电气工程导论论文

电气工程在我国节能减排和环境保护工作中的作用Xx华东理工大学信息学院 自动化xxx 学号1012xxxx内容摘要：电气工程的主要发展历程和研究方向及其所关注的技术难点和热点问题；同时电气工程对我国社会经济可持续发展、节能减排和环境保护工作方面也起到了重要的作用，并且对大气污染的治理与能源的高效利用进行讨论。关键词：电气工程；发展历程；研究方向；节能减排；环境保护；大气污染；正文：1、 引言电气工程学科是一门历史悠久的学科，而电气工程自动化专业又是工科历史中最悠久的专业，从世界范围来看，电气工程的发展，早在第二次工业革命期间，欧美很多国家就开设了这一学科，从安培的电磁效应到法拉第的电磁感应（第一台发电机），再到如今的“电气化世纪”，电气工程经过了不断地改革创新；我国起步较晚，也早在1908年南洋大学堂（上海交通大学）设立了有关的电机类专业课。电气工程也是一门涉及范围广，与其他学科联系较为密切的学科，其中电子工程、通信工程、光电等都是由电气工程学科派生出来的。同时电气工程学科专业的基础性强、派生能力活。而随着电气工程及其自动化的不断发展和完善，电气工程学科与其他学科相互交叉，相互交融，相互促进，形成了相对独立的电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术5门学科。电气工程及其自动化在系统（网络）与设备的研发、设计、制造、运行、检测和控制等领域起着不可替代的作用。二、电气工程的主要发展历程有史以来,最早认识电的人是希腊学者米利都(Miletus,公元前六世纪),观察用布摩擦琥珀后,会吸引如羽毛等轻小的东西。但对静电有系统及科学的研究则是始于17世纪。(1)17世纪的1600年初英国医生吉尔伯特(W.Gilber,t15401603)所著的书中,对“电”进行了最早的论述,英语“E-lectric”一词即起源于希腊语“Electrica”和拉丁语“Electrum”。(2)随后,英国人格雷(S.Gray,16961736)发现了电的导体和绝缘体,法国人杜菲(CharlesduFay,1698-1739)可说是当时深入探讨静电现象的第一人,它由众多的实验中发现,几乎所有的物质都可以摩擦生电,并且他更仔细地发现,所产生的电有两种,带有异种电者会互相吸引,带有同种电者会互相排斥。(3)18世纪美国人富兰克林(B.Franklin,17601790)更是以他著名的“风筝实验”证明的电在自然界中的存在。(4)19世纪上半叶,安培发现电流的磁效应、法拉第发现电磁感应定律。19世纪下半叶,电磁理论集大成者麦克斯韦尔的理论为电气工程奠定了基础。19世纪末到20世纪初,西方国家的大学陆续设置了电气工程专业。(5)1908年,南洋大学堂(交通大学前身)设置了电机专科,这是我国大学最早的电气工程专业,至今已有近一个世纪。(6)1920年,拥有百年历史的东南大学设置了电机工程系。(7)1932年,清华大学设置了电机系。(8)1949年后,我国出现了一大批以工科为主的多科性大学,也出现了一批机电学院,这些学院基本上都有电机工程系。(9)1958年,在北京电力学校基础上成立了北京电力学院,当时的电力工程系设有“发电厂电力网及电力系统专业”、“高电压技术专业”等,它们就是现在的“电气工程及其自动化专业”的前身。(10)1961年,哈尔滨工业大学的发电教研室部分教师和学生并入北京电力学院,充实了该专业的力量。1961至1962年,哈尔滨工业大学又有发电、高压和电自三个专业的10名研究生转入北京电力学院,开启了研究生培养的先河。(11)1986年,国务院批准“电力系统及其自动化”为博士学位授权学科。1994年,电力系统及其自动化学科的学术带头人杨奇逊教授被遴选为中国工程院首批院士。1995年,华北电力学院“电力系统及其自动化”学科被批准为博士学位授予点,同年华北电力大学成立。(12)1998年,华北电力大学电力系统及其自动化学科被批准为博士学位授权一级学科。(13)2002年,“电力系统及其自动化”学科被评为国家级重点学科。2003年,“电力系统及其自动化”学科博士后流动站获得批准,通过“211工程”验收。