Å gi menneskehetens behov nok energi er en av nøkkeloppgavene moderne vitenskap står overfor. I forbindelse med økningen i energiforbruket til prosesser som tar sikte på å opprettholde de grunnleggende betingelsene for samfunnets eksistens, oppstår akutte problemer ikke bare i generering av store mengder energi, men også i den balanserte organiseringen av distribusjonssystemene. Og temaet energikonvertering er av sentral betydning i denne sammenhengen. Denne prosessen bestemmer koeffisienten for generering av nyttig energipotensial, samt kostnadsnivået for å betjene teknologiske operasjoner innenfor rammen av infrastrukturen som brukes.
Konverter teknologioversikt
Behovet for å bruke ulike typer energi er forbundet med forskjeller i prosesser som krever en forsyningsressurs. Det kreves varme foroppvarming, mekanisk energi - for kraftstøtte for bevegelse av mekanismer, og lys - for belysning. Elektrisitet kan kalles en universell energikilde både når det gjelder transformasjon og når det gjelder bruksmuligheter på ulike felt. Som den første energien brukes vanligvis naturfenomener, samt kunstig organiserte prosesser som bidrar til generering av samme varme eller mekaniske kraft. I hvert tilfelle er det nødvendig med en viss type utstyr eller en kompleks teknologisk struktur, som i prinsippet tillater konvertering av energi til den formen som kreves for slutt- eller mellomforbruk. Dessuten, blant omformerens oppgaver, skiller ikke bare transformasjon seg ut som overføring av energi fra en form til en annen. Ofte tjener denne prosessen også til å endre noen energiparametere uten at den transformeres.
Transformasjon som sådan kan være ett- eller flertrinn. I tillegg er for eksempel drift av solgeneratorer på fotokrystallinske celler vanligvis betraktet som transformasjon av lysenergi til elektrisitet. Men samtidig er det også mulig å omdanne den termiske energien som Sola gir til jorda som følge av oppvarming. Geotermiske moduler plasseres i en viss dybde i bakken og fyller batteriene med energireserver gjennom spesielle ledere. I en enkel konverteringsordning sørger det geotermiske systemet for lagring av varmeenergi, som gis til varmeutstyret i sin rene form med grunnleggende forberedelse. I en kompleks struktur brukes en varmepumpe i en enkelt gruppemed varmekondensatorer og kompressorer som gir varme- og strømkonvertering.
Typer elektrisk energikonvertering
Det finnes ulike teknologiske metoder for å utvinne primærenergi fra naturfenomener. Men enda flere muligheter for å endre egenskapene og energiformene gir de akkumulerte energiressursene, siden de er lagret i en form som er praktisk for transformasjon. De vanligste formene for energikonvertering inkluderer operasjoner av stråling, oppvarming, mekaniske og kjemiske effekter. De mest komplekse systemene bruker molekylære forfallsprosesser og kjemiske reaksjoner på flere nivåer som kombinerer flere transformasjonstrinn.
Valget av en spesifikk transformasjonsmetode vil avhenge av betingelsene for organiseringen av prosessen, typen innledende og endelig energi. Strålende, mekanisk, termisk, elektrisk og kjemisk energi kan skilles ut blant de vanligste energitypene som i prinsippet deltar i transformasjonsprosesser. Som et minimum utnyttes disse ressursene med hell i industri og husholdninger. Separat oppmerksomhet fortjener indirekte prosesser for energikonvertering, som er derivater av en bestemt teknologisk operasjon. For eksempel, innenfor rammen av metallurgisk produksjon, kreves det oppvarming og kjøling, som et resultat av at damp og varme genereres som derivater, men ikke målressurser. I hovedsak er dette avfallsprodukter fra prosessering,som også blir brukt, transformert eller brukt i samme virksomhet.
Varmeenergikonvertering
En av de eldste når det gjelder utvikling og de viktigste energikildene for å opprettholde menneskeliv, uten hvilken det er umulig å forestille seg livet i det moderne samfunnet. I de fleste tilfeller omdannes varme til elektrisitet, og en enkel ordning for en slik transformasjon krever ikke tilkobling av mellomtrinn. Imidlertid kan i termiske og kjernekraftverk, avhengig av deres driftsforhold, et forberedelsestrinn med overføring av termisk til mekanisk energi brukes, noe som krever ekstra kostnader. I dag brukes direktevirkende termoelektriske generatorer i økende grad for å konvertere termisk energi til elektrisitet.
