Konverzija energije: definicija, vrste i proces prenosa

Obezbeđivanje potreba čovečanstva dovoljnom količinom energije jedan je od ključnih zadataka sa kojima se suočava savremena nauka. Zbog povećane potrošnje energije procesa usmjerenih na održavanje osnovnih uslova postojanja društva, nastaju akutni problemi ne samo u stvaranju velikih količina energije, već i u uravnoteženoj organizaciji njegovih distributivnih sistema. A tema konverzije energije je od ključnog značaja u ovom kontekstu. Od ovog procesa zavisi koeficijent generisanja korisnog energetskog potencijala, kao i nivo troškova održavanja tehnoloških operacija u okviru korišćene infrastrukture.

Opće informacije o tehnologiji konverzije

Potreba za korištenjem različitih rsta energije po ezana je s razlikama u procesima koji zahtije aju resurs opskrbe. Toplota je potrebna za grijanje, mehanička energija je potrebna za podršku napajanju kretanja mehanizama, a svjetlost je potrebna za osvjetljenje. Električna energija se može nazvati univerzalnim izvorom energije kako sa stanovišta njene transformacije, tako i u smislu mogućnosti primjene u različitim oblastima. Prirodni fenomeni se obično koriste kao izvorna energija, kao i veštački organizovani procesi koji doprinose stvaranju iste toplote ili mehaničke sile. U svakom slučaju potrebna je određena vrsta opreme ili složena tehnološka struktura, koja u principu omogućava pretvaranje energije U oblik neophodan za konačnu ili međufaznu potrošnju. Štaviše, među zadacima pretvarača ne ističe se samo transformacija kao prijenos energije iz jedne vrste u drugu. Često ovaj proces služi i za promjenu nekih parametara energije bez njegove transformacije.

Konverzija kao takva može biti Jednostepena ili višestepena. Osim toga, na primjer, rad solarnih generatora na fotokristalnim ćelijama obično se smatra transformacijom svjetlosne energije u električnu energiju. Ali u isto vrijeme, Također je moguće pretvoriti toplotnu energiju koju Sunce daje tlu kao rezultat zagrijavanja. Geotermalni moduli se postavljaju na određenu dubinu u zemlju i pomoću posebnih provodnika pune baterije rezervama energije. U jednostavnoj šemi konverzije, geotermalni sistem osigurava akumulaciju toplotne energije, koja se daje opremi za grijanje u čistom obliku uz osnovnu pripremu. U složenoj strukturi, Toplotna pumpa se koristi u jednoj grupi sa toplotnim kondenzatorima i kompresorima koji obezbeđuju konverziju toplote i električnu energiju.

Vrste konverzije električne energije

Postoje različite tehnološke metode za izdvajanje primarne energije iz prirodnih fenomena. Ali još više mogućnosti za promjenu svojstava i oblika energije pružaju akumulirani energetski resursi, jer su pohranjeni u obliku pogodnom za transformaciju. do za najčešće oblike operacije konverzije energije mogu se pripisati zračenju, grijanju, mehaničkim i hemijskim efektima. U najsloženijim sistemima koriste se procesi molekularne razgradnje i višerazinske hemijske reakcije, u kojima se kombinuje nekoliko faza transformacije.

Izbor određene metode transformacije zavisiće od uslova organizacije procesa, vrste početne i konačne energije. Među najčešćim vrstama energije koje u principu učestvuju u procesima konverzije mogu se izdvojiti blistava, mehanička, termička, električna i hemijska energija. U najmanju ruku, ovi resursi se uspješno eksploatišu u industriji i domaćinstvu. Indirektni procesi konverzije energije, koji su derivati određene tehnološke operacije, zaslužuju posebnu pažnju. Na primjer, u okviru metalurške proizvodnje potrebne su operacije grijanja i hlađenja, uslijed čega se para i toplota stvaraju kao derivati, ali ne i ciljni resursi. U suštini, to su otpadni proizvodi prerade, koji takođe nalaze primenu, prolaze transformaciju ili upotrebu unutar istog preduzeća.

Konverzija toplotne energije

Jedan od najstarijih izvora energije sa stanovišta razvoja i najvažniji za održavanje ljudskog života, bez kojeg je nemoguće zamisliti život savremenog društva. U većini slučajeva toplota se pretvara u električnu energiju, a jednostavna šema takve transformacije ne zahtijeva povezivanje međufaza. Međutim, u termoelektranama i nuklearnim elektranama, u zavisnosti od uslova njihovog rada , može se primijeniti faza pripreme sa prenosom toplotne na mehaničku energiju, što zahtijeva dodatne troškove. Danas se termoelektrični generatori direktnog dejstva sve više koriste za pretvaranje toplotne energije u električnu energiju.

