At forsyne menneskehedens behov med nok energi er en af de nøgleopgaver, moderne videnskab står over for. I forbindelse med stigningen i energiforbruget af processer, der tager sigte på at opretholde de grundlæggende betingelser for samfundets eksistens, opstår der akutte problemer ikke kun i produktionen af store mængder energi, men også i den afbalancerede organisering af dets distributionssystemer. Og emnet energiomsætning er af central betydning i denne sammenhæng. Denne proces bestemmer koefficienten for generering af nyttigt energipotentiale såvel som niveauet af omkostninger til servicering af teknologiske operationer inden for rammerne af den anvendte infrastruktur.
Konverter teknologioversigt
Behovet for at bruge forskellige typer energi er forbundet med forskelle i processer, der kræver en forsyningsressource. Der kræves varme tilopvarmning, mekanisk energi - til kraftunderstøttelse af bevægelsen af mekanismer og lys - til belysning. Elektricitet kan kaldes en universel energikilde både med hensyn til dens transformation og med hensyn til anvendelsesmuligheder på forskellige områder. Som den indledende energi bruges norm alt naturlige fænomener samt kunstigt organiserede processer, der bidrager til frembringelsen af den samme varme eller mekaniske kraft. I hvert tilfælde kræves en bestemt type udstyr eller en kompleks teknologisk struktur, som i princippet muliggør omdannelse af energi til den form, der kræves til slut- eller mellemforbrug. Blandt konverterens opgaver er det desuden ikke kun transformation, der skiller sig ud som overførsel af energi fra en form til en anden. Ofte tjener denne proces også til at ændre nogle energiparametre uden dens transformation.
Transformation som sådan kan være enkelt- eller flertrins. Derudover betragtes for eksempel driften af solgeneratorer på fotokrystallinske celler som omdannelsen af lysenergi til elektricitet. Men samtidig er det også muligt at omsætte den termiske energi, som Solen giver til jorden som følge af opvarmning. Geotermiske moduler placeres i en vis dybde i jorden og fylder batterierne med energireserver gennem specielle ledere. I en simpel konverteringsordning sørger det geotermiske system for lagring af varmeenergi, som gives til varmeudstyret i sin rene form med grundlæggende forberedelse. I en kompleks struktur bruges en varmepumpe i en enkelt gruppemed varmekondensatorer og kompressorer, der giver varme- og elkonvertering.
Typer af elektrisk energikonvertering
Der er forskellige teknologiske metoder til at udvinde primær energi fra naturlige fænomener. Men endnu flere muligheder for at ændre egenskaberne og energiformerne giver de akkumulerede energiressourcer, da de er lagret i en form, der er praktisk til transformation. De mest almindelige former for energiomdannelse omfatter operationer af stråling, opvarmning, mekaniske og kemiske effekter. De mest komplekse systemer bruger molekylære henfaldsprocesser og kemiske reaktioner på flere niveauer, der kombinerer flere transformationstrin.
Valget af en specifik transformationsmetode vil afhænge af betingelserne for tilrettelæggelsen af processen, typen af initial og slutenergi. Strålende, mekanisk, termisk, elektrisk og kemisk energi kan skelnes blandt de mest almindelige energityper, der i princippet deltager i transformationsprocesser. Disse ressourcer udnyttes som minimum med succes i industrien og husholdningerne. Separat opmærksomhed fortjener indirekte energiomdannelsesprocesser, som er derivater af en bestemt teknologisk operation. For eksempel inden for rammerne af metallurgisk produktion kræves opvarmnings- og afkølingsoperationer, som et resultat af, at damp og varme genereres som derivater, men ikke målressourcer. I det væsentlige er disse affaldsprodukter fra forarbejdning,som også bliver brugt, transformeret eller brugt inden for samme virksomhed.
Varmeenergikonvertering
En af de ældste med hensyn til udvikling og de vigtigste energikilder til opretholdelse af menneskeliv, uden hvilken det er umuligt at forestille sig livet i det moderne samfund. I de fleste tilfælde omdannes varme til elektricitet, og en simpel ordning for en sådan transformation kræver ikke tilslutning af mellemtrin. I termiske og nukleare kraftværker kan der dog, afhængigt af deres driftsbetingelser, anvendes et forberedelsestrin med overførsel af termisk til mekanisk energi, hvilket kræver ekstra omkostninger. I dag bliver direkte virkende termoelektriske generatorer i stigende grad brugt til at omdanne termisk energi til elektricitet.
