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航空航天電源技術范文第1篇

[關鍵詞]光纖供電；航天領域；啟示與建議

中圖分類號：TH823.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）20-0224-01

1 引言

NASA（美國航天局）一直在開展激光空間傳輸能量的研究，通過激光在自由空間中傳遞能量，面臨的最大的難題為光電轉換效率隨著距離的增加而急劇減小。光纖供電技術巧妙的解決了這一難題，它通過光纖的全反射效應為激光的傳輸提供了損耗較小的通道，不受射頻和磁場、雷電、電磁脈沖影響，不產生額外的電磁干擾，比傳統電纜更輕、裝配靈活，且對系統防熱設計要求較低。正是因為這些優點，使其在相關領域得到了廣泛的應用。

2 發展現狀和趨勢

2.1 發展現狀

20世紀50年代首次發現GaAs材料具有光伏效應，并首次制成砷化鎵太陽能電池，效率有6.5%。70年代，美國采用LPE技術，在砷化鎵材料的表面生長一層寬禁帶窗口層，大大減少了表面復合，轉換效率提高至16%，開創了高效率砷化鎵太陽電池的新紀元。20世紀80年代后，國外砷化鎵太陽能電池技術逐漸演化到采用MOCVD、異質外延、多結疊層結構等最新技術，材料的供電功率和轉換效率不斷提高，最高效率已達到29%。同時，隨著激光技術的發展，采用激光器驅動光電轉換材料的研究開始興起。從20世紀80年代至今，光纖供電技術取得了長足的發展。目前，美國的JDSU、LaserMotive，德國西門子等公司，能提供功耗在1瓦特左右輸出穩定的光供電材料，如圖1所示，轉換的效率可以到達最高60%，傳輸距離可以達到10km左右。更大功耗的由于穩定性較差，目前多處于實驗室研究階段。

在應用領域，國外光纖供電技術研究起步較早，目前低功耗的應用相對成熟，從20世紀90年代開始，相關技術開始應用于高壓輸電、軍用及航天航空、工業傳感器和醫療設備等領域。

2005年，霍尼韋爾公司在國際航空傳感器大會上，提出了一種基于光纖供電的傳感器網絡，可以應用在對噪音、電磁和射頻的干擾要求苛刻的場合。2006年，德國KIT公司，成功實現在單根光纖中傳輸數據和供電。2013年，美國LaserMotive公司在SPIE國際防務安全展覽上，展示了光纖供電驅動的小型無人機。這種小型無人機飛行高度可以達到2km，用來進行區域目標監視、通信中繼等。

2.2 發展趨勢[1]

目前，國外光纖供電技術研究主要集中在790～850nm、900～1000nm和1200～1600nm三個波段。790～850nm波段一般采用鋁鎵銦或砷化鎵光電池材料，可以提供穩定的500mw的1～2km遠程輸出功耗；900～1000nm波段一般采用銦砷化鎵或者砷化鎵光電池材料，能夠提供穩定的2W以上的1～2km遠程輸出功耗；長距離的光纖供電一般采用1200～1600nm波段銦砷化鎵或者磷化銦光供電材料，可以提供500mw左右10km以上的穩定功率輸出。目前，美國JDSU公司在實驗室內已經成功實現了10W功耗1km距離的光纖供電演示。

3 應用特點

3.1 電力領域[2]

在電力領域，激光供能系統是解決電力系統測量中絕緣問題的安全可靠方案，通過光纖隔離高、低電壓側，給高壓側數據采集電路提供穩定電源，并且可以通過與能量光纖共用的信號光纖將采集到的信號送到低壓側的數據采集系統，不受高壓母線附近的強電磁干擾的影響。同時，光纖不導電、重量輕、集成度高的特點取代了傳統電磁式互感器的填油等復雜絕緣結構，體積小，造價低，安裝維護成本也大大降低。

