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熱能工程及其自動化范文第1篇

關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)及其自動化；規(guī)劃與設(shè)計；科技與管理；多重效益

中圖分類號TM711 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）80-0092-02

電力系統(tǒng)及其自動化工作流程就是在中心地帶安裝計算機系統(tǒng)，實施對中心發(fā)電站和變電站周圍系統(tǒng)的監(jiān)控，形成立體的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，使信息的傳達和指令的傳輸能夠及時、暢通。中心計算機負責總體的指揮和調(diào)控，以及各種數(shù)據(jù)的處理、異常事故的自動回復(fù)等，通過計算機與軟件之間的結(jié)合，使自動化的程度不斷的加深，達到系統(tǒng)合理可靠的運行目的[1]。隨著技術(shù)發(fā)展，電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)整合能力，安全監(jiān)視、安全保障能力得到提高，日漸成熟的電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)改變了電力行業(yè)的舊有格局，開辟著電力行業(yè)的現(xiàn)代化新篇：電力系統(tǒng)及其自動化的安全性能和穩(wěn)定性的提高滿足著老百姓的高要求的同時，也因為電力系統(tǒng)及其自動化插上了信息化的翅膀，實現(xiàn)了電力工作人員對電網(wǎng)及電力系統(tǒng)的有效實時監(jiān)控，電力故障能得到及時排除解除，電力系統(tǒng)有更足夠的安全保障。但是就中國的情況講，電力系統(tǒng)及其自動化的方向是全面布局DMS系統(tǒng)，高效提高電氣管理水平，適應(yīng)電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)的發(fā)展。為此，本文就電力系統(tǒng)及其自動化從規(guī)劃與設(shè)計到建成后的科技投入與管理及要放長遠眼光考慮的“多重效益”進行“全景”式透析，力求解讀出個中味道。

1 “近景”：規(guī)劃與設(shè)計奠基電力系統(tǒng)及其自動化

電力系統(tǒng)及其自動化與電能生產(chǎn)、輸送及分配密切相關(guān)，通過對電力系統(tǒng)及自動化的規(guī)劃與設(shè)計是為了實現(xiàn)電力系統(tǒng)及其自動化的效率的最高化，設(shè)備功能的全面釋放，使電力系統(tǒng)對電能傳輸?shù)男实玫教嵘瑸閲覄?chuàng)造電能利用的隱形財富。因此，規(guī)劃與設(shè)計是布局一個新的電力系統(tǒng)及其自動化最首要考慮的一個問題，不然等工程上馬，系統(tǒng)正常投入運行就得不償失了。

首先，為滿足社會企業(yè)及用戶對電能的高需求狀況 ，對早期電力系統(tǒng)重新規(guī)劃是一項綜合性的改造活動 ，可顯著提高原先系統(tǒng)的運行功能[2]。在我國，電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計就擔負著這樣一個歷史包袱：這就是我國幅員遼闊，電網(wǎng)建設(shè)極為復(fù)雜，電力需求量也極大，還有不可繞過的一點是電力系統(tǒng)及其自動化改革晚，傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備仍舊掣肘著我國的電力系統(tǒng)及其自動化的步伐。如此，在追趕美英等先進技術(shù)的同時，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)及其自動化的再規(guī)劃與設(shè)計也成為奠基我們現(xiàn)代電力系統(tǒng)及其自動化的重要課程；

其次，包括對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的再規(guī)劃與設(shè)計在內(nèi)，電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計包含了發(fā)電、輸電、變電與配電、用電等多環(huán)節(jié)，通過對風(fēng)能、核能、熱能、潮汐能等電能生產(chǎn)方式產(chǎn)生的原始電能的轉(zhuǎn)化及供應(yīng)輸送做電力系統(tǒng)及自動化的科學(xué)高效綠色生態(tài)設(shè)計與規(guī)劃，滿足用戶對用電、用電設(shè)備的運行要求，同時也減少資源消耗。例如，這種規(guī)劃與設(shè)計的過程可體現(xiàn)在電力系統(tǒng)在各環(huán)節(jié)或者不同層次都具有的信息控制系統(tǒng)，為電能的生產(chǎn)進行測量、控制、調(diào)節(jié)、通信、保護及調(diào)度；

第三，電力系統(tǒng)及其自動化的規(guī)劃設(shè)計還與電力工程的打造緊密相關(guān)，電力工程是融合電工技術(shù)、電工理論及有關(guān)技術(shù)、工藝、材料、制造因素的集中反映，是電力系統(tǒng)及其自動化先進不先進的決定性元素。電力工程的規(guī)劃與設(shè)計重點在電源、電網(wǎng)、負荷中心，為了打造優(yōu)質(zhì)的電力工程項目，設(shè)計時就可以用計算機作控制中心，對電力工程各個部分進行全面調(diào)控，保證其可行，經(jīng)得起時間的檢驗；

最后，電力系統(tǒng)及其自動化的規(guī)劃與設(shè)計需要遵循成本原則，以少投入，從元件、設(shè)備等方面控制造價，成本原則直接影響到產(chǎn)品的定價，經(jīng)濟效益高是客戶接受的必然因素；堅持安全原則，電力系統(tǒng)及其自動化首要考慮的要素就是安全，其安全性和穩(wěn)定性涉及電力設(shè)備、電力設(shè)備的安全使用，網(wǎng)絡(luò)的操作安全及數(shù)據(jù)安全方面。此外，電力系統(tǒng)還應(yīng)堅持配備系統(tǒng)監(jiān)測的模塊等措施以落實安全性的要求；堅持周期原則，在規(guī)定期間內(nèi)完成，考慮詳細，有嚴格方案，不影響用戶對產(chǎn)品的使用。

