發(fā)布時間：2023-03-16 15:53:42
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的化學(xué)能源論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞 教育 文化功能 大學(xué)校園 文化創(chuàng)新
中圖分類號：G640 文獻標(biāo)識碼：A
教育，是一種有目的的培養(yǎng)人的社會活動，它擁有著強大的社會功能，不僅反映了經(jīng)濟、政治、生態(tài)等方面的要求，還與文化有著緊密的聯(lián)系，這種聯(lián)系便產(chǎn)生了它的文化功能。①面對當(dāng)前大學(xué)校園文化建設(shè)的全新領(lǐng)域，我們應(yīng)積極運用教育的文化功能對校園進行文化創(chuàng)新，使大學(xué)的校園文化擁有鮮活的靈魂和強大的生命力。
1 教育的文化功能
1.1 教育的文化傳遞功能
教育傳遞著文化，它能使人類迅捷、高效地占有前人所創(chuàng)造的精神文化財富的精髓，快速成長為具有攝取、鑒賞、創(chuàng)造文化能力的“文化人”。正是教育活動將人類的文化一代代的傳承下去。②然而，人類有著數(shù)以千年的文明歷史，積累的文化知識不計其數(shù)，而學(xué)生受教育的時間則是有限的，即使是“終身教育”，也不可能把前人所積累的文化知識都傳遞給后人。隨著社會的發(fā)展與進步，文化傳遞的途徑呈現(xiàn)多元化，人們通過各種渠道獲取知識，使學(xué)生在有限的時間內(nèi)最大化地接收和掌握新知識。
1.2 教育的文化選擇功能
所有的文化，既有精華又有糟粕，既有促進社會發(fā)展所需的知識，又有陳舊腐化的東西。因而，教育為了有效地傳遞文化，還必須發(fā)揮對文化的選擇功能。
一般來說，不同層次的教育對文化的選擇不同。大學(xué)教育屬于高等教育，包含的學(xué)科門類眾多，遍及文化的各個方面，且需要學(xué)生更加寬廣的視野。因而，高等教育對文化的選擇更具權(quán)威性和影響力，而其培養(yǎng)目標(biāo)本質(zhì)上來說是對文化的深層次選擇。③它把文化繼承與發(fā)揚光大，并將文化貫穿于年輕一代的大學(xué)生，使學(xué)生成為文化傳承與創(chuàng)新的載體，承載著一個國家、民族的理想和希望。
1.3 教育的文化創(chuàng)新功能
文化的生命力要想愈發(fā)頑強，不僅在于對它的傳遞與選擇，更在于對它的更新與創(chuàng)造。我們需通過教育把人類已有的精神財富轉(zhuǎn)化為學(xué)生個體的精神財富，培養(yǎng)他們對文化的興趣，使他們適應(yīng)和參與現(xiàn)實社會文化活動，并能根據(jù)現(xiàn)實社會的需要去創(chuàng)新。與其它層次的教育相比，高等教育在文化創(chuàng)新方面有著獨特的優(yōu)勢所在。④它是優(yōu)秀人才匯集的地方，集中了大量的專家、學(xué)者，科研實力雄厚，有利于基礎(chǔ)理論的開展以及邊緣、交叉學(xué)科的探究與應(yīng)用?？梢哉f，大學(xué)是國家科研項目再次創(chuàng)新的主力軍。⑤
2 大學(xué)校園的文化創(chuàng)新
2.1 大學(xué)校園的物質(zhì)文化創(chuàng)新
校園的物質(zhì)文化為校園的精神文化和制度文化搭建了平臺，并體現(xiàn)了學(xué)校外在的價值觀與德育功能。例如，一尊尊偉人的雕塑或某個別具風(fēng)格的建筑物就會為學(xué)校增添了文化氛圍。校園內(nèi)，道路兩旁建花壇、種草種樹，廣闊的草坪成為學(xué)生學(xué)習(xí)、休息的室外場所。這般良好的環(huán)境，不僅令人心曠神怡，還陶冶了學(xué)生的情操，形成良好的心理素質(zhì)。
2.2 大學(xué)校園的制度文化創(chuàng)新
校園的制度文化是高校校園文化的行動指南，主要指高校管理制度、行為規(guī)范等。大學(xué)的校園文化既要建設(shè)，又要經(jīng)營與管理。⑥管理者要有較高的思想文化素質(zhì)和管理意識，要體現(xiàn)以人為本的原則，增強公平性及參與性。學(xué)校通過民主參與調(diào)動學(xué)生及教師在制度文化建設(shè)上的積極性與主動性，弱化人與制度的對立來增強廣大師生的歸屬感和凝聚力。
2.3 大學(xué)校園的精神文化創(chuàng)新
校園的精神文化是高校校園文化的靈魂（下轉(zhuǎn)第35頁）（上接第22頁）與核心部分，校園文化建設(shè)的內(nèi)容與分類多種多樣，而校風(fēng)更是“學(xué)校物質(zhì)和精神文化建設(shè)的綜合體現(xiàn)，是學(xué)校素質(zhì)教育力量的表現(xiàn)形態(tài)”。因而，要把校風(fēng)建設(shè)放在重要的位置，培養(yǎng)學(xué)生的主體意識和主觀能動性，營造具有學(xué)習(xí)、創(chuàng)新氛圍的優(yōu)良校風(fēng)。
總之，校園的物質(zhì)文化、制度文化、精神文化創(chuàng)新三者間不是孤立的，而是密切聯(lián)系，相互影響，相互促進的，是一個統(tǒng)一的有機整體。⑦因此，良好校園文化的營造要以創(chuàng)新為特征，這樣才能使大學(xué)校園文化擁有鮮活的靈魂和頑強的生命力。
3 運用教育的文化功能加強大學(xué)校園的文化創(chuàng)新
教育的文化功能與大學(xué)校園文化創(chuàng)新之間存在著密切地聯(lián)系。教育實現(xiàn)其文化的傳遞、選擇、創(chuàng)新等功能的過程，就是大學(xué)校園進行文化傳承、篩選、創(chuàng)造的過程，也是大學(xué)校園文化進行物質(zhì)、制度、精神文化創(chuàng)新的過程。
3.1 教育的文化傳遞功能為大學(xué)校園文化創(chuàng)新搭建橋梁
大學(xué)校園的文化創(chuàng)新，要充分地運用到課堂上來，為各領(lǐng)域?qū)ｉT的學(xué)科知識搭建橋梁，引導(dǎo)大學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀，養(yǎng)成較高的人文修養(yǎng)和強烈的民族文化精神。作為高校的教育工作者，還需要對文化傳承的內(nèi)容進行深層次、多階段的探索，遵照循序漸進的原則，把握時機，因人施教。
3.2 教育的文化選擇功能作為大學(xué)校園文化創(chuàng)新的過濾器
（1）運用教育的文化選擇功能進行課程設(shè)置和內(nèi)容篩選。大學(xué)教育主要是通過課堂教學(xué)來實現(xiàn)的，因此課程設(shè)置、教材選編、教學(xué)內(nèi)容組織需要依靠文化選擇功能。大學(xué)的課時相對于初、高中階段而言，少了許多。如何在有限的課時內(nèi)將學(xué)生應(yīng)掌握的文化知識完整地講授給學(xué)生，這是教師授課的關(guān)鍵。（2）運用教育的文化選擇功能增添校園文化氣息。校園文化是是師生共同創(chuàng)造的產(chǎn)物，是師生智慧的結(jié)晶。教師通過使用教育的文化功能培養(yǎng)大學(xué)生高水準(zhǔn)的學(xué)術(shù)自由能力，使學(xué)生擁有創(chuàng)新精神，能夠在重重困難中找到新的突破口，將人文精神與學(xué)術(shù)自由緊密地結(jié)合起來，為校園增添文化氣息。
3.3 教育的文化創(chuàng)新功能是大學(xué)校園新生之沃土
在大學(xué)階段，教育的文化創(chuàng)新則充分體現(xiàn)在科學(xué)研究與文化整合上。教師可以在向青年傳授科學(xué)知識的同時，開展學(xué)術(shù)研究活動以及進行科學(xué)實驗，探索新理論、新方法、新科學(xué)。此外，教育的文化創(chuàng)新功能也在某種程度上提高了大學(xué)生的明辨是非能力，學(xué)會運用唯物主義的觀點較為客觀地看待問題，形成正確的世界觀，人生觀，價值觀；并且培養(yǎng)他們勇于追求真理和敢于大膽創(chuàng)新的科學(xué)精神，使學(xué)生真正成為大學(xué)校園文化創(chuàng)新的傳承者與開創(chuàng)者。
教育的文化功能是大學(xué)校園文化創(chuàng)新的基本內(nèi)容與表現(xiàn)形式。教育在對文化進行傳遞、篩選和創(chuàng)新的同時，也創(chuàng)造出了層次和品位較高的大學(xué)校園文化，從而為我國的現(xiàn)代化建設(shè)培育優(yōu)秀的人才。
注釋
① 王道俊，郭文安.教育學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2009：57.