3.2 工業傳感器

國外的工業傳感器也經常采用光纖供電的形式。光纖提供了一種抗噪聲，抗火花，絕緣的特殊電源，因此光電轉換是傳感器應用的理想選擇，如電磁干擾測試與測量傳感器。

電路會產生輻射無線電頻率（RF）能量的電磁場，從而增加了電子超過規定EMI（電磁干擾）限制的可能性。磁場或電場探測器用于EMI測試以量化放射水平，并幫助確定電磁干擾的來源。在該測試中使用的探測器的電源一般由電池提供。當電池需要充電時，測試停止，電池充電或更換。電池充電破壞了試驗的連續性，增大了測試周期。光電電源可以作為一個孤立的電源來驅動的EMI探針，從而提供一個單一的電源，從而除去了對電池的需要。全光纖轉換可以向探頭提供動力，使探頭以較高的速率發回采樣數據，以方便測量。因此，EMI測試可以更有效率和更經濟地在較少的時間里完成。

3.3 醫療設備

磁共振成像（MRI）技術可以通過檢測核磁共振信號顯示人體圖像。這些信號用射頻線圈檢測，這種線圈可以將信號放大到足夠電子處理器可以讀出的水平。通常情況下，是由一個非常僵硬、笨重、隱蔽的銅電纜向線圈放大器提供電源。在MRI檢查過程中所采用的高轉換領域，共模信號和接地回路對保持信號的完整性提出了挑戰，并且可能導致因電纜過熱發生的燙傷。使用非導電纖維可以消除這些風險，并且改進信號的信噪比。由于纖維需要的橫截面面積更小，因此在相同的可用空間內可以使用更多的線圈提供動力以改善成像質量。同樣，其他電子故障監測設備在強磁場和射頻場內也可使用獨立的光子電源，以確保無干擾測量。

4 啟示與建議

（一）緊密跟蹤光纖供電領域技術發展，充分重視其對于航天領域的意義。目前，國外光纖供電技術在航空航天傳感器測量領域有廣泛的應用，在國內工業領域也有相關的應用，但在我國航天型號研制方面還未涉足，有較大的應用空間。

未來的航天電氣系統將會趨向于重量輕、功耗低、內部通信快速靈活的方向發展。采用光纖供電的方式，可以利用光纖作為能力傳遞和信息交換的介質，大大降低設備重量，避免傳統電纜連接的復雜性以及無線射頻通信的帶寬限制，降低系統電磁兼容和防熱設計的難度，對于我國航天技術發展具有推動意義。

（二）結合航天領域電氣系統特點，推動電氣系統電纜光纖化。目前箭上、彈上系統、地面測試設備和導彈指揮通信設備電氣系統普遍使用電纜，然而，一貫使用的以電纜為媒介進行供電和通信的方式存在著許多弊端。箭、彈上存在著許多不同類型的干擾源，對電纜通信造成很大的電磁干擾。特別是對于武器系統而言，在遇到敵方施加電子干擾時，傳統的電纜通信方式可能因電磁兼容的缺陷而導致崩潰。光纖供電技術可以徹底避免電磁干擾，降低電氣系統防熱設計難度，提高信號傳輸的安全性和可靠性。光纖還具有轉彎半徑小方便鋪設、傳輸信號容量大、速率高、衰減小、誤碼率低等常規電纜無法比擬的優點，有利于提高系統的集成化、小型化和安全性水平。

（三）加強頂層牽引，梳理電纜光纖化研制體系。電纜光纖化涉及系統廣泛，工程化工作較為復雜。需要充分發揮總體的頂層牽引作用，通過總體技術論證，統籌策劃、分步開展、逐步完善，建立完善的研制體系。同時，加強系統性培訓，建立面向型號的光纖化技術專業隊伍。在研制過程中，可以先對部分對電磁干擾、噪聲、防熱要求苛刻的電氣設備進行光纖化改造，后續再逐步推廣到其它設備，最終實現系統光纖化的最優解決方案。

參考文獻

航空航天電源技術范文第2篇

[關鍵詞] 天津 新能源產業 SWOT分析 對策

一、天津市新能源產業重點項目

1.太陽能項目

(1)與美國聯合太陽能公司合作投資太陽能電池項目

2007年，天津市津能投資公司與美國聯合太陽能公司（United solarovonic）在津簽署合資合同，共同投資建設年產25兆瓦柔性薄膜太陽電池項目。該項目總投資3，500萬美元，設計生產能力為25兆瓦，實際年產可達30兆瓦，是此種工藝路線國內規模最大項目，計劃2008年6月底建成投產，并擴展到三條生產線，最終達到90兆瓦規模。該項目落戶天津并列入天津市重點建設項目，將填補產品空白，進一步提升天津市太陽電池技術水平。

