Het voorzien in de behoeften van de mensheid van voldoende energie is een van de belangrijkste taken waarmee de moderne wetenschap wordt geconfronteerd. In verband met de toename van het energieverbruik van processen die gericht zijn op het in stand houden van de basisvoorwaarden voor het bestaan van de samenleving, ontstaan niet alleen acute problemen bij de opwekking van grote hoeveelheden energie, maar ook bij de evenwichtige organisatie van haar distributiesystemen. En daarbij staat het onderwerp energieconversie centraal. Dit proces bepa alt de opwekkingscoëfficiënt van het bruikbare energiepotentieel, evenals het kostenniveau voor het onderhoud van technologische operaties in het kader van de gebruikte infrastructuur.
Convert technologie overzicht
De noodzaak om verschillende soorten energie te gebruiken, hangt samen met verschillen in processen die een voorzieningsbron vereisen. Er is warmte nodig voorverwarming, mechanische energie - voor krachtondersteuning van de beweging van mechanismen en licht - voor verlichting. Elektriciteit is zowel qua transformatie als qua toepassingsmogelijkheden op verschillende gebieden een universele energiebron te noemen. Als initiële energie worden meestal natuurlijke fenomenen gebruikt, evenals kunstmatig georganiseerde processen die bijdragen aan het genereren van dezelfde warmte of mechanische kracht. In elk geval is een bepaald type apparatuur of een complexe technologische structuur vereist, die in principe de omzetting van energie mogelijk maakt in de vorm die nodig is voor eind- of intermediair verbruik. Bovendien v alt onder de taken van de omzetter niet alleen transformatie op als de overdracht van energie van de ene vorm naar de andere. Vaak dient dit proces ook om enkele parameters van energie te veranderen zonder de transformatie ervan.
Transformatie als zodanig kan eentraps of meertraps zijn. Bovendien wordt bijvoorbeeld de werking van zonnegeneratoren op fotokristallijne cellen meestal beschouwd als de omzetting van lichtenergie in elektriciteit. Maar tegelijkertijd is het ook mogelijk om de thermische energie die de zon door verwarming aan de bodem geeft, om te zetten. Geothermische modules worden op een bepaalde diepte in de grond geplaatst en vullen de batterijen via speciale geleiders met energiereserves. In een eenvoudig conversieschema zorgt het geothermische systeem voor de opslag van warmte-energie, die in zijn pure vorm aan de verwarmingsapparatuur wordt gegeven met basisvoorbereiding. In een complexe constructie wordt een warmtepomp in één groep gebruiktmet warmtecondensors en compressoren die zorgen voor de omzetting van warmte en elektriciteit.
Soorten elektrische energieomzetting
Er zijn verschillende technologische methoden om primaire energie uit natuurlijke fenomenen te halen. Maar nog meer mogelijkheden voor het veranderen van de eigenschappen en vormen van energie worden geboden door de geaccumuleerde energiebronnen, omdat ze worden opgeslagen in een vorm die geschikt is voor transformatie. De meest voorkomende vormen van energieomzetting zijn de bewerkingen van straling, verwarming, mechanische en chemische effecten. De meest complexe systemen gebruiken moleculaire vervalprocessen en chemische reacties op meerdere niveaus die meerdere transformatiestappen combineren.
De keuze voor een specifieke transformatiemethode hangt af van de omstandigheden van de organisatie van het proces, het type initiële en uiteindelijke energie. Stralings-, mechanische, thermische, elektrische en chemische energie kunnen worden onderscheiden onder de meest voorkomende soorten energie die in principe deelnemen aan transformatieprocessen. Deze hulpbronnen worden in ieder geval met succes geëxploiteerd in de industrie en huishoudens. Aparte aandacht verdient indirecte processen van energieomzetting, die afgeleid zijn van een bepaalde technologische operatie. Zo zijn in het kader van de metallurgische productie verwarmings- en koelingsoperaties nodig, waardoor stoom en warmte als derivaten worden opgewekt, maar niet als doelbronnen. In wezen zijn dit afvalproducten van verwerking,die ook worden gebruikt, getransformeerd of gebruikt binnen dezelfde onderneming.
