İnsanlığın ihtiyaçlarını yeterli enerjiyle sağlamak, modern bilimin karşı karşıya olduğu kilit görevlerden biridir. Toplumun varlığının temel koşullarını sürdürmeyi amaçlayan süreçlerin enerji tüketimindeki artışla bağlantılı olarak, yalnızca büyük miktarda enerji üretiminde değil, aynı zamanda dağıtım sistemlerinin dengeli organizasyonunda da akut sorunlar ortaya çıkmaktadır. Ve enerji dönüşümü konusu bu bağlamda kilit öneme sahiptir. Bu süreç, kullanılan altyapı çerçevesinde teknolojik işlemlere hizmet etme maliyetlerinin yanı sıra faydalı enerji potansiyelinin üretim katsayısını belirler.
Convert teknolojisine genel bakış
Farklı enerji türleri kullanma ihtiyacı, bir tedarik kaynağı gerektiren süreçlerdeki farklılıklarla ilişkilidir. için ısı gereklidirısıtma, mekanik enerji - mekanizmaların hareketinin güç desteği için ve ışık - aydınlatma için. Elektrik, hem dönüşümü açısından hem de çeşitli alanlarda uygulama olanakları açısından evrensel bir enerji kaynağı olarak adlandırılabilir. İlk enerji olarak, genellikle aynı ısı veya mekanik kuvvetin üretilmesine katkıda bulunan yapay olarak organize edilmiş süreçlerin yanı sıra doğal fenomenler kullanılır. Her durumda, prensipte enerjinin nihai veya ara tüketim için gerekli forma dönüştürülmesine izin veren belirli bir ekipman türü veya karmaşık bir teknolojik yapı gereklidir. Üstelik dönüştürücünün görevleri arasında sadece dönüşüm değil, enerjinin bir biçimden diğerine aktarılması da öne çıkıyor. Çoğu zaman bu süreç, dönüşümü olmadan bazı enerji parametrelerini değiştirmeye de hizmet eder.
Dönüşüm, tek aşamalı veya çok aşamalı olabilir. Ayrıca örneğin güneş enerjisi jeneratörlerinin fotokristal hücreler üzerinde çalışması genellikle ışık enerjisinin elektriğe dönüştürülmesi olarak kabul edilir. Ancak aynı zamanda Güneş'in ısınma sonucu verdiği termal enerjiyi toprağa dönüştürmek de mümkündür. Jeotermal modüller, zeminde belirli bir derinliğe yerleştirilir ve özel iletkenler aracılığıyla pilleri enerji rezervleriyle doldurur. Basit bir dönüşüm şemasında jeotermal sistem, ısıtma ekipmanına verilen ısı enerjisinin temel hazırlık ile saf haliyle depolanmasını sağlar. Karmaşık bir yapıda, tek bir grupta bir ısı pompası kullanılırısı ve elektrik dönüşümü sağlayan ısı kondansatörleri ve kompresörler ile.
Elektrik enerjisi dönüşüm türleri
Doğal olaylardan birincil enerjiyi çıkarmak için farklı teknolojik yöntemler vardır. Ancak biriken enerji kaynakları, dönüşüme uygun bir biçimde depolandıkları için, enerjinin özelliklerini ve biçimlerini değiştirmek için daha da fazla fırsat sağlar. Enerji dönüşümünün en yaygın biçimleri radyasyon, ısıtma, mekanik ve kimyasal etkiler işlemlerini içerir. En karmaşık sistemler, moleküler bozunma süreçlerini ve çoklu dönüşüm adımlarını birleştiren çok seviyeli kimyasal reaksiyonları kullanır.
Belirli bir dönüşüm yönteminin seçimi, sürecin organizasyon koşullarına, ilk ve son enerjinin türüne bağlı olacaktır. Radyan, mekanik, termal, elektrik ve kimyasal enerji, prensipte dönüşüm süreçlerine katılan en yaygın enerji türleri arasında ayırt edilebilir. Asgari olarak, bu kaynaklar endüstride ve evlerde başarıyla kullanılmaktadır. Ayrı bir dikkat, belirli bir teknolojik işlemin türevleri olan dolaylı enerji dönüşüm süreçlerini hak ediyor. Örneğin, metalurjik üretim çerçevesinde, ısıtma ve soğutma işlemleri gereklidir, bunun sonucunda buhar ve ısı türevleri olarak üretilir, ancak hedef kaynaklar değildir. Özünde, bunlar işlemenin atık ürünleridir,aynı kuruluş içinde kullanılan, dönüştürülen veya kullanılan.
