Om die behoeftes van die mensdom van genoeg energie te voorsien is een van die sleuteltake wat moderne wetenskap in die gesig staar. In verband met die toename in die energieverbruik van prosesse wat daarop gemik is om die basiese voorwaardes vir die bestaan van die samelewing te handhaaf, ontstaan akute probleme nie net in die opwekking van groot hoeveelhede energie nie, maar ook in die gebalanseerde organisasie van sy verspreidingstelsels. En die onderwerp van energie-omskakeling is van sleutelbelang in hierdie konteks. Hierdie proses bepaal die opwekkingskoëffisiënt van nuttige energiepotensiaal, sowel as die vlak van koste vir die diens van tegnologiese bedrywighede binne die raamwerk van die infrastruktuur wat gebruik word.
Omskakel tegnologie-oorsig
Die behoefte om verskillende tipes energie te gebruik word geassosieer met verskille in prosesse wat 'n toevoerhulpbron vereis. Hitte word benodig virverwarming, meganiese energie - vir kragondersteuning van die beweging van meganismes, en lig - vir beligting. Elektrisiteit kan 'n universele bron van energie genoem word, beide in terme van die transformasie daarvan en in terme van toepassingsmoontlikhede op verskeie gebiede. As die aanvanklike energie word natuurlike verskynsels gewoonlik gebruik, sowel as kunsmatig georganiseerde prosesse wat bydra tot die opwekking van dieselfde hitte of meganiese krag. In elke geval word 'n sekere soort toerusting of 'n komplekse tegnologiese struktuur vereis, wat in beginsel die omskakeling van energie moontlik maak in die vorm wat benodig word vir finale of intermediêre verbruik. Verder, onder die take van die omskakelaar, staan nie net transformasie uit as die oordrag van energie van een vorm na 'n ander nie. Dikwels dien hierdie proses ook om sekere parameters van energie te verander sonder die transformasie daarvan.
Transformasie as sodanig kan enkel- of multi-stadium wees. Daarbenewens word byvoorbeeld die werking van sonkragopwekkers op fotokristallyne selle gewoonlik beskou as die transformasie van ligenergie in elektrisiteit. Maar terselfdertyd is dit ook moontlik om die termiese energie wat die Son as gevolg van verhitting aan die grond gee om te skakel. Geotermiese modules word op 'n sekere diepte in die grond geplaas en vul die batterye deur spesiale geleiers met energiereserwes. In 'n eenvoudige omskakelingskema verskaf die geotermiese stelsel die berging van hitte-energie, wat met basiese voorbereiding aan die verwarmingstoerusting in sy suiwer vorm gegee word. In 'n komplekse struktuur word 'n hittepomp in 'n enkele groep gebruikmet hittekondensators en kompressors wat hitte- en elektrisiteitomsetting verskaf.
tipes elektriese energie-omskakeling
Daar is verskillende tegnologiese metodes om primêre energie uit natuurlike verskynsels te onttrek. Maar selfs meer geleenthede vir die verandering van die eienskappe en vorme van energie word verskaf deur die opgehoopte energiebronne, aangesien hulle gestoor word in 'n vorm wat gerieflik is vir transformasie. Die mees algemene vorme van energie-omskakeling sluit die bedrywighede van bestraling, verwarming, meganiese en chemiese effekte in. Die mees komplekse stelsels gebruik molekulêre vervalprosesse en multi-vlak chemiese reaksies wat veelvuldige transformasie stappe kombineer.
Die keuse van 'n spesifieke metode van transformasie sal afhang van die voorwaardes van die organisasie van die proses, die tipe aanvanklike en finale energie. Stralende, meganiese, termiese, elektriese en chemiese energie kan onderskei word onder die mees algemene tipes energie wat in beginsel aan transformasieprosesse deelneem. Hierdie hulpbronne word ten minste suksesvol in die industrie en huishoudings ontgin. Afsonderlike aandag verdien indirekte prosesse van energie-omsetting, wat afgeleides van 'n bepaalde tegnologiese operasie is. Byvoorbeeld, binne die raamwerk van metallurgiese produksie, word verhitting en verkoeling bedrywighede vereis, as gevolg waarvan stoom en hitte as afgeleides gegenereer word, maar nie teikenhulpbronne nie. In wese is dit afvalprodukte van verwerking,wat ook binne dieselfde onderneming gebruik, getransformeer of gebruik word.
