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自动化专业英语教程 PART6


PART 6 Synthetic Application of Automatic Technology UNIT 1 A Recent Advances and Future Tends in Electrical Machine Drivers A 电机传动系统的最新进展和未来趋势 电机在工业中的应用已超过一个世纪,不象电源设备、 逆变器和传动控制技术,其 技术发展很慢。电机

是一个强大、 复杂的电力、机械和热力系统。毫无疑问,在此领域, 已存在 许多拥有大量此类论文的国内和国际会议。原始电机很笨重, 且性能很差。近几年 来,强大的数字计算机、改进的电机模型、 CAD 程序和新材料的出现对较高的功率系数、 功率、可靠性、 低费用和改进的机械、热能设计作出了极大的贡献。电机建模、 预测、识 别、测量、仿真和与逆变器相互作用的相关研究是当 今传动系统工程师感兴趣的研究与发 展课题。可以有趣的看到, 传统电机工程师现在正参与到电力电子的共同体中。 直流电机在传统上应用于变速传动中, 并在数量上仍属多 数, 但是他们完全没有前途。 鼠笼式感应电机在当今大多数的 变频和恒频工业应用中是主要设备,并在将来也是如此。 使用 绕线转子感应电机的转差功率再生传动(Kramer and Scherbius drives)一度很受欢迎, 但由于昂贵的电机和低劣的传动性能已 趋于淘汰。同步电机传动通常是感应电机传动的密 切竞争者。 非常大的几兆瓦特的无刷激励绕线励磁电机在泵、压缩机、滚 压机和船舶发动 机的应用中很受欢迎, 此电机比较昂贵, 有比 较高的效率, 能够在单位功率因数附近运转, 并要求低于逆变 器的额定功率。近来,正企图用双面 PWM 馈电变频器(doublesided converter-fed)感应电机传动替代馈电交-交变频器同 步电机。可以有趣的注意到,日本 在东京与大阪间建造了一超 导铁路,火车将利用由 50 MV·A GTO PWM 逆变器馈电的线性同 步电机传动。 永磁(PM) 同步电机传动, 特别是梯形机构的无刷 直流电机(BLDM)已有了更为 广泛的普及应用。 PW 电机比较昂贵, 但较高的效率使寿命周期 (life cycle) 的费用较低。 高能量的 NdFeB 磁铁已用于替代传统的铁酸盐材 料,特别是对于高密度、低惯性的伺服机构的应用。开关 磁阻 电 机 (SRM) 最近在 文献 中得到 了广 泛 的注 意 , 求 “电 机 (electrical 要 machine)”简单、结实、容错、低费用并能高 速运转,但存在脉动转矩和听觉噪音问题。 除了特别应用, SRM 是否能与一般用途的感应电机传动系统竞争是值得怀疑的。 同步磁阻 电机最近也被改进,以产生可与感应电机传动相比较 的性能。将来,当费用下降时,希望 每一个电机 (变速或恒速) 在其前部末端均有一个逆变器。 当谐波调节更为严峻时, 变频 起 动器将会不断的被认可。 近些年来,变频传动的控制和预测技术已成为令人着迷 且具有挑战性的研究领域。尽 管在文献中,已提出许多不同的 标量和矢量控制方法,但在工业应用中,仍立足于在成本 低、 性能要求不高时,采用简单的开环变压-变频控制,而在对性 能要求较高时采用矢量 控制。在间接和直接的矢量方法中,尽 管需要速度传感器,并有转差增益整定的困难,但 对于感应电 机传动而言,前者更受欢迎。与矢量控制相关的许多问题,例 如,速度预测、 磁通矢量预测、 转差增益整定和基于在 线 ( on-line ) 参 数 抽 取 的 全 自 动 试 运 行 的 传 动 系 统 ( and complete auto-commissioning of drive based on on-line parameter extraction ),在文献中正得到广泛关注,并显 示出成功的趋势。希望无传感 器的速度直接矢量控制(speed sensorless direct vector control)成为交流传动、甚至 零 速伺服应用的普通控制器。在文献中,已提出无传感器的混合 定子磁通,其面向车辆应 用感应电机传动的直接矢量控制。 定子磁通定位的优势在于只有定子阻抗参数影响控制,但