Isı enerjisi dönüşümü
Gelişme açısından en eskilerden biri ve insan yaşamını sürdürmek için en önemli enerji kaynaklarından biri, bunlar olmadan modern toplumun yaşamını hayal etmek imkansız. Çoğu durumda, ısı elektriğe dönüştürülür ve böyle bir dönüşüm için basit bir şema, ara aşamaların bağlanmasını gerektirmez. Ancak termik ve nükleer santrallerde, işletme koşullarına bağlı olarak, ek maliyetler gerektiren ısının mekanik enerjiye aktarılması ile bir hazırlık aşaması kullanılabilir. Günümüzde, doğrudan etkili termoelektrik jeneratörler, termal enerjiyi elektriğe dönüştürmek için giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Dönüşüm sürecinin kendisi, yanan, ısı yayan ve ardından mevcut neslin kaynağı olarak işlev gören özel bir maddede gerçekleşir. Yani, termoelektrik tesisatlar, baz termal enerjinin ortaya çıkmasından önce bile çalışmaya başladıkları için sıfır çevrimli elektrik kaynakları olarak kabul edilebilir. Yakıt hücreleri, genellikle gaz karışımları, ana kaynak görevi görür. Yakılırlar, bunun sonucunda ısı dağıtan metal plaka ısıtılır. Yarı iletken malzemelerle özel bir jeneratör modülü aracılığıyla ısının uzaklaştırılması sürecinde enerji dönüştürülür. Elektrik akımı, bir transformatöre veya aküye bağlı bir radyatör ünitesi tarafından üretilir. İlk versiyonda, enerjihemen tüketiciye bitmiş halde gider ve ikincisinde - birikir ve gerektiğinde verilir.
Mekanik enerjiden termal enerji üretimi
Ayrıca dönüşüm sonucunda enerji elde etmenin en yaygın yollarından biridir. Özü, vücutların iş yapma sürecinde termal enerji verme yeteneğinde yatmaktadır. En basit haliyle, bu enerji dönüşüm şeması, yangınla sonuçlanan iki ahşap nesnenin sürtünmesi örneğiyle gösterilmiştir. Ancak bu prensibi somut pratik faydalarla kullanmak için özel cihazlar gereklidir.
Evlerde mekanik enerjinin dönüşümü ısıtma ve su temin sistemlerinde gerçekleşir. Bunlar, kapalı elektriksel iletken devrelere bağlı bir manyetik devre ve lamine çekirdekli karmaşık teknik yapılardır. Ayrıca, bu tasarımın çalışma odasının içinde, tahrikten yapılan işin etkisi altında ısıtılan ısıtma boruları bulunur. Bu çözümün dezavantajı, sistemi şebekeye bağlama ihtiyacıdır.
Endüstri, daha güçlü sıvı soğutmalı dönüştürücüler kullanır. Mekanik işin kaynağı kapalı su depolarına bağlıdır. Yürütme organlarının (türbinler, kanatlar veya diğer yapısal elemanlar) hareketi sürecinde, devre içinde girdap oluşumu için koşullar yaratılır. Bu, bıçakların keskin frenleme anlarında olur. Isıtmaya ek olarak, bu durumda basınç da artar, bu da süreçleri kolaylaştırır.su sirkülasyonu.
Elektromekanik enerjinin dönüşümü
Modern teknik ünitelerin çoğu elektromekanik prensipleri üzerinde çalışır. Senkron ve asenkron elektrikli makineler ve jeneratörler, ulaşım, takım tezgahları, endüstri mühendisliği birimleri ve diğer enerji santrallerinde çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır. Yani elektromekanik enerji dönüşümü türleri, sürücü sisteminin mevcut gereksinimlerine bağlı olarak hem jeneratör hem de motor çalışma modlarına uygulanabilir.
