Att förse mänsklighetens behov med tillräckligt med energi är en av de nyckeluppgifter som modern vetenskap står inför. I samband med ökningen av energiförbrukningen av processer som syftar till att upprätthålla de grundläggande förutsättningarna för samhällets existens, uppstår akuta problem inte bara vid generering av stora mängder energi, utan också i den balanserade organisationen av dess distributionssystem. Och ämnet energiomvandling är av central betydelse i detta sammanhang. Denna process bestämmer koefficienten för generering av användbar energipotential, såväl som kostnadsnivån för service av teknisk verksamhet inom ramen för den infrastruktur som används.
Konvertera tekniköversikt
Behovet av att använda olika typer av energi är förknippat med skillnader i processer som kräver en försörjningsresurs. Värme krävs föruppvärmning, mekanisk energi - för kraftstöd för rörelser av mekanismer och ljus - för belysning. Elektricitet kan kallas en universell energikälla både vad gäller dess omvandling och när det gäller användningsmöjligheter inom olika områden. Som den initiala energin används vanligtvis naturfenomen, liksom artificiellt organiserade processer som bidrar till genereringen av samma värme eller mekaniska kraft. I varje fall krävs en viss typ av utrustning eller en komplex teknisk struktur, som i princip möjliggör omvandling av energi till den form som krävs för slut- eller mellanförbrukning. Dessutom, bland omvandlarens uppgifter, utmärker sig inte bara transformation som överföring av energi från en form till en annan. Ofta tjänar denna process också till att ändra vissa parametrar för energi utan att dess transformation.
Transformation som sådan kan vara enstegs eller flerstegs. Dessutom betraktas till exempel driften av solgeneratorer på fotokristallina celler som omvandlingen av ljusenergi till elektricitet. Men samtidigt går det också att omvandla den värmeenergi som Solen ger till marken till följd av uppvärmning. Geotermiska moduler placeras på ett visst djup i marken och fyller genom speciella ledare batterierna med energireserver. I ett enkelt omvandlingsschema tillhandahåller det geotermiska systemet lagring av värmeenergi, som ges till värmeutrustningen i sin rena form med grundläggande förberedelse. I en komplex struktur används en värmepump i en enda gruppmed värmekondensorer och kompressorer som ger värme- och elkonvertering.
Typer av elektrisk energiomvandling
Det finns olika tekniska metoder för att utvinna primärenergi från naturfenomen. Men ännu fler möjligheter att förändra egenskaperna och energiformerna ges av de ackumulerade energiresurserna, eftersom de lagras i en form som är lämplig för omvandling. De vanligaste formerna av energiomvandling inkluderar strålning, uppvärmning, mekaniska och kemiska effekter. De mest komplexa systemen använder molekylära sönderfallsprocesser och kemiska reaktioner på flera nivåer som kombinerar flera omvandlingssteg.
Valet av en specifik transformationsmetod kommer att bero på villkoren för organisationen av processen, typen av initial och slutlig energi. Strålande, mekanisk, termisk, elektrisk och kemisk energi kan urskiljas bland de vanligaste energislagen som i princip deltar i omvandlingsprocesser. Som ett minimum utnyttjas dessa resurser framgångsrikt i industrin och hushållen. Separat uppmärksamhet förtjänar indirekta processer för energiomvandling, som är derivat av en viss teknisk operation. Inom ramen för metallurgisk produktion krävs till exempel uppvärmnings- och kylverksamheter, vilket gör att ånga och värme genereras som derivat, men inte målresurser. I huvudsak är dessa restprodukter från bearbetning,som också används, omvandlas eller används inom samma företag.
Värmeenergiomvandling
En av de äldsta när det gäller utveckling och de viktigaste energikällorna för att upprätthålla mänskligt liv, utan vilken det är omöjligt att föreställa sig det moderna samhällets liv. I de flesta fall omvandlas värme till elektricitet, och ett enkelt schema för en sådan omvandling kräver inte anslutning av mellansteg. Men i termiska och kärnkraftverk, beroende på deras driftsförhållanden, kan ett förberedelsesteg med överföring av termisk till mekanisk energi användas, vilket kräver extra kostnader. Idag används direktverkande termoelektriska generatorer i allt större utsträckning för att omvandla termisk energi till elektricitet.