2 “中景”：科技與管理提質(zhì)電力系統(tǒng)及其自動化

電力系統(tǒng)的集成度提高，電力系統(tǒng)及其自動化的形成發(fā)展由市場需求所驅(qū)動，市場需求對電力系統(tǒng)及其自動化的質(zhì)量提升起著關(guān)鍵性作用。為此，打破傳統(tǒng)的信息孤島，進行數(shù)據(jù)方面的整合與應(yīng)用，實現(xiàn)相關(guān)信息與多源信息的無縫對接，多維度多側(cè)面展示數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)，成為電力系統(tǒng)及其自動化未來的發(fā)展趨勢。這就趨勢的破冰與形成是一種對電力系統(tǒng)及其自動化大幅提質(zhì)的過程。這其中莫不與電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)人才的培養(yǎng)，專業(yè)的改革與實踐相關(guān)。就人才培養(yǎng)與專業(yè)課程的而言，筆者認為，要應(yīng)用課程學(xué)建設(shè)思路，加強應(yīng)用型教學(xué)、減少對理論的依賴，對電力系統(tǒng)及其自動化的專業(yè)的建設(shè)方案系統(tǒng)性和創(chuàng)新性的改革；類似衢州這類浙江省的欠發(fā)達地區(qū)還應(yīng)該充分運用仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)資源教學(xué)及當?shù)厮髽I(yè)的優(yōu)勢，加強專業(yè)的“接地氣效應(yīng)”。但科技與管理更是電力系統(tǒng)及自動化提質(zhì)的兩把利劍。

2.1 技術(shù)科技化——提質(zhì)“硬劍”

1）先進化的科技裝備。先進技術(shù)裝備為我國電力系統(tǒng)及其自動化的生產(chǎn)運營提供了良好平臺，給予了很大支撐。可控硅整流裝置的問世，代表了電力系統(tǒng)傳動技術(shù)的一次巨大的跨越，從此以后，電能的變換和控制正式步入了電力電子器件構(gòu)成的變流器時代[3]。以電力電子器件變革經(jīng)歷的三個階段為契機，電力科技裝備一次比一次先進，電力系統(tǒng)及其自動化的裝備已經(jīng)呈現(xiàn)高頻技術(shù)的發(fā)展趨勢，不僅自動化的色彩越發(fā)濃厚，更增加了環(huán)保、節(jié)能、智能化等特點。以電力科技裝備在風(fēng)力發(fā)電中的運用為例，諸如發(fā)動機組的設(shè)備對發(fā)電量損耗大，出于節(jié)約能源的出發(fā)點，在高低壓電的轉(zhuǎn)化中，用風(fēng)機水泵變頻機替代原先使用的變頻器，就改變了電能轉(zhuǎn)化中耗能大、效率低等問題?？傊?，我們要從電力系統(tǒng)及其自動化的科技設(shè)備革新和技術(shù)的不斷發(fā)展上謀求新路，探索發(fā)展科技設(shè)備對提高電力的生產(chǎn)質(zhì)量；

2）科技裝備的信息化。電網(wǎng)的壯大，實現(xiàn)對電網(wǎng)高效地實時監(jiān)控需要憑借電力系統(tǒng)及其自動化所用科技裝備的信息化水準。依托電力裝備的信息化，實現(xiàn)對電網(wǎng)的綜合監(jiān)控不說，電站工作人員能更加詳細準確地了解電力系統(tǒng)運行狀況，快速準確判斷故障位置及故障原因，遙控操作變的容易，對各種數(shù)據(jù)的分析變得簡便。電力系統(tǒng)及其自動化在科技裝備的信息化的各種案例，如體現(xiàn)在對包括測量儀表、自動裝置及遠動裝置等變電站二次設(shè)備的功能進行組合和優(yōu)化，利用計算機技術(shù)、通信技術(shù)等信息化技術(shù)實現(xiàn)對變電站輸、配電線路，設(shè)備的監(jiān)視、測量、控制等。

2.2 管理現(xiàn)代化——提質(zhì)“軟劍”

一方面是日常管理要做到“優(yōu)化提質(zhì)”。電網(wǎng)的發(fā)展帶來企業(yè)管理思想、管理方法的創(chuàng)新，及其在電力系統(tǒng)及其自動化的應(yīng)用，促進電力系統(tǒng)管理水平的提升。換句話說，如何提高電網(wǎng)信息的采集、加工等環(huán)節(jié)的速度及準確性需要管理；電力工程的施工、監(jiān)管過程涉及的部門多，電力施工人員的工作技能參差不齊，工程選用什么樣的物料、工程的進度有什么安排，工程技術(shù)管理的流程等很多方面需要管理； 在電力系統(tǒng)及其自動化的具體運用中，繼電保護的保護元件經(jīng)常會出現(xiàn)異常情況，影響供電秩序，產(chǎn)生安全隱患甚至安全事故，這就需要對電力系統(tǒng)進行有效地安全管理。這些都是電力系統(tǒng)及其自動化日常涉及到得一些管理，對這些日常管理就要做到“優(yōu)化提質(zhì)”。