其劣势在于其产生耦合问题,从而需要解耦补偿。定子阻抗 变化已通过定子温度的电热调 节器测量 (目前, 正在发展模糊 预测) 补偿。 传动系统以间接矢量控制模式从零速起动后, 转 为直接矢量控制。 零速附近磁通预测的积分问题已通过使用可 编程串联低通滤波器解决。 如果需要,速度信号很容易预测, 并可用于速度反馈回路。在传动系统中已提出不同的自 适应控 制方法,例如模型参考自适应控制(MRAC) 和调节或变结构系 统控制方法,以产生 稳固的性能来克服参数变化和负载扰动影 响。近来,基于专家系统、模糊逻辑和神经网络 的智能自适应 控制显示出光明的前景。实际上,神经-模糊控制被认为是最 好的传动自适 应(稳固)控制。而先进的在线(on-line)诊 断和容错控制属于其它的研究领域,其对于 提高传动系统的可 靠性还未引起足够的重视。 当今的高性能传动和一般而言的电力电子系统的复杂控制 如果没有现在强大的微处理 器,是不可能实现的。正如你们所 知道的,微处理器的第一代起始于 Intel 8080 家族的引 入,当 然,在此领域还有许多的竞争者。当实时控制的要求更为强烈 时,更为面向控制的 微控制器在第二代中采用。第三代起始于 哈佛大学管道结构的引入,并采用了不同 DSP 。 RISC 和传输 装置(transputers)及功能强大的 ASIC 芯片也随之而来。现 在,TI 公司 32 位浮点 DSP 型 TMS320C30 在高性能传动系统中得到 了广泛应用。RISC 处理器基本上可使数 字处理最优化,但其不 适合一般的电力电子应用。传输装置(transputers)特别适 合并 联模函数控制。 带有微处理器内核的 ASIC 芯片可能会成为 未来的控制器, 传动所需的外围 控制硬件和固定的控制功能均 由其硬件实现,而适应现场参数变化的可编程控制和预测功 能 则由处理器的核心完成。 B System Evolution in Intelligent Buildings B 智能建筑系统的演变过程 伴随着信息处理与通信技术的发展,能完成诸多服务功能的 楼宇自动化系统也应运而 生。当我们正在走向下一个世纪的时 候,一个主要的趋势是开发多样化的通讯技术,包括 音频与视 频信号的传送,多媒体系统的开发包含了这些特点。我们主要 的工作集中在:提 供高清晰度和立体图像传输的可视化服务; 具有意识、辨识、理解和推理的智能化服务; 携带方便的个人 移动通讯服务。我们的目标是进一步将信息处理和通讯技术融 合在一起。 这将导致具有更高集成水平的智能建筑,如图 62B-1 所示。 Telecommunication Office automation system system Telecommunication system Building Office Building automation automation automation system system system Evolution Building engineering & environmental planning Building engineering & environmental planning 图 6-2B-1 智能建筑的演变过程 表 6-2B-1 智能建筑技术进步采用的各种技术 Intelligent B uliding System Technologies O ffice docum ent architecture(O D A ) L A N netw ork m anagem ent softw are R ISC architecture M ultitasking O A /M ultim edia O S Intelligent expert system s M ultim edia L A N s N atural language program m ing IC card system s M ultim edia relational databases Fifth generation com puters B -ISD N M ultim edia m ultiplexer Speech synthesis/speech recognition M ultim edia