未来科学技术发展方向.docx
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未来科学技术发展方向
未来科学技术发展方向
【内容导航】
第1页：
先导性和探索性的重大技术
第2页：
迪拜的“世界最高建筑”工地，800米的迪拜塔
第3页：
直流输电技术
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直流输电的发展与换流技术
第5页：
直流输电技术发展
第6页：
我国直流输电的发展及新技术应用概况
第7页：
三道防线：
构筑大电网安全屏障
第8页：
直流输电产品简介
第9页：
核电能带给我们什么
第10页：
氢能利用
第11页：
燃料电池
第12页：
燃料电池的开发和应用
第13页：
我国发展空间太阳能电站的必要性和相关技术基础分析
第14页：
汽车新能源技术：
差一点就是不行！
第15页：
浅谈混合动力技术—新能源汽车时代的过渡客？
第16页：
燃料电池汽车
（1）
第17页：
燃料电池汽车
（2）
第18页：
燃料电池车的工作原理
第19页：
GEFC《商业计划书》摘要#1燃料电池
第20页：
城市与城市化相关术语
第21页：
下一次工业革命将从氢能源开始
第22页：
一家之言盘点中国大学就业最差的17个专业
先导性和探索性的重大技术
前沿技术是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现。
选择前沿技术的主要原则：
一是代表世界高技术前沿的发展方向。
二是对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用。
三是有利于产业技术的更新换代，实现跨越发展。
四是具备较好的人才队伍和研究开发基础。
根据以上原则，要超前部署一批前沿技术，发挥科技引领未来发展的先导作用，提高我国高技术的研究开发能力和产业的国际竞争力。
1.生物技术
生物技术和生命科学将成为21世纪引发新科技革命的重要推动力量，基因组学和蛋白质组学研究正在引领生物技术向系统化研究方向发展。
基因组序列测定与基因结构分析已转向功能基因组研究以及功能基因的发现和应用；药物及动植物品种的分子定向设计与构建已成为种质和药物研究的重要方向；生物芯片、干细胞和组织工程等前沿技术研究与应用，孕育着诊断、治疗及再生医学的重大突破。
必须在功能基因组、蛋白质组、干细胞与治疗性克隆、组织工程、生物催化与转化技术等方面取得关键性突破。
前沿技术：
（1）靶标发现技术
靶标的发现对发展创新药物、生物诊断和生物治疗技术具有重要意义。
重点研究生理和病理过程中关键基因功能及其调控网络的规模化识别，突破疾病相关基因的功能识别、表达调控及靶标筛查和确证技术，“从基因到药物”的新药创制技术。
（2）动植物品种与药物分子设计技术
动植物品种与药物分子设计是基于生物大分子三维结构的分子对接、分子模拟以及分子设计技术。
重点研究蛋白质与细胞动态过程生物信息分析、整合、模拟技术，动植物品种与药物虚拟设计技术，动植物品种生长与药物代谢工程模拟技术，计算机辅助组合化合物库设计、合成和筛选等技术。
（3）基因操作和蛋白质工程技术
基因操作技术是基因资源利用的关键技术。
蛋白质工程是高效利用基因产物的重要途径。
重点研究基因的高效表达及其调控技术、染色体结构与定位整合技术、编码蛋白基因的人工设计与改造技术、蛋白质肽链的修饰及改构技术、蛋白质结构解析技术、蛋白质规模化分离纯化技术。
（4）基于干细胞的人体组织工程技术
干细胞技术可在体外培养干细胞，定向诱导分化为各种组织细胞供临床所需，也可在体外构建出人体器官，用于替代与修复性治疗。
重点研究治疗性克隆技术，干细胞体外建系和定向诱导技术，人体结构组织体外构建与规模化生产技术，人体多细胞复杂结构组织构建与缺损修复技术和生物制造技术。
（5）新一代工业生物技术
生物催化和生物转化是新一代工业生物技术的主体。
重点研究功能菌株大规模筛选技术，生物催化剂定向改造技术，规模化工业生产的生物催化技术系统，清洁转化介质创制技术及工业化成套转化技术。
2.信息技术
信息技术将继续向高性能、低成本、普适计算和智能化等主要方向发展，寻求新的计算与处理方式和物理实现是未来信息技术领域面临的重大挑战。
纳米科技、生物技术与认知科学等多学科的交叉融合，将促进基于生物特征的、以图像和自然语言理解为基础的“以人为中心”的信息技术发展，推动多领域的创新。
