Menyediakan keperluan manusia dengan tenaga yang mencukupi adalah salah satu tugas utama yang dihadapi oleh sains moden. Sehubungan dengan peningkatan penggunaan tenaga proses yang bertujuan untuk mengekalkan keadaan asas untuk kewujudan masyarakat, masalah akut timbul bukan sahaja dalam penjanaan sejumlah besar tenaga, tetapi juga dalam organisasi seimbang sistem pengedarannya. Dan topik penukaran tenaga adalah penting dalam konteks ini. Proses ini menentukan pekali penjanaan potensi tenaga yang berguna, serta tahap kos untuk menservis operasi teknologi dalam rangka kerja infrastruktur yang digunakan.
Tukar gambaran keseluruhan teknologi
Keperluan untuk menggunakan jenis tenaga yang berbeza dikaitkan dengan perbezaan dalam proses yang memerlukan sumber bekalan. Haba diperlukan untukpemanasan, tenaga mekanikal - untuk sokongan kuasa pergerakan mekanisme, dan cahaya - untuk pencahayaan. Elektrik boleh dipanggil sumber tenaga sejagat baik dari segi transformasinya dan dari segi kemungkinan aplikasi dalam pelbagai bidang. Sebagai tenaga awal, fenomena semula jadi biasanya digunakan, serta proses tersusun buatan yang menyumbang kepada penjanaan haba atau daya mekanikal yang sama. Dalam setiap kes, jenis peralatan tertentu atau struktur teknologi yang kompleks diperlukan, yang, pada dasarnya, membolehkan penukaran tenaga ke dalam bentuk yang diperlukan untuk penggunaan akhir atau pertengahan. Selain itu, antara tugas penukar, bukan sahaja transformasi menonjol sebagai pemindahan tenaga dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Selalunya proses ini juga berfungsi untuk menukar beberapa parameter tenaga tanpa perubahannya.
Transformasi sedemikian boleh menjadi satu peringkat atau berbilang peringkat. Di samping itu, sebagai contoh, operasi penjana suria pada sel fotokristalin biasanya dianggap sebagai transformasi tenaga cahaya kepada elektrik. Tetapi pada masa yang sama, ia juga mungkin untuk menukar tenaga haba yang diberikan Matahari kepada tanah akibat pemanasan. Modul geoterma diletakkan pada kedalaman tertentu di dalam tanah dan, melalui konduktor khas, mengisi bateri dengan rizab tenaga. Dalam skim penukaran mudah, sistem geoterma menyediakan penyimpanan tenaga haba, yang diberikan kepada peralatan pemanasan dalam bentuk tulen dengan penyediaan asas. Dalam struktur yang kompleks, pam haba digunakan dalam satu kumpulandengan pemeluwap haba dan pemampat yang menyediakan penukaran haba dan elektrik.
Jenis penukaran tenaga elektrik
Terdapat kaedah teknologi yang berbeza untuk mengekstrak tenaga primer daripada fenomena semula jadi. Tetapi lebih banyak peluang untuk mengubah sifat dan bentuk tenaga disediakan oleh sumber tenaga terkumpul, kerana ia disimpan dalam bentuk yang sesuai untuk transformasi. Bentuk penukaran tenaga yang paling biasa termasuk operasi sinaran, pemanasan, kesan mekanikal dan kimia. Sistem yang paling kompleks menggunakan proses pereputan molekul dan tindak balas kimia pelbagai peringkat yang menggabungkan pelbagai langkah transformasi.
Pilihan kaedah transformasi tertentu akan bergantung pada keadaan organisasi proses, jenis tenaga awal dan akhir. Tenaga sinaran, mekanikal, haba, elektrik dan kimia boleh dibezakan antara jenis tenaga yang paling biasa yang, pada dasarnya, mengambil bahagian dalam proses transformasi. Sekurang-kurangnya, sumber ini berjaya dieksploitasi dalam industri dan isi rumah. Perhatian yang berasingan memerlukan proses tidak langsung penukaran tenaga, yang merupakan terbitan daripada operasi teknologi tertentu. Sebagai contoh, dalam rangka pengeluaran metalurgi, operasi pemanasan dan penyejukan diperlukan, akibatnya wap dan haba dijana sebagai derivatif, tetapi bukan sumber sasaran. Pada dasarnya, ini adalah produk buangan pemprosesan,yang juga sedang digunakan, diubah atau digunakan dalam perusahaan yang sama.