另一方面是應(yīng)急管理要做到“優(yōu)中見質(zhì)”。電力系統(tǒng)及其自動化的發(fā)展， 電網(wǎng)的規(guī)模獲得擴大，電網(wǎng)的緊密度比以往更令人咋舌，由此也帶來了電網(wǎng)的穩(wěn)定問題，一些小概率的聯(lián)級事故、外部災(zāi)害也可能引起系統(tǒng)失穩(wěn)，進而引發(fā)系統(tǒng)癱瘓，造成不必要災(zāi)難性停電事故。為此，電力系統(tǒng)及其自動化的應(yīng)急管理考驗著管理者的管理智慧。如何做到應(yīng)急管理的“優(yōu)中見質(zhì)”，例如，電力系統(tǒng)故障后，工作人員應(yīng)就近在故障元件邊上的區(qū)域搜索緩解故障情況的負荷削減節(jié)點，幫助系統(tǒng)恢復(fù)到安全狀態(tài)，并將故障影響降低到最小范圍。而工作人員采取的方法可以很多：利用慢同調(diào)分群算法將系統(tǒng)中的發(fā)電機組聚合成若干虛擬發(fā)電機群節(jié)點，最大限度地減小割集的搜索空間，在考慮拓撲結(jié)構(gòu)和潮流方向的基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點向虛擬發(fā)電機群節(jié)點聚合，并在 Laplace分區(qū)策略的基礎(chǔ)上提出了一個新的權(quán)重指標來衡量兩個相鄰節(jié)點之間的“距離”，以改進 Laplace 分區(qū)策略[4]。這就是一種有效應(yīng)急“優(yōu)中見質(zhì)”的方法。

3 “遠景”：多重效益注腳電力系統(tǒng)及其自動化

電力系統(tǒng)及其自動化“近景”與“中景”的布局都是為了實現(xiàn)電力系統(tǒng)及其自動化的“多重效益”，環(huán)保效益、社會效益、經(jīng)濟效益多多重效益并重是電力系統(tǒng)及其自動化的最好注腳，電力系統(tǒng)及其自動化之于經(jīng)濟的功效自不必多言，它對中國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型都有特殊的意義，本文就“碳排放”和“可再生”兩個關(guān)鍵詞進行簡述。

3.1 關(guān)鍵詞“碳排放”——重構(gòu) “綠色目標”

2006年來，我國碳排放超美國成為世界第一碳排放大國，在能源保障供應(yīng)充足及為社會提供強勁發(fā)展動力的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)經(jīng)濟低碳可持續(xù)發(fā)展成為各方共識，可持續(xù)發(fā)展意味著作為碳排放最大部門電力行業(yè)的需要轉(zhuǎn)型。換句話說，全球多變的氣候和焦灼的能源問題為電力系統(tǒng)及其自動化的“綠色重構(gòu)”提供了歷史性的機遇。怎樣實現(xiàn)電力系統(tǒng)及其自動化對電力產(chǎn)業(yè)的“綠色重構(gòu)呢”？電力系統(tǒng)及其自動化首先依據(jù)電力碳排放及強度作為評價內(nèi)容評價各地電力低碳發(fā)展。但是僅以碳排放強度及碳排放總量不能客觀評價各地電力低碳工作，還需要根據(jù)各地的能源特征、電源機構(gòu)、居民用電習(xí)慣等特點，對電力系統(tǒng)及其自動化的碳排放做結(jié)構(gòu)分解，透徹分析各地電力碳排放的成因等因素，最后依據(jù)電力系統(tǒng)及其自動化的系統(tǒng)特點和自動化的程度對各地低碳發(fā)展線路做針對性部署。

3.2 關(guān)鍵詞“可再生”——造?！皬V普大眾”

電力系統(tǒng)及其自動化在其建設(shè)、生產(chǎn)運營中，投資、成本、產(chǎn)量等因素會因為內(nèi)外環(huán)境的變化而變化，進而與我們對其所作出經(jīng)濟評價的預(yù)測值有一定差異，對項目能產(chǎn)生的經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響。但是基于利用“可再生”能源基礎(chǔ)上的電力系統(tǒng)及自動化，無疑能造福到“廣普大眾”。這是因為可再生能源的能源密度低，資源分布廣，適宜小規(guī)模開發(fā)利用。比如，在資源、條件允許的情況下，電力用戶能安裝小型的光伏發(fā)電系統(tǒng)，在城市的空閑場地和建筑屋面，農(nóng)村荒山荒坡，農(nóng)民房前屋后都可利用光伏電站發(fā)電，按人均1千瓦光伏發(fā)電，全國超過10億千瓦，看上去數(shù)字有點大，但是每千瓦的光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝個位數(shù)的太陽能電板就行，利用好這樣的可再生能源是電力系統(tǒng)及其自動化未來的額一個方向。

參考文獻

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熱能工程及其自動化范文第2篇

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[2]金山電池先生.移動設(shè)備電池白皮書[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

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熱能工程及其自動化范文第3篇

關(guān)鍵詞：電氣技術(shù);應(yīng)用;發(fā)展;完善;效益

中圖分類號：N945.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-11-00-01

一、電氣控制技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀

目前，電能生產(chǎn)的主要形式有火電、水電、核電、風(fēng)電、地熱發(fā)電和太陽能發(fā)電等?；痣娛且悦禾?、石油、天然氣作為燃料發(fā)電的形式，一般通過燃燒加熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，再驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。水電則是利用水位勢能，驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。1.2電能輸送電能輸送是指將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能通過輸電網(wǎng)輸送到另一處。輸電網(wǎng)就是許多個發(fā)電廠和許多個供電點連接而成的網(wǎng)絡(luò)體系。輸電前在發(fā)電廠都要將電壓升高以后輸送，因為這樣可以減少輸送過程中的電能損耗。到達輸電網(wǎng)另一處再經(jīng)過降壓供用戶使用。采用輸電線路輸送電能既解決了發(fā)電廠與用戶之間的距離問題，而且輸電線路聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)有利于電能的合理分配，提高了供電的經(jīng)濟性和可靠性。