重点研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人和人机交互系统、高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统。
前沿技术：
（6）智能感知技术
重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术，中文信息处理；研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。
（7）自组织网络技术
重点研究自组织移动网、自组织计算网、自组织存储网、自组织传感器网等技术，低成本的实时信息处理系统、多传感信息融合技术、个性化人机交互界面技术，以及高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统；研究自组织智能系统和个人智能系统。
（8）虚拟现实技术
重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术，研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。
3.新材料技术
新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展。
突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术，在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件，开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料，开发超级结构材料、新一代光电信息材料等新材料。
前沿技术：
（9）智能材料与结构技术
智能材料与智能结构是集传感、控制、驱动（执行）等功能于一体的机敏或智能结构系统。
重点研究智能材料制备加工技术，智能结构的设计与制备技术，关键设备装置的监控与失效控制技术等。
（10）高温超导技术
重点研究新型高温超导材料及制备技术，超导电缆、超导电机、高效超导电力器件；研究超导生物医学器件、高温超导滤波器、高温超导无损检测装置和扫描磁显微镜等灵敏探测器件。
（11）高效能源材料技术
重点研究太阳能电池相关材料及其关键技术、燃料电池关键材料技术、高容量储氢材料技术、高效二次电池材料及关键技术、超级电容器关键材料及制备技术，发展高效能量转换与储能材料体系。
4.先进制造技术
先进制造技术将向信息化、极限化和绿色化的方向发展，成为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键。
重点突破极端制造、系统集成和协同技术、智能制造与应用技术、成套装备与系统的设计验证技术、基于高可靠性的大型复杂系统和装备的系统设计技术。
前沿技术：
（12）极端制造技术
极端制造是指在极端条件或环境下，制造极端尺度（特大或特小尺度）或极高功能的器件和功能系统。
重点研究微纳机电系统、微纳制造、超精密制造、巨系统制造和强场制造相关的设计、制造工艺和检测技术。
（13）智能服务机器人
智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。
以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。
）重大产品和重大设施寿命预测技术（14
重大产品和重大设施寿命预测技术是提高运行可靠性、安全性、可维护性的关键技术。
研究零部件材料的成分设计及成形加工的预测控制和优化技术，基于知识的成形制造过程建模与仿真技术，制造过程在线检测与评估技术，零部件寿命预测技术，重大产品、复杂系统和重大设施的可靠性、安全性和寿命预测技术。
5.先进能源技术
未来能源技术发展的主要方向是经济、高效、清洁利用和新型能源开发。
第四代核能系统、先进核燃料循环以及聚变能等技术的开发越来越受到关注；氢作为可从多种途径获取的理想能源载体，将为能源的清洁利用带来新的变革；具有清洁、灵活特征的燃料电池动力和分布式供能系统，将为终端能源利用提供新的重要形式。
重点研究规模化的氢能利用和分布式供能系统，先进核能及核燃料循环技术，开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术，低成本、高效率的可再生能源新技酢?