Hitte-energie-omskakeling
Een van die oudste in terme van ontwikkeling en die belangrikste energiebronne vir die handhawing van menslike lewe, waarsonder dit onmoontlik is om die lewe van die moderne samelewing voor te stel. In die meeste gevalle word hitte in elektrisiteit omgeskakel, en 'n eenvoudige skema vir so 'n transformasie vereis nie die verbinding van tussenstadia nie. In termiese en kernkragsentrales kan egter, afhangende van hul bedryfstoestande, 'n voorbereidingstadium met die oordrag van termiese in meganiese energie gebruik word, wat bykomende koste verg. Vandag word direkwerkende termo-elektriese kragopwekkers toenemend gebruik om termiese energie in elektrisiteit om te skakel.
Die proses van transformasie self vind plaas in 'n spesiale stof wat verbrand word, hitte vrystel en dan dien as 'n bron van huidige generasie. Dit wil sê, termo-elektriese installasies kan beskou word as bronne van elektrisiteit met 'n nul siklus, aangesien hul werking begin word selfs voor die verskyning van die basis termiese energie. Brandstofselle, gewoonlik gasmengsels, dien as die hoofbron. Hulle word verbrand, waardeur die hitteverspreidende metaalplaat verhit word. In die proses van hitteverwydering deur 'n spesiale kragopwekkermodule met halfgeleiermateriale, word energie omgeskakel. Elektriese stroom word opgewek deur 'n verkoelereenheid wat aan 'n transformator of battery gekoppel is. In die eerste weergawe, die energiegaan dadelik na die verbruiker in voltooide vorm, en in die tweede - versamel en word weggegee soos nodig.
Opwekking van termiese energie uit meganiese energie
Ook een van die mees algemene maniere om energie te kry as gevolg van transformasie. Die essensie daarvan lê in die vermoë van liggame om termiese energie af te gee in die proses van werk. In sy eenvoudigste vorm word hierdie energietransformasieskema gedemonstreer deur die voorbeeld van die wrywing van twee houtvoorwerpe, wat tot brand lei. Om hierdie beginsel egter met tasbare praktiese voordele te gebruik, word spesiale toestelle benodig.
In huishoudings vind die transformasie van meganiese energie in verwarming- en watervoorsieningstelsels plaas. Dit is komplekse tegniese strukture met 'n magnetiese stroombaan en 'n gelamineerde kern gekoppel aan geslote elektries geleidende stroombane. Ook binne die werkkamer van hierdie ontwerp is verwarmingspype, wat verhit word onder die werking van die werk wat vanaf die aandrywing gedoen word. Die nadeel van hierdie oplossing is die behoefte om die stelsel aan die hoofstroom te koppel.
Nywerheid gebruik kragtiger vloeistofverkoelde omsetters. Die bron van meganiese werk is gekoppel aan geslote watertenks. In die proses van beweging van die uitvoerende liggame (turbines, lemme of ander strukturele elemente), word toestande vir draaikolkvorming binne die stroombaan geskep. Dit gebeur tydens oomblikke van skerp rem van die lemme. Benewens verhitting, neem die druk in hierdie geval ook toe, wat die prosesse vergemaklikwatersirkulasie.
Omskakeling van elektromeganiese energie
Die meeste moderne tegniese eenhede werk op die beginsels van elektromeganika. Sinchroniese en asinchrone elektriese masjiene en kragopwekkers word in vervoer, masjiengereedskap, industriële ingenieurseenhede en ander kragsentrales vir verskeie doeleindes gebruik. Dit wil sê, elektromeganiese tipes energie-omsetting is van toepassing op beide kragopwekker- en motorbedryfsmodusse, afhangende van die huidige vereistes van die aandryfstelsel.
