摘要：电机工程涉及广泛, 其在国民经济中的发展中起到了十分主要的作用。本文对电机工程的内容、电机工程对社会的影响、对环境影响进行了初步的探讨。对我国的电机工程发展起到一定的参考作用。
关键词：电机,社会,环境,影响
电机工程是历史上沿用的名词, 又称电气工程, 意指与电能的生产和应用有关的工程技术。电机工程是以电子学、电磁学等物理学分支为基础, 涵盖如电力电子学、控制工程、电子工程、微电子学、信号处理、通信工程、测量、计算机工程等子领域的一门工程学科。电机工程涉及社会和环境的领域较广, 探讨电机工程对社会和环境的意义重大!本文以电机工程的几个主要领域为主代表探讨电机工程对社会和环境的影响。
1 电机工程对社会的影响
1.1 电机工程的电气新能源技术的影响
中国正处于工业化、城镇化加速发展的高经济增长时期, 能源和环境问题日益突出, 近年来, 国家大力发展绿色经济、以清洁生产、环保技术的新兴产业正在兴起。为了促进能源革命和生态保护, 电气的新能源技术正逐渐发展起来。下面介绍几类新能源技术对社会的影响:
太阳能及光伏发电技术:随着传统能源的耗竭, 太阳能已经成为我国的战略性新兴产业。光伏发电是利用太阳能电池的光效应, 直接把太阳的辐射能直接转变成电能的一种技术, 太阳能电池就是由薄状的半导体PN结组成, 经太阳光照射就会产生电流。光伏发电系统分为离网型与并网性, 并网型可以并入国家电网进行供电, 据估计到21世纪中期, 光伏发电将成为重要的发电方式。
风能的风力发电技术:粗略计算, 2020年全国风电发电比例将达到8%-9%, 西北等局部地区将接近20%。风力发电系统主要由风轮, 传动系统, 制动系统, 发电机, 控制系统等部分构成, 通过风力推动叶轮有效的将风能转化成电能。据来源于国家能源局发布的数据资料, 我国光电到2016年已达到3000万千瓦, 风电已达到14864万千瓦。
1.2 电机工程的电能的影响
当今社会, 电能已成为衡量一个国家工业、农业、科学技术、国防现代化和居民生活水平的重要标志。现代社会已进入电气化时代, 电能成为社会必需品, 一旦失去电能, 社会生产无法进行, 高速运行的社会流通领域无法运转, 信息系统中断, 居民的正常生活难以维持。为此, 我国通常都把电力事业作为公用事业。在一定时期内, 社会电能消耗的增长超前于社会国内生产总值 (GDP) 的增长。电能在终端能源消费中的比重每提高1个百分点, 我国单位GDP能耗就可下降3个百分点, 提高电能消费比重, 可有效提升我国综合能效。[2]
1.3电机工程的水电给社会发展带来了巨大的综合效益
我国水电建设在为经济社会发展提供优质电力的同时, 在水资源综合利用, 推进节能减排、防洪、航运、灌溉、供水、养殖等方面都发挥了重要作用。100年来, 我国水电累计发电量72990亿千瓦时, 相当于替代了27亿吨标煤, 减少二氧化碳排放约70亿吨, 节能和环保效益显着。水电事业的快速发展为国民经济和社会的发展做出了重大贡献。
1.4“一带一路”的战略目标的实施离不开电机工程
从需求面来看, 一带一路”沿线发展中国家的电力消费水平极低, 发展空间巨大。因此单从电力消费角度来看, “一带一路”沿线的非OECD国家的未来电力消费水平将会有极大的增长空间, 伴随着电力消费量的增加, 必然会带动这些国家的电力投资, 从而带来巨大的电气设备需求。由于这些国家国内制造业比较薄弱, “一带一路”所涉及的主要国家电气设备严重依赖进口。通过“一带一路”战略的逐渐展开, 我国的电气设备在“一带一路”沿线地区的非OECD国家市场上占有40%左右的市场份额应该是可期的。照此比例计算, 我国电气设备企业2014-2020年期间在“一带一路”沿线国家的出口总额将可能达到约984.35亿美元/年左右, 这将使我国的电气设备企业大幅受益, 可为我国创造更多的外汇。
2 电机工程对环境的影响
2.1 新能源开发带来的环境问题
新能源开发利用对环境可能造成的负面影响, 主要带来了以下几个方面的问题:
