航空航天电源技术

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航空航天电源技术范文第1篇

[关键词]光纤供电；航天领域；启示与建议

中图分类号：TH823.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0224-01

1 引言

NASA（美国航天局）一直在开展激光空间传输能量的研究，通过激光在自由空间中传递能量，面临的最大的难题为光电转换效率随着距离的增加而急剧减小。光纤供电技术巧妙的解决了这一难题，它通过光纤的全反射效应为激光的传输提供了损耗较小的通道，不受射频和磁场、雷电、电磁脉冲影响，不产生额外的电磁干扰，比传统电缆更轻、装配灵活，且对系统防热设计要求较低。正是因为这些优点，使其在相关领域得到了广泛的应用。

2 发展现状和趋势

2.1 发展现状

20世纪50年代首次发现GaAs材料具有光伏效应，并首次制成砷化镓太阳能电池，效率有6.5%。70年代，美国采用LPE技术，在砷化镓材料的表面生长一层宽禁带窗口层，大大减少了表面复合，转换效率提高至16%，开创了高效率砷化镓太阳电池的新纪元。20世纪80年代后，国外砷化镓太阳能电池技术逐渐演化到采用MOCVD、异质外延、多结叠层结构等最新技术，材料的供电功率和转换效率不断提高，最高效率已达到29%。同时，随着激光技术的发展，采用激光器驱动光电转换材料的研究开始兴起。从20世纪80年代至今，光纤供电技术取得了长足的发展。目前，美国的JDSU、LaserMotive，德国西门子等公司，能提供功耗在1瓦特左右输出稳定的光供电材料，如图1所示，转换的效率可以到达最高60%，传输距离可以达到10km左右。更大功耗的由于稳定性较差，目前多处于实验室研究阶段。

在应用领域，国外光纤供电技术研究起步较早，目前低功耗的应用相对成熟，从20世纪90年代开始，相关技术开始应用于高压输电、军用及航天航空、工业传感器和医疗设备等领域。

2005年，霍尼韦尔公司在国际航空传感器大会上，提出了一种基于光纤供电的传感器网络，可以应用在对噪音、电磁和射频的干扰要求苛刻的场合。2006年，德国KIT公司，成功实现在单根光纤中传输数据和供电。2013年，美国LaserMotive公司在SPIE国际防务安全展览上，展示了光纤供电驱动的小型无人机。这种小型无人机飞行高度可以达到2km，用来进行区域目标监视、通信中继等。

2.2 发展趋势[1]

目前，国外光纤供电技术研究主要集中在790～850nm、900～1000nm和1200～1600nm三个波段。790～850nm波段一般采用铝镓铟或砷化镓光电池材料，可以提供稳定的500mw的1～2km远程输出功耗；900～1000nm波段一般采用铟砷化镓或者砷化镓光电池材料，能够提供稳定的2W以上的1～2km远程输出功耗；长距离的光纤供电一般采用1200～1600nm波段铟砷化镓或者磷化铟光供电材料，可以提供500mw左右10km以上的稳定功率输出。目前，美国JDSU公司在实验室内已经成功实现了10W功耗1km距离的光纤供电演示。

3 应用特点

3.1 电力领域[2]

在电力领域，激光供能系统是解决电力系统测量中绝缘问题的安全可靠方案，通过光纤隔离高、低电压侧，给高压侧数据采集电路提供稳定电源，并且可以通过与能量光纤共用的信号光纤将采集到的信号送到低压侧的数据采集系统，不受高压母线附近的强电磁干扰的影响。同时，光纤不导电、重量轻、集成度高的特点取代了传统电磁式互感器的填油等复杂绝缘结构，体积小，造价低，安装维护成本也大大降低。