Warmte-energieconversie
Een van de oudste in termen van ontwikkeling en de belangrijkste energiebronnen voor het in stand houden van het menselijk leven, zonder welke het leven van de moderne samenleving onmogelijk is voor te stellen. In de meeste gevallen wordt warmte omgezet in elektriciteit en een eenvoudig schema voor een dergelijke transformatie vereist geen aansluiting van tussenstappen. In thermische en kerncentrales kan echter, afhankelijk van hun bedrijfsomstandigheden, een voorbereidingsfase met de overdracht van thermische in mechanische energie worden gebruikt, wat extra kosten met zich meebrengt. Tegenwoordig worden direct werkende thermo-elektrische generatoren steeds vaker gebruikt om thermische energie om te zetten in elektriciteit.
Het transformatieproces zelf vindt plaats in een speciale stof die wordt verbrand, warmte afgeeft en vervolgens fungeert als een bron van stroomopwekking. Dat wil zeggen, thermo-elektrische installaties kunnen worden beschouwd als elektriciteitsbronnen met een nulcyclus, aangezien hun werking al wordt gestart voordat de thermische basisenergie verschijnt. Brandstofcellen, meestal gasmengsels, fungeren als de belangrijkste hulpbron. Ze worden verbrand, waardoor de warmteverdelende metalen plaat wordt verwarmd. Bij het afvoeren van warmte via een speciale generatormodule met halfgeleidermaterialen wordt energie omgezet. Elektrische stroom wordt opgewekt door een radiator die is aangesloten op een transformator of batterij. In de eerste versie, de energiegaat onmiddellijk naar de consument in afgewerkte vorm, en in de tweede - accumuleert en wordt weggegeven als dat nodig is.
Opwekking van thermische energie uit mechanische energie
Ook een van de meest voorkomende manieren om energie te krijgen als gevolg van transformatie. De essentie ervan ligt in het vermogen van lichamen om thermische energie af te geven tijdens het werk. In zijn eenvoudigste vorm wordt dit energietransformatieschema gedemonstreerd door het voorbeeld van de wrijving van twee houten voorwerpen, resulterend in brand. Om dit principe met tastbare praktische voordelen te gebruiken, zijn echter speciale apparaten vereist.
In huishoudens vindt de omzetting van mechanische energie plaats in verwarmings- en watervoorzieningssystemen. Dit zijn complexe technische constructies met een magnetisch circuit en een gelamineerde kern verbonden met gesloten elektrisch geleidende circuits. Ook in de werkkamer van dit ontwerp bevinden zich verwarmingsbuizen, die worden verwarmd onder invloed van het werk dat vanaf de aandrijving wordt gedaan. Het nadeel van deze oplossing is de noodzaak om het systeem op het lichtnet aan te sluiten.
Industry gebruikt krachtigere vloeistofgekoelde converters. De bron van mechanisch werk is aangesloten op gesloten watertanks. Tijdens het bewegingsproces van de uitvoerende organen (turbines, bladen of andere structurele elementen) worden voorwaarden voor vortexvorming in het circuit gecreëerd. Dit gebeurt tijdens momenten van krachtig remmen van de messen. Naast verwarming neemt in dit geval ook de druk toe, wat de processen vergemakkelijktwatercirculatie.
Omzetting van elektromechanische energie
De meeste moderne technische eenheden werken volgens de principes van elektromechanica. Synchrone en asynchrone elektrische machines en generatoren worden gebruikt in transport, werktuigmachines, industriële engineering units en andere energiecentrales voor verschillende doeleinden. Dat wil zeggen dat elektromechanische typen energieconversie van toepassing zijn op zowel de generator- als de motorbedrijfsmodus, afhankelijk van de huidige vereisten van het aandrijfsysteem.