（一）電能生產(chǎn)

電能生產(chǎn)也就是發(fā)電，它是電氣技術(shù)應(yīng)用的起點，解決電源的問題。發(fā)電是能量的一種轉(zhuǎn)化形式。目前，電能生產(chǎn)的主要形式有火電、水電、核電、風(fēng)電、地熱發(fā)電和太陽能發(fā)電等?；痣娛且悦禾?、石油、天然氣作為燃料發(fā)電的形式，一般通過燃燒加熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，再驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。水電則是利用水位勢能，驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。

電能使用是電能生產(chǎn)的終極目的，也是電氣技術(shù)研究的主要目標。電氣技術(shù)廣泛應(yīng)用是因為電氣具有以下優(yōu)勢：電方便遠距離輸送.具有清潔、安全和經(jīng)濟的特點;電能很容易與其他能量進行相互轉(zhuǎn)化，如機械能、光能、熱能、化學(xué)能等：電也很容易應(yīng)用各種控制技術(shù)，實現(xiàn)各種控制功能和自動化目標。

（二）電能輸送，電能輸送是指將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能通過輸電網(wǎng)輸送到另一處。輸電網(wǎng)就是許多個發(fā)電廠和許多個供電點連接而成的網(wǎng)絡(luò)體系。輸電前在發(fā)電廠都要將電壓升高以后輸送，因為這樣可以減少輸送過程中的電能損耗，輸電線路聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)有利于電能的合理分配，提高了供電的經(jīng)濟性和可靠性。

（三）電能分配

電能分配是指電能經(jīng)配電網(wǎng)向用戶供電的形式，也就是接受輸電網(wǎng)電能，再逐級分配或就地消費電能。

二、電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

（一）電氣自動化程度和水平不斷提高

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，各行各業(yè)的自動化水平都在不斷提高，生產(chǎn)效率隨之提高，生產(chǎn)質(zhì)量也得到了越來越多的保障，更好地促進了企業(yè)以及市場經(jīng)濟的發(fā)展。引入電氣自動化技術(shù).開創(chuàng)了經(jīng)濟發(fā)展的新局面。

1、運用電氣自動化技術(shù)實施系統(tǒng)仿真，提高實驗準確度的同時獲取更多的數(shù)據(jù);

2、通過電氣自動化技術(shù)可以實現(xiàn)智能化服務(wù)，提高工作效率并且降低勞動強度;

3、電氣自動化技術(shù)用于配電網(wǎng)，可提高配電網(wǎng)數(shù)字化、信息化和智能化水平，從而極大地提高系統(tǒng)運行效率。

（二）更節(jié)能、更環(huán)保

節(jié)能技術(shù)在工廠電氣技術(shù)的應(yīng)用中日漸重要，因為對整個社會來說，節(jié)能減排都是社會發(fā)展的必然趨勢，企業(yè)的發(fā)展和進步必須在這一總趨勢下。以照明技術(shù)來說，采用發(fā)光效率更高、壽命更長、汞含量更低的燈具。在能源使用上，太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地熱能、海洋能等可再生能源將獲得更快發(fā)展。建設(shè)智能電網(wǎng)不僅可以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高電能質(zhì)量，而且更有利于節(jié)電，因智能電網(wǎng)可以更方便地并人可再生能源，節(jié)電效果顯著。

使用節(jié)能型的供電配電系統(tǒng)。應(yīng)該注重節(jié)能技術(shù)在電氣技術(shù)中的應(yīng)用，進而降低工廠成本，在節(jié)能型供配電系統(tǒng)的使用上沒有明確的認識。使用節(jié)能型的變壓器?？梢詫εf的油侵變壓器進行改造，同時要合理選擇變壓器的型號和容量。

（三）一般來說，在工廠供電系統(tǒng)設(shè)計時可以選擇損耗低、效率高的新型節(jié)能變壓器，維持合理的供電電壓，供電電壓的大小應(yīng)在考慮當?shù)仉娋W(wǎng)、用戶用電負荷等因素的前提下根據(jù)供電距離和用電容量來確定。無功補償裝置，因為功率因素的高低對工廠企業(yè)非常重要。所以，應(yīng)盡量提高工廠供電各相關(guān)部分的功率因素，增加工廠的輸電能力，并減少電能損耗和功率損耗，用來達到提高設(shè)備利用率、用電質(zhì)量、節(jié)約電能的目的。

（四）選用適合的節(jié)能設(shè)備。恰當?shù)墓?jié)能設(shè)備有利于節(jié)能技術(shù)水平的提高。運用低阻電纜。因為在輸電線路中，線路損耗和線路電阻有平方的關(guān)系。阻值越小，消耗的能量和散發(fā)的熱量就越少，

使用阻值較低的電纜可以使電纜上電能的損失降到最低，使輸電線路的能耗最低。推廣變頻器的使用，因為變頻調(diào)節(jié)可控制發(fā)電機的輸出功率，輸出功率減小，耗能就減少，流量和風(fēng)量就得到了控制，從而降低損耗，達到節(jié)能的目的。

（五）合理使用峰谷電力資源。電力行業(yè)中峰谷是指用山谷和山峰形象的比喻用電負荷特性的變化，可以通過降低用電負荷高峰，填補負荷低谷，使用電負荷均勻，充分發(fā)揮發(fā)電、變電設(shè)備的潛力，提高設(shè)備的負荷指數(shù)，提高電力系統(tǒng)的供電能力，盡可能的滿足電力負荷日益增大的需要。