② 陳雯.論教育的文化功能[J].福建建筑高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2002（4）：103.
③ 李旦偉.從教育規(guī)律看高等教育的文化功能[J].寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008（6）：96.
④ 黃梅英.高等教育的文化功能與大學(xué)校園文化創(chuàng)新[J].傳承·文化傳統(tǒng)，2009（8）：154.
⑤ 王培英，張世全，王漢萍.大學(xué)的文化功能研究[J].現(xiàn)代教育論叢，2007（12）：77.
論文關(guān)鍵詞：中考，理化綜合題
“注重全體學(xué)生的發(fā)展，改變學(xué)科本位的觀念”是新課程的基本理念之一。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注對科學(xué)知識的整合，體現(xiàn)綜合的特點，有利于統(tǒng)一的科學(xué)觀念的形成，理解科學(xué)的本領(lǐng)。近幾年的中考試題中出現(xiàn)了不少很好的學(xué)科整合題目，下面列舉幾例，略加分析。
例1、食鹽和堿面（Na2CO3）是家庭中常見的烹調(diào)用品。請你利用家中現(xiàn)有的條件將它們區(qū)別開來。要求：簡要敘述兩種物理或化學(xué)鑒別方法，實驗步驟，現(xiàn)象和結(jié)論。
物理方法 ①品嘗味道，有咸味的是食鹽，有澀味的是堿面。
②測其溶解性。室溫條件下取兩個玻璃杯，在相同位置做上標(biāo)記，注入水至標(biāo)記處，再用湯匙分別取二者攪拌溶解，溶解的質(zhì)量多者為堿面初中物理論文初中物理論文，少者為食鹽中國期刊全文數(shù)據(jù)庫論文格式模板。
化學(xué)方法 ①取少量樣品，放入茶杯中，分別倒入少量食醋，有大量氣泡產(chǎn)生，且使燃著的火柴熄滅為堿面，無此現(xiàn)象的為食鹽。
②各取少量樣品溶液配成溶液，分別盛于玻璃杯中，再分別滴加澄清石灰水，有渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)的物質(zhì)為堿面，無渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)的物質(zhì)為食鹽。
③各取少許樣品配成溶液，再各取被檢測液少許，分別盛于玻璃杯中，再分別用干凈的筷子蘸取杯中的溶液，分別滴于PH試紙上，片刻后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照，使PH試紙顯黑色或藍色的物質(zhì)為堿面，不變色的物質(zhì)為食鹽。
例2、下列現(xiàn)象與物質(zhì)狀態(tài)變化的聯(lián)系正確的是（ ）
A、冬天從嘴里呼出的“白氣”—汽化
B、電流過大時，電路中保險絲熔斷—熔化
C、濕衣服晾干—升華
D、硫酸銅溶液加入氫氧化鈉溶液產(chǎn)生藍色沉淀—凝固
解析：此題不僅是熱學(xué)與電學(xué)的綜合，而且是物理和化學(xué)的整合，物態(tài)變化僅限于物理變化過程，變化前后物質(zhì)的分子不發(fā)生改變，而D選項中的藍色沉淀是硫酸銅與氫氧化鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成物質(zhì)氫氧化銅的結(jié)果，本題正確選項是B。
例3、氫作為一種清潔的能源，正日益受到各國的重視，許多汽車廠商正努力研究氫氣作為燃料來取代汽油，生產(chǎn)21世紀(jì)的“環(huán)保”汽車，現(xiàn)有一輛轎車由大慶到哈爾濱，需要汽油15千克，問：
①這些汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是多少焦？
②如果該汽車以氫氣為燃料代替汽油，完全燃燒行駛相同的路程，需要電解水多少千克？（汽油的燃燒值：4.6×107焦/千克初中物理論文初中物理論文，氫氣的燃燒值：1.4×108焦/千克。計算結(jié)果保留一位小數(shù)）
解析：①這些汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量：Q=qm=4.6×107焦/千克×15千克=6.9×108焦。
②根據(jù)題意可知，氫氣與汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量相同需要氫氣的量：m=Q/q=6.9×108焦/1.4×108焦/千克=4.9千克
設(shè)，需要電解水的質(zhì)量為M1千克：
364
M1 4.9
36：M1=4：4.9
得：M1=44.1千克
例4、氫氣作為一種能源有很多優(yōu)點，世界各國都在研究在催化劑作用下利用太陽能分解水產(chǎn)生氫氣，有人認為，沒有必要做這種研究，已有現(xiàn)成的方案可以利用，電解水制氫氣，這個方案真的可行嗎？下面是一些資料：
（1）在10V 2A的條件下，通電1.5小時，可電解0.99g水。
（2）氫氣的熱值是1.4×108焦/千克。
為了做出判斷，請回答下列問題：
①計算電解時消耗的電能
②寫出電解水的反應(yīng)式，并計算生成氫氣的質(zhì)量
③寫出氫氣燃燒的反應(yīng)式，并計算放出的熱量
④電解時，全新電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能了嗎？
⑤電解水的方案真的可行嗎？為什么？
解析：該題把理化基本知識的考察融入一個非常有意義的規(guī)劃情景當(dāng)中，使得整合非常協(xié)調(diào)、自然、得體，參考答案如下：
①消耗的電能：W=UIT=10V×2A×1.5h×3600s/h
=1.0×105J
②設(shè)電解了0.99g水放出氫氣的質(zhì)量為m
364
0.99g m
解得：m=0.11g
③
放出的熱量為Q=mq=0.11g×10-3Kg×1.4×108J/Kg
=1.5×104J
④電解沒有全部轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。
⑤因為Q＜W，所以電解水的方案不可行。
如室內(nèi)環(huán)境污染、食品污染等。讓學(xué)生了解身邊的環(huán)境問題,學(xué)會保護自己和他人。讓學(xué)生了解化學(xué)發(fā)展的動向。用新的化學(xué)方法解決傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)給人類帶來的災(zāi)難,是當(dāng)今化學(xué)工作者的重要使命。綠色化學(xué)又稱“環(huán)境友好化學(xué)”,其核心就是要利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染,生產(chǎn)出對環(huán)境無害的化學(xué)品,開發(fā)出不產(chǎn)生廢物的工藝。綠色化學(xué)將使化學(xué)工業(yè)改變面貌,為子孫后代造福?；瘜W(xué)的問題還必須要化學(xué)來解決。作為一門課程,在選取教學(xué)內(nèi)容時還要充分考慮到知識的邏輯性、系統(tǒng)性和實用性等方面。為此,本課程在中學(xué)化學(xué)的基礎(chǔ)上,對化學(xué)的基本概念和原理只作簡單、形象的介紹和描述,重點介紹常見的化學(xué)污染與環(huán)境問題之間的關(guān)系。經(jīng)過多年的實踐與調(diào)整,本課程形成了以下教學(xué)內(nèi)容體系:一、緒論:介紹化學(xué)的發(fā)展、化學(xué)的貢獻以及化學(xué)污染與環(huán)境問題。二、化學(xué)與能源:能源的分類和能量的轉(zhuǎn)化,煤炭、石油和天然氣、核能等的使用與相關(guān)環(huán)境問題,化學(xué)能源,綠色新能源。許多全球性的環(huán)境問題都與能源的使用直接相關(guān),三、化學(xué)基本原理:原子結(jié)構(gòu)與元素周期律,化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu),有機化合物結(jié)構(gòu)。四、化學(xué)污染物:概述常見的化學(xué)污染物,無機金屬、非金屬污染物,有機污染物,微生物有毒污染物。