In 'n algemene vorm kan enige elektriese masjien beskou word as 'n stelsel van magneties gekoppelde elektriese stroombane wat onderling beweeg. Sulke verskynsels sluit ook histerese, versadiging, hoër harmonieke en magnetiese verliese in. Maar in die klassieke siening kan hulle slegs aan analoë van elektriese masjiene toegeskryf word as ons praat van dinamiese modusse wanneer die stelsel binne die energie-infrastruktuur werk.
Die elektromeganiese energie-omsettingstelsel is gebaseer op die beginsel van twee reaksies met twee-fase en drie-fase komponente, sowel as die metode van roterende magnetiese velde. Die rotor en stator van motors verrig meganiese werk onder die invloed van 'n magnetiese veld. Afhangende van die bewegingsrigting van gelaaide deeltjies, word die werkswyse ingestel - as 'n motor of kragopwekker.
Opwekking van elektrisiteit uit chemiese energie
Die totale chemiese energiebron is tradisioneel, maar die metodes vir die transformasie daarvan is nie so algemeen nieweens omgewingsbeperkings. Op sigself word chemiese energie in sy suiwer vorm feitlik nie gebruik nie - ten minste in die vorm van gekonsentreerde reaksies. Terselfdertyd omring natuurlike chemiese prosesse 'n persoon oral in die vorm van hoë- of lae-energiebindings, wat hulself byvoorbeeld manifesteer tydens verbranding met die vrystelling van hitte. Die omskakeling van chemiese energie word egter doelgerig in sommige industrieë georganiseer. Gewoonlik word toestande geskep vir hoëtegnologie-verbranding in plasma-opwekkers of gasturbines. 'n Tipiese reaktant van hierdie prosesse is 'n brandstofsel, wat bydra tot die produksie van elektriese energie. Uit die oogpunt van doeltreffendheid is sulke omskakelings nie so winsgewend in vergelyking met alternatiewe metodes om elektrisiteit op te wek nie, aangesien 'n deel van die nuttige hitte selfs in moderne plasma-installasies verdryf word.
Omskakeling van sonstralingsenergie
As 'n manier om energie om te skakel, kan die proses van verwerking van sonlig in die nabye toekoms die mees gevraagde in die energiesektor word. Dit is te danke aan die feit dat selfs vandag elke huiseienaar teoreties toerusting kan koop vir die omskakeling van sonenergie in elektriese energie. Die belangrikste kenmerk van hierdie proses is dat die opgehoopte sonlig gratis is. Nog iets is dat dit nie die proses heeltemal kostevry maak nie. Eerstens sal die koste nodig wees vir die instandhouding van sonkragbatterye. Tweedens, kragopwekkers van hierdie tipe self is nie goedkoop nie, so die aanvanklike belegging inMin mense kan bekostig om hul eie mini-energiestasie te organiseer.
Wat is 'n sonkragopwekker? Dit is 'n stel fotovoltaïese panele wat die energie van sonlig in elektrisiteit omskakel. Die beginsel van hierdie proses is in baie opsigte soortgelyk aan die werking van 'n transistor. Silikon word gebruik as die hoofmateriaal vir die vervaardiging van sonselle in verskillende weergawes. Byvoorbeeld, 'n toestel vir die omskakeling van sonenergie kan poli- en enkelkristal wees. Die tweede opsie is verkieslik wat prestasie betref, maar is duurder. In beide gevalle word die fotosel verlig, waartydens die elektrodes geaktiveer word en 'n elektrodinamiese krag opgewek word in die proses van hul beweging.
stoomenergie-omskakeling
Stoomturbines kan in die industrie gebruik word as 'n manier om energie in 'n aanvaarbare vorm te omskep, en as 'n onafhanklike kragopwekker van elektrisiteit of hitte van spesiaal gerigte konvensionele gasvloei. Ver van net turbinemasjiene word gebruik as toestelle vir die omskakeling van elektriese energie in kombinasie met stoomopwekkers, maar hul ontwerp is optimaal geskik om hierdie proses met hoë doeltreffendheid te organiseer. Die eenvoudigste tegniese oplossing is 'n turbine met lemme, waaraan spuitpunte met toegevoerde stoom gekoppel is. Soos die lemme beweeg, roteer die elektromagnetiese installasie binne die apparaat, meganiese werk word uitgevoer en stroom word opgewek.