（六）電氣技術(shù)應(yīng)使用新材料、新技術(shù)、新工藝。新工藝的應(yīng)用，往往給工業(yè)生產(chǎn)中電氣技術(shù)的發(fā)展帶來顯著的效果。把低效率的供用電設(shè)備更換為高效率的供用電設(shè)備，有利于提高經(jīng)濟效益;對耗能大的設(shè)備進行改造，可以節(jié)約用電量，提高效益。及時改造工藝和設(shè)備，另外在改造舊設(shè)備、落后工藝的時候，也要注意新材料、新技術(shù)、新工藝的推廣使用。

三、結(jié)語

電氣工程及其自動化技術(shù)在人們生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，大大提高了生產(chǎn)效率，在今后的發(fā)展中，電氣工程及其自動化技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用會更加廣泛。

參考文獻：

[1]黃文俊.電氣技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].河南科技，2013，（20）：17

熱能工程及其自動化范文第4篇

關(guān)鍵詞：溫差發(fā)電；塞貝克效應(yīng)；熱電能量轉(zhuǎn)換；拓撲結(jié)構(gòu)

1 溫差發(fā)電原理及溫差發(fā)電系統(tǒng)簡介

溫差發(fā)電主要利用半導(dǎo)體熱電材料的塞貝克效應(yīng)。將兩種半導(dǎo)體材料一端連結(jié)放置在高溫端（熱端），另一端開路放置在低溫端（冷端），在冷端形成開路電壓的現(xiàn)象，就是賽貝克效應(yīng)。利用這個效應(yīng)直接將熱能轉(zhuǎn)化成電能。在兩種導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的電動勢，被稱為溫差電動勢。塞貝克電壓與熱冷兩端的溫度差T成正比，即：

溫差發(fā)電系統(tǒng)一般由熱電模K、廢熱通道以及冷端散熱裝置3部分組成[1]。熱電模塊安裝在排氣管處，通過集熱的熱端與散熱快的冷端形成溫差[2]。熱電模塊產(chǎn)生的電能經(jīng)控制模塊，整流、限壓、穩(wěn)壓之后輸送給外界。

2 關(guān)于汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)效率提升與優(yōu)化

2.1 溫差發(fā)電材料的性能提升

1954年Goldsmid發(fā)現(xiàn)具高賽貝克系數(shù)和高原子量的BiTe5， 1958年Brikhoklz和RoSi發(fā)現(xiàn)可以有效降低熱導(dǎo)率的Bi2Te3與Sb2Te3以及Bi2Se3的合金，近些年廣泛使用的各種半導(dǎo)體溫差發(fā)電材料以及納米結(jié)構(gòu)材料也有新的進展，能通過降低晶體結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)率，提高溫差發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率[3]，溫差發(fā)電材料性能也更加優(yōu)越。

如今，溫差發(fā)（熱電）電材料主要有10種左右。在鈷礦等傳統(tǒng)材料研究的基礎(chǔ)上新的制造工藝的研究正在興起。人們通過在合金中摻雜不同元素，通過材料低維化（薄膜化）和梯度化等不同的制備手段對傳統(tǒng)熱電材料進行性能改造，提高優(yōu)值，并取得了顯著的效果。不僅有較大的塞貝克系數(shù)，還有較小的導(dǎo)熱系數(shù)（或稱熱導(dǎo)率）及低的電阻率，從而使熱量集中在接頭附近。實踐證明這些熱電材料正朝著摻雜化、低維化、梯度化和優(yōu)化載流子濃度這些方向發(fā)展。其中材料梯度化是解決目前溫差發(fā)電材料工作溫域較窄的最有效方法，其基本思想是在確保各組分單一溫差發(fā)電材料的性能上，拓寬使用溫度范圍，使各組分都能在各自的最佳溫度區(qū)工作[1]。

2.2 單片溫差發(fā)電模塊內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計

溫差發(fā)電模塊是溫差發(fā)電裝置最核心的組件之一，主要的功能是實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)化，其性能優(yōu)劣直接決定系統(tǒng)輸出功率。一個由N對熱電偶組成的熱電模塊產(chǎn)生的電動勢V，可通過公式

式中：NPN-單一熱電偶的總賽貝克系數(shù)；TH-熱電模塊熱端溫度；TC-熱電模塊冷端溫度；T-模塊兩端的溫差。

系數(shù)NPN為熱電模塊自身的性能參數(shù)。從上式可以看出，要想從系統(tǒng)的本質(zhì)上提發(fā)電效率，需要優(yōu)化模塊的自身構(gòu)造。

單片溫差發(fā)電模塊的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計主要包括熱電原件數(shù)量、長度、截面積、電極和導(dǎo)熱底布局等，對于獲得高性能輸出十分重要[4]。文獻[3]的有關(guān)研究表明：

（1）模塊內(nèi)部熱電原件長度的最優(yōu)長度值在0.075mm～0.125mm范圍內(nèi)。

（2）輸出功率隨熱電元件截面積的增大而減小。

（3）導(dǎo)熱基底越厚，輸出功率和能量轉(zhuǎn)化效率均會減小。

提高溫差發(fā)電裝置的輸出能力可以通過提高溫差發(fā)電模塊的塞貝克系數(shù)、導(dǎo)熱性能、冷熱端溫差及增加溫差發(fā)電模塊數(shù)量來實現(xiàn)[5]，如今廣泛采用列內(nèi)模塊并聯(lián)、列間模塊串聯(lián)、層間模塊串聯(lián)的連接方式，這種構(gòu)造的溫差發(fā)電模塊在空間和效率提升方面占據(jù)主要優(yōu)勢。