五、大氣環(huán)境與化學(xué):大氣的組成及大氣層,大氣中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化,大氣環(huán)境問題(煤煙型污染、光化學(xué)煙霧、酸沉降、臭氧層耗損、溫室氣體和溫室效應(yīng)),大氣污染的防治。六、水環(huán)境與化學(xué):水溶液中的化學(xué)平衡,天然水的組成、性質(zhì),水中污染物及其遷移轉(zhuǎn)化,水環(huán)境污染與治理,包括水體富營養(yǎng)化、水體需氧物質(zhì)污染、水體中有毒元素污染、有機有毒物污染,水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。七、土壤環(huán)境與化學(xué)、固體廢棄物:土壤的組成和性質(zhì),土壤污染過程,重金屬、農(nóng)藥、化肥、固體廢棄物污染,土壤防治。八、室內(nèi)空氣污染:室內(nèi)空氣質(zhì)量,常見室內(nèi)空氣污染,室內(nèi)空氣監(jiān)測。九、生命現(xiàn)象與化學(xué):生命的元素,生命有機化合物,環(huán)境激素,核輻射與基因突變。十、食品化學(xué)與食品安全:食品主體成份,食品霉變污染,食品添加劑污染,食品加工污染,防止食品腐敗變質(zhì)的措施。十一、綠色化學(xué):綠色化學(xué)的概念、研究內(nèi)容、發(fā)展趨勢。
2靈活多樣的教學(xué)方法,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
由于文理科學(xué)生同班上課,除了教學(xué)內(nèi)容上要兼顧外,還要采用合適的教學(xué)方法,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實踐中,我們采用靈活多樣、理論與實踐相結(jié)合的方法進行講授。(1)采用研究型教學(xué)方法,向?qū)W生推薦閱讀書目,如環(huán)保類系列叢書;或讓學(xué)生聯(lián)系家鄉(xiāng)或自己親歷親見的環(huán)境污染問題,與所學(xué)的理論知識結(jié)合,再查閱相關(guān)資料,寫調(diào)研報告。(2)借助多媒體、影像資料等,圖文并茂,介紹歷史和當(dāng)前的重大污染事件。如在學(xué)習(xí)化學(xué)與能源專題時,給學(xué)生介紹《石油與戰(zhàn)爭》及相關(guān)視頻資料,以更加突出能源的戰(zhàn)略地位,同時在能源的爭奪中,又造成了能源的浪費和環(huán)境污染;學(xué)習(xí)水環(huán)境與化學(xué)時引用央視的新聞?wù){(diào)查《河流與村莊》,以事實講述水污染對人類身體健康的影響?？茖W(xué)的數(shù)據(jù)、直觀的畫面和視覺效果使學(xué)生能夠深刻體會環(huán)境給人類健康帶來的危害,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強學(xué)生的環(huán)保意識。(3)采用案例教學(xué),鼓勵課堂討論。如引入新聞事件,關(guān)注新聞熱點。新聞媒體幾乎每天都在報道與環(huán)境相關(guān)的新聞事件,如近年的紫金礦業(yè)含銅廢水污染汀江、墨西哥灣原油泄漏、瀏陽的鎘污染事件、日本大地震引起的核泄漏、2012年中國大范圍的霧霾天氣等,都可以是課堂上的討論話題。(4)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)絡(luò)上有許多關(guān)于環(huán)境保護的資料,如中國環(huán)境教育網(wǎng)(hjjyzz.com)、環(huán)境教育網(wǎng)(zhbjy.org.cn/)以及各大網(wǎng)站的環(huán)保專題等,學(xué)生可以從上面獲得很多相關(guān)知識和環(huán)境方面的信息。在教學(xué)中可以給學(xué)生作業(yè)的形式讓學(xué)生針對相應(yīng)的專題進行調(diào)查、分析、總結(jié),擴大學(xué)生的視野。
3教學(xué)效果
《化學(xué)與環(huán)境》課程在我校已經(jīng)開設(shè)四年,每期有學(xué)100多名學(xué)生選修。這些學(xué)生的構(gòu)成包括理科、文科、體育、藝術(shù)等各專業(yè)學(xué)生。通過幾年的實踐,在實踐中不斷改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式,目前學(xué)生已能適應(yīng)本課程的學(xué)習(xí),許多學(xué)生愿意選該課程。對于化學(xué)基本概念和基本原理部分,理科學(xué)生一般很容易理解,而對文科學(xué)生來說,往往很基本的理論和概念,也需要多遍講解。學(xué)生普遍欣賞與現(xiàn)實結(jié)合的研討式的教學(xué)模式,少理論,多直觀畫面。采用多種考核方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行綜合評價,平時每一章都給學(xué)生布置作業(yè),作業(yè)形式可以是圍繞本章主要概念和術(shù)語來命題,也可以是學(xué)生自己選題,撰寫專題論文,教師根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、問題討論、作業(yè)、期末考查等給出綜合成績。經(jīng)過幾年的實踐,該課程已經(jīng)形成相對合理實用的教學(xué)內(nèi)容體系,但在教學(xué)中還是存在一些問題,如不同專業(yè)的學(xué)生在一起上課,基礎(chǔ)相差太大,影響教學(xué)進度;一些學(xué)生對待課程的態(tài)度不認真,上課就是為了掙學(xué)分;由于課程都是安排在晚上,無法給學(xué)生開設(shè)實踐課。
堅守初心
2013年，云斯寧教授與大連理工大學(xué)馬廷麗教授牽頭，由國內(nèi)眾多科研單位成就卓越的科學(xué)家參編，共同編著的《染料敏化太陽能電池――從理論基礎(chǔ)到技術(shù)應(yīng)用》一書正式出版。作為我國第一本全面介紹染料敏化太陽能電池（DSSC）的專業(yè)書籍，它的問世，讓世界看到了在新一代太陽能電池研究領(lǐng)域更多的“中國可能”。與此同時，這位杰出的青年科技工作者所取得的創(chuàng)新性國際重要研究成果，也大大提升了西安建筑科技大學(xué)無機非金屬材料學(xué)科在國內(nèi)外的行業(yè)影響力，促進了功能材料新辦專業(yè)的學(xué)科發(fā)展、推動行業(yè)技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)化進程。
那么，何謂DSSC？他又是如何與之結(jié)緣的呢？
如大家所知，太陽能作為資源豐富的可再生能源，具有獨特的開發(fā)利用潛能，而DSSC就是新一代太陽能電池的一種?！八饕悄７鹿夂献饔迷硌兄频??！痹扑箤幭蛴浾呓榻B說，“植物進行光合作用的時候，是把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后再轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而DSSC是一個電氣化學(xué)系統(tǒng)。植物進行光合作用，是葉綠素在起作用，而DSSC是用染料來捕獲太陽光，把光能轉(zhuǎn)化為電能進行發(fā)電?！?/p>
2003年，云斯寧在西安交通大學(xué)攻讀博士學(xué)位，從事鈣鈦礦鐵電壓電陶瓷介電弛豫行為的研究。在廣闊的科技世界走馬觀花已經(jīng)無法滿足他的求勝心，“致用”開始成為這個科研新兵最為關(guān)注的命題。偶然的機會，他看到了美國能源署和中科院關(guān)于能源科學(xué)與技術(shù)未來發(fā)展展望的行業(yè)報告，開展科研的定位逐漸清晰了起來?！爱?dāng)時了解到我們國家碳納米管的研究在國際上比較超前，后來我就比較關(guān)注新能源，經(jīng)過逐步積累，對國家的政策、需求了解多了，焦點就集中在能源危機和環(huán)境污染兩個關(guān)鍵點上了。我們做科研必須要符合國家重大戰(zhàn)略需求才有意義，太陽能和生物質(zhì)能又是新能源里邊兩大核心。”因此，云斯寧教授將研究定位在：一方面立足于太陽能，另一方面立足于生物質(zhì)能，開展低成本、高附加值資源化循環(huán)綜合利用的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)。