Selve transformationsprocessen foregår i et særligt stof, der forbrændes, frigiver varme og efterfølgende fungerer som en kilde til den nuværende generation. Det vil sige, termoelektriske installationer kan betragtes som kilder til elektricitet med en nulcyklus, da deres drift startes selv før udseendet af den termiske basisenergi. Brændselsceller, norm alt gasblandinger, fungerer som hovedressourcen. De brændes, som et resultat af, at den varmefordelende metalplade opvarmes. I processen med varmefjernelse gennem et specielt generatormodul med halvledermaterialer omdannes energi. Elektrisk strøm genereres af en radiatorenhed forbundet til en transformer eller et batteri. I den første version, energiengår straks til forbrugeren i færdig form, og i den anden - akkumuleres og gives væk efter behov.
Generering af termisk energi fra mekanisk energi
Også en af de mest almindelige måder at få energi på som et resultat af transformation. Dens essens ligger i kroppens evne til at afgive termisk energi i processen med at udføre arbejde. I sin enkleste form er dette energitransformationsskema demonstreret ved eksemplet med friktionen af to trægenstande, hvilket resulterer i brand. Men for at bruge dette princip med håndgribelige praktiske fordele kræves specielle enheder.
I husholdninger finder omdannelsen af mekanisk energi sted i varme- og vandforsyningssystemer. Disse er komplekse tekniske strukturer med et magnetisk kredsløb og en lamineret kerne forbundet med lukkede elektrisk ledende kredsløb. Også inde i arbejdskammeret i dette design er varmerør, som opvarmes under påvirkning af arbejdet udført fra drevet. Ulempen ved denne løsning er behovet for at tilslutte systemet til lysnettet.
Industrien bruger mere kraftfulde væskekølede omformere. Kilden til mekanisk arbejde er forbundet med lukkede vandtanke. I bevægelsesprocessen af de udøvende organer (turbiner, vinger eller andre strukturelle elementer) skabes betingelser for hvirveldannelse inde i kredsløbet. Dette sker i øjeblikke med skarpe opbremsninger af knivene. Udover opvarmning stiger trykket i dette tilfælde også, hvilket letter processernevandcirkulation.
Konvertering af elektromekanisk energi
De fleste moderne tekniske enheder arbejder efter principperne for elektromekanik. Synkrone og asynkrone elektriske maskiner og generatorer bruges i transport, værktøjsmaskiner, industritekniske enheder og andre kraftværker til forskellige formål. Det vil sige, at elektromekaniske typer energiomdannelse kan anvendes til både generator- og motordriftstilstande, afhængigt af de aktuelle krav til drivsystemet.
I en generaliseret form kan enhver elektrisk maskine betragtes som et system af indbyrdes bevægelige magnetisk koblede elektriske kredsløb. Sådanne fænomener omfatter også hysterese, mætning, højere harmoniske og magnetiske tab. Men i den klassiske opfattelse kan de kun tilskrives analoger af elektriske maskiner, hvis vi taler om dynamiske tilstande, når systemet fungerer inden for energiinfrastrukturen.
Det elektromekaniske energiomdannelsessystem er baseret på princippet om to reaktioner med tofasede og trefasede komponenter samt metoden til roterende magnetiske felter. Rotoren og statoren af motorer udfører mekanisk arbejde under påvirkning af et magnetfelt. Afhængigt af bevægelsesretningen for ladede partikler indstilles driftsmåden - som motor eller generator.
Generering af elektricitet fra kemisk energi
Den samlede kemiske energikilde er traditionel, men metoderne til dens transformation er ikke så almindeligepå grund af miljørestriktioner. I sig selv bruges kemisk energi i sin rene form praktisk t alt ikke - i det mindste i form af koncentrerede reaktioner. Samtidig omgiver naturlige kemiske processer en person over alt i form af høj- eller lavenergibindinger, som manifesterer sig for eksempel under forbrænding med frigivelse af varme. Men omdannelsen af kemisk energi er målrettet organiseret i nogle industrier. Norm alt skabes betingelser for højteknologisk forbrænding i plasmageneratorer eller gasturbiner. En typisk reaktant i disse processer er en brændselscelle, som bidrager til produktionen af elektrisk energi. Ud fra et effektivitetssynspunkt er sådanne konverteringer ikke så rentable sammenlignet med alternative metoder til at generere elektricitet, da en del af den nyttige varme spredes selv i moderne plasmainstallationer.
Konvertering af solstrålingsenergi
Som en måde at konvertere energi på, kan processen med at behandle sollys i den nærmeste fremtid blive den mest efterspurgte i energisektoren. Dette skyldes, at selv i dag kan enhver boligejer teoretisk købe udstyr til at omdanne solenergi til elektrisk energi. Nøgletræk ved denne proces er, at det akkumulerede sollys er gratis. En anden ting er, at det ikke gør processen helt omkostningsfri. For det første vil omkostningerne være nødvendige for vedligeholdelse af solcellebatterier. For det andet er generatorer af denne type i sig selv ikke billige, så den første investering iDe færreste har råd til at organisere deres egen mini-energistation.