2.3 發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)

汽車尾氣溫差發(fā)電裝置拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，涉及三個主要方面：溫差發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化、熱端氣箱設(shè)計、冷端構(gòu)造改良。

單片溫差發(fā)電模塊的發(fā)電量較小，應(yīng)用時，通常將單片溫差發(fā)電模塊連接成溫差發(fā)電組。這種多個單體熱電模塊間的布置關(guān)系稱作溫差發(fā)電模塊組的拓撲結(jié)構(gòu)。平板式、圓柱型及網(wǎng)狀型是最常見的溫差發(fā)電模塊外，一般，明層疊平板式是比較有空間和性能優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)[1]，對汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)來說，能最明顯的提高發(fā)電效率。

設(shè)于汽車尾氣排氣管處的熱端氣箱，分為上下兩層，內(nèi)外部設(shè)有不同的擾流片。有關(guān)研究表明，溫差發(fā)電模塊冷熱端溫度分布越均勻，模塊的發(fā)電效率越高[5]。而在冷熱端設(shè)置擾流片，有降低尾氣流速的作用，不僅使尾氣在熱端停留的時間稍微加長，提高尾氣的利用率，更能達到熱端溫度均勻分布的作用。

冷端散熱裝置是溫差發(fā)電系統(tǒng)必不可少的部件之一，性能的好壞直接決定溫差發(fā)電模塊冷熱兩端溫差。現(xiàn)今常用的冷端散熱方式有自然風(fēng)冷，和水循環(huán)冷卻管道。前者一般不被采用做汽車尾氣發(fā)電裝置的散熱方式，原因是空氣的導(dǎo)熱性能好，比熱容小，流動速度快等。汽車尾氣余熱散失快，降低余熱的利用率，還造成冷端溫度不均勻。因此，冷端散熱方式一般選著水循環(huán)冷卻，既能快速降低冷端溫度，又能盡量減小溫度分布不均的問題，并且水可以循環(huán)使用。

3 結(jié)束語

本文從傳統(tǒng)汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)的基本發(fā)電材料到系統(tǒng)模塊構(gòu)建以及整個系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對這三個部位各自的特點，分別提出改進方案。闡明了材料摻雜化、低維化、梯度化以及優(yōu)化載流子作為當今溫差發(fā)電材料主要發(fā)展方向的原因。給出單片溫差發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要點，主要涉及到物理模型優(yōu)化，數(shù)學(xué)模型優(yōu)化。通過改變發(fā)電片的內(nèi)部構(gòu)型設(shè)計，定量給出內(nèi)部電原件數(shù)量、長度、寬度、電極以及導(dǎo)熱底部布局等。提出溫差發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)改進，包括溫差發(fā)電模塊的拓撲結(jié)構(gòu)、熱端以及冷端夠造三個部分優(yōu)化改良，從而整體上提高溫差電系統(tǒng)的發(fā)電效率。

參考文獻

[1]袁曉紅.汽車發(fā)動機尾氣余熱溫差發(fā)電裝置熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)研究

[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[2]郭.汽車尾氣溫差發(fā)電效率的影響因素[J].汽車工程師，2011（6）：45-47.

[3]程富強.碲化鉍溫差發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計[D].高電壓技術(shù)，2014（4）.

[4]許志建，徐行.塞貝克效應(yīng)與溫差發(fā)電[J].現(xiàn)代物理知識，2004（1）：41-42.

[5]張哲.基于塞貝克效應(yīng)的熱電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2016.

作者簡介：鄒治風(fēng)，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院電氣工程及其自動化系學(xué)生。

劉帥，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院電氣工程及其自動化系學(xué)生。

熱能工程及其自動化范文第5篇

上海交通大學(xué)

力學(xué)學(xué)科形成了各具特色、實力雄厚的四個二級學(xué)科：流體力學(xué)、固體力學(xué)、一般力學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ)和工程力學(xué)。此外，生物力學(xué)是力學(xué)與生物、醫(yī)學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，其中研究與人類心血管疾病成因及診治相關(guān)的血流動力學(xué)是發(fā)展較快的領(lǐng)域之一，該方向?qū)儆诋斍皣H前沿。

材料科學(xué)與工程是上海交大的傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科，前身是冶金系，下設(shè)3個二級學(xué)科，其中材料學(xué)、材料加工工程被評為國家重點學(xué)科。

機械工程學(xué)科培養(yǎng)了數(shù)以萬計的專業(yè)技術(shù)人才，擁有機械制造及其自動化和機械設(shè)計及理論2個國家重點學(xué)科，整個學(xué)科的實力都非常強大。

控制科學(xué)與工程學(xué)科以其科研覆蓋面寬、綜合實力強、人才梯隊結(jié)構(gòu)合理、培養(yǎng)高層次人才數(shù)量多、質(zhì)量高而列居國內(nèi)同類學(xué)科前茅?？刂评碚撆c控制工程、模式識別與智能系統(tǒng)2個學(xué)科從1987年開始就一直是國家重點學(xué)科。

創(chuàng)立于1943年的船舶與海洋工程學(xué)科，已形成了一批在全國乃至世界領(lǐng)先的優(yōu)勢學(xué)科，造就了一批以院士為核心的著名學(xué)科帶頭人，成為了我國學(xué)科門類齊全、綜合研究實力雄厚、獨具特色的船舶與海洋工程科研和教學(xué)基地，享有很高的學(xué)術(shù)聲譽。