(14)2004年“高电压与电磁兼容北京市重点实验室”挂牌。(15)2006年“电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室”正式评审通过。有史以来,最早认识电的人是希腊学者米利都 (Miletus,公元前六世纪),观察用布摩擦琥珀后,会吸引如羽毛等轻小的东西。但对静电有系统及科学的研究则是始于17世纪。(1)17世纪的1600年初英国医生吉尔伯特(W. Gilber,t 1540-1603)所著的书中,对“电”进行了最早的论述,英语“E-lectric”一词即起源于希腊语“Electrica”和拉丁语“Electrum”。(2)随后,英国人格雷(S. Gray, 16961736)发现了电的导体和绝缘体,法国人杜菲(Charles du Fay,1698-1739)可说是当时深入探讨静电现象的第一人,它由众多的实验中发现,几乎所有的物质都可以摩擦生电,并且他更仔细地发现,所产生的电有两种,带有异种电者会互相吸引,带有同种电者会互相排斥。(3)18世纪美国人富兰克林(B. Franklin,17601790)更是以他著名的“风筝实验”证明的电在自然界中的存在。(4)19世纪上半叶,安培发现电流的磁效应、法拉第发现电磁感应定律。19世纪下半叶,电磁理论集大成者麦克斯韦尔的理论为电气工程奠定了基础。19世纪末到20世纪初,西方国家的大学陆续设置了电气工程专业。(5)1908年,南洋大学堂(交通大学前身)设置了电机专科,这是我国大学最早的电气工程专业,至今已有近一个世纪。(6)1920年,拥有百年历史的东南大学设置了电机工程系。 (7)1932年,清华大学设置了电机系。(8)1949年后,我国出现了一大批以工科为主的多科性大学,也出现了一批机电学院,这些学院基本上都有电机工程系。 (9)1958年,在北京电力学校基础上成立了北京电力学院,当时的电力工程系设有“发电厂电力网及电力系统专业”、“高电压技术专业”等,它们就是现在的“电气工程及其自动化专业”的前身。(10)1961年,哈尔滨工业大学的发电教研室部分教师和学生并入北京电力学院,充实了该专业的力量。1961至1962年,哈尔滨工业大学又有发电、高压和电自三个专业的10名研究生转入北京电力学院,开启了研究生培养的先河。(11)1986年,国务院批准“电力系统及其自动化”为博士学位授权学科。1994年,电力系统及其自动化学科的学术带头人杨奇逊教授被遴选为中国工程院首批院士。1995年,华北电力学院“电力系统及其自动化”学科被批准为博士学位授予点,同年华北电力大学成立。(12)1998年,华北电力大学电力系统及其自动化学科被批准为博士学位授权一级学科。(13)2002年,“电力系统及其自动化”学科被评为国家级重点学科。2003年,“电力系统及其自动化”学科博士后流动站获得批准,通过“211工程”验收。(14)2004年“高电压与电磁兼容北京市重点实验室”挂牌。(15)2006年“电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室”正式评审通过。 三、电气工程学科的研究方向和未来研究热点3.1电气工程学科的主要研究领域传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。但随着科学技术的飞速发展，今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为，是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。例如，正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活工作模式等。1.电机与电器学科本学科主要从事有关电机理论、运行、设计及其控制方而的研究工作和技术开发。电机是实现机电能量转换和控制的关键设备，除大容量发电设备外工业自动化、机器人和家用电器等现代科技需要各种微特电机以及电机的调速和控制系统。由于引入电力电了、微机控制、计算机技术、信号监测等新技术手段，开辟了新的研究方向。