3.2 工业传感器

国外的工业传感器也经常采用光纤供电的形式。光纤提供了一种抗噪声，抗火花，绝缘的特殊电源，因此光电转换是传感器应用的理想选择，如电磁干扰测试与测量传感器。

电路会产生辐射无线电频率（RF）能量的电磁场，从而增加了电子超过规定EMI（电磁干扰）限制的可能性。磁场或电场探测器用于EMI测试以量化放射水平，并帮助确定电磁干扰的来源。在该测试中使用的探测器的电源一般由电池提供。当电池需要充电时，测试停止，电池充电或更换。电池充电破坏了试验的连续性，增大了测试周期。光电电源可以作为一个孤立的电源来驱动的EMI探针，从而提供一个单一的电源，从而除去了对电池的需要。全光纤转换可以向探头提供动力，使探头以较高的速率发回采样数据，以方便测量。因此，EMI测试可以更有效率和更经济地在较少的时间里完成。

3.3 医疗设备

磁共振成像（MRI）技术可以通过检测核磁共振信号显示人体图像。这些信号用射频线圈检测，这种线圈可以将信号放大到足够电子处理器可以读出的水平。通常情况下，是由一个非常僵硬、笨重、隐蔽的铜电缆向线圈放大器提供电源。在MRI检查过程中所采用的高转换领域，共模信号和接地回路对保持信号的完整性提出了挑战，并且可能导致因电缆过热发生的烫伤。使用非导电纤维可以消除这些风险，并且改进信号的信噪比。由于纤维需要的横截面面积更小，因此在相同的可用空间内可以使用更多的线圈提供动力以改善成像质量。同样，其他电子故障监测设备在强磁场和射频场内也可使用独立的光子电源，以确保无干扰测量。

4 启示与建议

（一）紧密跟踪光纤供电领域技术发展，充分重视其对于航天领域的意义。目前，国外光纤供电技术在航空航天传感器测量领域有广泛的应用，在国内工业领域也有相关的应用，但在我国航天型号研制方面还未涉足，有较大的应用空间。

未来的航天电气系统将会趋向于重量轻、功耗低、内部通信快速灵活的方向发展。采用光纤供电的方式，可以利用光纤作为能力传递和信息交换的介质，大大降低设备重量，避免传统电缆连接的复杂性以及无线射频通信的带宽限制，降低系统电磁兼容和防热设计的难度，对于我国航天技术发展具有推动意义。

（二）结合航天领域电气系统特点，推动电气系统电缆光纤化。目前箭上、弹上系统、地面测试设备和导弹指挥通信设备电气系统普遍使用电缆，然而，一贯使用的以电缆为媒介进行供电和通信的方式存在着许多弊端。箭、弹上存在着许多不同类型的干扰源，对电缆通信造成很大的电磁干扰。特别是对于武器系统而言，在遇到敌方施加电子干扰时，传统的电缆通信方式可能因电磁兼容的缺陷而导致崩溃。光纤供电技术可以彻底避免电磁干扰，降低电气系统防热设计难度，提高信号传输的安全性和可靠性。光纤还具有转弯半径小方便铺设、传输信号容量大、速率高、衰减小、误码率低等常规电缆无法比拟的优点，有利于提高系统的集成化、小型化和安全性水平。

（三）加强顶层牵引，梳理电缆光纤化研制体系。电缆光纤化涉及系统广泛，工程化工作较为复杂。需要充分发挥总体的顶层牵引作用，通过总体技术论证，统筹策划、分步开展、逐步完善，建立完善的研制体系。同时，加强系统性培训，建立面向型号的光纤化技术专业队伍。在研制过程中，可以先对部分对电磁干扰、噪声、防热要求苛刻的电气设备进行光纤化改造，后续再逐步推广到其它设备，最终实现系统光纤化的最优解决方案。

参考文献

航空航天电源技术范文第2篇

[关键词] 天津 新能源产业 SWOT分析 对策

一、天津市新能源产业重点项目

1.太阳能项目

(1)与美国联合太阳能公司合作投资太阳能电池项目

2007年，天津市津能投资公司与美国联合太阳能公司（United solarovonic）在津签署合资合同，共同投资建设年产25兆瓦柔性薄膜太阳电池项目。该项目总投资3，500万美元，设计生产能力为25兆瓦，实际年产可达30兆瓦，是此种工艺路线国内规模最大项目，计划2008年6月底建成投产，并扩展到三条生产线，最终达到90兆瓦规模。该项目落户天津并列入天津市重点建设项目，将填补产品空白，进一步提升天津市太阳电池技术水平。