西安交通大學(xué)

機械工程學(xué)院是西安交通大學(xué)歷史最悠久、實力最雄厚的學(xué)院之一，優(yōu)勢專業(yè)主要有機械制造及其自動化、機械設(shè)計及理論、機械電子工程等學(xué)科。

電氣工程學(xué)院是我國高校同類學(xué)科中創(chuàng)建最早、學(xué)科設(shè)置最全的學(xué)院之一，歷屆畢業(yè)生中有近30人成為院士，應(yīng)屆畢業(yè)生一次性就業(yè)率非常高，學(xué)生知識能力強，頗受企業(yè)青睞。

能源與動力工程學(xué)院是西安交通大學(xué)的“品牌”學(xué)院，其能源動力學(xué)科實力強大，在全國都是數(shù)一數(shù)二的，擁有熱能工程、流體機械及工程、動力機械及工程、制冷及低溫工程4個優(yōu)勢專業(yè)，基本覆蓋了所有能源類專業(yè)方向。該學(xué)院的學(xué)生畢業(yè)后一般都進入電力、能源等企事業(yè)單位工作，收入高。

管理學(xué)院在全國同領(lǐng)域非常知名，工業(yè)工程專業(yè)具備了工科的扎實基礎(chǔ)和管理學(xué)的思維方式，頗受企業(yè)好評，出國率是同類高校中最高的。

電子與信息工程學(xué)院是涵蓋電子信息領(lǐng)域幾乎所有新興工程學(xué)科在內(nèi)的一個學(xué)院，通信工程、自動化、計算機科學(xué)等專業(yè)每年都備受Google等知名跨國企業(yè)的青睞。

北京交通大學(xué)

北京交通大學(xué)原本屬于鐵道部，現(xiàn)劃歸教育部，運輸在全國排第一，源于和鐵路的淵源，交大可以說是目前全國僅有的和鐵路聯(lián)系密切的學(xué)校，全校各專業(yè)幾乎都和鐵路相關(guān)，所以一些原鐵道部企業(yè)最認可交大，交大每年有相當數(shù)量的畢業(yè)生會去這些企業(yè)。

交大的特色還在于和鐵路的相關(guān)專業(yè)，比如電信學(xué)院的通信、信號，土建學(xué)院的橋梁、隧道，機電學(xué)院的車輛工程，運輸學(xué)院的運輸、交規(guī)、物流，經(jīng)管學(xué)院的企管、會計等。

電信、經(jīng)管很知名，每年報名人數(shù)很多。理學(xué)院也有很不錯的學(xué)科。

西南交通大學(xué)

交通運輸學(xué)院擁有交通運輸工程國家重點學(xué)科，在地鐵、物流配送、人機和環(huán)境工程、智能交通技術(shù)等方面擁有不可代替的地位。上海磁懸浮列車、長江三角洲之間的子彈頭列車，這些先進的交通工具代表著未來鐵路交通發(fā)展的方向，而西南交大正是在這方面有著優(yōu)勢。

電氣工程學(xué)院主要從事電氣工程學(xué)科和電子信息學(xué)科的科學(xué)研究和人才培養(yǎng)工作，電力系統(tǒng)及其自動化是國家級重點學(xué)科，地鐵主要是依靠電力能源運行，因此許多電氣學(xué)院的學(xué)生被聘請到各地鐵運營大市。電氣學(xué)院的磁懸浮列車與懸浮技術(shù)研究所等重點研究所和實驗室可是幾塊金字招牌，磁懸浮列車的研究國內(nèi)第一，世界領(lǐng)先。

西南交通大學(xué)的前身是我國高校最早成立土木工程系的，現(xiàn)在的西南交大土木工程學(xué)院有國家重點學(xué)科橋梁與隧道工程學(xué)，國家級特色學(xué)科土木工程等優(yōu)勢專業(yè)，結(jié)合西南地形復(fù)雜的特點正在發(fā)揮著不可替代的作用。

北京航空航天大學(xué)

航空科學(xué)與工程學(xué)院是北航最有名的學(xué)院，下設(shè)飛機系、人機與環(huán)境系、流體力學(xué)研究所、固體力學(xué)研究所4個系所，支撐起了北航的學(xué)術(shù)高峰。

材料科學(xué)與工程學(xué)院的學(xué)生主要是和飛機、航天材料打交道，擁有大量省部委材料學(xué)重點實驗室，如民航安全技術(shù)重點實驗室等。材料科學(xué)與工程專業(yè)還是國家一級重點學(xué)科。材料不僅應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，還可以廣泛應(yīng)用于建筑等民用行業(yè)，就業(yè)范圍非常廣闊。

能源與動力工程學(xué)院原名動力系，擁有一批獲得國內(nèi)同行業(yè)公認的高級學(xué)術(shù)帶頭人作為學(xué)院的師資主體。

宇航學(xué)院堪稱航天人才的搖籃，有飛行器設(shè)計與工程、飛行器動力工程和探測制導(dǎo)與控制技術(shù)三個本科專業(yè)，課程設(shè)置的特點都是以“平臺課方向課”的模式構(gòu)建，大大拓寬了學(xué)生的知識面，提高了學(xué)生的適應(yīng)能力和專業(yè)能力。

計算機學(xué)院是一個特別鼓勵學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力，展現(xiàn)自己才華的地方，其計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)也是國家一級重點學(xué)科。

南京航空航天大學(xué)