Hvad er en solenergigenerator? Dette er et sæt fotovoltaiske paneler, der omdanner sollysets energi til elektricitet. Selve princippet i denne proces ligner på mange måder driften af en transistor. Silicium bruges som hovedmateriale til fremstilling af solceller i forskellige udgaver. For eksempel kan en enhed til konvertering af solenergi være poly- og enkeltkrystal. Den anden mulighed er at foretrække med hensyn til ydeevne, men er dyrere. I begge tilfælde er fotocellen belyst, hvorunder elektroderne aktiveres, og der genereres en elektrodynamisk kraft i deres bevægelse.
Dampenergikonvertering
Dampturbiner kan bruges i industrien både som en måde at omdanne energi til en acceptabel form og som en uafhængig generator af elektricitet eller varme fra specielt rettede konventionelle gasstrømme. Langt fra kun turbinemaskiner bruges som enheder til omdannelse af elektrisk energi i kombination med dampgeneratorer, men deres design er optim alt egnet til at organisere denne proces med høj effektivitet. Den enkleste tekniske løsning er en turbine med vinger, hvortil der er tilsluttet dyser med tilført damp. Når knivene bevæger sig, roterer den elektromagnetiske installation inde i apparatet, mekanisk arbejde udføres, og der genereres strøm.
Nogle turbinedesigns harsærlige udvidelser i form af trin, hvor dampens mekaniske energi omdannes til kinetisk energi. Denne funktion ved enheden bestemmes ikke så meget af interessen for at øge effektiviteten af generatorens energiomdannelse eller behovet for at udvikle præcist det kinetiske potentiale, men ved at give mulighed for fleksibel regulering af turbinedriften. Udvidelsen i møllen giver en kontrolfunktion, der muliggør effektiv og sikker regulering af mængden af genereret energi. I øvrigt kaldes udvidelsens arbejdsområde, som er inkluderet i konverteringsprocessen, det aktive tryktrin.
Metoder til energioverførsel
Metoder til energitransformation kan ikke overvejes uden konceptet om dets overførsel. Til dato er der fire måder at interagere på mellem legemer, hvor energi overføres - elektrisk, gravitationel, nuklear og svag. Overførsel i denne sammenhæng kan også betragtes som en udvekslingsmetode, derfor er udførelsen af arbejdet i overførsel af energi og funktionen af varmeoverførsel adskilt. Hvilke transformationer af energi indebærer at arbejde? Et typisk eksempel er en mekanisk kraft, hvor makroskopiske legemer eller individuelle partikler af legemer bevæger sig i rummet. Ud over mekanisk kraft skelnes også magnetisk og elektrisk arbejde. En central samlende funktion for næsten alle typer arbejde er evnen til fuldstændigt at kvantificere transformationen mellem dem. Det vil sige, at elektricitet omdannes tilmekanisk energi, mekanisk arbejde til magnetisk potentiale mv. Varmeoverførsel er også en almindelig måde at overføre energi på. Det kan være ikke-retningsbestemt eller kaotisk, men under alle omstændigheder er der en bevægelse af mikroskopiske partikler. Antallet af aktiverede partikler bestemmer mængden af varme - nyttig varme.
Konklusion
Overgangen af energi fra en form til en anden er normal, og i nogle brancher en forudsætning for produktionsprocessen for energi. I forskellige tilfælde kan behovet for at inkludere denne fase forklares med økonomiske, teknologiske, miljømæssige og andre faktorer for ressourcedannelse. På samme tid, på trods af de mange naturlige og kunstigt organiserede måder at transformere energi på, bruges langt de fleste installationer, der giver transformationsprocesser, kun til elektricitet, varme og mekanisk arbejde. Midler til omdannelse af elektrisk energi er de mest almindelige. Elektriske maskiner, der for eksempel giver omdannelse af mekanisk arbejde til elektricitet efter induktionsprincippet, bruges på næsten alle områder, hvor komplekse tekniske enheder, samlinger og enheder er involveret. Og denne tendens er ikke faldende, da menneskeheden har brug for en konstant stigning i energiproduktionen, hvilket tvinger os til at lede efter nye kilder til primær energi. I øjeblikket anses de mest lovende områder i energisektoren for at være produktionssystemer af sammeelektricitet fra mekanisk energi produceret af Solen, vind og vand strømmer i naturen.