In een algemene vorm kan elke elektrische machine worden beschouwd als een systeem van onderling bewegende magnetisch gekoppelde elektrische circuits. Dergelijke verschijnselen omvatten ook hysterese, verzadiging, hogere harmonischen en magnetische verliezen. Maar in de klassieke opvatting kunnen ze alleen worden toegeschreven aan analogen van elektrische machines als we het hebben over dynamische modi wanneer het systeem werkt binnen de energie-infrastructuur.
Het elektromechanische energieconversiesysteem is gebaseerd op het principe van twee reacties met tweefasige en driefasige componenten, evenals op de methode van roterende magnetische velden. De rotor en stator van motoren verrichten mechanische arbeid onder invloed van een magnetisch veld. Afhankelijk van de bewegingsrichting van geladen deeltjes, wordt de werkingsmodus ingesteld - als motor of generator.
Opwekking van elektriciteit uit chemische energie
De totale chemische energiebron is traditioneel, maar de methoden voor de transformatie ervan zijn niet zo gebruikelijkvanwege milieubeperkingen. Op zichzelf wordt chemische energie in zijn pure vorm praktisch niet gebruikt - althans in de vorm van geconcentreerde reacties. Tegelijkertijd omringen natuurlijke chemische processen een persoon overal in de vorm van hoge of lage energiebindingen, die zich bijvoorbeeld manifesteren tijdens verbranding met het vrijkomen van warmte. In sommige industrieën wordt de omzetting van chemische energie echter doelbewust georganiseerd. Meestal worden voorwaarden gecreëerd voor hightech verbranding in plasmageneratoren of gasturbines. Een typische reactant van deze processen is een brandstofcel, die bijdraagt aan de productie van elektrische energie. Vanuit het oogpunt van efficiëntie zijn dergelijke conversies niet zo winstgevend in vergelijking met alternatieve methoden voor het opwekken van elektriciteit, aangezien een deel van de nuttige warmte zelfs in moderne plasma-installaties wordt afgevoerd.
Conversie van zonnestralingsenergie
Als een manier om energie om te zetten, kan het proces van het verwerken van zonlicht in de nabije toekomst het meest gevraagd worden in de energiesector. Dit komt doordat zelfs vandaag de dag elke huiseigenaar in theorie apparatuur kan kopen om zonne-energie om te zetten in elektrische energie. Het belangrijkste kenmerk van dit proces is dat het verzamelde zonlicht gratis is. Een ander ding is dat dit het proces niet volledig gratis maakt. Ten eerste zullen de kosten nodig zijn voor het onderhoud van zonnebatterijen. Ten tweede zijn generatoren van dit type zelf niet goedkoop, dus de initiële investering inEr zijn maar weinig mensen die het zich kunnen veroorloven om hun eigen mini-energiestation te organiseren.
Wat is een generator voor zonne-energie? Dit is een set fotovoltaïsche panelen die de energie van zonlicht omzetten in elektriciteit. Het principe van dit proces is in veel opzichten vergelijkbaar met de werking van een transistor. Silicium wordt gebruikt als het belangrijkste materiaal voor de productie van zonnecellen in verschillende versies. Een apparaat voor het omzetten van zonne-energie kan bijvoorbeeld poly- en enkelkristal zijn. De tweede optie heeft de voorkeur in termen van prestaties, maar is duurder. In beide gevallen wordt de fotocel verlicht, waarbij de elektroden worden geactiveerd en tijdens hun beweging een elektrodynamische kracht wordt gegenereerd.