前沿技术：
（15）氢能及燃料电池技术
重点研究高效低成本的化石能源和可再生能源制氢技术，经济高效氢储存和输配技术，燃料电池基础关键部件制备和电堆集成技术，燃料电池发电及车用动力系统集成技术，形成氢能和燃料电池技术规范与标准。
（16）分布式供能技术
分布式供能系统是为终端用户提供灵活、节能型的综合能源服务的重要途径。
重点突破基于化石能源的微小型燃气轮机及新型热力循环等终端的能源转换技术、储能技术、热电冷系统综合技术，形成基于可再生能源和化石能源互补、微小型燃气轮机与燃料电池混合的分布式终端能源供给系统。
（17）快中子堆技术
快中子堆是由快中子引起原子核裂变链式反应，并可实现核燃料增殖的核反应堆，能够使铀资源得到充分利用，还能处理热堆核电站生产的长寿命放射性废弃物。
研究并掌握快堆设计及核心技术，相关核燃料和结构材料技术，突破钠循环等关键技术，建成65MW实验快堆，实现临界及并网发电。
（18）磁约束核聚变
以参加国际热核聚变实验反应堆的建设和研究为契机，重点研究大型超导磁体技术、微波加热和驱动技术、中性束注入加热技术、包层技术、氚的大规模实时分离提纯技术、偏滤器技术、数值模拟、等离子体控制和诊断技术、示范堆所需关键材料技术，以及深化高温等离子体物理研究和某些以能源为目标的非托克马克途径的探索研究。
6.海洋技术
重视发展多功能、多参数和作业长期化的海洋综合开发技术，以提高深海作业的综合技术能力。
重点研究开发天然气水合物勘探开发技术、大洋金属矿产资源海底集输技术、现场高效提取技术和大型海洋工程技术。
前沿技术：
（19）海洋环境立体监测技术
海洋环境立体监测技术是在空中、岸站、水面、水中对海洋环境要素进行同步监测的技术。
重点研究海洋遥感技术、声学探测技术、浮标技术、岸基远程雷达技术，发展海洋信息处理与应用技术。
（20）大洋海底多参数快速探测技术
大洋海底多参数快速探测技术是对海底地球物理、地球化学、生物化学等特征的多参量进行同步探测并实现实时信息传输的技术。
重点研究异常环境条件下的传感器技术，传感器自动标定技术，海底信息传输技术等。
（21）天然气水合物开发技术
天然气水合物是蕴藏于海洋深水底和地下的碳氢化合物。
重点研究天然气水合物的勘探理论与开发技术，天然气水合物地球物理与地球化学勘探和评价技术，突破天然气水合物钻井技术和安全开采技术。
（22）深海作业技术
深海作业技术是支撑深海海底工程作业和矿产开采的水下技术。
重点研究大深度水下运载技术，生命维持系统技术，高比能量动力装置技术，高保真采样和信息远程传输技术，深海作业装备制造技术和深海空间站技术。
迪拜的“世界最高建筑”工地，800米的迪拜塔
坐标：
25°11'50.59"N, 55°16'26.34"E
效果图：
工地：
简介：
世界最高楼在阿拉伯联合酋长国的迪拜开工。
由韩国三星公司领衔的财团签订了这项大厦建设的合同。
这座高达800米的Burj Dubai大楼将于2008年竣工。
届时它将比目前在吉隆坡的世界上最高楼――贝托纳斯大楼高350米。
新大楼独特的三面体设计使大楼主体在支撑核芯上增加了一系列台阶似的楼层，总设计为160层。
通过双层电梯来贯通上下。
他的设计和他的高度一样令人叹为观止。
因为设计中要考虑到随着高度的增加尽量减少风的影响和为能提供跟多的空间而省去坚硬支撑核芯的需要。
英国Arup工程顾问主管Mohsen Zikri说这几乎是个浑然一体的建筑。
建设时，建的越高就越不需要提升和核芯。
Zikri说我们的一个关键挑战是建筑的后勤上的事，你运送东西必须像军事上的那样精确，否则下面会一团糟。
参与设计该大楼的Skidmore， Owings & Merrill，该建筑公司位于美国的芝加哥，的发言人说这样的造型可以防止在大楼周围产生漩涡，使我们的建筑在大风中讫立不倒。