Penukaran tenaga haba
Salah satu yang tertua dari segi pembangunan dan sumber tenaga yang paling penting untuk mengekalkan kehidupan manusia, tanpanya adalah mustahil untuk membayangkan kehidupan masyarakat moden. Dalam kebanyakan kes, haba ditukar kepada elektrik, dan skema mudah untuk transformasi sedemikian tidak memerlukan sambungan peringkat pertengahan. Walau bagaimanapun, dalam loji kuasa haba dan nuklear, bergantung pada keadaan operasinya, peringkat penyediaan dengan pemindahan haba ke dalam tenaga mekanikal boleh digunakan, yang memerlukan kos tambahan. Hari ini, penjana termoelektrik bertindak terus semakin banyak digunakan untuk menukar tenaga haba kepada elektrik.
Proses transformasi itu sendiri berlaku dalam bahan khas yang dibakar, membebaskan haba dan seterusnya bertindak sebagai sumber penjanaan semasa. Iaitu, pemasangan termoelektrik boleh dianggap sebagai sumber elektrik dengan kitaran sifar, kerana operasinya dimulakan walaupun sebelum penampilan tenaga haba asas. Sel bahan api, biasanya campuran gas, bertindak sebagai sumber utama. Mereka dibakar, akibatnya plat logam pengedaran haba dipanaskan. Dalam proses penyingkiran haba melalui modul penjana khas dengan bahan semikonduktor, tenaga ditukar. Arus elektrik dijana oleh unit radiator yang disambungkan kepada pengubah atau bateri. Dalam versi pertama, tenagasegera pergi kepada pengguna dalam bentuk siap, dan dalam bentuk kedua - terkumpul dan diberikan mengikut keperluan.
Penjanaan tenaga haba daripada tenaga mekanikal
Juga salah satu cara paling biasa untuk mendapatkan tenaga hasil daripada transformasi. Intipatinya terletak pada keupayaan badan untuk mengeluarkan tenaga haba dalam proses melakukan kerja. Dalam bentuk yang paling mudah, skema transformasi tenaga ini ditunjukkan oleh contoh geseran dua objek kayu, mengakibatkan kebakaran. Walau bagaimanapun, untuk menggunakan prinsip ini dengan faedah praktikal yang ketara, peranti khas diperlukan.
Dalam isi rumah, transformasi tenaga mekanikal berlaku dalam sistem pemanasan dan bekalan air. Ini adalah struktur teknikal yang kompleks dengan litar magnetik dan teras berlamina yang disambungkan kepada litar konduktif elektrik tertutup. Juga di dalam ruang kerja reka bentuk ini adalah paip pemanasan, yang dipanaskan di bawah tindakan kerja yang dilakukan dari pemacu. Kelemahan penyelesaian ini ialah keperluan untuk menyambungkan sistem ke sesalur kuasa.
Industri menggunakan penukar sejukan cecair yang lebih berkuasa. Punca kerja mekanikal disambungkan ke tangki air tertutup. Dalam proses pergerakan badan eksekutif (turbin, bilah atau elemen struktur lain), keadaan untuk pembentukan vorteks dicipta di dalam litar. Ini berlaku semasa momen brek tajam bilah. Sebagai tambahan kepada pemanasan, dalam kes ini, tekanan juga meningkat, yang memudahkan prosesperedaran air.
Penukaran tenaga elektromekanikal
Kebanyakan unit teknikal moden berfungsi pada prinsip elektromekanik. Mesin dan penjana elektrik segerak dan tak segerak digunakan dalam pengangkutan, alatan mesin, unit kejuruteraan industri dan loji kuasa lain untuk pelbagai tujuan. Iaitu, jenis penukaran tenaga elektromekanikal boleh digunakan untuk kedua-dua mod pengendalian penjana dan motor, bergantung pada keperluan semasa sistem pemacu.