2.电力系统及其自动化学科电力系统及其自动化学科主要研究电力系统规划设计、特性分析、电网品质校正、运行管理、控制保护等理论和方法。现阶段，该学科主要有如下几个研究方向：（1）电力系统分析和仿真；（2）电力系统调度自动化；（3）电力系统运筹学与电力市场；（4）电力系统稳定监测与控制；（5）电厂自动化；（6）电力系统规划；（7）电力系统继电保护；（8）新型输配电技术与分布式发电；（9）电力系统节能与储能技术；（10）新型能源开发和可再生能源综合利用技术。3.高电压与绝缘技术学科高电压是针对强电应力条件下电磁现象的一种相对物理概念，在电压数值上没有确定的界限；绝缘的作用是分隔不同电位的导体，使其能保持不同的电位。高电压的产生、测量与控制技术，高电压设备技术、电介质放电与绝缘击穿理论、过电压及其防护技术、绝缘监测与诊断技术等构成了高电压与绝缘学科的学科体系。（1） 目前，传统的高电压测量技术正面临新的发展契机，基于瞬态电磁测量、光电测量、非接触测量以及数字化测量等高电压测试新理论和新技术正成为重要的研究方向。（2） 随着超、特高压输电系统、超导技术的发展和太空探索的需要，极端环境(如强辐射和低温)下的绝缘技术也是本学科面临的新问题。（3） 研究雷电过电压、内部过电压的产生、传播及其防护，对电力行业和国民经济其他行业的安全运行与防灾都具有重要的意义。随着大规模交直流互联网络的形成，其过电压的产生和传播机理将更加复杂，需要研究基于全波过程的电力系统电磁暂态过程理论和分析方法。（4） 绝缘监测与诊断是本学科近十几年来的研究热点，目的是通过在线监测获得运行中的高电压设备绝缘的状态信息，提取其特征参量并诊断绝缘状态，以便及时发现绝缘的缺陷及其发展趋势，实现状态评估，以提高设备及系统运行的安全性和经济性。研究的重点是：新型传感技术、监测装置及系统的准确性和可靠性，强电磁环境中的信号处理与智能化故障诊断技术、监控装置及系统的抗干扰能力和故障诊断的准确性、大型高电压设备绝缘状态评估模型等，为实施高电压设备状态维修体制提供理论依据。总之，本学科一直围绕国家建设和学科发展的需要，围绕发、输、配电中的重大技术难题，形成了很多新的研究领域方向。例如： (1) 高电压测试技术； (2) 电力设备诊断及状态监测技术； (3) 新型绝缘材料与绝缘结构； (4) 电力系统过电压与绝缘技术； (5) 高压电器及其智能化； (6) 气体放电及高电压大功率脉冲技术及其应用； (7) 电磁环境技术； (8) 电磁生物学； (9) 接地技术； (10) 电介质材料及其应用； (11) 配电自动化技术。4.电力电子与电力传动学科电力电子与电力传动学科是一门集电力、电子与控制于一身，综合了电能变换、电磁学、自动控制、微电子及电子信息、计算机等技术的新成就而迅速发展起来的交叉学科。它对电气工程学科的发展和社会进步具有广泛的影响和巨大的作用。其主要研究方向有：(1) 电力电子元器件及功率集成电路； (2) 全数字化开关变流理论和控制技术； (3) 电力电子系统集成与仿真； (4) 高效电力电子电源和装置； (5) 高性能电力传动与控制系统； (6) 电力系统无功补偿和滤波技术； (7) 电力电子与传动系统模型与仿真； (8) 电力电子系统的电磁兼容技术； (9) 电力驱动系统及控制技术； (10) 新型能源开发及节能技术； (11) 电气储能技术及高效储能系统。 5.电工理论与新技术学科本学科主要研究电磁场理论及其应用、电路理论及其应用、电磁测量技术及仪器等。研究领域包含生物电磁场、生命科学仪器、超导磁体技术、超导磁悬浮与磁屏蔽、脉冲功率技术、电力系统电磁干扰与电磁兼容、电力系统通信、大型电力设备的电磁暂态与故障分析、电力设备的辅助设计、非线性电路与系统的稳定及控制、混沌信号处理、供电系统的谐波检测与治理、无功补偿技术、电磁场数值计算、智能控制与仿真、智能计算、微机化仪器等。随着电气工程新原理、新技术与新材料的发展，出现了一些包括超导电工技术、受控核聚变技术、可再生能源发电技术、磁悬浮技术、磁液体发电技术、磁液体推进技术等的新兴电工高新技术领域。