Genelleştirilmiş bir biçimde, herhangi bir elektrikli makine, karşılıklı olarak hareket eden manyetik olarak bağlı elektrik devrelerinden oluşan bir sistem olarak düşünülebilir. Bu tür fenomenler ayrıca histerezis, doygunluk, daha yüksek harmonikler ve manyetik kayıpları içerir. Ancak klasik görüşte, ancak sistem enerji altyapısı içinde çalışırken dinamik modlardan bahsediyorsak, elektrikli makinelerin analoglarına atfedilebilirler.
Elektromekanik enerji dönüşüm sistemi, iki fazlı ve üç fazlı bileşenlerle iki reaksiyon ilkesine ve ayrıca manyetik alanların döndürülmesi yöntemine dayanmaktadır. Motorların rotoru ve statoru, manyetik alanın etkisi altında mekanik iş yapar. Yüklü parçacıkların hareket yönüne bağlı olarak, çalışma modu ayarlanır - motor veya jeneratör olarak.
Kimyasal enerjiden elektrik üretimi
Toplam kimyasal enerji kaynağı gelenekseldir, ancak dönüşüm yöntemleri çok yaygın değildirçevresel kısıtlamalar nedeniyle. Kendi başına, saf haliyle kimyasal enerji pratik olarak kullanılmaz - en azından konsantre reaksiyonlar şeklinde. Aynı zamanda, doğal kimyasal süreçler, örneğin yanma sırasında ısı salınımı ile kendini gösteren yüksek veya düşük enerjili bağlar şeklinde bir insanı her yerde çevreler. Bununla birlikte, bazı endüstrilerde kimyasal enerjinin dönüştürülmesi amaçlı olarak düzenlenmiştir. Genellikle, plazma jeneratörlerinde veya gaz türbinlerinde yüksek teknolojili yanma için koşullar yaratılır. Bu süreçlerin tipik bir reaktanı, elektrik enerjisi üretimine katkıda bulunan bir yakıt hücresidir. Verimlilik açısından bakıldığında, bu tür dönüşümler alternatif elektrik üretme yöntemleriyle karşılaştırıldığında o kadar karlı değildir, çünkü faydalı ısının bir kısmı modern plazma kurulumlarında bile dağıtılır.
Güneş radyasyon enerjisinin dönüştürülmesi
Enerjiyi dönüştürmenin bir yolu olarak, yakın gelecekte güneş ışığını işleme süreci enerji sektöründe en çok talep edilen süreç haline gelebilir. Bunun nedeni, bugün bile her ev sahibinin güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için teorik olarak ekipman satın alabilmesidir. Bu işlemin en önemli özelliği, biriken güneş ışığının ücretsiz olmasıdır. Başka bir şey, bunun süreci tamamen maliyetsiz hale getirmemesidir. İlk olarak, güneş pillerinin bakımı için maliyetler gerekecektir. İkincisi, bu tür jeneratörlerin kendileri ucuz değildir, bu nedenle ilk yatırımÇok az insan kendi mini enerji istasyonunu organize edebilir.
Güneş enerjisi jeneratörü nedir? Bu, güneş ışığının enerjisini elektriğe dönüştüren bir dizi fotovoltaik paneldir. Bu sürecin ilkesi, birçok yönden bir transistörün çalışmasına benzer. Silikon, farklı versiyonlarda güneş pillerinin üretiminde ana malzeme olarak kullanılmaktadır. Örneğin, güneş enerjisini dönüştürmek için bir cihaz poli ve tek kristal olabilir. İkinci seçenek performans açısından tercih edilir, ancak daha pahalıdır. Her iki durumda da, elektrotların etkinleştirildiği ve hareket sürecinde elektrodinamik bir kuvvetin üretildiği fotosel aydınlatılır.