Sam proces transformacije odvija se u posebnoj supstanci koja se sagorijeva, oslobađa toplotu i dalje djeluje kao izvor stvaranja struje. Odnosno, termoelektrične instalacije se mogu smatrati izvorima električne energije nultog ciklusa, jer njihov rad počinje i prije pojave osnovne toplotne energije. Glavni resurs su gorivne ćelije – u pravilu, mješavine plina. Spaljuju se, što rezultira zagrijavanjem metalne ploče za distribuciju toplote. U procesu uklanjanja toplote kroz poseban generatorski modul sa poluprovodničkim materijalima, energija se pretvara. Električnu struju stvara radijatorska jedinica povezana sa transformatorom ili baterijom. U prvoj varijanti energija se odmah snabdeva potrošaču u gotovom obliku, au drugoj se akumulira i daje po potrebi.

Proizvodnja toplotne energije iz mašinskog

Takođe jedan od najčešćih načina za dobijanje energije kao rezultat konverzije. Njegova suština leži u sposobnosti tijela da daju isključeno toplotna energija u procesu obavljanja posla. U svom najjednostavnijem obliku, ova šema transformacije energije demonstrirana je primjerom trenja dva drvena predmeta, što rezultira požarom. Međutim, potrebni su posebni uređaji za korištenje ovog principa s opipljivim praktičnim prednostima.

U domaćinstvu se konverzija mehaničke energije odvija u sistemima grijanja i vodosnabdijevanja. To su složene tehničke strukture sa magnetnim jezgrom i nabijenim jezgrom povezanim sa zatvorenim provodnim krugovima. Također, cijevi za grijanje prolaze unutar radne komore ovog dizajna, koje se zagrijavaju djelovanjem radova izvedenih iz pogona. Nedostatak ovog rješenja je potreba za spajanjem sistema na električnu mrežu.

U industriji se koriste moćniji Pretvarači sa tečnom rashladnom tečnošću. Izvor mehaničkog rada povezan je sa zatvorenim rezervoarima za vodu. Tokom kretanja izvršnih organa (turbine, oštrice ili drugi strukturni elementi), unutar konture se stvaraju uslovi za formiranje vrtloga. Ovo se dešava u trenucima naglog kočenja sečiva. Pored zagrevanja, u ovom slučaju se takođe povećava pritisak, što olakšava procese cirkulacije vode.

Konverzija elektromehaničke energije

Većina savremenih tehničkih jedinica radi na principima elektromehanike. Sinhrone i asinhrone električne mašine i generatori se koriste u transportu, alatnim mašinama, jedinicama industrijskog inženjeringa i drugim elektranama za različite namene. Odnosno, elektromehanički tipovi konverzije energije su primenljivi i na generatorske i na motorne načine rada, u zavisnosti od trenutnih zahteva pogonskog sistema.

U generalizovanom obliku, svaka električna mašina se može smatrati sistemom međusobno pokretnih magnetno povezanih električnih kola. Takvi fenomeni također uključuju histerezu, zasićenost, veće harmonike i magnetne gubitke. Ali po klasičnom mišljenju, oni se mogu pripisati analogima električnih mašina samo ako govorimo o dinamičkim režimima kada sistem funkcioniše u okviru energetske infrastrukture.

Elektromehanički sistem za konverziju energije zasniva se na principu dve reakcije sa dvofaznim i trofaznim komponentama, kao i na metodi rotirajućih magnetnih polja. Rotor i stator motora obavljaju mehanički rad pod uticajem magnetnog polja. U zavisnosti od pravca kretanja naelektrisanih čestica , režim rada je podešen-kao motor ili generator.

Proizvodnja električne energije iz hemijske energije

Kombinovani hemijski izvor energije spada u tradicionalne, ali metode njegove konverzije nisu toliko česte zbog ekoloških ograničenja. Sama po sebi, hemijska energija u svom čistom obliku praktično se ne koristi-barem u obliku koncentriranih reakcija. Istovremeno, prirodni hemijski procesi svuda okružuju čoveka u obliku visokoenergetskih ili niskoenergetskih snopova, koji se manifestuju, na primer, tokom gorenja oslobađanjem toplote. Ipak, konverzija hemijske energije je u nekim namjerno organizirana industrija. Obično se stvaraju uslovi za visokotehnološko sagorevanje u plazma generatorima ili gasnim turbinama gorenje. Tipičan reagens ovih procesa je gorivna ćelija, koja doprinosi proizvodnji električne energije. Sa stanovišta efikasnosti, takve transformacije nisu toliko povoljne u poređenju sa alternativnim metodama proizvodnje električne energije, jer se deo korisne toplote rasipa čak iu savremenim plazma instalacijama.