PB X Private netw orks M ultim edia com m unication protocol Intelligent com m unications services Integrated Facility m anagem ent system s E m ergency m easures control system s Fault w arning /diagnosis system s Standardization of transm ission M ethods M ulti-vendor system s O pen protocol/object oriented Technology PM V control L ong-range radio alarm /surveillance System s Facial recognition system

s Intelligent sensors M ulti-function raised flooring Predictive integrated w iring system H ighly reliable radio w ave supply System s C o-generation system s C om fortable ceiling system s Personal under-the-floor air C onditioning system s A trium /toplighting Isolation/Vibration control from E arthquake E lectrom agnetic shielding system s Fuel cell system s G arbage conveyance system s Flexible office partitioning system s O ffice autom ation system s C om m unications system s B uilding autom ation system s B uilding engineering & environm ental planning P6U1B System Evolution in Intelligent Buildings 第六部分第一单元课文 B 第六部分第一单元课文 智能建筑系统的演变过程 智能建筑技术的进步 在这一节, 我们介绍当前世界上与智能建筑相关技术的主 要发展 趋势。 与智能建筑各种系统相关的技术如表 6-2B-1 所示。 1. 办公自动化系统 智能建筑中 的办公自动化系统正从仅仅是商务信息处理的 有效工具扩展为提供基本商务服务功能的系 统, 因此已成为重 要的战略项目。 构建基于计算机和网络的高水平信息处理系 统——战略 信息系统,商家可以磨快他们竞争的刀锋,因为商 务活动越来越国际化,企业越来越柔性 化并越来越注重服务。 智能建筑是一个基础, 在此基础上提供一个技术平台来开发这 样的 战罗信息系统。智能建筑的中枢系统可由局域网提供。 P6U1B System Evolution in Intelligent Buildings 第六部分第一单元课文 B 第六部分第一单元课文 智能建筑系统的演变过程 2. 楼宇自动化系统 智能建筑的发展与楼宇自动化系统不断增加的功能集成是 并驾齐 驱的,楼宇自动化系统现在能提供完善的保安功能,比 如防火、意外事故处理、防盗、建 筑设备监控等。将办公自动 化系统和通讯设备与楼宇自动化系统连接起来,可以满足房客 和居民对建筑管理个发表过面的需求,楼宇自动化系统现在能 给业主提供建筑管理相关的 高水平的信息。 3. 建筑工程与环境规划 现代办公工作正在趋于多样化,办公室的平面布 置和空间 利用率的频繁变化使得办公室要经常重新装修。 商务活动的国 际化和实现弹性工 作制也改变了办公室的利用时间。具有这种 调整能力至关重要,否则,大厦将失去它的竞 争优势。 为了保 持建筑空间的灵活性和可扩展性, 在设计建筑的平面和立面时 就要达到这 样的目的,建筑设备的设计也要考虑到这个问题。 因此,建筑材料、设备的使用要充分考 虑到将来智能建筑的需 求。 