(2)太陽能電池研發轉化項目在保稅區建設

由南開大學研究開發的國家863重點項目―――銅銦硒薄膜太陽能電池項目在保稅區空港加工建設。該項目由南開大學光電研究所研究開發，其產品廣泛應用于大型太陽能發電站、節能樓宇玻璃及航空航天等，對新能源企業聚集和形成高新技術產業化承接平臺具有積極的作用。

(3)非晶硅薄膜太陽能電池產業化項目研發成功

該項目由津能電池科技有限公司承擔，被列為國家高新技術產業發展項目計劃和天津市重大高新技術產業化項目，以南開大學技術力量為支撐，引進美國EPV公司先進的單室、大容量生產設備，生產雙結非晶硅太陽電池產品，具有高產率、低成本的特點，是目前國際上生產效率最高的生產技術。該項目總投資為19779萬元，建有兩條太陽電池板和組件生產線，建筑面積達7000平方米，達產后，可實現年銷售收入12500萬元，利潤總額3763萬元。該項目的投產，填補了國內非晶硅電池產品的空白，打破了國外少數國家對該產品的壟斷。同時，這個作為綠色電源的高科技產業化項目，可用于太陽源發電，同時在節能、環保及提高西部地區人民生活質量方面，具有明顯的社會效益。

(4)全球最大太陽能空調安裝就位

全球最大的太陽能空調在天津市華苑軟件園海泰信息廣場安裝就位，于2006年正式啟用。太陽能空調，夏季可降低制冷耗費的電量，減少二氧化硫排放量；冬季采暖可減少燒煤供熱或燃氣供熱比率，同樣對環境保護具有重要意義。此太陽能空調啟用后，輻射制冷供熱建筑面積12萬平方米，與電制冷和燃氣采暖對比，每年制冷節電約400萬千瓦時，采暖節省燃氣約50萬立方米。

2.綠色電池項目

天津市目前形成了以力神電池、藍天電源、和平海灣、藍天高科和巴莫科技等公司為依托的綠色電池產業集群。"十一五"期間，各企業將打通產業鏈中從技術研發到電池材料、電池產品、應用產品、配套產品生產和服務的各個重要結點，提高國際分工地位，提升綜合競爭能力，形成以綠色儲能電池、光伏電池、燃料電池及關鍵電池材料為主導，集研發、生產、經營為一體的優勢產業集群。

3.風電項目

蘇司蘭能源(天津)有限公司于2006在高新區華苑產業園注冊，一期投資6000萬美元，工廠占地25萬平方米，主要生產風力發電設備。2007年2月，該公司在新技術產業園區舉行新廠落成暨開工儀式，此次落成開工的新廠建筑面積5.85萬平方米，包括葉片廠、機艙外殼廠、風力渦輪發電機廠、控制面板廠、發電機廠等，總裝機容量600兆瓦，年產值達24億元，新廠的落成將進一步鞏固蘇司蘭能源在全球領先的市場地位。

4.水處理項目

在水處理產業方面，整合創業環保集團、國際機械公司、膜天膜科技公司等企業在設計、產品制造、項目建設和運營服務方面的既有優勢，突出工程總承包中的設備、產品成龍配套，通過加強聯合與合作進行優勢整合，形成整體上的競爭優勢。主要建設天津國際機械集團有限公司污水處理成套設備項目、天津甘泉集團有限公司高壓潛水軸流泵、污水泵研制項目。

5.海水淡化項目

以建設海水淡化示范城市為契機，整合海水淡化研究所、天津化工研究設計院、天津市化工設計院、天津大學、膜天膜公司以及寶成集團、愛甘霖集團等企業的技術和設備優勢，發揮化工、機械制造等傳統產業優勢，形成從海水預處理、淡化到淡化后濃海水綜合利用的系統集成。

6.再生新能源基地項目

該項目是進行廢舊物品的回收、拆解、再利用的一個再生資源的能源基地，總占地面積200畝，預計規劃建設在漢沽區楊家泊鎮物流園區。該項目具有資源再生和資源再利用的特點，可解決環渤海地區的環境污染，使廢舊物資資源進行有效地再利用，對促進資源產業和循環經濟的發展具有重要的作用。

7.沼氣池項目

2007年，天津市在文明生態村推廣戶用沼氣池7000座。通過4年努力，到2010年本市在農村將總共建設戶用沼氣池2萬戶，使廣大農戶采用新能源用以照明、做飯，改善農民生活條件，提高農村現代化水平。