因為出色的表現(xiàn)，云斯寧博士畢業(yè)之后，其學(xué)位論文獲2007年西安交通大學(xué)優(yōu)秀博士論文，而后他又作為“引進人才”進入西安建筑科技大學(xué)工作，隨后赴韓國延世大學(xué)研修，開始涉足DSSC?！霸陧n國，主要是搞光陽極研究，回國之后與馬廷麗教授合作，逐漸開展對電極催化劑的研究?！彼f自己近期在開展捕能與儲能一體化新能源集成器件研究。
從國外到國內(nèi)，從光陽極到對電極再到集成器件，云斯寧及其研究團隊一直沿著一條主線進行探索。而這條線就是――可再生能源中對太陽能和生物質(zhì)能的利用。他解釋說：“隨著人口的增加和人們生活水平的逐漸提高，對能源的需求日益增加，能源危機和環(huán)境污染日益嚴(yán)重。面對這種挑戰(zhàn)，我們力圖通過新能源材料的研究和開發(fā)，解決國家發(fā)展過程中的重大能源需求，并且立足于資源化循環(huán)綜合利用?！?/p>
卓越的科研才華，讓云斯寧從眾多青年科研工作者中脫穎而出，他很快被破格提升為教授和博士研究生導(dǎo)師，并成為了西安建筑科技大學(xué)功能材料研究所“新能源材料”研究團隊和陜西省納米材料與技術(shù)重點實驗室“新能源材料器件化應(yīng)用”研究團隊的方向負責(zé)人。 他和他的研究團隊一起，對國際上該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、難點、熱點開展深度研究、聯(lián)合攻關(guān)。近年，參與完成、主持國家級、省部級、地市級、校級各類項目20余項，并協(xié)助國家基金委評審青年、面上、重大項目共38項。
持續(xù)突破
和當(dāng)初預(yù)料的一樣，在巨大的能源缺口面前，DSSC因其光電轉(zhuǎn)化效率高、成本低、環(huán)境友好、透明等特點，順理成章地成為了全世界矚目的科研焦點。而他與“戰(zhàn)友們”的堅守，也為我國在該領(lǐng)域國際競爭力的加強，原創(chuàng)性成果的爭奪提供了堅實的保障。“中國發(fā)表的研究論文，位居世界第二；知識產(chǎn)權(quán)數(shù)量也僅此于日本和韓國，領(lǐng)先于美國和其他發(fā)達國家。而國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化研究也基本與世界同步，早期僅能建成500瓦的示范小工程，預(yù)計今年我國能達到20兆瓦規(guī)模的水平?！痹扑箤幗淌趯ξ覈目蒲谐錆M信心。
藍海似乎近在咫尺，想要突破邊界，挑戰(zhàn)仍然不可小覷?！把芯緿SSC的目的最終在于應(yīng)用。而產(chǎn)業(yè)化面臨兩個問題：一個是DSSC的效率約為13%，與成熟的硅基電池相比有點偏低；另外一個是它的長期穩(wěn)定性欠佳。其次，商業(yè)化應(yīng)用還面臨著一個成本問題，雖然DSSC成本僅占硅基電池的1/5?1/10，但想要產(chǎn)業(yè)化，還需進一步降低成本。”只有解決了效率、穩(wěn)定、成本等諸多問題，DSSC才能真正走上康莊大道，云斯寧教授倍感壓力，他認識到，“只有開展新原理、新結(jié)構(gòu)、新方法的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵核心技術(shù)，跟國際上的清潔能源技術(shù)競爭，才能從容應(yīng)對?！?/p>
真抓實干、各個擊破，在他看來是登頂成功的唯一途徑。作為陜西省科技計劃評審專家，他最常強調(diào)的就是“堅持”與“超越”?！叭绻惶旃ぷ?個小時，生活可以很輕松，但科研這個東西，只有不停地付出，幾十年如一日的堅持，才有可能取得突破?！弊?012年以來，云斯寧教授開始以每年一項新突破刷新西安建筑科技大學(xué)科研成果的發(fā)表紀(jì)錄，在《Prog Polym Sci》《Energy Environ Sci》《Adv Mater》《Adv Energy Mater》《ChemSusChem》《J Mater Chem A》《Nanoscale》等國際知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，擁有20余項專利技術(shù)，主編專著1部，參編中國、法國、印度等大學(xué)教授專著3部，之一下載量已超過99000余次。研究成果先后被陜西省人民政府、陜西省教育廳、中國建筑學(xué)會、西安建筑科技大學(xué)、《西安建大報》、精細化工國家重點實驗室等多家媒體和網(wǎng)站報道，相關(guān)理論、方法或結(jié)果已被國內(nèi)外同行采用或作為其研究的基礎(chǔ)或起點。
2014年8月，由他撰寫的綜述性文章《無鉑的染料敏化太陽能電池對電極》在國際材料領(lǐng)域權(quán)威刊物《先進材料》發(fā)表之后，更是引起了國際同行的關(guān)注。在他看來，無鉑催化材料有獨具優(yōu)勢的創(chuàng)新點。一方面是原材料容易獲得，價格比貴金屬鉑要便宜很多；另一方面，制備工藝比較環(huán)保，基本對環(huán)境沒污染。他舉例說，目前的這種薄膜太陽能電池，希望像塑料紙一樣印刷出來，這樣更容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而溶液工藝與卷對卷大面積印刷生產(chǎn)是非常匹配的。此外，他們開發(fā)的無鉑催化劑性能卓越，成本低廉，原材料易得，在太陽能電池、燃料電池、超級電容器、制氫、生物傳感器、有機物降解、污染控制等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
攬海聽風(fēng)
榮譽、鮮花與掌聲紛至沓來，他卻波瀾不驚地說：“想要滿足國家的發(fā)展需求，我們就不能滿足于在國內(nèi)拿幾個項目，而應(yīng)該更關(guān)注國際上同行之間的競爭與合作。”他不僅積極參加國內(nèi)外該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)會議，開展科研合作，而且與日本、瑞典、美國、韓國、芬蘭、德國、巴西、西班牙等國際知名機構(gòu)的科學(xué)家保持長期穩(wěn)定的科研合作，并且長期擔(dān)任20余種國際主流SCI期刊的通訊評議人。為此，《西安建大報》刊發(fā)“國際合作我受益良多”一文，特別報道了他的國際科研合作。
關(guān)鍵詞：熱經(jīng)學(xué)分析；以煤氣化為核心；多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)；應(yīng)用
中圖分類號：F4文獻標(biāo)識碼：A
一、引言
立足于我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，在發(fā)電行業(yè)里發(fā)展了多種清潔煤技術(shù)，其中以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是解決我國未來可持續(xù)發(fā)展的方向之一。
多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，主要的產(chǎn)品輸出有兩種形式：化學(xué)品和電力資源?；瘜W(xué)品的化學(xué)能與輸出電力的電能，品位不同，單位(火用)價格不同。如果將兩者等同起來可能只會得到盡量提高系統(tǒng)熱力學(xué)效率的片面結(jié)論，為此需要將(火用)與經(jīng)濟結(jié)合進行分析――(火用)經(jīng)濟學(xué)分析。(火用)經(jīng)濟學(xué)分析的依據(jù)是熱力學(xué)與經(jīng)濟學(xué)結(jié)合的原理，在合適的熱力學(xué)量度（熱效率、(火用)效率）與資金支付方面尋找一種最佳關(guān)系，使產(chǎn)品的能耗最低，單位成本最小，經(jīng)濟效益最佳。