她说在那样的高度风是个最让人头疼的事情，我们的工程师集中精力设计出一种降低大风影响的最佳造型。
如果风在大楼周围产生旋转，它会形成强大的漩涡，接着漩涡又在地面上产生强风。
而Burj Dubai大楼宽底座的设计可以防止这种现象的发生。
建成后的Burj Dubai大楼将比452米的贝托纳斯大楼高出许多，并且超过加拿大多伦多的CN大楼，该建筑是世界上最高的无多层设计的建筑。
地基工作已由美国纽约的特纳建筑国际公司在近期完成。
地上工作将在近日由三星公司的监督下开始。
韩国的三星集团在国际竞标中以9亿美元获胜。
开发商Emaar地产公司施工负责人Abdullah M.Bin Lahej说，“目前已经建造到第40层，占到居住总楼层的20%。
”也就是说，居住楼层将达到200层，超越任何人造结构，是芝加哥的442米高的希尔斯大厦的两倍。
希尔斯大厦的最高可居住楼层是第108层。
Emaar没有透露大厦的高度，但是使用的技术帮助工程师在施工过程中不断提高高度。
这意味着加入按照平均楼层的高度计算，大厦的高度可能超过预期的750米。
大厦是从2005年的4月15日开始建造的，基本上每9天建造一层，目前已经达到第40层。
这个时间表将随着楼层的逐步升高、楼体的逐步“瘦身”而加快，因为楼层的工作量将会减少。
Bin Lahej说，大厦的主要部分已经出售出去。
“迪拜正经历着史无前例的成长，并快速成为世界上最活跃的都市之一，”奥的斯电梯公司全球总裁博安睿 （Ari Bousbib） 说，“能够参与享有盛誉的 Burj Dubai项目，并与一流的开发、设计和建筑公司进行合作，奥的斯感到非常自豪。
”
作为3600万美元合同的一部分，奥的斯会提供并安装58部升降电梯和8部自动扶梯。
以奥的斯独有的扁平复合钢带技术为特点，并拥有双层轿厢的20部Gen2™无机房电梯，将被安装在Burj 的观景台。
每层可容纳23人的双层轿厢电梯，将会运行世界上最高的提升高度和最长的运送距离，并可达到世界最快速度——10米/秒（超过20英里/小时）。
位于芝加哥的 Skidmore, Owings & Merrill （SOM） 公司设计了这座独一无二的建筑，它融合了实用性的现代外观和装饰风格，其设计灵感源自于沙漠花朵的几何外形和体现伊斯兰建筑形式的图案结构。
Burj Dubai的承建者是韩国三星集团，该公司在高层建筑领域排名韩国第一，世界第六。
位于纽约的特纳国际建设公司（Turner Construction International）是该项目的项目和建筑管理。
建筑面积达46万平方米的Burj，最主要的配套项目是结合了服务设施、豪华公寓、世界级餐厅以及休闲和娱乐设施的Armani 酒店。
Burj Dubai是迪拜200亿美元的城市中心发展计划的一部分，该中心占地面积超过500英亩，融合了世界顶级的商业、住宅、酒店、娱乐、购物和休闲场所，并含有一块以星罗棋布的湖泊和无数水景观点缀着的开放式绿地。
Emaar地产公司执行官Robert Booth在邀请媒体戴安全帽参观工地时说，地基在创纪录的12个月内完成，耗资1500万美元。
地基工作采用了一些措施建造强度很高的钢筋和混凝土墩座来支撑世界最高大厦。
大厦的192根桩子打入地下50多米，并用3.7米厚的混凝土椽子绑在一起，跨越的面积达8000平方米，环绕了整个大厦的基座。
大厦的桩子用了近18000立方米的混凝土浇筑，墩座的桩子用了15000立方米的混凝土，椽子则用了12300立方米混凝土。
也就是说，地基共用了45000立方米混凝土，重量超过了11万吨。
大厦设计者SOM的Adrian Smith的灵感来自沙漠植物的几何形状和伊斯兰建筑的图案系统。
他结合了历史和文化的因素，设计出高科技高性能的大厦，为中东地区设置了新的建筑标准，成为迪拜城未来的象征。
大厦高性能的外覆面系统能够抵挡夏季的极端高温。
