以绿色为基础的电力电子技术及产业发展 - 世纪电源网.doc

以绿色为基础的电力电子技术及产业发展台湾清云科技大学电机工程系??? 吴英秦 摘要? 介绍了以绿色为基础的电力电子技术与产业的关系,在不同人类发展阶段,人们有其独特的各种产业,同时也存在着四个阶段相互交替的影响,使得电力电子技术有了更大的舞台。强调电力电子技术是因应需求而发展:在不同的需求与应用中电力电子技术接受挑战,在挑战中又缩小了理论与实际的差距。并介绍了适应新时代电力电子产业的营运架构及以绿色为基础的创新经营模式。 ??? 人类发展阶段可分成四个阶段,分别是农业时代、工业时代、信息时代及后石油时代(又称创造化时代或替代性能源时代)(见图1)。人类发展阶段与电力电子产业的关系十分密切,除了在四个不同人类发展阶段中人们有其独特的各种产业及应用外,目前同时还存在着四个阶段相互交替的影响,使得电力电子技术有了更大的发展舞台。自1957年晶闸管问世以来电力电子技术发展至今已有50年,回顾过去展望未来,身处人类发展的第四个阶段之中,在21世纪石油蕴藏量逐年减少、价格长期有上涨的趋势下,物质、信息、能源、环境、创新等都发生了巨大的变化,电力电子技术因而有更大的发展空间及创造价值的机会。??? 后石油时代是一个严肃的名称,因为它意味着石油日渐短缺及油价高涨的事实。而新能源或替代能源是否能适时地维持人类经济、社会与产业等发展还是未知数,人类如何面对这一挑战,影响至为深远。我们已知电力电子技术是顺应需求而发展。在不同的需求与应用中电力电子技术接受挑战,在挑战中又缩小了理论与实际的差距。近十几年来,电力电子技术在不同的时代及不同的产业应用中都是由“即将浮现的科技”走向“广泛应用的科技”(见图2)。当然,其牵涉的关键因素自然出现变化。如何持续其价值并如何扩大应用的领域是本文的主要目的。??? 纵观未来全球的发展趋势,已明显地感受“节约能源”与“高效率的产品”默默地从道德层面的呼吁逐渐升级至商业行为的“必须”。过去与现在谈电力电子产业最大的不同在于,现在除了追求过去重视内部“功能与可靠度”之外,还要重视“外部客户的期望与外部环境的要求”:节能与环境生态的考虑,即绿色的要求。??? 但是从目前看来,石油耗竭是迟早的事情,加上能源战争持续不断,人们必须思考共同创造“新而有效的能源及相关的电能转换”。电力电子技术毫无疑问将扮演“节能技术”的关键角色。在可靠而有效新能源出现前,起着“争取时间”的重要作用。表1列出人类发展阶段以及各时代的特征及重要指标。1??? 电力电子技术与科技的?发展的对比??? 美国《机电整合》杂志的专辑主编凯那克教授描述20世纪的科技发展,分为前50年为硬件时代及后50年的软件时代。他认为电子的发展早期只限于通信领域,而对工业设备及控制的层次上虽逐渐发挥但仍拘于僵硬形式,上世纪70年代微机的发展才使得各种产业的许多复杂的功能,凭借适宜的软件能以简单的方式呈现。在近20多年的发展中,不同种类的科技及计算机科学的融合使“刻板的自动化”在许多电脑控制的制程中已转换成为“弹性的自动化”,而拥有了一定程度的智慧及自主性。他认为由于目前不同种类科技的融合及科技产品生命缩短的这两大特性,机电整合的时代已经在20世纪末诞生。笔者认同他的说法,这充分反映了电力电子技术的时代特征。事实上,机电整合与电力电子有许多共同点,在应用中也有部分是一致的。? ??? 面对21世纪的挑战,我们应该可以从技术革新与产业革新的演进,去了解从机电一体(上世纪60年代)、机情一体(上世纪70年代)、机电整合(上世纪80年代)、通信(上世纪90年代)一直到机电整合与通讯融合的时代所代表的意义,即综合科技的应用。事实上从某一个角度来看,机电整合的时代,就是变频器、变频技术及变频产业的写照。从图3可以清楚地看出20世纪科技发展不同的阶段,也指出未来的发展方向是综合科技的应用。事实上,从凯那克教授对机电整合时代的描述,就可以了解许多电力电子产品、技术及产业的情况。2??? 绿色电力电子技术及产业 2.1?? 背景 ??? 人类发展到了今天,因人类过度的开发使用,原材料、能源以及环境带来的问题日益严重,因此被关注的程度与过去二十年相较,“环保”在人们心目中,值得重视的价值已与“信息”并驾齐驱。因此,以绿色为基础的各种技术应运而生。这是二十一世纪技术发展的基础也是必然要考虑的因素。 ??? 时代在变,企业经营的模式也因而改变。目前欧盟非常重视环境与人的关系,对相关的法规也十分用心去规范与推动,而当今电力电子产业也受到挑战。由于欧盟议会于2003年已通过了WEEE指令,如前所述虽然该指令有明确的产品回收率规范,但却未将相关的设计理念或设计规范纳入该指令当中,有鉴于此,欧盟地区成员国于2002年10月推出“最终使用设备生态化设计”指令的草