8.秸稈制氣站項目

從2006年開始，天津市大力實施農村新能源建設，興建100多座秸稈制氣站，使全市每年500多萬噸的秸稈，逐步變廢為寶成為全市農村清潔能源。自此，天津每年將有近萬戶農民用上秸稈“氣化”新能源。一個三口之家用秸稈氣做飯和取暖，平均每天費用僅為一元左右。

9.清潔汽車動力項目

繼續做大電動自行車市場的同時，以電動車輛研究中心--清源電動車輛有限公司為龍頭，優化和集成汽車、發動機、電池、電機等方面的優勢力量，在清潔汽車領域做強“清源”品牌，形成混合動力公交車、家庭轎車和純電動轎車的多品種競爭優勢，參與國際市場競爭。

二、天津市新能源產業SWOT分析

天津市新能源產業發展有政策、技術、人才供給、地域環境等方面的優勢，適逢國家扶持濱海新區發展的新機遇，跨過公司投資不斷增加，自身技術力量也不斷增強，但也應看到在核心技術持有、投資經費、研發水平等方面的不足。本文將天津市新能源產業發展的SWOT分析矩陣總結為下表。

表 天津市新能源產業SWOT分析矩陣

三、促進天津市新能源產業發展的對策

1.貫徹落實國家新能源產業發展的政策方針

2006年，我國開始實施《可再生能源法》，以立法的方式保證了發展新能源和可再生能源的地位。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006年～2020年）》已明確能源作為重點領域。《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》和《可再生能源中長期發展規劃》等一系列指導性文件都將新能源產業列入重點產業發展方向。節約能源，降低能耗，是我國國民經濟持續發展的關鍵，開源與節約并舉將是我國能源戰略的核心。鑒于此，天津市需加大對新能源產業發展的支持力度，積極引導和支持以企業為主體、產學研相結合進行新能源的技術開發及產業化，開展重大技術裝備的研制，加強重點骨干企業的自主創新能力建設，研究促進新能源發展的政策措施，通過技術創新，推進新能源產業的健康發展。

2.積極培育和規范市場

(1)加快新能源標準體系建設。繼續組織制定和修訂有關產品和零部件的國家標準，包括產品性能、試驗方法和能效標準以及系統的安裝、設計等國家標準。

(2)建立新能源質量保證體系。逐步建立國家級產品質量檢測中心和質量控制體系。組織開展大型風力發電設備及零部件的檢測、認證工作；建立與國際接軌的太陽光伏系統及部件的質量檢測體系。

(3)建立產業化技術服務體系，實施項目招投標制度、工程質量監理和評審制度，鼓勵發展工程建設、技術咨詢、信息服務、人才培訓為主的中介服務。

3.組織實施示范工程

(1)組織實施太陽能與建筑一體化示范工程。積極引導太陽熱水器生產企業參與示范工程建設，推動太陽熱水器作為建筑構件制造技術的開發和推廣，擴大應用領域。

(2)實施風電設備國產化示范工程。選擇資源條件好，經濟實力強的風電場，建設10萬千瓦級示范風電場；支持風力發電設備制造企業開發生產具有自主知識產權的風力發電設備及零部件。通過國產化示范工程降低設備造價，使風電場初始投資有較大幅度的下降。

(3)組織實施蔗渣熱電聯產技術商業化示范工程和生物質發電上網商業化示范工程。

4.加大宣傳、培訓和信息傳播的力度

采取多種形式，宣傳發展新能源對經濟社會可持續發展的重要戰略意義以及黨和政府對開發利用新能源的方針、政策。對從事新能源利用的技術和管理人員有計劃地組織培訓。加強信息交流，支持建立一些全國性和區域性的新能源信息網站，通過信息傳播，引導產業發展。

5.廣泛開展國際交流與合作

積極利用全球環境基金、世界銀行、聯合國開發計劃署和亞洲開發銀行等國際組織和有關國家政府的資金和技術，加快新能源和可再生能源產業化發展。拓寬融資渠道，多渠道籌措資金。進一步擴大招商引資，引導社會投資參與新能源產業發展；鼓勵企業利用資本市場融資，實施資產重組，改善企業資本結構，增強自我發展能力。