UNIT 2 A 工业机器人 机器人有各种各样的定义。 根据使用过的定义, 全世界拥有的机器人的数量变化非常 大。 制造业众多的单用途机器看起来都是机器人。 这些机器通过硬件连线实现执行单一的功 能, 而不能通过重新编程完成其他的工作。 单用途机器并不满足人们现在使用的机器人的定 义。这个定义是由美国机器人研究院作出的。 机器人是一种可重新编程、用来搬运材料、零件、工具的多功能机器或通过可变的编 程运动完成各种任务的特殊装置。 注意这个定义包含了可重新编程和多功能两个词。 正是这两个词给出了工业机器人和 现代制造业中使用的各种单用途机器的区别。 术语“重新编程”包含两层意思: 机器人根据 写好的程序工作;为了完成各种制造任务这个程序可以重新编写。 术语“多功能的”指的是机器人通过重新编程和使用不同的末端执行器可以完成许

多不同的制造任务。根据这两个关键特点给出的定义正成为制造业内人士接受的定义。 第一个关节臂诞生于 1951 年,由美国原子能委员会使用。第一台可编程机器人由乔 治·戴维尔于 1954 年设计。这台机器人采用了两项重要的技术: (1)数字控制技术; (2) 远程遥控技术。 数控技术提供了适合机器人的理想的机器控制方法。 这种方法考虑到用编好的程序完 成运动控制。这些程序包括机器人顺序运动轨迹的数据,启动和停止的定时信号,可以做出 决策的逻辑语言。 远程遥控技术可以使机器成为另外一种数控设备。 远程遥控技术使那些在人难以到达 和危险的环境中完成各种制造任务的机器成为机器人。 通过融合这两种技术, 戴维尔研制出 第一台工业机器人,一台并不复杂的可编程的材料处理机。 第一台商用机器人诞生于 1959 年。1962 年,通用电机公司安装了第一台用于生产线 的工业机器人。这台机器人由 Unimation 制造。在 1973 年,辛辛那提·米兰克朗公司研制 的 T-3 型工业机器人,在机器人控制方面取得了较大的进展。T-3 型机器人是第一台由为计 算机控制的商用工业机器人。 数控和远程遥控技术促进了工业机器人大规模开发与应用。 但主要的技术进步并未发 生,仅仅是由于这种新的能力。必须由某种推动力来采用这些新能力。就工业机器人而言, 这种推动力就是经济。 截至目前,有三代机器人。 第一代机器人的计算机能力是有限的。 其主要的智能是由操作员通过示教箱给出操作 步骤来完成程序编写。 没有任何传感器, 这些机器人需要一个预先安排好和相对固定的工厂 环境,因此只具有有限的用途。 第二代机器人通过添加计算机处理器使功能得以加强。 在工业机器人发展历史上一个 重要的阶段是将计算机和工业机器人结构结合在一起。 这种做法提供了轨迹的实时计算能力, 使中断执行机构的运动更为平稳, 并提供了一些力和接近传感器来获得外部信号。 第二代机 器人的应用主要包括点焊和弧焊、制动喷涂和一些装配生产线。 第三代机器人包含多个计算机处理器、多个机器臂,能异步工作完成不同的功能。分 布式、分级的计算机结构被看好,因为它能协调运动和与外部传感器、其他机器和其他机器 人的关系,并能与其他计算机通讯。这些机器人具有智能行为,包括智能控制和学习能力。 机器人的组成可从物理的观点和系统的观点进行讨论。 从物理的观点来说, 我们把系 统分成机器人、 动力系统和控制器 (计算机) 同样, 。 机器人可以像人一样分成底座、 肩膀、 肘、腕、钳子和工具。这些术语中的大部分不需要作解释。 因此,我们将以信息传递的观点来描述机器人系统的各个组成部分。也就是说,什麽 样的信息或信号进入机器人的各个组成部分; 什麽样的逻辑或数学运算由机器人的各个组成 部分来完成; 机器人的各个组成部分产生什麽样的信息或信号?一定要注意到相同的机器人 构成组件可能完成许多不同的信息处理工作 (例如, 中央计算机处理许多不同的运算和各种 数据)。同样,两个不同的机器人构成组件可能完成相同的信息处理工作(例如,肩膀和肘 关节执行器以非常类似的方式完成将信号转换为运动的工作)。 执行器 与机器人上每个关节相连的是执行器, 执行器的功能是使关节运动。 典型的 执行器是电机和液压缸。 由于对位置和方向进行完全控制需要六个变量, 通常一个机器人系 统需要六个执行器。 许多机器人应用场合并不需要这个全自由度, 因此机器人一般有五个以 下执行器。 传感器 为了控制执行器, 计算机必须由关于执行器位置和速度的信息。 在这篇文章 中,术语位置指的是执行器相对于任一零参考点的位移。举例说明,就旋转的执行器来说, “位置”指的是角位移,测量单位是弧度。