3.2电气工程学科的未来研究热点以应用性基础研究为主的电气工程学科，随着支撑技术的迅猛发展，将在与信息科学、材料科学、生命科学以及环境科学等学科的交叉和融合中获得进一步发展。超导材料、半导体材料与永磁材料的最新发展对于电气工程领域有着特别重大的意义。21世纪电气工程学科的发展趋势是：电气工程学科将与工程和近代数学、物理学、化学、生命科学、材料科学以及系统科学、信息科学的前沿技术相融合，加强从整体上对大型复杂系统的研究，加深对微观现象及过程规律性的认识，同时利用信息科学的成就提升本学科并开创新的研究方向。电气工程学科将在电能高效安全转换传输及集约利用、工程电介质与高电压技术、脉冲功率与放电等离子体、电磁场理论与生物电磁学等几个优先技术领域，重点在以下几个方面开展更进一步的研究工作。(1) 电力大系统、电力传动及电力电子变流系统中的非线性、复杂性问题； (2) 生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术； (3) 气体放电及多相混合体放电问题； (4) 基于新材料、新原理开拓新应用领域的电机、电器； (5) 反映各类电气设备电气或绝缘性能演变的多因子规律及其观察和测量技术； (6) 电能质量的理论及其测量、控制； (7) 可再生能源发电、电能存储和电力变换技术； (8) 现代测量原理及传感技术； (9) 脉冲功率技术与低温等离子体应用基础； (10) 电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、控制理论及其应用等。四、电气工程在经济可持续发展、节能减排、和环境保护方面的应用电力行业既是优质清洁能源的创造者，又是一次能源消耗大户和污染排放大户，因而也是国家实施节能减排的重点领域。据有关资料介绍截止到2007年底，我国的发电总装机容量已经超过7亿千瓦，其中火电超过了55亿千瓦，火电占整个发电总装机容量的777，而且，火电运行发电量的比重更大，占到8286。电力的特殊功能决定其在能源中具有特别重要的地位。电力生产可将各种化石能源、核能、水能、风能、太阳能等一次能源转化成为清洁高效的二次能源;可以建发电基地大规模生产,通过输电网络为用户提供优质方便的终端服务；通过提高能源转换和输配的效率,可以大大节约一次能源的消耗,实现高效清洁安全的能源供应。随着经济发展和社会进步,电力在能源工业中的地位将进一步提升。近年来，我国电力工业开始告别过去粗放式发展方式，正在走上一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少，又好又快的发展道路。党的十六大以来，电力工业贯彻落实国家优化发展火电，在保护生态基础上序开发水电，积极推进核电建设，加强电网建设的电力发展战略，同时，在新能源和可再生能源发展上取得了历史性突破。目前，全国十大发电集团中有三家的可再生能源发电比例已占其总发电量的以上。由于中国能源、资源以煤为主的特点，决定了我国将长期保持以煤电为主的电力结构。在电力工业持续快速发展的同时，节能减排工作取得了显著成效，但仍然存在一些问题，主要表现在五个方面：一是脱硫设施建设质量及运行效果有待提高。近两年平均每年增加约1亿千瓦，脱硫设施国产化率达到90以上。由于部分脱硫设施的设计、建设质量不高，一些电力企业环保意识、法规意识不强，运行经验不足等原因，脱硫设施运行不正常、脱硫效果达不到要求的现象还比较突出。二是电煤质蹙下降影响发电企业节能减排效果。三是小火电、自备电厂节能减排力度有待强化。四是企业节能减排统计工作薄弱。目前，节能减排的主要数据依靠企业自行申报，有关部门汇总分析，对统计信息的及时性、准确性造成一定程度影响，进而影响到节能减排工作的正确决策和科学管理。五是通过市场手段促进节能减排的力度不够。脱硫电价政策执行过程中仍存在一些问题。二氧化硫排污权交易还存在法规政策、交易平台、排放权分配、部门及地方政府间协调等一些障碍。市场配簧资源的基础性作用还未得到应有的体现，环境治理成本尚未合理反映在电价体系上，也影响节能减排工作的推动。 针对电力企业节能减排工作中存在的突出问题，国家电监会、国家发展改革委、国家能源局的有关部门在编制2007年全国电力企业：肖能减排情况通报时，讨论提出了六条意见和建议。