基本的材料包括反射玻璃、铝和带纹路的不锈钢拱肩板、垂直的不锈钢管状辐射叶，使得大厦的外观更为“苗条”，突出高度。
直流输电技术
[日期：
2007-03-30]
来源：
作者：
[字体：
大中小]
直流输电技术
一直以来，直流输电的发展与换流技术（特别是高电压、大功率换流设备）的发展有密切的关系。
但是近年来，除了有电力电子技术的进步推动外，由于大量直流工程的投入运行，直流输电的控制、保护、故障、可靠性等多种问题也越发显得重要。
因此多种新技术的综合应用使得直流输电技术有了新进展。
1.光直接触发晶闸管
晶闸管触发技术是直流输电的关键技术之一，采用光触发晶闸管，可以省去用于再次进行光电转换的触发电路板。
但需要将相应的保护或测量电路集成在晶闸管上，因此技术复杂，工艺要求严格。
13本1992年投运的新直流扩建工程、1993年投运的北本线直流扩建工程、1999年投入的东清水变频站（±125kV，2400A，300MW）及2000年投运的纪伊海峡直流电缆及架空线系统共5个工程全部采用光直接触发晶闸管，标志着直流输电新时期的开始。
2.接地极引线故障测量装置
直流输电的接地极引线的运行电压很低，换流站采用传统的电流、电压测量方法，难以检测到靠近接地极的对地短路故障。
为了检测接地极引线故障，近年来开发出脉冲回声、阻抗等接地及引线测量装置。
其基本原理是，在换流站接地极的两根引线之间加低压高频脉冲，通过接收这些脉冲的回波，计算接地引线的阻抗。
当引线任何地点发生对地短路时，其阻抗的变化将反映到测量装置中，从而判定是否发生故障，并能判断故障地点。
3.实时多处理器控制保护系统
随着电子信息技术的高迷发展，处理器的计算速度越来越快，存储空间越来越大，并行运行的处理器越来越多。
现在微处理器技术遍布直流系统各个设备的控制和保护，包括：
极控（或阀控）、站控（交流场／直流场）、直流系统保护、换流变压器控制保护、交／直流滤波器控制保护、换流器冷却系统控制保护、站用电系统控制保护等。
4.全球卫星定位系统
直流输电系统中，为了便于事故分析处理，需要对分布在换流站内的各个控制保护系统、两端换流站设备的测量时间进行同步，以便精确测量直流线路的故障地点。
以往的直流输电系统各种设备之间及两站之间没有统一的时间参考，暂态故障记录与事件记录不同步，不能示出直流线路故障的正确位置，给检修和维护带来极大不便。
采用全球卫星定位系统（GPS），可使各种设备时间的误差小于lms。
直流线路故障定位可以精确到300m。
5.轻型直流输电
轻型高压直流输电是ABB公司发展的一项全新的输电技术，尤其适用于小型的发电和输电应用，它将高压直流输电的经济应用功率范围降低到几十兆瓦.该系统由放在两个或两个以上的输电终端上的终端换流站及它们之间的联接组成。
虽然传统的直流架空线可以作为联接,但如果我们应用地下电缆来联接两个变电站,整个系统将能最多地获益。
在很多场合，评估下来的电缆成本低于架空线的成本，而且在一个轻型高压直流输电系统中，使用电缆所需的环境等方面的许可还更容易获得。
比起交流输电和本地发电，轻型高压直流输电系统不仅具有成本优势，它对提高交流电网供电品质也提供了新的可能.自1997年提出轻型高压直流输电，数个输电线路已投入商业运营，其中最高容量已达330MW。
更多的正在建设中。
5.1轻型直流输电与传统直流输电的区别
（1）功率范围
传统直流输电的显著特点就是传输功率范围大，一般都在250MW以上。
然而轻型直流，其功率可以与发电机组相配合，从几十MW大到目前的约350MW左右，并以最高为±150kV的直流电压传输。
（2）模块化
轻型直流基于一种模块的概念，使得换流站的大小有一系列的标准组成。
大多数设备可在工厂里封装成模块。
而传统直流通常需要根据特定的应用情况来定制换流设备。
（3）直流电路