有许多传感器可以检测位置和速度。 不同类型的传感器需要不同的机械结构来与计算 机连接,此外,工业上使用的微处理器要求接口必须屏蔽掉工厂恶劣的电器环境。诸如弧焊 机、 大电机这些电器噪声很容易使数字系统失效, 除非在接口设计和制造时考虑到这些问题。 在机器人上也安装其他一些传感器来感知环境,比如说触觉感受器、接近感受器、声 敏元件、视觉感受器、超声波感受器等等。 计算 我们可以轻而易举地给计算模型贴上计算机的标签。但是,许多功能是由 特定的计算机网络和硬件来完成的。 因此, 我们讨论运算部件似乎它就是一台简单的计算机, 要认识到实时控制需要特殊的设备, 而且其中一些是模拟的, 虽然现在的发展趋势是全数字 化系统。 运算部件完成下列工作: 伺服 给出现在执行器的位置和速度, 确定合适的驱动信号使执行器向给定位置运动。 每个执行器都需要完成这种运算。 运动学 给出执行器的当前状态(位置和速度),确定夹钳的当前状态。相反地,给 出机械手的设定状态,确定每个执行器的设定值。 动力学 给出机械臂负载的相关信息(惯量、摩擦力、重力、加速度),根据这些信 息调整伺服系统运行状态以得到优化的性能指标。 工作场地传感器分析 给出要完成任务的相关信息,确定合适的机器人运动命令。这 可能包括分析现场的电视画面或监测和补偿机械手施加的力。 除了这些容易识别的组件,还有诸如路径规划、操作人员干预等监控工作。 除工业机器人以外,还有其他种类的机器人,比如带车轮的移动机器人,自我管理的 水下寻检车,仿人机器人,微观/毫微机器人。在这个领域的研究内容叫机器人学。机器人 学的前沿课题包括微操作,可视化伺服,机器人感知和数据融合,实时定位和绘图,机器人 可视化操作等等。 B 模式识别概论 模式识别是完成对象分类的一门学科。 根据不同的应用, 模式识别的对象可以是图像、 信号波形等任何类型需要进行分类处理的检测量。 我们更喜欢使用专业术语模式来表示这些 对象。模式识别已存在很长时间了,但在 1960 年以前主要发表了一些统计学方面的成果。 与其它学科一样, 计算机的出现促进了模式识别应用的需求, 而这又反过来刺激了进一步作 理论研究的需求。 正像我们的社会从工业时代进入后工业时代一样, 工业生产中的自动化技 术和对信息的处理和检索的需求正变得越来越重要。 这种趋势已将模式识别置于工程应用与 研究的前沿。模式识别是构成用于决策的机器智能系统的有机组成部分。 机器视觉是模式识别一个重要的研究领域。机器视觉系统用照相机抓拍图像并对 图像进行分析,给出图像的具体描述。机器视觉系统的一个典型应用是在制造业,用于自动 视觉检查或装配线自动化。举例说明,整个检查过程是在传送带上的成品要通过检测站,检 测站上有一台照相机,必须测定成品是否合格。因此,必须在线分析图像,模式识别系统必 须将成品分成“合格”或“不合格”两个等级。之后,监测站执行机构动作,将不合格的成 品拿掉。在装配线上,必须对各种物品定位和识别,即,将每一类产品分类,比如“螺丝刀 类”,“德式钥匙类”,依此类推,并将结果存于工具制造单元。 字符(字母或数字)辨识是模式识别的另一个重要领域。光学字符识别系统在市场上 就可以买到,我们多少知道一点。 光学字符识别系统有一个由光源、扫描镜、文件传输和检测器组成的“前端”装置。在 光感检测器的输出端,光强度变化被转换成具体的“数”并形成一个图列。结果,使用图像

处理技术完成直线和字符分割。 模式识别软件负责识别字符, 即将每个字符分成字母、 数字、 标点符号。相对于存储扫描图像而言,存储辨识后的文件有两个优点。第一,如果需要,易 于用字处理器作进一步的电子处理, 第二, 存储 ASCII 字符比存储图像文件效率要高得多。 除了印刷字符辨识系统, 已有大量投资用于开发笔迹辨识系统。 一个典型的商业应用是银行 支票阅读机上使用的辨识系统。 机器必须识别出数字和金额并付款。 并且机器能检查收款人 是否赊帐。即使有一半的支票由这样的机器正确处理,就可以省掉大量单调乏味的工作。另 一个应用是邮局自动邮件分拣机的邮政编码识别系统。 在线笔迹识别系统是有巨大商机的一 个应用领域。