一是强化企业内部管理，提高脱硫设施的建没质量和运行效果；二是依法加强企业统计工作，科学监测节能和排放效果；三是进一步挖掘节能减排潜力；四是迸一步加强小火电机组关停力度，坚持将“关小”作为“上大”的前提；五是完善法规体系，加强监督工作；六是继续完善节能减排市场手段，继续落实已有的有利于节能减排的价格政策。电力行业节能减排工作是一项系统工程，需要结构调整、技术创新、政府调控、市场调节、行业自律和加强监管等多方统筹协调、共同推动。随着节能瓦时下降电率为减排的强力推进，我国二、三产业面临结构优化和行业调整的历史时刻，节能减排既推进了传统行业发展改革的进程，亦催生出众多的行业投资机遇。电力作为国民经济运转的动力源泉，涉及产业范围之广、触及经济利益之深可i胃独一无二，因而电力工业领域的节能推进首当其冲，发电侧与输配电侧的节能行业投资机会已受到市场的关注。2008年底出台的国家4万亿元投资计划中，有2100亿的投资用于节能减排。今后35年，扩大内需政策将使节能环保行业迎来发展的好时机。受此政策利好刺激，节能环保、新能源发电领域增长趋势明显。我国电力企业今后若能从以下几方面改进的话，我国的节能减排将会取得更大的成效。一是国家应完善节能减排的法律、法规和奖惩措施。法律、法规的制定应注重可操作性和长期性，奖惩措施的力度要大力加强，奖惩措施要和企业的经济墩益挂起钩来，引导企业权衡利益关系后，主动地引进促使节能减排的相关技术，从根本上降低消耗，减少排放，实现资源的循环利用，这是从根本上抓节能减排。二是随着国家对节能减排的倡导以及社会的进步，电力企业的社会责任意识也在加强，逐渐对节能减排从被动接受转为主动行动。三是自动化企业尤其是本土自动化企_,lI,JJn强研发控制技术，提高对节能和减排控制产准煤耗341影全国发电厂品的开发力度，为节能减排提供技术支持和系统方案。这样，经过几方面的共同努力，我国电力系统的节能减排必定前景广阔，为中国和世界的环境更美、人们生活更幸福作出贡献。 走新型工业化发展道路，不断创新发展模式，积极调整产业结构，提高发展质量，努力提高能源利用率，坚持以人为本，统筹兼顾，实现电力与经济、社会、环境的协调发展，切实把电力发展转移到科学发展的轨道上来，是电力工业学习实践科学发展观的积极成果，也是电力工业实现的全面、协调和可持续发展的必然要求。五、电气工程应用于大气污染治理和高效能源利用大气污染治理和高效能源利用两方面关系密切，两者息息相关。大气污染治理离不开对能源的高效清洁利用，而能源的高效清洁利用也决定着大气污染治理的成果。能源和环境的关系是相互制约, 相互促进的辩证关系。在能源与环境的关系中, 占主导地位的是能源对环境的积极影响。所谓能源环境问题, 实质上是能源和资源没有得到充分合理的利用造成的, 提高 能源利用率和作为污染物的资源的回收率,就会使环境污染程度相应减轻。电力作为能源的消耗大户，作为国计民生的行业，更是重中之重。火电作为当前我国电力的主要组成部分，合理利用煤炭资源是提高能源利用效率、防止环境污染的主要措施。应采取如下方针: a) 提高煤的利用效率，促进燃煤锅炉的节能减排技术的发展；b) 燃烧中净化技术，在燃烧过程中提高效率减少污染排放；c) 降低燃煤对大气的污染。电力工业是节能降耗和污染物减排的重点领域。燃煤火力发电厂采用电子束法脱硫工艺：该工艺由排烟预除尘、烟气冷却、氨的加入、电子束照射和副产品捕集等工序组成。锅炉排出的烟气，经过除尘器的粗滤处理得到预除尘后进入冷却塔，在喷射入的冷却水冷却下，烟气温度降到适合于脱硫脱氮的温度。经过冷却后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气混合物喷入，经电子束照射后，烟气中的SO2、NO2在自由基作用下与氨进行中和反应生成硫酸铵和硝酸铵的混合粉体，这一副产品为化肥。这些粉状微粒一部分沉淀到反应器底部排出，其余部分被除尘器捕集，净化后烟气经脱硫风机由烟囱排入大气降低污染。此法是目前世界上应用最广、规模最大的脱硫方式，脱硫效率可达95%以上，吸收剂利用率达90%以上。我国电力工业结构不合理、增长方式粗放的