Själva omvandlingsprocessen äger rum i ett speciellt ämne som förbränns, avger värme och sedan fungerar som en källa till strömgenerering. Det vill säga termoelektriska installationer kan betraktas som källor till elektricitet med en nollcykel, eftersom deras drift startas redan innan den termiska basenergin uppträder. Bränsleceller, vanligtvis gasblandningar, fungerar som huvudresursen. De bränns, vilket resulterar i att den värmefördelande metallplattan värms upp. I processen för värmeavlägsnande genom en speciell generatormodul med halvledarmaterial omvandlas energi. Elektrisk ström genereras av en radiatorenhet ansluten till en transformator eller batteri. I den första versionen, energingår omedelbart till konsumenten i färdig form, och i den andra - ackumuleras och ges bort vid behov.
Generering av termisk energi från mekanisk energi
Också ett av de vanligaste sätten att få energi som ett resultat av transformation. Dess essens ligger i kropparnas förmåga att avge termisk energi under arbetets gång. I sin enklaste form demonstreras detta energiomvandlingsschema genom exemplet med friktionen mellan två träföremål, vilket resulterar i brand. Men för att använda denna princip med påtagliga praktiska fördelar krävs speciella anordningar.
I hushållen sker omvandlingen av mekanisk energi i värme- och vattenförsörjningssystem. Dessa är komplexa tekniska strukturer med en magnetisk krets och en laminerad kärna kopplad till slutna elektriskt ledande kretsar. Också inuti arbetskammaren i denna design finns värmerör, som värms upp under verkan av det arbete som utförs från enheten. Nackdelen med denna lösning är behovet av att ansluta systemet till elnätet.
Industrien använder kraftfullare vätskekylda omvandlare. Källan för mekaniskt arbete är ansluten till slutna vattentankar. I rörelseprocessen för de verkställande organen (turbiner, blad eller andra strukturella element) skapas förutsättningar för virvelbildning inuti kretsen. Detta händer under stunder av kraftig inbromsning av bladen. Förutom uppvärmning ökar i detta fall även trycket, vilket underlättar processernavattencirkulation.
Omvandling av elektromekanisk energi
De flesta moderna tekniska enheter arbetar enligt principerna för elektromekanik. Synkrona och asynkrona elektriska maskiner och generatorer används i transporter, verktygsmaskiner, industritekniska enheter och andra kraftverk för olika ändamål. Det vill säga elektromekaniska typer av energiomvandling är tillämpliga på både generator- och motordriftslägen, beroende på drivsystemets nuvarande krav.
I en generaliserad form kan vilken elektrisk maskin som helst betraktas som ett system av ömsesidigt rörliga magnetiskt kopplade elektriska kretsar. Sådana fenomen inkluderar även hysteres, mättnad, högre övertoner och magnetiska förluster. Men i den klassiska uppfattningen kan de tillskrivas analoger till elektriska maskiner endast om vi talar om dynamiska lägen när systemet fungerar inom energiinfrastrukturen.
Det elektromekaniska energiomvandlingssystemet är baserat på principen om två reaktioner med tvåfasiga och trefasiga komponenter, samt metoden att rotera magnetfält. Motorernas rotor och stator utför mekaniskt arbete under påverkan av ett magnetfält. Beroende på rörelseriktningen för laddade partiklar ställs driftsättet in - som motor eller generator.
Generering av elektricitet från kemisk energi
Den totala kemiska energikällan är traditionell, men metoderna för dess omvandling är inte så vanligapå grund av miljörestriktioner. I sig själv används praktiskt taget inte kemisk energi i sin rena form - åtminstone i form av koncentrerade reaktioner. Samtidigt omger naturliga kemiska processer en person överallt i form av hög- eller lågenergibindningar, som manifesterar sig till exempel under förbränning med frigöring av värme. Omvandlingen av kemisk energi är dock målmedvetet organiserad i vissa industrier. Vanligtvis skapas förutsättningar för högteknologisk förbränning i plasmageneratorer eller gasturbiner. En typisk reaktant för dessa processer är en bränslecell, som bidrar till produktionen av elektrisk energi. Ur effektivitetssynpunkt är sådana omvandlingar inte lika lönsamma jämfört med alternativa metoder för att generera el, eftersom en del av den nyttiga värmen försvinner även i moderna plasmainstallationer.