Konverzija energije sunčevog zračenja

Kao metoda konverzije energije, proces obrade sunčeve svjetlosti mogao bi postati najpopularniji u energetskom sektoru u bliskoj budućnosti. To je zbog činjenice da i danas svaki vlasnik kuće teoretski može kupiti opremu za pretvaranje solarne energije u električnu energiju. Ključna karakteristika ovog procesa je da je akumulirana sunčeva svjetlost besplatna. Druga stvar je da to ne čini proces potpuno lišenim troškova. Prvo, troškovi su potrebni za održavanje solarne baterije. Drugo, sami generatori ovog tipa nisu jeftini, pa malo ko može priuštiti početna ulaganja u organizaciju sopstvene mini elektrane.

Šta je generator solarne energije? Ovo je set fotonaponskih panela koji pretvaraju solarnu energiju u elektricitet. Sam princip ovog procesa je po mnogo čemu sličan radu tranzistora. Silicijum se u različitim varijantama koristi kao glavni materijal za proizvodnja solarnih ćelija. Na primer, uređaj za pretvaranje solarne energije može biti poli-i monokristalni. Druga opcija je poželjnija u pogledu performansi, ali košta više. U oba slučaja, fotoćelija je osvetljena, u kojoj se elektrode aktiviraju i tokom njihovog kretanja stvara se elektrodinamička sila.

Konverzija pare energije

Parne turbine se mogu koristiti u industriji kao način da se energija transformiše u prihvatljiv oblik i kao nezavisni generator električne energije ili toplote iz posebno usmerenih tokova uslovnog gasa. Ne samo da se turbinske mašine koriste kao Uređaji za konverziju električne energije u kombinaciji sa generatorima pare, već je njihov dizajn optimalno pogodan za organizovanje ovog procesa sa visokom efikasnošću. Najjednostavnije tehničko rješenje je turbina sa noževima, na koju su spojene mlaznice sa isporučenom parom. Kako se oštrice kreću, elektromagnetna instalacija rotira unutar uređaja, izvode se mehanički radovi i stvara struja.

Neki turbinski projekti imaju posebna proširenja u obliku stepenica, gdje se mehanička energija pare pretvara u kinetičku energiju. Ova karakteristika uređaja nije toliko zbog interesa povećanja efikasnosti konverzije energije generatora ili potrebe za generisanjem tačno kinetičkog potencijala, koliko i obezbeđivanja mogućnosti fleksibilne regulacije turbine. Ekspanzija u turbini pruža kontrolnu funkciju, koja omogućava efikasnu i bezbednu regulaciju zapremine generisane energije. Inače, radno područje ekspanzije, koje je uključeno u proces konverzije, naziva se faza aktivnog pritiska.

Metode prenosa energije

Metode transformacije energije ne mogu se posmatrati bez koncepta njenog prenosa. Do danas postoje četiri načina za interakciju tijela, u kojoj operacija, dolazi do prenosa energije-električna – gravitaciona, nuklearna i slaba. Prenos se u ovom kontekstu može posmatrati i kao način razmene, pa su izvođenje rada tokom prenosa energije i funkcija razmene toplote fundamentalno odvojeni. Koje energetske transformacije uključuju obavljanje posla? Tipičan primjer je mehanička sila kojom se makroskopska tijela ili pojedinačne čestice tijela kreću u prostoru. Pored mehaničke sile , razlikuju se i magnetni i električni rad. Ključno objedinjavanje imovine za gotovo sve vrste rada je sposobnost da se u potpunosti kvantificiraju jedni druge. Odnosno, električna energija se transformiše u mehaničku energiju, mehanički rad u magnetni potencijal itd.. Razmena toplote je takođe uobičajen način prenosa energije. Može biti neusmjeren ili haotičan, ali u svakom slučaju postoji kretanje mikroskopskih čestica. Broj aktiviranih čestica će odrediti količinu toplote-korisna toplota.

Zaključak

Prenos energije iz jednog oblika u drugi je normalan, au nekim industrijama preduslov za proizvodni energetski proces. U različitim slučajevima, potreba za uključivanjem ove faze može se objasniti ekonomskim, tehnološkim, ekološkim i drugim faktorima proizvodnje resursa. Istovremeno, uprkos raznovrsnosti prirodnih i veštački organizovanih metoda transformacije energije, velika većina instalacija koje obezbeđuju procese konverzije koristi se samo za električnu energiju, toplotu i mehanički rad. Sredstva za pretvaranje električne energije su uopšte najčešća. Električne mašine koje obezbeđuju transformaciju mehaničkog rada u električnu energiju na principu indukcije, na primer, koriste se u gotovo svim oblastima u kojima su uključeni složeni tehnički uređaji, agregati i uređaji. I ovaj trend se ne smanjuje, jer je čovječanstvu potrebno stalno povećanje obima proizvodnje energije, što nas tjera da tražimo nove izvore primarne energije. Trenutno se najperspektivnijim područjima u energetskom sektoru smatraju sistemi za proizvodnju iste električne energije iz mehaničke energije koju proizvode sunce, vjetar i vodeni tokovi u prirodnoj prirodi.