(2)太阳能电池研发转化项目在保税区建设

由南开大学研究开发的国家863重点项目―――铜铟硒薄膜太阳能电池项目在保税区空港加工建设。该项目由南开大学光电研究所研究开发，其产品广泛应用于大型太阳能发电站、节能楼宇玻璃及航空航天等，对新能源企业聚集和形成高新技术产业化承接平台具有积极的作用。

(3)非晶硅薄膜太阳能电池产业化项目研发成功

该项目由津能电池科技有限公司承担，被列为国家高新技术产业发展项目计划和天津市重大高新技术产业化项目，以南开大学技术力量为支撑，引进美国EPV公司先进的单室、大容量生产设备，生产双结非晶硅太阳电池产品，具有高产率、低成本的特点，是目前国际上生产效率最高的生产技术。该项目总投资为19779万元，建有两条太阳电池板和组件生产线，建筑面积达7000平方米，达产后，可实现年销售收入12500万元，利润总额3763万元。该项目的投产，填补了国内非晶硅电池产品的空白，打破了国外少数国家对该产品的垄断。同时，这个作为绿色电源的高科技产业化项目，可用于太阳源发电，同时在节能、环保及提高西部地区人民生活质量方面，具有明显的社会效益。

(4)全球最大太阳能空调安装就位

全球最大的太阳能空调在天津市华苑软件园海泰信息广场安装就位，于2006年正式启用。太阳能空调，夏季可降低制冷耗费的电量，减少二氧化硫排放量；冬季采暖可减少烧煤供热或燃气供热比率，同样对环境保护具有重要意义。此太阳能空调启用后，辐射制冷供热建筑面积12万平方米，与电制冷和燃气采暖对比，每年制冷节电约400万千瓦时，采暖节省燃气约50万立方米。

2.绿色电池项目

天津市目前形成了以力神电池、蓝天电源、和平海湾、蓝天高科和巴莫科技等公司为依托的绿色电池产业集群。"十一五"期间，各企业将打通产业链中从技术研发到电池材料、电池产品、应用产品、配套产品生产和服务的各个重要结点，提高国际分工地位，提升综合竞争能力，形成以绿色储能电池、光伏电池、燃料电池及关键电池材料为主导，集研发、生产、经营为一体的优势产业集群。

3.风电项目

苏司兰能源(天津)有限公司于2006在高新区华苑产业园注册，一期投资6000万美元，工厂占地25万平方米，主要生产风力发电设备。2007年2月，该公司在新技术产业园区举行新厂落成暨开工仪式，此次落成开工的新厂建筑面积5.85万平方米，包括叶片厂、机舱外壳厂、风力涡轮发电机厂、控制面板厂、发电机厂等，总装机容量600兆瓦，年产值达24亿元，新厂的落成将进一步巩固苏司兰能源在全球领先的市场地位。

4.水处理项目

在水处理产业方面，整合创业环保集团、国际机械公司、膜天膜科技公司等企业在设计、产品制造、项目建设和运营服务方面的既有优势，突出工程总承包中的设备、产品成龙配套，通过加强联合与合作进行优势整合，形成整体上的竞争优势。主要建设天津国际机械集团有限公司污水处理成套设备项目、天津甘泉集团有限公司高压潜水轴流泵、污水泵研制项目。

5.海水淡化项目

以建设海水淡化示范城市为契机，整合海水淡化研究所、天津化工研究设计院、天津市化工设计院、天津大学、膜天膜公司以及宝成集团、爱甘霖集团等企业的技术和设备优势，发挥化工、机械制造等传统产业优势，形成从海水预处理、淡化到淡化后浓海水综合利用的系统集成。

6.再生新能源基地项目

该项目是进行废旧物品的回收、拆解、再利用的一个再生资源的能源基地，总占地面积200亩，预计规划建设在汉沽区杨家泊镇物流园区。该项目具有资源再生和资源再利用的特点，可解决环渤海地区的环境污染，使废旧物资资源进行有效地再利用，对促进资源产业和循环经济的发展具有重要的作用。

7.沼气池项目

2007年，天津市在文明生态村推广户用沼气池7000座。通过4年努力，到2010年本市在农村将总共建设户用沼气池2万户，使广大农户采用新能源用以照明、做饭，改善农民生活条件，提高农村现代化水平。