Sommige turbine-ontwerpe hetspesiale uitbreidings in die vorm van trappe, waar die meganiese energie van stoom in kinetiese energie omgeskakel word. Hierdie kenmerk van die toestel word nie soseer bepaal deur die belange van die verhoging van die doeltreffendheid van die kragopwekker-energieomskakeling of die behoefte om presies die kinetiese potensiaal te ontwikkel nie, maar deur die moontlikheid van buigsame regulering van die turbine-werking te verskaf. Die uitbreiding in die turbine verskaf 'n beheerfunksie wat doeltreffende en veilige regulering van die hoeveelheid opgewekte energie moontlik maak. Terloops, die werkarea van die uitbreiding, wat by die omskakelingsproses ingesluit is, word die aktiewe drukstadium genoem.
Metodes van energie-oordrag
Metodes van energietransformasie kan nie oorweeg word sonder die konsep van die oordrag daarvan nie. Tot op datum is daar vier maniere van interaksie van liggame waarin energie oorgedra word - elektries, gravitasie, kern en swak. Oordrag in hierdie konteks kan ook beskou word as 'n metode van uitruiling, daarom word in beginsel die werkverrigting in die oordrag van energie en die funksie van hitte-oordrag geskei. Watter transformasies van energie behels om werk te doen? 'n Tipiese voorbeeld is 'n meganiese krag, waarin makroskopiese liggame of individuele deeltjies van liggame in die ruimte beweeg. Benewens meganiese krag word magnetiese en elektriese werk ook onderskei. 'n Sleutel verenigende kenmerk vir byna alle soorte werk is die vermoë om die transformasie tussen hulle heeltemal te kwantifiseer. Dit wil sê, elektrisiteit word omskep inmeganiese energie, meganiese werk in magnetiese potensiaal, ens. Hitte-oordrag is ook 'n algemene manier om energie oor te dra. Dit kan nie-rigting of chaoties wees, maar in elk geval is daar 'n beweging van mikroskopiese deeltjies. Die aantal geaktiveerde deeltjies sal die hoeveelheid hitte bepaal - nuttige hitte.
Gevolgtrekking
Die oorgang van energie van een vorm na 'n ander is normaal, en in sommige bedrywe 'n voorvereiste vir die produksie-energieproses. In verskillende gevalle kan die behoefte om hierdie stadium in te sluit verklaar word deur ekonomiese, tegnologiese, omgewings- en ander faktore van hulpbrongenerering. Terselfdertyd, ten spyte van die verskeidenheid natuurlike en kunsmatig georganiseerde maniere van energietransformasie, word die oorgrote meerderheid installasies wat transformasieprosesse verskaf slegs vir elektrisiteit, hitte en meganiese werk gebruik. Middele vir die omskakeling van elektriese energie is die algemeenste. Elektriese masjiene wat die transformasie van meganiese werk in elektrisiteit verskaf volgens die beginsel van induksie, word byvoorbeeld in byna alle gebiede gebruik waar komplekse tegniese toestelle, samestellings en toestelle betrokke is. En hierdie neiging neem nie af nie, aangesien die mensdom 'n konstante toename in energieproduksie benodig, wat ons dwing om na nuwe bronne van primêre energie te soek. Op die oomblik word die mees belowende gebiede in die energiesektor beskou as opwekkingstelsels van dieselfdeelektrisiteit van meganiese energie wat deur die Son geproduseer word, wind en water vloei in die natuur.