二、熱經(jīng)濟學(xué)分析在多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用
本文輸入輸出的(火用)分析表明：氣化爐單元的(火用)效率為85.27%；凈化、變換與甲醇合成單元的(火用)效率為85.08%；發(fā)電單元的(火用)效率為42.41%。其中，入口單元煤的化學(xué)(火用)為27，557.7kJ?kg-1coal。
在甲醇合成單元中，提高未反應(yīng)氣的循環(huán)率可以提高系統(tǒng)的(火用)效率。然而，在合成甲醇單元中，未反應(yīng)氣的循環(huán)率的提高勢必增加甲醇合成單元及其后續(xù)單元中各設(shè)備的負荷，導(dǎo)致設(shè)備裝置增大，投資成本和運營成本增加。從熱力學(xué)角度分析多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，只能得到系統(tǒng)能量利用的合理性，但系統(tǒng)(火用)效率高并不代表經(jīng)濟上的最佳。因此，需要熱力學(xué)分析與經(jīng)濟學(xué)分析結(jié)合起來的(火用)經(jīng)濟學(xué)分析法，分析甲醇合成單元中分流器分流值f對系統(tǒng)經(jīng)濟性和(火用)效率的影響，尋求最優(yōu)值。
為了分析工藝參數(shù)（循環(huán)率f）對系統(tǒng)各單元的影響，在保持多聯(lián)產(chǎn)進料煤不變的情況下，通過改變f值對甲醇合成單元進行模擬。其中，f=0表示合成氣一次通過，而f=0.6表示合成氣通過合成塔后未反應(yīng)的原料氣60%返回合成塔，以提高甲醇產(chǎn)量。隨著f值的增加，氣體流量也相應(yīng)的增加。若其他操作條件保持不變，為了保證循環(huán)物流的輸送和甲醇合成的轉(zhuǎn)化率，甲醇合成單元中的設(shè)備也相應(yīng)增大。本文通過多項式回歸，以合成氣一次通過（f=0）甲醇的產(chǎn)量為準(zhǔn)，然后將不同f值時的氣體流量與之相比，得到裝置放大倍數(shù)與f值的代數(shù)關(guān)系式為：
F1＝326.576×f5-662.539×f4＋471.843×f3-134.908×f2+13.939×f+0.9184
裝置放大（縮?。┍稊?shù)主要是涉及非能量費用（主要包括初投資折舊費、運行管理費及維修費）?？梢哉f，循環(huán)率f越大時增加了設(shè)備的損耗，從而放大了非能量費用；但對發(fā)電單元卻正好相反，循環(huán)率越大，未反應(yīng)氣體通過分流器繼續(xù)循環(huán)，進入發(fā)電單元的合成氣相應(yīng)減少，從而減少了設(shè)備的損耗，縮小了非能量費用。而發(fā)電單元的發(fā)電量與f值的代數(shù)關(guān)系式為：
F2＝－105.132×f5＋317.1×f4-339.293×f3+144.83×f2-3.7096×f+0.9679
改變甲醇合成單元中分流器循環(huán)率f的值，甲醇產(chǎn)量會隨著f值的升高而增加。合成氣的(火用)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物甲醇的轉(zhuǎn)化率隨f值的變化關(guān)系式為：
F3＝6.9413×f5-20.1406×f4+22.419×f3-11.9558×f2+3.1119×f+0.4456
同理，隨著f值的增大甲醇單元排放出來的燃氣（未反應(yīng)氣）量降低，未反應(yīng)氣的(火用)值占進料合成氣的百分比隨f值的變化關(guān)系式為：
F4＝－105.132×f5+317.1×f4-339.293×f3+144.83×f2-3.7096×f+0.9679
本文參照產(chǎn)品的市場價格，計算產(chǎn)品的單位(火用)成本，然后以系統(tǒng)的利潤最大化為目標(biāo)，用mathematica建立多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的(火用)優(yōu)化方程。通過優(yōu)化求解，尋找系統(tǒng)(火用)效率和經(jīng)濟效益的最佳關(guān)系，使產(chǎn)品的能耗最低，單位成本最小，經(jīng)濟利益最大。按照成本方程和(火用)平衡方程，該多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化方程，如下所示。
目標(biāo)方程為：max profit=Exc-Exc-Z
式中，Ex為系統(tǒng)輸出的第i種產(chǎn)品(火用)；Ex為系統(tǒng)輸入的第j種燃料(火用)；c和c分別表示輸出產(chǎn)品和輸入產(chǎn)品的單位(火用)價格；Z為系統(tǒng)中初投資折舊費、運行管理費及維修費等各項費用的總和；profit為該系統(tǒng)的利潤。
上述目標(biāo)方程的約束方程為：
①EX3=F3×EX2
②EX4=F4×EX2
③EX5=0.4241×EX4
④EX2=0.8527×EX1
⑤EX1=27557.7×6×107
⑥Y甲醇=F1
⑦Y發(fā)電=F2
⑧Z甲醇=Z甲醇0×（Y甲醇）0.62
⑨Z發(fā)電=Z發(fā)電0×（Y發(fā)電）-0.62
式中，EX1表示年投入煤化學(xué)(火用)；EX2表示氣化爐單元出口的(火用)值；EX3表示甲醇合成單元甲醇的(火用)值；EX4=表示甲醇合成單元未反應(yīng)氣體的(火用)值；EX5=表示發(fā)電單元電的(火用)值；Zi0表示f=0時第i單元的設(shè)備投資折舊費、運行管理費及維修費等各項費用的總和，為了簡化經(jīng)濟計算，假定設(shè)備的殘值率15%，設(shè)備折舊費按25年直線折舊計算，年度設(shè)備維修費占設(shè)備初始投資的0.5%，設(shè)備管理費占設(shè)備初始投資的1%。原料煤的(火用)價C1為6.5317×10-6元/kJ，產(chǎn)品甲醇的(火用)價C3為2.368×10-4元/kJ，產(chǎn)品電的(火用)價C5為1.6651×10-5元/kJ。Shell氣化爐日處理煤250～400t，若取300t/天，每年按200個工作日計算，則年處理煤共6×107t。合成氣單元、甲醇合成單元和發(fā)電單元設(shè)備的初始投資分別為39，705萬元，77，866萬元，發(fā)電設(shè)備的單位造價1，400元/Kw。具體的計算過程可從下面的計算得出。把上述計算代入各方程，通過運籌學(xué)的線性規(guī)劃求解可求算出目標(biāo)方程的最優(yōu)值。
從前面的(火用)分析可知，要增加化學(xué)品甲醇的產(chǎn)量或提高系統(tǒng)的(火用)效率，必須加大甲醇合成單元尾氣的循環(huán)率，即提高f值。然而，提高尾氣的循環(huán)率，則會增加甲醇合成單元及其后續(xù)單元中各設(shè)備的負荷，導(dǎo)致投資成本和運營成本增加。本文建立的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱經(jīng)濟優(yōu)化模型是在mathematica中實現(xiàn)，通過調(diào)用mathematica的求最大值函數(shù)，得到最優(yōu)的f值為0.7173，此時系統(tǒng)的利潤額最大，為22，860萬元。
三、結(jié)論
熱經(jīng)濟學(xué)分析是將系統(tǒng)用能的合理性和經(jīng)濟效益綜合起來評價的方法，具有很強的實際應(yīng)用意義。本文將(火用)分析與經(jīng)濟分析相結(jié)合，建立多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱經(jīng)濟優(yōu)化模型，通過模型的優(yōu)化求解，得出甲醇合成單元中循環(huán)率f的最優(yōu)值為0.7173，此時系統(tǒng)的利潤額最大，為22，860萬元。
（作者單位：北京化工大學(xué)）
主要參考文獻：
[1]倪維斗，李政，薛元.以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)――資源/能源/環(huán)境整體優(yōu)化與可持續(xù)發(fā)展[J].中國工程科學(xué)，2000.2.8.