Omvandling av solstrålningsenergi
Som ett sätt att omvandla energi kan processen att bearbeta solljus inom en snar framtid bli den mest efterfrågade inom energisektorn. Detta beror på det faktum att även idag varje husägare teoretiskt sett kan köpa utrustning för att omvandla solenergi till elektrisk energi. Det viktigaste i denna process är att det ackumulerade solljuset är gratis. En annan sak är att detta inte gör processen helt kostnadsfri. För det första kommer kostnaderna att krävas för underhåll av solbatterier. För det andra är generatorer av denna typ i sig inte billiga, så den initiala investeringen iFå människor har råd att organisera sin egen minienergistation.
Vad är en solenergigenerator? Detta är en uppsättning solcellspaneler som omvandlar solljusets energi till elektricitet. Själva principen för denna process liknar på många sätt driften av en transistor. Kisel används som huvudmaterial för tillverkning av solceller i olika versioner. Till exempel kan en anordning för omvandling av solenergi vara poly- och enkristall. Det andra alternativet är att föredra när det gäller prestanda, men är dyrare. I båda fallen är fotocellen belyst, under vilken elektroderna aktiveras och en elektrodynamisk kraft genereras under deras rörelse.
Ångenergiomvandling
Ångturbiner kan användas inom industrin både som ett sätt att omvandla energi till en acceptabel form, och som en oberoende generator av el eller värme från speciellt riktade konventionella gasflöden. Långt ifrån endast turbinmaskiner används som enheter för att omvandla elektrisk energi i kombination med ånggeneratorer, men deras design är optim alt lämpad för att organisera denna process med hög effektivitet. Den enklaste tekniska lösningen är en turbin med blad, till vilken munstycken med tillförd ånga är anslutna. När bladen rör sig roterar den elektromagnetiska installationen inuti apparaten, mekaniskt arbete utförs och ström genereras.
Vissa turbinkonstruktioner harspeciella förlängningar i form av steg, där ångans mekaniska energi omvandlas till kinetisk energi. Denna egenskap hos anordningen bestäms inte så mycket av intresset att öka effektiviteten hos generatorns energiomvandling eller behovet av att utveckla exakt den kinetiska potentialen, utan genom att tillhandahålla möjligheten till flexibel reglering av turbindriften. Expansionen i turbinen ger en styrfunktion som möjliggör effektiv och säker reglering av mängden genererad energi. Arbetsområdet för expansionen, som ingår i omvandlingsprocessen, kallas förresten det aktiva trycksteget.
Metoder för energiöverföring
Metoder för energiomvandling kan inte övervägas utan idén om dess överföring. Hittills finns det fyra sätt att interagera mellan kroppar där energi överförs - elektrisk, gravitationell, nukleär och svag. Överföring i detta sammanhang kan också betraktas som en metod för utbyte, därför separeras i princip utförandet av arbete vid överföring av energi och funktionen för värmeöverföring. Vilka omvandlingar av energi innebär arbete? Ett typiskt exempel är en mekanisk kraft, där makroskopiska kroppar eller enskilda partiklar av kroppar rör sig i rymden. Förutom mekanisk kraft urskiljs även magnetiskt och elektriskt arbete. En viktig förenande funktion för nästan alla typer av arbete är förmågan att helt kvantifiera transformationen mellan dem. Det vill säga elektricitet omvandlas tillmekanisk energi, mekaniskt arbete till magnetisk potential, etc. Värmeöverföring är också ett vanligt sätt att överföra energi. Det kan vara icke-riktat eller kaotiskt, men i alla fall finns det en rörelse av mikroskopiska partiklar. Antalet aktiverade partiklar avgör mängden värme - nyttig värme.
Slutsats
Övergången av energi från en form till en annan är normal och i vissa branscher en förutsättning för energiproduktionsprocessen. I olika fall kan behovet av att inkludera detta stadium förklaras av ekonomiska, tekniska, miljömässiga och andra faktorer för resursgenerering. Samtidigt, trots mångfalden av naturliga och artificiellt organiserade sätt för energiomvandling, används de allra flesta installationer som tillhandahåller omvandlingsprocesser endast för el, värme och mekaniskt arbete. Medel för omvandling av elektrisk energi är de vanligaste. Elektriska maskiner som till exempel omvandlar mekaniskt arbete till elektricitet enligt induktionsprincipen används i nästan alla områden där komplexa tekniska anordningar, sammansättningar och anordningar är inblandade. Och denna trend minskar inte, eftersom mänskligheten behöver en konstant ökning av energiproduktionen, vilket tvingar oss att leta efter nya primärenergikällor. För närvarande anses de mest lovande områdena inom energisektorn vara produktionssystem av sammaelektricitet från mekanisk energi som produceras av solen, vind och vatten strömmar i naturen.