环境的间接破坏:如利用水力发电时, 大量的、无节制的使用水力资源, 导致河滨植被、河流植被的面积减少, 微生境的生物多样性降低, 鱼类的产卵条件发生变化, 鸟类、两栖动物和昆虫的栖息地改变或避难所消失, 这造成物种的数量减少和某些物种的消亡。尤其是中国近年来高强度开发黄河上游、金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江等多条河流的水力资源, 极大地破坏了森林植被, 进一步削弱了环境承载力, 使生态环境变得脆弱。[4]
资源耗竭:自然界中可以被人类利用的物质和能量, 如土地、阳光、水、空气、草原、森林、野生动植物、矿藏等, 被称为自然资源。开发新能源的资源也来自于这些自然资源, 因此, 新能源的开发利用也受制于特定的环境和资源状况。如太阳能、风能、潮汐能等被认为是取之不尽、用之不竭的无限资源, 其能量转化工程的实施依然仰赖于矿产、化工、土地、水等资源, 而这些资源往往是有限的、不可再生的。
污染环境:新能源产品的产生过程, 也会排放大量的污染物, 对生态环境构成威胁。如虽然所有的国际标准和协议都认为太阳能发电可以足够地遏制污染, 但是, 太阳能电池制造过程中也会排放有害物质, 太阳能光伏 (PV) 电池绝不是一个零排放技术!作为制造业, 太阳能电池板生产过程中产生的气体硅烷、三氯氢硅、二氯和盐酸污染, 除了像硅, 镉等化合物, 锗和聚氯乙烯这些化学品也会危害环境。太阳能电池制造过程中还需要有硅料、金属矿石和石英砂等原料, 这些材料需要不同阶段的加工, 最后制成太阳能电池和光伏组件。所有这些进程导致重金属排放并造成空气污染和高耗能, 以及温室气体的排放。
水源污染:随着电机工业性生产和发展, 用水量大增, 排出的污水也相应大增, 严重污染了环境, 除了城市污水外, 大气和土壤污染物也有相当一部分转入水体, 由于大大超过水体自净能力, 这些都直接影响人们的身体健康。
城市垃圾污染:电机的工业废弃物, 也是严重的城市污染。其中电机的噪声污染影响很大, 一则危害听觉。二是影响工作效率。三是容易引起头晕, 心血管等危害健康的疾病。
2.2 火电厂对环境的影响
火电厂对环境的影响主要是煤燃烧过程中所产生的废气、废水、噪声、粉煤灰渣等对大气、水源所造成的污染。火电厂的燃料在燃烧过程中, 一方面, 排放的氧化氮 (NO) 、氧化碳 (CO、CO2) 、粉尘以及燃烧后残存的灰渣会对大气造成污染;另一方面, 排放的氧化硫 (SO) 与水汽集合后产生硫酸和硝酸, 硫酸和硝酸随降水落下形成酸雨, 使农作物受到腐蚀。
对水源的污染:来自火电厂的水源污染主要是:冲灰渣用的排水, 化学水处理的含酸、含碱废水, 含油的污水, 锅炉酸洗废水, 煤场雨水排水, 生活污水, 冷凝器排出的温排水等。外来污染物质的浓度和数量超过水体自净能力时, 就会导致水质恶化。
噪声污染:来自火电厂的噪声污染主要有锅炉排气的高频噪声, 磨煤机、风机、泵、汽轮发电机组等回转机械运行时的空气动力噪声和机械振动噪声, 各种管道中的汽、水、风流动噪声, 电工设备的低频电磁噪声, 施工作业噪声等。
粉煤灰渣污染:燃煤电厂排出的灰渣, 一小部分随烟气从烟囱排往大气, 大部分是从除尘器和锅炉底部排出的粉煤灰渣。这些灰渣数量很大, 若排入江河湖海, 会污染水体, 污染大气环境, 危害人体健康。
2.3 风力发电对环境的影响
风是没有公害的能源之一, 而且取之不尽, 用之不竭, 对于缺水和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、高原地带, 非常适合。风力发电是将风能转化为电能, 风力机的噪声污染主要来源于发电机, 即齿轮箱各桨叶切割空气时产生的噪声。另外, 风机对通信设备也会产生一定的干扰;风机如果安装在鸟类飞行的跑道上, 既会在雾天影响鸟的飞行, 还会因电磁场的干扰扰乱鸟的方向感, 使鸟迷失迁徙方向。风力发电的主要的环境影响为:
土壤和植被:风力发电场占地面积一般较大, 造成土地利用率低下, 并且大面积占地需要破坏地表植被, 工程建设中对地表植物的扰动方式主要为植物全部铲除。此外, 风力发电会引起大气环流的扰动, 改变局部小气候, 对生态环境也会产生直接或间接的影响。
野生动物和候鸟:风力发电场发出的噪音会对鸟类栖息产生驱赶和惊扰, 因此风电场仅对附近栖息的留鸟影响较大。
风力发电对附近居民的影响:风力发电机的噪声是来源于经过叶片的气流和风轮产生的尾流, 其强度依赖于叶尖线速度和叶片的空气动力负荷。由于风机一般都设立在离地面较高的空中, 周围无法进行有效隔音措施, 因此噪声波及范围较大。旋转的风机叶片和空气的噪声频率主要分布在较低频率范围, 而人耳对此频带范围较敏感。长时间的低频噪声会导致一系列的健康问题, 包括心脑血管疾病, 失眠和抑郁症等。
2.4 水电站对环境的影响
水力发电是利用水冲击水轮机带动发电机发电, 是将势能转化成机械能再转化成电能的一种发电方式。水力发电对环境的影响主要在以下几个方面:
对地区气候的影响:水库的面积和库容积越大, 对周围地区气候的影响也越大, 由于水体对太阳辐射热的吸收和释放, 将使周围地区的气候发生如下变化:气温变化幅度减小, 水库周围的湿度相对增大, 库区雨量减少, 库周雨量增加, 风速明显增大。
对水质的影响:形成水库后流速减慢, 水流自净能力降低;库底富集有害物质, 可能危害人类;水中含氮磷物质较多时, 有富营养化的威胁。
对地质的影响:水库蓄水后, 会引起库区内及附近地区原有地震活动性发生变化, 可能诱发地震;库岸因浸水、脱水而失稳, 造成滑坡, 引起涌浪, 危及大坝安全。
对动植物的影响:改变了原有水生生物的生态环境, 会引起动植物的种群变化;三峡大坝就是一个很典型的例子, 三峡大坝的修建对长江流域大面积的土地的生态环境产生了显着的影响, 对生态系统的不利影响也是相当显着的, 改变了气候, 也造成了大量土地的盐碱化。[2]
2.5 输变电对环境的影响
所有的发电方式都要通过输电线路传输给用户, 输电线路和变电所对环境也会产生影响。
电磁感应的影响:输电线路的工频电磁场和电晕放电引起的高频电磁场, 当其强度超过一定的限度且作用时间足够长时, 就可能危及人体健康, 轻则头痛、疲倦, 重则中枢神经系统功能障碍。另外, 这种电磁场还会对电视、通信设备和其他电子设备产生干扰。
静电感应的影响:输电线路下方或附近, 存在对地绝缘的导电物体时, 输电线路将通过该物体的耦合电容, 在该物体上感应出电压, 如将该物体接地, 则有持续的工频电流流入大地。这种静电感应的直接后果是可能导致电击。
噪声的影响:输电线路和变电设备运行时会因电晕放电而产生噪声, 且噪声随电压的提高而增大。所产生的噪声有两类, 一是无规则的宽频噪声, 另一类是嗡嗡的交流声。
结束语
2018年是贯彻党的十九大精神的开局之年, 是改革开放40周年, 是决胜全面建成小康社会、实施“十三五”规划承上启下的关键一年。电机工程行业企业将如何以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引, 开创电机工程行业绿色发展新境界, 成为新的时代课题, 电机工程行业认真作答更需要企业科学践行。本文对电机工程对社会和环境的影响做了初步的研究, 对电机工程行业的发展起到有一定的指导作用。
参考文献
[1]王利.中国新能源法律、政策的缺陷与完善.[J], 北方论丛, 2011, 6.
[2]丘国堂.试论我国可再生能源的开发利用与环境保护的可持续发展-关于我国可再生能源开发利用与可持续发展的研究.[C], 载资源节约型、环境友好型社会建设与环境资源法的热点问题研究-2006年全国环境资源法学研讨会 (年会) (2006.8.10~12·北京) 论文集 (二) , 第541页.
[3]赵锦辉.中国新能源发展战略意义研究.[J], 经济研究参考, 2011, 12.
[4] 韩维霞.发展新能源的必要性分析.[J], 科技与生活, 2010, 22.