關(guān)鍵詞：機組優(yōu)化運行 節(jié)能減耗
現(xiàn)今,全世界都在關(guān)注能源緊缺的現(xiàn)實 對于能源緊缺的這個殘酷的現(xiàn)實,全世界、各個國家都在追尋如何降低能源的輸出從而還能提高能源的使用效率,并且還在不斷的研發(fā)可再生能源,為今后人類的生存、繁衍設(shè)下了鋪墊。
縱觀我國上下,對比國外發(fā)達國家,可以明確的顯示出,我國雖然地大物博,可是人均的能源占有量與國外發(fā)達國家差距很大。就目前狀況來看,我國的一次性能源主要有石油、煤炭和天熱氣,其中煤炭能源是我國主要的一次性的能源。
在當(dāng)代緊張的國際關(guān)系中,能源不僅僅是維護國家利益的源泉、也是導(dǎo)致各個國家國際關(guān)系好與壞的重要因素之一。我國是一個耗能大國,同時也是能源進口量很大的國家,所以節(jié)能高效和降低火電廠能源的消耗提高能源的使用效率,是促進我國經(jīng)濟效益增長的重要因素。
就電力工業(yè)來說,和世界發(fā)達國家相比,我國的電力輸出成本很高、能源的浪費很嚴(yán)重,沒有能夠?qū)崿F(xiàn)耗能低、效率高的政策,同時還阻礙了我國電力事業(yè)的發(fā)展道路,導(dǎo)致了用電價格居高不下的現(xiàn)象,從側(cè)面的影響了其他行業(yè)的發(fā)展,成為了我國經(jīng)濟發(fā)展的障礙。因此電力企業(yè)必須采取有效的方式來降低成本的輸出,提高經(jīng)濟效益,這是電力企業(yè)改革的重中之重。
1、提高與優(yōu)化火力發(fā)電機組的工作效率
首先,根據(jù)我國能源貧乏的狀況,為了在降低能源提高使用效率從而使得經(jīng)濟效益得到增長,就需要正視面對能源緊缺的問題,從思想上提高人們節(jié)能的意識。
汽輪機、發(fā)電機以及鍋爐是火力發(fā)電廠的三大的重要運作設(shè)備:鍋爐的作用是把含有高能量的能源通過一定的形式把他們的化學(xué)能量轉(zhuǎn)變成熱能;汽輪機是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能;發(fā)電機則是把機械能轉(zhuǎn)化為電能,最后輸送到全國各地。環(huán)環(huán)相扣,其中一項導(dǎo)致能源的浪費,連帶著整個的轉(zhuǎn)化過程就不能完全的取用能源的最大轉(zhuǎn)化效果,從而大大的浪費了不可再生的能源。
現(xiàn)今的火電事業(yè)的重要課題就是優(yōu)化機組的運行狀態(tài)、合理的進行調(diào)控,從而實現(xiàn)低耗能高效率的節(jié)能目標(biāo)。隨著我國科技的不斷發(fā)展,對玉火電事業(yè)的節(jié)能技術(shù)一定會不斷的提高,火力發(fā)電機組優(yōu)化的領(lǐng)域一定會發(fā)展的更加廣闊。
第二、火力發(fā)電機組的運行優(yōu)化的研究內(nèi)容是:以最優(yōu)化原理為理論指導(dǎo),根據(jù)機組主機設(shè)備和輔機設(shè)備的實際運行情況,采取全面優(yōu)化試驗的方法,依據(jù)試驗結(jié)果,進行綜合分析,建立一套完整的運行優(yōu)化的操作程序,作為電廠運行的指導(dǎo),使得機組可以在規(guī)定負荷的范圍里保持最合適的參數(shù)匹配和最好的運行狀態(tài)?；痣姀S的優(yōu)化運行的定義是:在幾乎沒有新的投入的情況下,調(diào)整運行的參數(shù),改變運行的方式,并且減少泄露,通過采取這些措施實現(xiàn)提高運行效率的目標(biāo)?；痣姀S的優(yōu)化運行一般分為兩類:一種是單機的優(yōu)化,以單機的熱經(jīng)濟性指標(biāo)實現(xiàn)最優(yōu)為目標(biāo)進行優(yōu)化。另一種是全廠的優(yōu)化,以全廠的各個機組的總的熱經(jīng)濟性指標(biāo)實現(xiàn)最優(yōu)為目標(biāo)進行優(yōu)化。
2、輔機的節(jié)能改造研究
主機的性能水平越來越高,舊機組的輔機系統(tǒng)無法達到主機運行的要求,這就需要采取適合的改造措施,進行節(jié)能挖潛。輔助設(shè)備和輔助系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中起著非常重要的作用,輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,運行狀況的優(yōu)劣明顯地影響著機組的熱經(jīng)濟性指標(biāo)。目前在輔機的節(jié)能減耗方面的研究主要體現(xiàn)在減少廠用耗電方面,比如采用變速電機、把電驅(qū)動換成汽驅(qū)動、采用與之匹配的先進設(shè)備。
火電機組的熱力系統(tǒng)非常復(fù)雜,從汽輪機方面來說,包括回?zé)嵯到y(tǒng)以及給水系統(tǒng)等?？偟膩碚f,火電機組節(jié)能增效的方式有兩種:一是通過機組的優(yōu)化運行來提高效率;二是通過減少廠用電率來提高機組的經(jīng)濟性。減少廠用電率的主要方式是改造火電機組的重要輔機,以達到節(jié)能的目的。
火電廠的輔機種類很多,所以其節(jié)能的內(nèi)容也很多,而且涉及到的方面也很廣泛。在汽輪機組的啟動過程和運行過程中,為了保持凝汽器的真空狀態(tài),提高機組的經(jīng)濟性,必須使用抽氣設(shè)備。凝汽設(shè)備的主要組成部分有:抽氣器、汽水管道、動力泵、閥門、冷卻器等。其中抽氣器為除氣系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。目前火電站的抽氣器主要有三種形式:水環(huán)真空泵、射汽抽氣器以及射水抽氣器。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和有償使用水資源政策的實施,電力企業(yè)越來越重視對射水除氣設(shè)備進行技術(shù)改造,節(jié)約能源和水資源,減少運行的成本,提高電力企業(yè)的經(jīng)濟性。電泵換成汽泵之后的經(jīng)濟效益有兩方面:一是從改造之后的機組整體的經(jīng)濟性的提高(供電的煤耗的減少)中獲得;二是由于改造之后減少了廠用電,從而增加了上網(wǎng)的電量,這就為企業(yè)帶來了經(jīng)濟效益。改造之后的汽動給水泵的噪聲降低了,運行也比較穩(wěn)定,可以進行靈活的調(diào)節(jié),減少了檢修人員以及運行人員的工作量,設(shè)備的安全可靠性也提高了。
3、結(jié)語
為了大幅度的提高發(fā)電的功效,火電機組的裝機容量逐步的提升,能源的消耗也在隨之提高,因此就體現(xiàn)了節(jié)能高效的重要性。因此對于機組的優(yōu)化運行和輔機的節(jié)能改造就成為了火力發(fā)電事業(yè)改革的重點。
參考文獻
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[2]洪波.火力發(fā)電廠運行優(yōu)化理論及軟件研究[D].上海交通大學(xué)碩士研究生論文,1995.
[3]林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1994.