轻型直流是双极的，直流回路没有与大地相联，因此需要两条导线（或线缆）。
（4）换流站
轻型直流在换流站中与传统直流有很大不同。
前者对应晶闸管，后者一般对应IGBT。
传统直流通过换流变压器连接交流电网，而轻型直流是串联电抗器加变压器。
在滤波和无功补偿方面，传统直流有无功有50%左右在滤波器中，且要并联电容。
而轻型直流仅需要小型的滤波器。
传统直流以平波电抗器和直流滤波器来平伏电流，而轻型直流可采用直流电容器。
此外，传统直流需要有换流站站间控制与通讯功能，而轻型直流则可不需要。
（5）对交流系统的依赖性
轻型直流不需要依靠交流系统的能力来维持电压和频率稳定。
与传统直流所不同，短路容量显得并不重要。
轻型直流可以向缺乏同步机的电网馈送负荷。
（6）可以象SVC（静止无功补偿器）工作
传统的直流输电终端点可以通过投切滤波器和并联电容器组或改变触发角来控制无功与电压。
但是这显然需要额外的设备，从而增加投资。
轻型直流可以快速改变相角和幅值，这样使得同时独立控制有功和无功成为可能。
5.2轻型直流的典型实现：
它通过VSC（电压源变换器）来实现，通常采用两电平6脉动型，每个桥臂都由多个IGBT或GTO串联而成。
直流侧电容器的作用是为逆变器提供电压支撑、缓冲桥臂关断时的冲击电流、减小直流侧谐波；换流电抗器是VSC与交流侧能量交换的纽带同也起到滤波的作用；交流滤波器作用是滤去交流侧谐波。
在轻型直流中，VSC通常采用正弦脉宽调制（SPWM）技术，SPWM的基本原理是：
用给定的正弦波与三角载波比较，来决定每个桥臂的开通关断时刻。
当直流侧电压恒定时，SPWM的调制度（正弦给定信号与三角载波幅值之比，在0—1的范围内）决定VSC输出电压的幅值；正弦给定信号的频率与相位决定VSC输出电压的频率与相位。
VSC吸收有功功率和无功功率分别取决于VSC输出电压的相位和幅值，所以，通过控制SPWM给定正弦信号的相位就可以控制有功功率的大小及输送方向，通过控制SPWM的调制度就可以控制无功功率的大小及性质（容性或感性），从而可以实现对有功功率、无功功率同时且相互独立的调节。
5.3轻型直流输电技术特点
（1）VSC电流能够自关断，可以工作在无源逆变方式，不需要外加的换相电压。
克服了传统HVDC受端必须是有源网络的根本缺陷，使利用HVDC为远距离的孤立负荷送电成为可能。
（2）正常运行时VSC可以同时且相互独立控制有功功率、无功功率，控制更加灵活方便。
（3）VSC不仅不需要交流侧提供无功功率而且能够起到STATCOM的作用，即动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。
这意味着故障时，如VSC容量允许，那么HVDCLisht系统既可向故障系统提供有功功率的紧急支援又可提供无功功率紧急支援，从而提高系统功角电压的稳定性。
（4）潮流反转时直流电流方向反转而直流电压极性不变，与传统HVDC恰好相反。
这个特点有利于构成既能方便地控制潮流又有较高可靠性的并联多端直流系统。
（5）由于VSC交流倒电流可以被控制，所以不会增加系统的短路功率。
这意味着增加新的轻型直流输电线路后，交流系统的保护整定基本不需改变。
（6）VSC通常采用SPWM技术，开关频率相对较高，经过低通滤波后就可得到所需交流电压，可以不用变压器，所需滤波装置容量也大大减小.
（7）但IGBT损耗大，不利于大型直流工程的采用。
今后集成门极换相晶闸管（IGCT）和碳化硅等新型半导体器件的开发，给直流输电技术的发展
将创造更好的条件。
同时，***电力研究所正在研制以GTO为功率器件、9脉冲PWM控制的300MWVSC，并称之为高性能自换相交直流换流器，该项
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