8.秸秆制气站项目

从2006年开始，天津市大力实施农村新能源建设，兴建100多座秸秆制气站，使全市每年500多万吨的秸秆，逐步变废为宝成为全市农村清洁能源。自此，天津每年将有近万户农民用上秸秆“气化”新能源。一个三口之家用秸秆气做饭和取暖，平均每天费用仅为一元左右。

9.清洁汽车动力项目

继续做大电动自行车市场的同时，以电动车辆研究中心--清源电动车辆有限公司为龙头，优化和集成汽车、发动机、电池、电机等方面的优势力量，在清洁汽车领域做强“清源”品牌，形成混合动力公交车、家庭轿车和纯电动轿车的多品种竞争优势，参与国际市场竞争。

二、天津市新能源产业SWOT分析

天津市新能源产业发展有政策、技术、人才供给、地域环境等方面的优势，适逢国家扶持滨海新区发展的新机遇，跨过公司投资不断增加，自身技术力量也不断增强，但也应看到在核心技术持有、投资经费、研发水平等方面的不足。本文将天津市新能源产业发展的SWOT分析矩阵总结为下表。

表 天津市新能源产业SWOT分析矩阵

三、促进天津市新能源产业发展的对策

1.贯彻落实国家新能源产业发展的政策方针

2006年，我国开始实施《可再生能源法》，以立法的方式保证了发展新能源和可再生能源的地位。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年～2020年）》已明确能源作为重点领域。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《可再生能源中长期发展规划》等一系列指导性文件都将新能源产业列入重点产业发展方向。节约能源，降低能耗，是我国国民经济持续发展的关键，开源与节约并举将是我国能源战略的核心。鉴于此，天津市需加大对新能源产业发展的支持力度，积极引导和支持以企业为主体、产学研相结合进行新能源的技术开发及产业化，开展重大技术装备的研制，加强重点骨干企业的自主创新能力建设，研究促进新能源发展的政策措施，通过技术创新，推进新能源产业的健康发展。

2.积极培育和规范市场

(1)加快新能源标准体系建设。继续组织制定和修订有关产品和零部件的国家标准，包括产品性能、试验方法和能效标准以及系统的安装、设计等国家标准。

(2)建立新能源质量保证体系。逐步建立国家级产品质量检测中心和质量控制体系。组织开展大型风力发电设备及零部件的检测、认证工作；建立与国际接轨的太阳光伏系统及部件的质量检测体系。

(3)建立产业化技术服务体系，实施项目招投标制度、工程质量监理和评审制度，鼓励发展工程建设、技术咨询、信息服务、人才培训为主的中介服务。

3.组织实施示范工程

(1)组织实施太阳能与建筑一体化示范工程。积极引导太阳热水器生产企业参与示范工程建设，推动太阳热水器作为建筑构件制造技术的开发和推广，扩大应用领域。

(2)实施风电设备国产化示范工程。选择资源条件好，经济实力强的风电场，建设10万千瓦级示范风电场；支持风力发电设备制造企业开发生产具有自主知识产权的风力发电设备及零部件。通过国产化示范工程降低设备造价，使风电场初始投资有较大幅度的下降。

(3)组织实施蔗渣热电联产技术商业化示范工程和生物质发电上网商业化示范工程。

4.加大宣传、培训和信息传播的力度

采取多种形式，宣传发展新能源对经济社会可持续发展的重要战略意义以及党和政府对开发利用新能源的方针、政策。对从事新能源利用的技术和管理人员有计划地组织培训。加强信息交流，支持建立一些全国性和区域性的新能源信息网站，通过信息传播，引导产业发展。

5.广泛开展国际交流与合作

积极利用全球环境基金、世界银行、联合国开发计划署和亚洲开发银行等国际组织和有关国家政府的资金和技术，加快新能源和可再生能源产业化发展。拓宽融资渠道，多渠道筹措资金。进一步扩大招商引资，引导社会投资参与新能源产业发展；鼓励企业利用资本市场融资，实施资产重组，改善企业资本结构，增强自我发展能力。