正是因為光合作用研究對于生命科學(xué)乃至人類未來發(fā)展具有重大意義，所以很多科學(xué)家致力于光合作用領(lǐng)域的研究，諾貝爾獎曾被先后六次授予從事光合作用研究并作出杰出貢獻的科學(xué)家。利用生物化學(xué)、分子生物學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)等學(xué)科資源，從不同側(cè)面相互結(jié)合進行光合作用研究是國際上光合作用研究領(lǐng)域的新趨勢。國家自然科學(xué)基金委員會1997年底啟動了“光合作用中高效吸能、傳能和轉(zhuǎn)能的分子機理”的國家自然科學(xué)基金九五重大項目，科技部1999年初將光合作用列為我國具有重要應(yīng)用價值的首批十五項重大基礎(chǔ)理論問題之一(“973”項目)，國家投入巨資，以中科院植物所光合作用研究中心以及生物物理所為首的科學(xué)工作者積極參與到國際光合作用這一競爭十分激烈、特別熱門的研究當(dāng)中。
菠菜主要捕光復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)
2004年3月18日，世界著名雜志《自然》以主題論文的方式發(fā)表了由中國科學(xué)院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光復(fù)合物(LHC-II)2.72A分辨率的晶體結(jié)構(gòu)”的研究成果，其晶體的結(jié)構(gòu)彩圖被選作該期雜志的封面照片。
光合作用機理一直是國際上長盛不衰的研究熱點，LHC-II是綠色植物中含量最豐富的主要捕光復(fù)合物。這一復(fù)合物是由蛋白質(zhì)分子、葉綠素分子、類胡蘿卜素分子和脂質(zhì)分子所組成的一個復(fù)雜分子體系，它們被鑲嵌在生物膜中，具有很強的疏水，難以分離和結(jié)晶。測定這樣的膜蛋白復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)，是國際公認的高難課題，也是一個國家結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究水平的重要標(biāo)志。
中國科學(xué)院生物物理研究所常文瑞研究員主持的研究小組經(jīng)過6年的艱苦努力終于完成了這一重要復(fù)合體三維結(jié)構(gòu)的測定工作。中國科學(xué)院植物研究所匡廷云院士主持的研究小組，經(jīng)過多年的艱苦努力，分離、純化了這一重要的光合膜蛋白(LHC-II)，為晶體和空間結(jié)構(gòu)的解析打下了物質(zhì)基礎(chǔ)，這是生物化學(xué)、結(jié)晶學(xué)及結(jié)構(gòu)生物學(xué)的有機結(jié)合所取得的重大成果，使我國在高等植物L(fēng)HC-II三維結(jié)構(gòu)測定方面成功地超越了德國和日本等發(fā)達國家的多家實驗室，率先完成了這一具有高度挑戰(zhàn)性的國際前沿課題。
這一成就已經(jīng)引起了眾多國際同行的廣泛關(guān)注，正如他們所評價的：“這是光合作用研究領(lǐng)域的一大突破，對于理解植物光合作用中所發(fā)生的捕光和能量傳遞過程是必不可少的，這一成果標(biāo)志著光合作用研究的重大跨越”。
太陽能電池
澳大利亞研究員表示，模仿植物中的葉綠素創(chuàng)造的合成分子，據(jù)此也許有一天能研制出高效的太陽能電池。
由悉尼大學(xué)的馬克斯?克魯斯雷教授領(lǐng)導(dǎo)的分子電子學(xué)科研組，最近在羅馬舉行的國際卟啉和酞菁染料大會上提出了他們的研究成果。克魯斯雷說：“經(jīng)過數(shù)百萬年的演變，自然能很有效地捕獲到光并把它轉(zhuǎn)化成能量。我們正在設(shè)法模仿自然的光合作用方式。”
葉子利用體內(nèi)排列密集的葉綠素分子將光能轉(zhuǎn)變成電能，然后再轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。促成葉綠素這一功能的必不可少的元素是色素卟啉，它位于鎂離子的中心。研究員制造了一個形狀像足球的合成葉綠素分子。它有一個樹狀大分子支架，是一個由碳、氫、氮合成的高度分岔的納米聚合體。黏附在樹狀大分子上的是捕獲光的色素卟啉的人工合成版本。一種被稱作“巴基球”的球形碳分子坐落在卟啉之間，從收集到的太陽光子中吸收電子。
克魯斯雷和他的科研組已經(jīng)利用合成葉綠素建造一個有機太陽能電池的雛形。它以自然釋放為基礎(chǔ)，他們希望最終能制造出比現(xiàn)有太陽能電池更有效的電池。綠葉能有效的將30％-40％的光能轉(zhuǎn)變成電能，而通常以硅元素為基礎(chǔ)的太陽能電池只能有效地將12％的光能轉(zhuǎn)變成電能。
克魯斯雷說：“我們已經(jīng)擁有了模仿光電設(shè)備或太陽能電池的主要成分。從長遠來看，我們必須設(shè)法生產(chǎn)出一種能像薄薄的一層油漆那樣，簡單地涂抹在屋頂上的東西?！彼硎?，科研組還希望能制造出存儲裝置，用來代替以金屬為基礎(chǔ)的電池。
計算機模擬光合作用
美國科學(xué)家近日稱，他們最近在實驗室成功地用計算機模擬了植物的光合作用，并據(jù)此培育出品種更加優(yōu)良的植物。這種新植物不需要額外增加養(yǎng)分，就可以長出更茂盛的枝葉和果實。
美國伊利諾伊大學(xué)植物生物學(xué)和作物科學(xué)教授斯蒂夫?隆表示，在農(nóng)作物結(jié)出谷粒前，絕大部分被吸收的氮都變成了植物葉片中的用來促進光合作用的蛋白質(zhì)。為此，研究人員們提出了一個簡單的問題：“我們能不能像植物那樣給不同的光合蛋白質(zhì)準(zhǔn)備一定數(shù)量的氮，甚至比植物做得更漂亮呢?”
首先，研究人員建立子一個可靠的光合作用模型，以便精確模擬植物對環(huán)境變化的光合反應(yīng)。為了完成這個艱巨的任務(wù)，科學(xué)家們使用了由美國國家超級電腦應(yīng)用中心提供的計算資源。在確定光合作用中每種蛋白質(zhì)的相對數(shù)量后，研究人員設(shè)計出了一系列連鎖微分方程式，每個方程模擬了光合作用中的一個步驟。通過不斷地測試和調(diào)整模型，研究小組最終成功預(yù)測了在真實葉片上進行實驗的結(jié)果，其中包括葉片對環(huán)境變化的動態(tài)反應(yīng)。
接下來，模型運用“進化算法”搜尋各種酶，以提高植物的產(chǎn)量。一旦實驗證明某種酶的相對高濃度可以提高光合作用的效率，該模型就會利用此實驗結(jié)果進行下階段的測試，科學(xué)家們通過這種方法確定了許多可以大大提高植物生產(chǎn)力的蛋白質(zhì)。這個最新發(fā)現(xiàn)也印證了其他一些研究人員的研究結(jié)果：在基因改造植物中，當(dāng)這些蛋白質(zhì)中某一種的含量增加，植物產(chǎn)量就會隨之提高。
斯蒂夫，隆說：“水稻與小麥的高產(chǎn)品種的光合作用效率可以達到1％至1.5％，而甘蔗或者玉米的效率則可達到5％或者更高。如果人類可以人為地調(diào)控光能利用效率，農(nóng)作物產(chǎn)量就會大幅度增加。通過改變氮的投入，我們幾乎可以使光合作用效率提高兩倍。然而，隨之而來的一個顯而易見的問題是，為何植物的生產(chǎn)力可以提高如此之多，為何植物還未能進化到可以自身進行如此高效的光合作用?這個問題的答案可能在于，進化的目的是生存和繁殖，而我們實驗的目的是增加產(chǎn)量。模型中顯示的變化很可能會破壞植物在野外的生存，因此這種模擬只適合在農(nóng)民的農(nóng)場中進行?！?/p>
“作物高產(chǎn)與肥水高效利用相結(jié)合理論”
我國科學(xué)家以“不投入大量水、肥、藥，利用提高植物的非葉片器官的比例和功能，實現(xiàn)高產(chǎn)和超高產(chǎn)”的技術(shù)理論，修正了“作物高產(chǎn)只能通過葉片光合作用貢獻率”的傳統(tǒng)理論。
“葉片的光合作用對農(nóng)作物產(chǎn)量的貢獻率在90％以上”，是聞名于世的“第一次綠色革命”的經(jīng)典技術(shù)理論成果之一。這一理論忽視“非葉光合器官的作用”，認為“作物高產(chǎn)的產(chǎn)量物質(zhì)來源于葉片的光合作用”。由此，“用大肥、大水促進葉片的生長，以增加其光合生產(chǎn)”。事實上，由此導(dǎo)致的植物葉片過大，形成了遮光，反而造成作物群體的光合效率低。
我國科學(xué)家試圖改變增加葉片光合作用的通常做法。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王志敏教授等研究發(fā)現(xiàn)，在高溫脅迫下，人們常見葉片器官衰敗，而小麥等作物的穗、穗下節(jié)間和葉鞘等非葉光合綠色器官不僅具有良好的受光空間，而且具有類似于“碳4型”的高效光合機制，它不僅彌補葉片光合作用的不足，而且有耐旱、耐熱、抗逆強的作用。
實踐證明，非葉片器官對農(nóng)作物產(chǎn)量的貢獻率可達70％以上。在這一理論指導(dǎo)下，科技人員建立了冬小麥節(jié)水、省肥、高產(chǎn)、簡化“四統(tǒng)一技術(shù)體系：在嚴(yán)重缺水的河北滄州地區(qū)大面積示范獲得成功。從而結(jié)束了30多年來農(nóng)作物面對高產(chǎn)不能突破的徘徊局面。