Dalam bentuk umum, mana-mana mesin elektrik boleh dianggap sebagai sistem litar elektrik berganding magnet yang saling bergerak. Fenomena sedemikian juga termasuk histerisis, ketepuan, harmonik yang lebih tinggi dan kehilangan magnet. Tetapi dalam pandangan klasik, ia boleh dikaitkan dengan analog mesin elektrik hanya jika kita bercakap tentang mod dinamik apabila sistem beroperasi dalam infrastruktur tenaga.
Sistem penukaran tenaga elektromekanikal adalah berdasarkan prinsip dua tindak balas dengan komponen dua fasa dan tiga fasa, serta kaedah medan magnet berputar. Rotor dan stator motor melakukan kerja mekanikal di bawah pengaruh medan magnet. Bergantung pada arah pergerakan zarah bercas, mod operasi ditetapkan - sebagai motor atau penjana.
Penjanaan elektrik daripada tenaga kimia
Jumlah sumber tenaga kimia adalah tradisional, tetapi kaedah transformasinya tidak begitu biasadisebabkan oleh sekatan alam sekitar. Dengan sendirinya, tenaga kimia dalam bentuk tulen secara praktikal tidak digunakan - sekurang-kurangnya dalam bentuk tindak balas pekat. Pada masa yang sama, proses kimia semulajadi mengelilingi seseorang di mana-mana dalam bentuk ikatan tenaga tinggi atau rendah, yang menampakkan diri, contohnya, semasa pembakaran dengan pelepasan haba. Walau bagaimanapun, penukaran tenaga kimia sengaja dianjurkan dalam beberapa industri. Biasanya, keadaan dicipta untuk pembakaran berteknologi tinggi dalam penjana plasma atau turbin gas. Reaktan tipikal proses ini ialah sel bahan api, yang menyumbang kepada pengeluaran tenaga elektrik. Dari sudut kecekapan, penukaran sedemikian tidak begitu menguntungkan berbanding kaedah penjanaan elektrik alternatif, kerana sebahagian daripada haba yang berguna dilesapkan walaupun dalam pemasangan plasma moden.
Penukaran tenaga sinaran suria
Sebagai cara untuk menukar tenaga, proses pemprosesan cahaya matahari dalam masa terdekat mungkin menjadi yang paling dituntut dalam sektor tenaga. Ini disebabkan oleh fakta bahawa walaupun pada hari ini setiap pemilik rumah secara teorinya boleh membeli peralatan untuk menukar tenaga solar kepada tenaga elektrik. Ciri utama proses ini ialah cahaya matahari terkumpul adalah percuma. Perkara lain ialah ini tidak menjadikan proses itu benar-benar bebas kos. Pertama, kos akan diperlukan untuk penyelenggaraan bateri solar. Kedua, penjana jenis ini sendiri tidak murah, jadi pelaburan awal dalamBeberapa orang mampu mengatur stesen tenaga mini mereka sendiri.
Apakah penjana kuasa solar? Ini adalah satu set panel fotovoltaik yang menukar tenaga cahaya matahari kepada elektrik. Prinsip proses ini dalam banyak cara serupa dengan operasi transistor. Silikon digunakan sebagai bahan utama untuk pembuatan sel solar dalam versi yang berbeza. Sebagai contoh, peranti untuk menukar tenaga suria boleh menjadi poli dan kristal tunggal. Pilihan kedua adalah lebih baik dari segi prestasi, tetapi lebih mahal. Dalam kedua-dua kes, fotosel diterangi, di mana elektrod diaktifkan dan daya elektrodinamik dijana dalam proses pergerakannya.