这样的系统会用在笔输入计算机上,使用它不使用键盘而是用笔来输入数据。 这样做符合开发具有适合人习惯接口的机器和计算机。 计算机辅助诊断是模式识别的另一个重要应用,其目的是帮助医生做出正确的诊断。 当然最后的诊断还是由医生作出。计算机辅助诊断已经应用,主要处理 X 光、断层 X 光影 像、超声波影像、心电图、脑电图等医疗数据。对计算机辅助诊断系统的需求基于医疗数据 不易做出判断,仅仅是依靠医生的经验。让我们以检测乳腺癌的 X 光透视为例。虽然胸部透 视是目前检查乳腺癌的最好办法,但是仍然有 10%~30%做过胸部透视的女患者得到的是阴 性的胸透照片。 大约三分之二病例的诊断结果是错误的, 放射科医生得出了错误的诊断结果, 以往的情况确实如此。 这可能由于较差的图像质量, 放射科医生眼睛的疲劳程度或发现物判 断的难度造成的。由另一个放射科医生做第二次阅读降低了误诊率。因此,人们开发模式识 别系统来给放射科医生提供“第二次”建议。基于乳房 X 光照片诊断技术的提高也降低了疑 似乳腺癌患者的数量,这些患者必须做外科乳房切片,并可能产生并发症。 语音识别是另一个做了大量研究和开发工作的领域。 语音是最常见的通讯和交换信息 的工具。因此,制造能听懂语言的智能机器一直是科学家、工程师和科幻作家的梦想。这样 的机器有广阔的应用前景。例如,它们可用来改善制造业的工作效率,站在远处控制危险环 境中工作的机器, 帮助残疾人用语言控制机器。 现在已取得相当成功的工作是通过麦克风给 计算机输入数据。根据模式识别系统设计的软件识别语音文本并将其转换成 ASCII 字符, ASCII 字符可在屏幕上显示,也可存到存储器里。通过语音向计算机输入信息,其速度是一 个熟练打字员的两倍。而且,这也能提高我们与聋哑人的交流能力。 上面讨论的仅仅是众多应用中的四个例子。我们谈到的指纹识别、签名鉴定、文本提 取和人脸与姿态识别是有代表意义的。 最后一个应用最近受到广泛的关注和众多的投资, 以 达到提高人机互动、提高计算机在办公自动化中的作用、提高办公环境的个性化等等。为了 引发我们的想象,MPEG-7 标准提供从相关的数字图书馆中进行基于内容的视频信息的提取: 在数字图书馆寻找和发现表示某人“X”大笑的视频信息。当然,为了取得所有这些应用, 模式识别要紧密与其他学科合作,诸如语言学、计算机绘图法、视觉等。 UNIT 3 A 可再生能源 可再生能源简介 为产生能源的矿物燃料的燃烧是气候发生变化的主要原因。 煤、 油和气体燃烧产生的 二氧化碳——引起全球变暖的主要导致温室效应的气体之一。 为了解决气候改变、 找到一种将来使用的绿色能源, 我们迫切需要采取更有效的技术 降低能源使用,从可再生物质中产生能量,释放更少或不释放二氧化碳进入大气层。 可再生能源技术,(诸如风、海浪、潮汐、水力发电和生物能——栽培和燃烧农作物 而发能)可提供“清洁的”无碳能源,作为矿物燃料(气/油/煤)的替代物,它通常用于加

热和发电。 (生物能除外,尽管它的确释放二氧化碳,但它只是把植物一生中通过光合作用 吸收的二氧化碳释放到空气中)。 与此相反, 燃烧矿物燃料将二氧化碳排放到大气层中, 位于地球表面的大气层已存在数亿年。 矿物燃料的来源是有限的, 因此它们的持续使用是不可能的。 可再生技术是一种可持续的产 生能源的方法,因为风、海浪、太阳能等等是不可能耗尽的。 可再生能源 可再生能源如下: 太阳能 太阳给所有的生物提供一种基本的能量。 太阳能是免费和用之不竭的。 将阳 光转换为人类消费的形式会产生成本。 数千年来阳光被人类用来晒干农作物、 加热水和建筑。 二十世纪采用的是光电技术,即将阳光直接转换为电。 风能 空气的运动可被用来作为能源,从远古时代即是如此。今天,先进的空气动力 学研究已研究出风力涡轮机,它可以非常经济地发电。风力涡轮机通常成组地置于农场,位 于沿海或山顶的乡村开阔地带,那里全年都有盛行风。 地热能 在地球硬壳下面的岩石含有像铀、 钾等一直在衰减的放射性材料, 这些材料 持续不断地提供热能。在地球表面 10,000 米深范围内的热量比世界上所有的油和气源所包 含的能量的 50,000 倍还要多。 地热能传导地壳下面的热量来加热水。热虽被用来驱动电涡轮机和加热建筑。具有 最高温度的区域位于活跃的或新形成的火山地区周围。 