Stoomenergieconversie
Stoomturbines kunnen in de industrie worden gebruikt als een manier om energie om te zetten in een acceptabele vorm, maar ook als een onafhankelijke generator van elektriciteit of warmte uit speciaal gerichte conventionele gasstromen. Niet alleen turbinemachines worden gebruikt als apparaten voor het omzetten van elektrische energie in combinatie met stoomgeneratoren, maar hun ontwerp is optimaal geschikt om dit proces met een hoog rendement te organiseren. De eenvoudigste technische oplossing is een turbine met schoepen, waarop sproeiers met toegevoerde stoom zijn aangesloten. Terwijl de bladen bewegen, roteert de elektromagnetische installatie in het apparaat, wordt mechanisch werk verricht en wordt stroom gegenereerd.
Sommige turbineontwerpen hebbenspeciale uitbreidingen in de vorm van trappen, waarbij de mechanische energie van stoom wordt omgezet in kinetische energie. Dit kenmerk van het apparaat wordt niet zozeer bepaald door het belang van het verhogen van de efficiëntie van de energieconversie van de generator of de noodzaak om precies het kinetische potentieel te ontwikkelen, maar door de mogelijkheid te bieden van flexibele regeling van de turbinewerking. De expansie in de turbine zorgt voor een regelfunctie die een efficiënte en veilige regeling van de hoeveelheid opgewekte energie mogelijk maakt. Trouwens, het werkgebied van de expansie, dat is opgenomen in het conversieproces, wordt de actieve drukfase genoemd.
Methoden van energieoverdracht
Methoden van energietransformatie kunnen niet worden overwogen zonder het concept van de overdracht ervan. Tot op heden zijn er vier manieren van interactie van lichamen waarin energie wordt overgedragen - elektrisch, zwaartekracht, nucleair en zwak. Overdracht kan in deze context ook worden beschouwd als een ruilmethode, daarom zijn in principe de uitvoering van arbeid bij de overdracht van energie en de functie van warmteoverdracht gescheiden. Bij welke energietransformaties hoort werken? Een typisch voorbeeld is een mechanische kracht, waarbij macroscopische lichamen of individuele deeltjes van lichamen in de ruimte bewegen. Naast mechanische kracht worden ook magnetische en elektrische arbeid onderscheiden. Een belangrijk verenigend kenmerk voor bijna alle soorten werk is de mogelijkheid om de transformatie ertussen volledig te kwantificeren. Dat wil zeggen, elektriciteit wordt omgezet inmechanische energie, mechanisch werk in magnetische potentiaal, enz. Warmteoverdracht is ook een gebruikelijke manier om energie over te dragen. Het kan non-directioneel of chaotisch zijn, maar er is in ieder geval een beweging van microscopisch kleine deeltjes. Het aantal geactiveerde deeltjes bepa alt de hoeveelheid warmte - nuttige warmte.
Conclusie
De overgang van energie van de ene vorm naar de andere is normaal en in sommige industrieën een voorwaarde voor het productie-energieproces. In verschillende gevallen kan de noodzaak om deze fase op te nemen worden verklaard door economische, technologische, ecologische en andere factoren bij het genereren van hulpbronnen. Tegelijkertijd wordt, ondanks de verscheidenheid aan natuurlijke en kunstmatig georganiseerde manieren van energietransformatie, de overgrote meerderheid van installaties die transformatieprocessen bieden, alleen gebruikt voor elektriciteit, warmte en mechanisch werk. Middelen voor het omzetten van elektrische energie zijn de meest voorkomende. Elektrische machines die zorgen voor de omzetting van mechanisch werk in elektriciteit volgens het principe van inductie, bijvoorbeeld, worden gebruikt in bijna alle gebieden waar complexe technische apparaten, assemblages en apparaten bij betrokken zijn. En deze trend neemt niet af, aangezien de mensheid een constante toename van de energieproductie nodig heeft, wat ons dwingt op zoek te gaan naar nieuwe bronnen van primaire energie. Op dit moment worden de meest veelbelovende gebieden in de energiesector beschouwd als opwekkingssystemen van hetzelfdeelektriciteit uit mechanische energie geproduceerd door de zon, wind en water stromen in de natuur.