Penukaran tenaga wap
Turbin wap boleh digunakan dalam industri sebagai satu cara untuk menukar tenaga kepada bentuk yang boleh diterima, dan sebagai penjana elektrik atau haba bebas daripada aliran gas konvensional yang diarahkan khas. Jauh daripada hanya mesin turbin digunakan sebagai peranti untuk menukar tenaga elektrik dalam kombinasi dengan penjana stim, tetapi reka bentuk mereka sesuai secara optimum untuk mengatur proses ini dengan kecekapan tinggi. Penyelesaian teknikal yang paling mudah ialah turbin dengan bilah, di mana muncung dengan stim yang dibekalkan disambungkan. Apabila bilah bergerak, pemasangan elektromagnet di dalam radas berputar, kerja mekanikal dilakukan dan arus dijana.
Sesetengah reka bentuk turbin adasambungan khas dalam bentuk langkah, di mana tenaga mekanikal stim ditukar kepada tenaga kinetik. Ciri peranti ini tidak ditentukan begitu banyak oleh kepentingan untuk meningkatkan kecekapan penukaran tenaga penjana atau keperluan untuk membangunkan potensi kinetik dengan tepat, tetapi dengan menyediakan kemungkinan peraturan fleksibel operasi turbin. Pengembangan dalam turbin menyediakan fungsi kawalan yang membolehkan peraturan yang cekap dan selamat bagi jumlah tenaga yang dijana. Dengan cara ini, kawasan kerja pengembangan, yang termasuk dalam proses penukaran, dipanggil peringkat tekanan aktif.
Kaedah pemindahan tenaga
Kaedah transformasi tenaga tidak boleh dipertimbangkan tanpa konsep pemindahannya. Sehingga kini, terdapat empat cara interaksi badan di mana tenaga dipindahkan - elektrik, graviti, nuklear dan lemah. Pemindahan dalam konteks ini juga boleh dianggap sebagai kaedah pertukaran, oleh itu, pada dasarnya, prestasi kerja dalam pemindahan tenaga dan fungsi pemindahan haba dipisahkan. Apakah transformasi tenaga yang melibatkan melakukan kerja? Contoh biasa ialah daya mekanikal, di mana jasad makroskopik atau zarah individu badan bergerak di angkasa. Sebagai tambahan kepada daya mekanikal, kerja magnet dan elektrik juga dibezakan. Ciri penyatuan utama untuk hampir semua jenis kerja ialah keupayaan untuk mengukur sepenuhnya transformasi antara mereka. Iaitu, elektrik diubah menjaditenaga mekanikal, kerja mekanikal menjadi potensi magnet, dsb. Pemindahan haba juga merupakan cara biasa untuk memindahkan tenaga. Ia boleh menjadi tidak berarah atau huru-hara, tetapi dalam apa jua keadaan, terdapat pergerakan zarah mikroskopik. Bilangan zarah yang diaktifkan akan menentukan jumlah haba - haba berguna.
Kesimpulan
Peralihan tenaga daripada satu bentuk ke bentuk yang lain adalah perkara biasa, dan dalam sesetengah industri merupakan prasyarat untuk proses tenaga pengeluaran. Dalam kes yang berbeza, keperluan untuk memasukkan peringkat ini boleh dijelaskan oleh faktor ekonomi, teknologi, alam sekitar dan lain-lain penjanaan sumber. Pada masa yang sama, walaupun terdapat pelbagai cara transformasi tenaga semula jadi dan tersusun secara buatan, sebahagian besar pemasangan yang menyediakan proses transformasi hanya digunakan untuk elektrik, haba dan kerja mekanikal. Cara untuk menukar tenaga elektrik adalah yang paling biasa. Mesin elektrik yang menyediakan transformasi kerja mekanikal kepada elektrik mengikut prinsip aruhan, contohnya, digunakan di hampir semua kawasan di mana peranti teknikal yang kompleks, pemasangan dan peranti terlibat. Dan trend ini tidak berkurangan, kerana manusia memerlukan peningkatan berterusan dalam pengeluaran tenaga, yang memaksa kita mencari sumber tenaga primer yang baharu. Pada masa ini, kawasan yang paling menjanjikan dalam sektor tenaga dianggap sebagai sistem penjanaan yang samaelektrik daripada tenaga mekanikal yang dihasilkan oleh Matahari, angin dan air mengalir di alam semula jadi.