这些“热点”出现在建筑群的边缘,这些地方地壳较薄,足以让热量穿透。许多“热 点”出现在太平洋周围。 水力发电 在地球表面,水既不能被创造,也不能被消灭。大海中的水蒸发,形成了 云,以雨水和雪的形式降落到地面,流进小溪和江河,最后回归大海。整个运动过程为创造 有用的能源提供了巨大的机会。 水力发电是利用运动中水的力量来发电。水力发电是世界上电的主要来源之一,主 要的可再生能源,但它经常是以巨大的拦河坝的形式出现,它破坏了人类的栖息地,产生大 量移民。一个较好的办法是建设小规模的水电工厂。 生物能 生物是我们用来描述产生能量的植物材料和动物废弃物的术语。植物形成 了地球上所有生命赖以生存的食物链的基础。 但以生产能量的观点, “生物” 指的是利用树、 农作物、森林、农业和城市的废弃物。它是人类最早知道的可再生能源。 生物是一种可再生能源,因为它含有来自太阳的能量。通过光合作用,植物上的叶 绿素通过将空气中的二氧化碳和土壤中的水转换成碳水化合物捕捉到了太阳能。 当这些碳水 化合物燃烧时,它们还原成二氧化碳和水,释放出它们带有的太阳能。这样,生物活动就是 一种太阳能的自然存储。 关于可再生能源的问题 可再生能源的利用仍受到限制的主要原因之一是相对于矿物燃料发电成本较高。 (热心于使用和安装可再生能源系统的人可得到政府基金。) 然而近些年来改善的技术以使风能和生物能从生产成本上更具有竞争性。 尽管 太阳能能源的成本比较合理, 像英国这样缺少阳光的国家不可能在短期内投入巨额资金来开 发这种能源。 此外,可再生能源系统经常造成局部干扰,许多人反对大量的风力涡轮机占用 农村土地等等。 尽管存在这些障碍,自始至终可再生能源有一个美好的未来,并且继续增加其 在世界能源需求中的比例,同时继续关注矿物燃料能源对气候的影响。 你能做什么

现在有许多家用可再生能源供选择。如下详述,可将各种方案综合在一起组成 常见的家用系统,并且可以和传统的加热和电气系统同时使用。各种方案如下: 地源热力泵 地源热力泵系统通过特殊设计的埋在地下的管路来循环液体。 液体吸收地 热,地热位于地下 1.5 米深,一年四季保持 11?—13?C 的恒温。热力泵吸收热能并将其输 送到建筑采暖系统和热水供应系统。 这些装置最好与建筑内地面加热系统连接,但也可与其他装置连接。同时并不 都是可再生能量,驱动热力泵若需一个单位的能量,可从地下吸收四分之三个单位的能量。 太阳光电器 这包括利用太阳能发电。太阳光电器在阳光照射下工作最好,但在阴天 照样工作。面板或光电转换器上继承的芯片最好面向正南 40°范围内,仰角在 15°—60° 之间。光电转换器系统可用在老建筑、流行建筑和新建筑上。 太阳能热水器 太阳能热水器利用日光中所有的来自太阳的辐射, 加热安装在屋顶上阳 光采集器中流过的水和防冻液。 加热后的水被传送到带有普通加热管的热水箱内, 来自太阳 的热能被传送到来自水龙头的箱内热水上。 系统每年至少能满足 60%的热水需求,并总是和传统的技热系统连接以互相补充。在 英国有 50,000 多个这样的系统,价格取决于所选的容量和类型。 小型风力涡轮机 小型风力涡轮机是指塔杆高度在 25m 及以下的风力涡轮机。 涡轮机 须安装在塔尖上以减小建筑物、住宅用品和树木对其的阻碍作用。它们没有噪音,但需要提 交规划申请。风速至关重要,建议离地高度 10 米的风速大于等于每秒 5 米。 生物加热 来自可持续提供木源的木屑是一种可再生能源,可用作新式、计算机控制 的锅炉设备的燃料给建筑空间和居民用水加热。 当整个加热系统热需求恒定且与储藏间有便 捷通道时,设备工作状态最佳。锅炉设备比用矿物燃料的设备要贵,但木屑比气、油和煤便 宜。 可再生能量的未来 为了降低全球变暖和气候改变的影响, 减少我们对诸如煤、 油和气这样的矿物 燃料的依赖至关重要。为达到这个目的,毫无疑问,要提供清洁、可循环使用且对环境无副 作用的能源,可再生能源技术至关重要。 B 电动车辆 众多城市中不断增加的空气污染促进了寻找替代燃料的研究。 电动车是减少大多数城 市中占空气污染三分之二的尾气排放的一种方法。 电驱动技术包括电池电动车、 混合动力电 动车和燃料电池电动车。 电驱动技术 电池电动车 电动车是一种机动车辆,诸如汽车、卡车、或公交车,电动车用可充电 电车作燃料,取代了汽油、柴油或其他燃料。被取代的是内燃机及其传动系统。