Selve transformasjonsprosessen foregår i et spesielt stoff som forbrennes, avgir varme og deretter fungerer som en kilde til strømgenerering. Det vil si at termoelektriske installasjoner kan betraktes som kilder til elektrisitet med null syklus, siden deres drift startes selv før utseendet til den termiske basisenergien. Brenselceller, vanligvis gassblandinger, fungerer som hovedressursen. De blir brent, som et resultat av at den varmefordelende metallplaten blir oppvarmet. I prosessen med varmefjerning gjennom en spesiell generatormodul med halvledermaterialer, konverteres energi. Elektrisk strøm genereres av en radiatorenhet koblet til en transformator eller batteri. I den første versjonen, energiengår umiddelbart til forbrukeren i ferdig form, og i den andre - akkumuleres og gis bort etter behov.
Generering av termisk energi fra mekanisk energi
Også en av de vanligste måtene å få energi som følge av transformasjon. Dens essens ligger i kroppens evne til å avgi termisk energi i prosessen med å utføre arbeid. I sin enkleste form er dette energitransformasjonsskjemaet demonstrert ved eksemplet med friksjon av to treobjekter, noe som resulterer i brann. Men for å bruke dette prinsippet med konkrete praktiske fordeler, kreves spesielle enheter.
I husholdninger skjer transformasjonen av mekanisk energi i varme- og vannforsyningssystemer. Dette er komplekse tekniske strukturer med en magnetisk krets og en laminert kjerne koblet til lukkede elektrisk ledende kretser. Også inne i arbeidskammeret til denne designen er varmerør, som varmes opp under påvirkning av arbeidet som utføres fra stasjonen. Ulempen med denne løsningen er behovet for å koble systemet til strømnettet.
Industrien bruker kraftigere væskekjølte omformere. Kilden til mekanisk arbeid er koblet til lukkede vanntanker. I prosessen med bevegelse av utøvende organer (turbiner, blader eller andre strukturelle elementer), skapes forhold for virveldannelse inne i kretsen. Dette skjer i øyeblikk med skarp bremsing av knivene. I tillegg til oppvarming øker i dette tilfellet også trykket, noe som letter prosessenevannsirkulasjon.
Konvertering av elektromekanisk energi
De fleste moderne tekniske enheter arbeider etter prinsippene for elektromekanikk. Synkrone og asynkrone elektriske maskiner og generatorer brukes i transport, verktøymaskiner, industritekniske enheter og andre kraftverk til ulike formål. Det vil si at elektromekaniske typer energikonvertering kan brukes for både generator og motordrift, avhengig av gjeldende krav til drivsystemet.
I en generalisert form kan enhver elektrisk maskin betraktes som et system med gjensidig bevegelige magnetisk koblede elektriske kretser. Slike fenomener inkluderer også hysterese, metning, høyere harmoniske og magnetiske tap. Men i det klassiske synet kan de bare tilskrives analoger av elektriske maskiner hvis vi snakker om dynamiske moduser når systemet opererer innenfor energiinfrastrukturen.
Det elektromekaniske energikonverteringssystemet er basert på prinsippet om to reaksjoner med tofase- og trefasekomponenter, samt metoden for roterende magnetiske felt. Rotoren og statoren til motorer utfører mekanisk arbeid under påvirkning av et magnetfelt. Avhengig av bevegelsesretningen til ladede partikler, stilles driftsmodusen inn - som motor eller generator.
Generering av elektrisitet fra kjemisk energi
Den totale kjemiske energikilden er tradisjonell, men metodene for transformasjon er ikke så vanligepå grunn av miljørestriksjoner. I seg selv blir kjemisk energi i sin rene form praktisk t alt ikke brukt - i det minste i form av konsentrerte reaksjoner. Samtidig omgir naturlige kjemiske prosesser en person over alt i form av høy- eller lavenergibindinger, som manifesterer seg for eksempel under forbrenning med frigjøring av varme. Imidlertid er konverteringen av kjemisk energi målrettet organisert i noen bransjer. Vanligvis legges det til rette for høyteknologisk forbrenning i plasmageneratorer eller gassturbiner. En typisk reaktant i disse prosessene er en brenselcelle, som bidrar til produksjon av elektrisk energi. Fra et effektivitetssynspunkt er ikke slike ombygginger like lønnsomme sammenlignet med alternative metoder for å generere elektrisitet, siden en del av nyttevarmen spres selv i moderne plasmainstallasjoner.
Konvertering av solstrålingsenergi
Som en måte å konvertere energi på, kan prosessen med å behandle sollys i nær fremtid bli den mest etterspurte i energisektoren. Dette skyldes det faktum at selv i dag kan enhver huseier teoretisk kjøpe utstyr for å konvertere solenergi til elektrisk energi. Nøkkeltrekket ved denne prosessen er at det akkumulerte sollyset er gratis. En annen ting er at dette ikke gjør prosessen helt kostnadsfri. For det første vil kostnadene kreves for vedlikehold av solcellebatterier. For det andre er generatorer av denne typen i seg selv ikke billige, så den første investeringen iFå mennesker har råd til å organisere sin egen mini-energistasjon.