飛行器設(shè)計是南京航天大學(xué)最著名的專業(yè)，也是歷年學(xué)校招聘會上最受矚目的熱門專業(yè)，建有我國直升機技術(shù)研究方向唯一的國家級(國防)重點實驗室，建有國內(nèi)唯一專門從事航空智能材料與結(jié)構(gòu)研究的航空重點實驗室以及CAD中心、結(jié)構(gòu)振動兩個部門開放實驗室。

飛行員專業(yè)是這個學(xué)校最牛的專業(yè)，學(xué)校與多家航空公司聯(lián)合，對學(xué)生實行訂單式培養(yǎng)方式，共有“31”和“22”兩種招生模式，采取國內(nèi)國外兩部教學(xué)，如“31”就是學(xué)員前三年在國內(nèi)校本部進行飛行專業(yè)基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)和基本技能訓(xùn)練，第四學(xué)年派送到國外飛行學(xué)校進行為期一年的飛行訓(xùn)練，并取得中國民航總局認可的符合多發(fā)儀表等級要求的國外商業(yè)飛行員駕駛執(zhí)照。

電氣工程及其自動化專業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展十分迅速，且前景很好，擁有航空電源航空科技重點實驗室，建立了中航一集團和中航二集團技術(shù)工程中心，相關(guān)研究領(lǐng)域在國內(nèi)也具有重要影響力。

中國海洋大學(xué)

海洋環(huán)境學(xué)院是中國海洋大學(xué)最具海洋特色的學(xué)院，包括國家級重點學(xué)科海洋科學(xué)和環(huán)境科學(xué)，其中海洋學(xué)本科專業(yè)是“國家理科基礎(chǔ)科學(xué)研究和教學(xué)人才培養(yǎng)基地”首批15個基地之一。

生物科學(xué)專業(yè)屬國家級特色專業(yè)。生物系是山東省重點學(xué)科和國家生物學(xué)一級學(xué)科的重要組成部分。聯(lián)合國教科文組織中國海洋生物工程中心也設(shè)在本系。

軍事海洋學(xué)是海洋學(xué)與軍事學(xué)相結(jié)合的新興學(xué)科。它以軍事作戰(zhàn)需求為牽引，以海洋學(xué)的基本知識和研究方法為基礎(chǔ)，研究如何利用海洋要素的變化規(guī)律為軍事作戰(zhàn)服務(wù)。

此外，中國海洋大學(xué)的水產(chǎn)、水產(chǎn)品加工及貯藏工程專業(yè)也是很具有優(yōu)勢的，是國家級重點學(xué)科；水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)、海洋技術(shù)、港口航道與海岸工程、會計學(xué)等專業(yè)屬國家級特色專業(yè)。

大連海事大學(xué)

大連海事大學(xué)的航海技術(shù)專業(yè)可謂久負盛名，實力非凡，1983年聯(lián)合國開發(fā)計劃署和國際海事組織在學(xué)校設(shè)立了亞太地區(qū)國際海事培訓(xùn)中心，1985年設(shè)立世界海事大學(xué)大連分校。

如果說航海學(xué)的是開船，那么輪機學(xué)習(xí)的就是如何修船了。輪機管理（輪機工程）專業(yè)現(xiàn)設(shè)有輪機管理和船機修造兩個專業(yè)方向，屬于國家級重點學(xué)科。由于這個專業(yè)自身的特點――工程部件精確度要求較高，所以對所招收學(xué)生的要求也是格外高。

法學(xué)院是遼寧省人大常委會立法顧問單位，其中海商法專業(yè)在國內(nèi)同類法律高校中是首屈一指的，也是大連海事大學(xué)進校要求分數(shù)最高的專業(yè)。它培養(yǎng)的學(xué)生不僅要求具有扎實的英語和法學(xué)基礎(chǔ)，而且還要求熟悉海運及相關(guān)業(yè)務(wù)，精通海商、海事法律，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識運用于實踐中。

海事管理學(xué)科主要培養(yǎng)的是負責水上安全運輸監(jiān)督管理的專業(yè)人才，學(xué)生畢業(yè)后一般進入海事局、海上監(jiān)察、港口監(jiān)察等單位工作，是海上運輸?shù)牡谝坏婪谰€。

海上物流專業(yè)是解決港口運輸、海洋運輸?shù)母鞣N問題的學(xué)科，備受歡迎。

長安大學(xué)

公路學(xué)院是長安大學(xué)最好的學(xué)院，是我國公路交通建設(shè)行業(yè)學(xué)科最齊全、專業(yè)配套規(guī)模最大的公路交通學(xué)院。公路學(xué)院公路建設(shè)學(xué)科與技術(shù)學(xué)科均列入國家“211工程”重點建設(shè)行列，學(xué)院還是全國交通系統(tǒng)監(jiān)理工程師、造價工程師、檢測工程師和公路交通高新技術(shù)培訓(xùn)基地。

汽車學(xué)院也是長安大學(xué)很牛的學(xué)院，載運工具運用工程是國內(nèi)為數(shù)不多的幾個權(quán)威學(xué)科點之一，只有西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)可與之一爭高下。學(xué)院有自己唯一的汽車高速實驗環(huán)道和綜合測試場，給學(xué)生們提供了很多實驗機會，讓學(xué)生在賞車、鑒車、試車的樂趣中發(fā)現(xiàn)和學(xué)習(xí)。

資源學(xué)院、建筑學(xué)院、工程機械學(xué)院等都是在公路交通這一大學(xué)科的基礎(chǔ)上不斷細化而建立起來的，從地質(zhì)勘探到建筑開發(fā)，與公路交通相關(guān)的各個方面都可以在這里找到強勢專業(yè)學(xué)科作支持。