电动车用一 台电机,某些场合下用多台电机来驱动车辆。 储存在电动车可充电电池中的能量给电机控制器供电。 电机控制器根据脚踏板的位置 决定提供给驱动电机能量的大小。 给电动车提供燃料就是将车和一个插座或充电装置连接起来, 这个充电装置是专门为电动车 供电而设计的。充电时间取决于电池类型、容量和充电器的电压/电流。大多数电动车 6 小 时左右都能充完。 此外,电动车比内燃机车的效率要高得多。不仅驱动系统的效率高,而且传动系统的 损耗小,怠速根本不存在。 混合电动车 混合电动车指的是使用两种不同的能源。 混合电动车基本上是一种电动 车, 它使用随车携带的内燃机与电机/发电机连接来驱动车辆并/或给电池充电。 现在有许多 种不同的混合电动系统,它们使用汽油和柴油发动机、人造燃料发动机、气轮机或与电池连

接的燃料电池。这些选项可分成三类:串联(容量扩展混合电动车),并联(功率辅助混合 电动车),复合型混合电动车。 现今在最常见的混合电动车上使用的主要能源是汽油和电池。 电池都是静止部件。 唯一的损 耗是在放电过程中产生的很小的热量。如前所述,混合电动车使用两种不同的能源。对于当 前市场上的这些汽车而言, 电池是次要的能源供应方式, 而使用汽油、 柴油或可替代燃料, 如甲醇、乙醇或压缩天然气的发动机居于首位。最清洁、以燃料为主的的混合电动车设计包 括大于等于 20 英里的全电动有效行程和每天可以给电池充电的地点。混合电动车的最终目 标是提供和传统汽车同样的功率、同样的里程、同样的价格和同样的安全性,并降低燃料费 和有害的尾气。现在,混合电动车的效率差不多是传统内燃机汽车的两倍。 燃料电池车 燃料电池车与电动车基本相同, 仅仅是用燃料电池而不是普通电池供电 来驱动车辆。燃料电池车携带氢源,燃料电池将氢转换为电。 燃料电池是一种电化学装置, 在电池中化学反应的能量被直接转换成电。 通过将氢与 空气中的氧结合形成了电,根本没有燃烧。当用氢作燃料时,水和热是仅有的副产品。 虽然氢是燃料电池的主要燃料,燃料重整的过程要考虑到从甲醇、天然气、石油或可再生原 料中提取氢。与普通电池不同,燃料电池不会用光,也不需要充电,只要有燃料,它就能工 作。 对环境的益处 虽然传统汽车的尾气排放量越来越少,其他燃料的车辆能减轻空气污染,电动 车在现有技术中对空气质量的影响是最小的。 电动车是唯一没有尾气排放的车辆; 唯一与电 动车相关的气体排放来自发电厂和生产氢的工厂, 因为电动车要用电给电池充电, 用氢给燃 料电池作燃料。 即使与今天的汽车相比, 电动车或电池电动车对保证空气质量有诸多好处。 使 用电动车会减少活性氧和氮氧化物的排放——造成烟雾、 严重损害身体健康的主要气体将不 复存在。二氧化碳,造成全球变暖的主要气体。 使用电池电动车和混合电动车也会减少由石油产品、汽油和电动机润滑油溢出 对海洋、江河、陆地水域的污染。减轻城市噪声污染是另一个优点,因为电动车既安静又干 净。 市场上的电动车 车队是电池电动车和电动车一个重要的早期市场。 公共部门、 政府办事处和其他公司 开始把电动汽车作为车队的一部分, 并用于各种场合。 在一些城市你可以看到电动的公交车、 货车和服务车、邮车和在机场往来穿梭的行李搬运车。 电动车并不是处处可见, 但电动车时代已经到来。 许多重要的汽车制造厂, 诸如本田、 福特、通用、丰田和克莱斯勒等,正在引进或正计划引进某种电动车来投放市场。 充电学 给电池电动车加燃料就像在家庭车库里接个电源那样简单。 和加油站不同, 不用排队、 没有汽油味儿、不需交现金也不需要刷卡。 电池电动车可以很方便地在家里、 车队维修站、 公共充电站以每公里比加油站低得多 的价格充电。 今天的电池电动车通常在标准的 110 伏、20 安培电源接口上要花费 8 个多小时完成再充电 过程。但是,现在有几种充电系统使用 208 伏、40 安培或 240 伏、40 安培电源可在几个小 时或更短的时间里完成对电池电动车的充电过程。将来,随着电池和充电器技术的发展,充 电时间会和加油时间一样长。 由于 480 伏以上的高电压安装昂贵, 这样的快速充电可能仅会 在给许多电池电动车服务的地方见到,比如车队车库,充电站。


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