地球早期光合作用可能產(chǎn)生“水”
植物能夠借助光合作用吸收二氧化碳釋放出氧氣，這已是人所共知的科學(xué)常識。然而美國科學(xué)家的最新研究發(fā)現(xiàn)，30多億年前的地球由于氧含量很少，當(dāng)時光合作用釋放出的“廢物”可能是水。
據(jù)美國《科學(xué)》雜志網(wǎng)站最新報道，美國斯坦福大學(xué)地質(zhì)學(xué)家唐納德，洛等人認為，30億年前的地球大氣中存在大量氫，當(dāng)時的生物很可能是依賴氫再通過光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為自身必需的有機化合物，而這一過程最終產(chǎn)生的“廢物”很可能是水而不是今天的氧氣。這一結(jié)論來自一些有34億年歷史的微生物化石，化石是在南非黑硅石中發(fā)現(xiàn)的。對黑硅石進行的生化分析發(fā)現(xiàn)，黑硅石中含有大量屬于碳酸鐵類礦物的菱鐵礦，卻幾乎找不到任何氧化鐵的蹤跡；黑硅石中的微生物曾生活在缺氧的海洋中；黑硅石中微量元素鈰的含量要高于現(xiàn)今海洋中的鈰含量，其中的鈾也大都和釷結(jié)合在一起。這些都表明，30多億年前的地球不是一個富含氧的環(huán)境。
有地質(zhì)學(xué)家認為，黑硅石中的化學(xué)成分組成可能是由其他原因造成的，洛等人的觀點有待推敲。但一些業(yè)內(nèi)人士評論說，洛等人的研究成果令人信服，“氫依賴型光合作用”的發(fā)現(xiàn)使人們對生命起源的理解向前邁出了一大步。
光合作用研究的發(fā)展前景
關(guān)鍵詞：火力發(fā)電；成本
中圖分類號：F23 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-828X（2012）12-0-01
一、引言
隨著電網(wǎng)大容量火電機組的不斷投運和現(xiàn)代化管理要求的不斷提高，電力市場競爭機制逐步形成，發(fā)電企業(yè)將面臨更激烈的市場競爭局面，近幾年全國火電新機組大量投產(chǎn)，全國的缺電局面已然改變，尤其是電煤價格的不斷攀升，使火電廠的經(jīng)營更是雪上加霜。在這種情況下，分析并努力降低發(fā)電成本就顯得更加重要。
二、火電廠生產(chǎn)流程
火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠，它的基本生產(chǎn)過程是：燃料在鍋爐中燃燒將鍋爐里的水加熱生成蒸汽，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能；然后具有一定溫度、壓力的蒸汽經(jīng)主汽閥和調(diào)汽閥進入汽輪機，依次流過一系列的噴嘴柵和動葉柵膨脹做功，將其熱能轉(zhuǎn)換成推動汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能；然后汽輪機通過聯(lián)軸器驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)過勵磁將機械能轉(zhuǎn)變成電能?；痣姀S的工作原理是一個能量轉(zhuǎn)換過程，即熱能--動能--機械能--電能，最終將電發(fā)送出去。
三、主要成本構(gòu)成
1.燃料費。包括生產(chǎn)電能所耗用的各種燃料的費用。燃煤火電廠燃料主要為煤，油等。燃料的實際價格包括購買價、運雜費、駐礦人員差旅費、運輸途中的定額損耗。
燃料費=∑（入爐煤標(biāo)準(zhǔn)價格×供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗）×比例
2.購入電費。由于某些原因，如發(fā)電設(shè)備檢修或機組啟停機低負荷時，發(fā)電企業(yè)需要從電網(wǎng)公司購入部分有功電量，所支付的費用。
3.水費。水費主要指發(fā)電供熱成產(chǎn)用水的外購水費。
水費=年耗水量×單價
4.材料費。指生產(chǎn)運行、維修和事故處理所耗用的材料、備品、低值易耗品等。
材料費=每千瓦發(fā)電設(shè)備所耗材料費×機組額定容量
5.工資及福利費。工資及福利費指按規(guī)定列入電產(chǎn)品成本的職工工資、獎金、津貼、補貼等按企業(yè)職工工資總額與規(guī)定比例提取的職工福利費。
工資及福利費=人均年工資×職工總數(shù)×（1+14%）
6.折舊費。指企業(yè)的固定資產(chǎn)按規(guī)定的折舊計提的折舊費。
折舊費=固定資產(chǎn)原值×綜合折舊率
7.修理費。也稱固定資產(chǎn)修理費。該項目可以綜合列入成本項目，也可以分別列入材料費、工資及福利費、其他費用等成本項目。
8.其他費用。指不屬于以上各項目而計入產(chǎn)品成本的其他費用。其他費用也稱管理費用，是行政管理部門為管理和組織經(jīng)營活動而發(fā)生的各項費用。
四、固定成本的影響因素
影響固定成本的因素主要分為以下幾個方面：
1.容量造價。指電廠建設(shè)期滿后形成的固定資產(chǎn)價值，這一部分要通過提取折舊的方式收回，在折舊率一定的條件下，容量造價越大，相應(yīng)提取的折舊費就越多，電價就高。
2.折舊政策。大多數(shù)電廠采取直線折舊法計提折舊，折舊期內(nèi)每年的折舊額相同。但有些電廠采用加速折舊法以求盡快收回固定資產(chǎn)。加速折舊法是前幾年折舊額高，越到后來折舊額越低。
3.負荷特性。指機組在電網(wǎng)中承擔(dān)的負荷不同而發(fā)揮不同的作用。根據(jù)負荷特性不同，分為基荷電廠、腰荷電廠和峰荷電廠。其中基荷電廠發(fā)電時間長，設(shè)備利用率高，單位發(fā)電時段的固定成本較低。一般火電廠都承擔(dān)基荷或腰荷電廠的作用。
4.機組可用率。指發(fā)電機組在汽輪機組、鍋爐、升壓變壓器及輔機等設(shè)備配合的情況下，實際可達到的生產(chǎn)能力與機組銘牌容量的比值。其反映了機組能按調(diào)度命令帶額定負荷的能力。機組可用率越高單位電量負擔(dān)固定成本越低。
5.送出工程的產(chǎn)權(quán)歸屬影響固定成本。包括由發(fā)電廠至電網(wǎng)樞紐變電站的所有輸、變電配套項目，電廠踞樞紐變電站遠近以及電壓等級不同、設(shè)備造價不同都將使這部分費用支出差別很大，這些線路產(chǎn)權(quán)如歸電廠所有，為此增加的折舊、還貸以及運行費用將增加電廠的固定成本。若送出工程的產(chǎn)權(quán)和相應(yīng)債務(wù)移交電網(wǎng)，由電網(wǎng)擁有產(chǎn)權(quán)并還本付息，則相應(yīng)減少電廠固定成本。
五、可變成本的影響因素
影響可變成本的因素主要分為以下幾個方面：
1.燃料管理
我國的火電廠絕大多數(shù)以煤為主要燃料，在電廠的生產(chǎn)成本中燃料費占總成本的40%-50%，變動成本的80%-90%。燃料管理工作貫穿從采購到入爐的整個過程，其主要有三個影響因素。
1.1燃料價格。隨著煤炭市場的逐步建立，煤炭價格將會放開，通過競爭確定價格。這樣價格的波動將對電廠的變動成本產(chǎn)生很大影響。
1.2燃料質(zhì)量。發(fā)熱量是燃煤的重要指標(biāo)。若發(fā)熱量達不到要求，一增加燃料消耗，二增加設(shè)備磨損，三影響機組出力，相應(yīng)增加成本支出。
1.3運輸和儲備。燃料運輸應(yīng)考慮儲備、消耗和鐵路運力科學(xué)安排，減少租用車皮和裝卸滯期所引起的成本支出。
2.廠用電率
火電廠發(fā)出電量的同時，其燃料運輸、制備、供水和通風(fēng)及照明等都要消耗一定量的電能，所有生產(chǎn)機械的耗電量總和為廠用電量。廠用電率是廠用電量占總發(fā)電量的百分比。廠用電率越高，生產(chǎn)單位電量消耗的電能越多，可供電量就會減少，相應(yīng)的供電煤耗就會增加。
3.機組效率
在機組正常運行中，影響其效率的因素非常多，但總結(jié)起來主要為機組的運行工況、鍋爐效率、汽輪機內(nèi)效率、管道效率幾方面，機組效率的變化將影響發(fā)電煤耗的變化，從而對燃料成本產(chǎn)生影響。
六、結(jié)束語
火力發(fā)電廠對運營成本的全面控制，是保證降低成本、提高效益的系統(tǒng)工程。發(fā)電企業(yè)對生產(chǎn)過程科學(xué)、合理的管理，才能達到對能源的有效利用。重視生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)營，可以實施低成本運作，保證高效益發(fā)展、推動發(fā)電企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為實現(xiàn)這個目標(biāo)需要從規(guī)劃、設(shè)計、基建、運行生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，建立控制目標(biāo)及有效的控制方法和管理組織機構(gòu)，這是社會生活和電力行業(yè)的共同愿望。
參考文獻：