Buhar enerjisi dönüşümü
Buhar türbinleri, hem enerjiyi kabul edilebilir bir forma dönüştürmenin bir yolu olarak hem de özel olarak yönlendirilmiş geleneksel gaz akışlarından bağımsız bir elektrik veya ısı üreticisi olarak endüstride kullanılabilir. Buhar jeneratörleri ile birlikte elektrik enerjisini dönüştürmek için cihazlar olarak sadece türbin makineleri kullanılmaz, ancak tasarımları bu işlemi yüksek verimlilikle organize etmek için en uygunudur. En basit teknik çözüm, sağlanan buharla birlikte memelerin bağlı olduğu kanatlı bir türbindir. Kanatlar hareket ettikçe aparat içindeki elektromanyetik tesisat döner, mekanik iş yapılır ve akım üretilir.
Bazı türbin tasarımlarındabuharın mekanik enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürüldüğü basamaklar şeklinde özel uzantılar. Cihazın bu özelliği, jeneratör enerji dönüşümünün verimliliğini artırma veya kinetik potansiyeli tam olarak geliştirme ihtiyacı ile çok fazla değil, türbin çalışmasının esnek bir şekilde düzenlenmesi olasılığını sağlayarak belirlenir. Türbindeki genişleme, üretilen enerji miktarının verimli ve güvenli bir şekilde düzenlenmesini sağlayan bir kontrol işlevi sağlar. Bu arada dönüşüm sürecine dahil olan genişlemenin çalışma alanına aktif basınç aşaması denir.
Enerji transfer yöntemleri
Enerji dönüşüm yöntemleri, aktarımı kavramı olmadan düşünülemez. Bugüne kadar, enerjinin aktarıldığı cisimlerin etkileşiminin dört yolu vardır - elektrik, yerçekimi, nükleer ve zayıf. Bu bağlamda transfer de bir değiş tokuş yöntemi olarak düşünülebilir, bu nedenle prensipte enerji transferinde işin performansı ve ısı transferinin işlevi birbirinden ayrılır. Hangi enerji dönüşümleri iş yapmayı içerir? Tipik bir örnek, makroskopik cisimlerin veya cisimlerin tek tek parçacıklarının uzayda hareket ettiği mekanik bir kuvvettir. Mekanik kuvvete ek olarak, manyetik ve elektrik işleri de ayırt edilir. Neredeyse tüm iş türleri için önemli bir birleştirici özellik, aralarındaki dönüşümü tamamen ölçebilme yeteneğidir. Yani, elektrik dönüştürülürmekanik enerji, manyetik potansiyele mekanik iş, vb. Isı transferi de enerjiyi transfer etmenin yaygın bir yoludur. Yönsüz veya kaotik olabilir, ancak her durumda mikroskobik parçacıkların hareketi vardır. Etkinleştirilen parçacıkların sayısı, ısı - faydalı ısı miktarını belirleyecektir.
Sonuç
Enerjinin bir biçimden diğerine geçişi normaldir ve bazı endüstrilerde üretim enerji süreci için bir ön koşuldur. Farklı durumlarda, bu aşamayı dahil etme ihtiyacı, kaynak üretiminin ekonomik, teknolojik, çevresel ve diğer faktörleri ile açıklanabilir. Aynı zamanda, doğal ve yapay olarak organize edilmiş enerji dönüşüm yollarının çeşitliliğine rağmen, dönüşüm süreçlerini sağlayan tesislerin büyük çoğunluğu sadece elektrik, ısı ve mekanik işler için kullanılmaktadır. Elektrik enerjisini dönüştürmek için araçlar en yaygın olanlardır. Örneğin indüksiyon prensibine göre mekanik işin elektriğe dönüştürülmesini sağlayan elektrikli makineler, karmaşık teknik cihazların, düzeneklerin ve cihazların bulunduğu hemen hemen tüm alanlarda kullanılmaktadır. Ve bu eğilim düşmüyor, çünkü insanlığın enerji üretiminde sürekli bir artışa ihtiyacı var, bu da bizi yeni birincil enerji kaynakları aramaya zorluyor. Şu anda, enerji sektöründe en umut verici alanlar, aynı türden üretim sistemleri olarak kabul edilmektedir. Güneş, rüzgar ve su tarafından üretilen mekanik enerjiden elektrik doğada akar.
