綠色工程 C 量化問題,解決問題
可再生能源發電
可再生能源發電涵蓋了很多方面技術,包括風能、太陽能(光伏發電與熱能發電)、生物燃料、水能、潮汐能、地熱甚至還包括高能物理。在環境適應目標和不斷加強的政府法規的驅使下,這些領域的研究和開發在全世界發展地很快。現在,超過50個不同政治、地理和經濟條件的國家都在可再生資源進行發電中設置了較高的目標(見表1)。
表1 政府為可再生能源所設置的目標
風力發電以40%的比率,在全球可再生能源(不包括大型水電)的利用中高居榜首。此外,根據預期:風力發電機的裝機容量將繼續以每年25%至30%的速率遞增。2007年,風力發電總瓦數已逾90 GW。風電機組的各項開發和工程應用十分復雜,涉及結構分析、機器狀態監控、電能質量與性能監控、環境監控與現場測試、汽輪機控制、測功機和性能測試等各個領域。其中最大的挑戰之一是開發精確的控制系統降低強風對風電機產生的破壞。工程師必須利用復雜的算法控制來控制風電機, 當風速小于額定風速時,能調節系統的轉速來實現風能的最佳利用, 當風速在大于額定風速時, 能通過調節葉片的漿距角來使系統維持在恒定的轉速。NI LabVIEW實時軟件以及PXI硬件是對這些算法進行原型開發、測試其可靠性以及驗證其性能的關鍵組件。此外,為了滿足更大發電量的需求,需要安裝更大尺寸高達350英尺的葉片, 風電工程師必須根據結構和空氣動力學對葉片進行更為復雜的設計。
太陽能制造商希望降低太陽能電池的材料成本并且提高其工作效率。他們需要更簡單、更快捷的方法對設備光伏輸出性能進行測試,對半導體封裝過程進行細致和精確的控制,以及對太陽能電池陣列并網進行精確的功率品質測量。
風能和太陽能應用的要求雖然并不能代表所有應用的需求,但是它們能夠大致反應出所有開發可再生能源應用的工程師為了尋求測量和設計下一代技術更好方法的需求。
環境監測
聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2007年的評估報告聲明隨著全球氣溫與海洋溫度的上升趨勢,大面積冰雪的熔化擴散以及海洋水位的上升等證據的出現,全球變暖是十分明顯的。通常認為在氣候變暖中的一個主要因素是大氣中溫室氣體的增加。
控制和降低溫室氣體排放的措施在不斷實施中。1997年,京都協定書指定了在2012年之前將溫室氣體(GHG)排放減少到低于1990年水準的藍圖。
精確跟蹤并監督GHG的實際排放是京都協定書的核心,如果不可能直接測量實際GHG排放,使用基于活動的功率消耗來替代測量和計算也是很有效的方法。不管在哪種情況中,實測數據的可用性和可靠性都隨著越來越多制度的實施和經濟影響的產生而變得越來越重要。
圖2:二氧化碳、甲烷、一氧化二碳是京都協定書中六種溫室氣體的三種,并且被IPCC確認為需要控制和減少的對象氣體
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