Hva er en solenergigenerator? Dette er et sett med solcellepaneler som konverterer energien fra sollys til elektrisitet. Selve prinsippet i denne prosessen ligner på mange måter driften av en transistor. Silisium brukes som hovedmateriale for fremstilling av solceller i forskjellige versjoner. For eksempel kan en enhet for konvertering av solenergi være poly- og enkeltkrystall. Det andre alternativet er å foretrekke med tanke på ytelse, men er dyrere. I begge tilfeller er fotocellen opplyst, hvor elektrodene aktiveres og en elektrodynamisk kraft genereres i prosessen med deres bevegelse.
Dampenergikonvertering
Dampturbiner kan brukes i industrien både som en måte å transformere energi til en akseptabel form, og som en uavhengig generator av elektrisitet eller varme fra spesialrettede konvensjonelle gassstrømmer. Langt fra bare turbinmaskiner brukes som enheter for konvertering av elektrisk energi i kombinasjon med dampgeneratorer, men deres design er optim alt egnet for å organisere denne prosessen med høy effektivitet. Den enkleste tekniske løsningen er en turbin med skovler, som dyser med tilført damp kobles til. Når bladene beveger seg, roterer den elektromagnetiske installasjonen inne i apparatet, mekanisk arbeid utføres og strøm genereres.
Noen turbindesign harspesielle utvidelser i form av trinn, hvor den mekaniske energien til damp omdannes til kinetisk energi. Denne funksjonen til enheten bestemmes ikke så mye av interessene for å øke effektiviteten til generatorens energikonvertering eller behovet for å utvikle nøyaktig det kinetiske potensialet, men ved å gi muligheten for fleksibel regulering av turbindriften. Utvidelsen i turbinen gir en kontrollfunksjon som muliggjør effektiv og sikker regulering av mengden generert energi. Forresten, arbeidsområdet til utvidelsen, som er inkludert i konverteringsprosessen, kalles det aktive trykkstadiet.
Metoder for energioverføring
Metoder for energitransformasjon kan ikke vurderes uten konseptet med overføring. Til dags dato er det fire måter for samhandling mellom kropper der energi overføres - elektrisk, gravitasjonsmessig, kjernefysisk og svak. Overføring i denne sammenheng kan også betraktes som en utvekslingsmetode, derfor skilles i prinsippet arbeidet med overføring av energi og funksjonen til varmeoverføring. Hvilke transformasjoner av energi innebærer å gjøre arbeid? Et typisk eksempel er en mekanisk kraft, der makroskopiske legemer eller individuelle partikler av legemer beveger seg i rommet. I tillegg til mekanisk kraft, skilles også magnetisk og elektrisk arbeid. En viktig samlende funksjon for nesten alle typer arbeid er muligheten til å fullstendig kvantifisere transformasjonen mellom dem. Det vil si at elektrisitet omdannes tilmekanisk energi, mekanisk arbeid til magnetisk potensial, etc. Varmeoverføring er også en vanlig måte å overføre energi på. Det kan være ikke-retningsbestemt eller kaotisk, men i alle fall er det en bevegelse av mikroskopiske partikler. Antall aktiverte partikler vil bestemme mengden varme - nyttig varme.
Konklusjon
Overgangen av energi fra en form til en annen er normal, og i noen bransjer en forutsetning for produksjonsenergiprosessen. I forskjellige tilfeller kan behovet for å inkludere dette stadiet forklares av økonomiske, teknologiske, miljømessige og andre faktorer for ressursgenerering. Samtidig, til tross for mangfoldet av naturlige og kunstig organiserte måter for energitransformasjon, brukes det store flertallet av installasjoner som gir transformasjonsprosesser kun til elektrisitet, varme og mekanisk arbeid. Midler for å konvertere elektrisk energi er de vanligste. Elektriske maskiner som gir transformasjon av mekanisk arbeid til elektrisitet i henhold til induksjonsprinsippet, brukes for eksempel i nesten alle områder hvor komplekse tekniske enheter, sammenstillinger og enheter er involvert. Og denne trenden avtar ikke, siden menneskeheten trenger en konstant økning i energiproduksjonen, noe som tvinger oss til å lete etter nye kilder til primærenergi. For øyeblikket anses de mest lovende områdene i energisektoren å være produksjonssystemer av det sammeelektrisitet fra mekanisk energi produsert av sola, vind og vann strømmer i naturen.
