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20%以上，但价格也最贵。
非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。
一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%，每瓦发电设备价格降到1－2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。
估计本世纪末便可达到这一水平。
太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。
能产生光伏效应的材料有许多种，如：
单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。
它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。
P型晶体硅经
过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
这个过程的实质是：
光子能量转换成电能的过程。
以上为部分我国应对全球气候变化的技术的简述。
虽然我国在该方面已取得了瞩目的成就，但是缓解环境污染仍旧任重而道远。
前几十年中国在环境方面已经付出了严重的代价，如今刻不容缓的便是继续研发高新技术，发展高能环保的循环经济。
参考文献
王守荣.气候变化对中国经济社会可持续发展的影响与应对,科学出版社,2011.
李传统.新能源与可再生能源技术,东南大学出版社<第一版>,2005.
姚兴佳.可再生能源技术应用,科学出版社,2010.
中国科学院院士,秦大河.气候变化对我国经济社会可持续发展的挑战,南方日报,2007-10-04.
洛林（MartinA.Green）.太阳能电池:
工作原理、技术和系统应用<第一版>,上海交通大学出版社,2010.
史颂平,梁春生,智勇.变频调速智能控制节能技术,贵州科技出版社<第一版>,2010.
谢秉正.低碳节约型建筑工程技术,东南大学出版社<第一版>,2010.
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