Адамзаттын керектөөлөрүн жетиштүү энергия менен камсыз кылуу азыркы илимдин алдында турган негизги милдеттердин бири. Коомдун жашоосунун негизги шарттарын сактоого багытталган процесстердин энергияны керектөөнүн өсүшүнө байланыштуу энергиянын чоң көлөмүн өндүрүүдө гана эмес, аны бөлүштүрүү системаларын тең салмактуу уюштурууда да курч проблемалар келип чыгат. Жана энергияны конверсиялоо темасы бул контекстте негизги мааниге ээ. Бул процесс пайдалуу энергетикалык потенциалды генерациялоо коэффициентин, ошондой эле колдонулган инфраструктуранын алкагында технологиялык операцияларды тейлөөгө кеткен чыгымдардын деңгээлин аныктайт.
Которуу технологиясына сереп салуу
Энергиянын ар кандай түрлөрүн колдонуу зарылчылыгы камсыздоо ресурсун талап кылган процесстердеги айырмачылыктарга байланыштуу. үчүн жылуулук талап кылынатжылытуу, механикалык энергия - механизмдердин кыймылын кубаттуу колдоо үчүн, ал эми жарык - жарык үчүн. Электрэнергияны трансформациялоо жагынан да, түрдүү тармактарда колдонуу мүмкүнчүлүктөрү боюнча да универсалдуу энергия булагы деп атоого болот. Баштапкы энергия катары адатта жаратылыш кубулуштары, ошондой эле бир эле жылуулуктун же механикалык күчтүн пайда болушуна көмөктөшүүчү жасалма уюшулган процесстер колдонулат. Ар бир учурда жабдуулардын белгилүү бир түрү же татаал технологиялык структура талап кылынат, ал негизи энергияны акыркы же аралык керектөө үчүн керектүү формага айландырууга мүмкүндүк берет. Мындан тышкары, конвертордун милдеттеринин ичинен энергияны бир түрдөн экинчи түргө өткөрүү катары трансформация гана эмес. Көбүнчө бул процесс энергиянын кээ бир параметрлерин кайра өзгөртпөстөн өзгөртүүгө да кызмат кылат.
Трансформация бир этаптуу же көп баскычтуу болушу мүмкүн. Мындан тышкары, мисалы, фотокристаллдык элементтерде күн генераторлорунун иштеши, адатта, жарык энергиясын электр энергиясына айландыруу катары каралат. Бирок ошол эле учурда ысытуунун натыйжасында Күн топуракка берген жылуулук энергиясын да айлантууга болот. Геотермалдык модулдар жердин белгилүү бир тереңдигинде жайгаштырылат жана атайын өткөргүчтөр аркылуу батареяларды энергия запасы менен толтурушат. Жөнөкөй конвертациялоо схемасында геотермалдык система жылуулук энергиясын сактоону камсыз кылат, ал жылуулук жабдууларына негизги даярдоо менен таза түрүндө берилет. Татаал түзүлүштө жылуулук насосу бир топко колдонулатжылуулукту жана электр энергиясын конвертациялоону камсыз кылган жылуулук конденсаторлору жана компрессорлору менен.
Электр энергиясын конвертациялоонун түрлөрү
Табигый кубулуштардан баштапкы энергияны алуунун ар кандай технологиялык ыкмалары бар. Бирок энергиянын касиеттерин жана формаларын өзгөртүү үчүн андан да көп мүмкүнчүлүктөр топтолгон энергетикалык ресурстар менен камсыз кылынат, анткени алар трансформацияга ыңгайлуу формада сакталат. Энергияны конвертациялоонун эң кеңири таралган түрлөрүнө радиациялык, жылытуу, механикалык жана химиялык эффекттер кирет. Эң татаал системалар молекулярдык ажыроо процесстерин жана бир нече трансформация этаптарын айкалыштырган көп деңгээлдүү химиялык реакцияларды колдонушат.
Трансформациянын конкреттүү ыкмасын тандоо процессти уюштуруунун шарттарына, баштапкы жана акыркы энергиянын түрүнө жараша болот. Энергиянын эң кеңири таралган түрлөрүнөн радиациялык, механикалык, жылуулук, электрдик жана химиялык энергияны бөлүп көрсөтүүгө болот, алар негизинен трансформация процесстерине катышат. Минимумда бул ресурстар ендуруште жана чарбаларда ийгиликтуу пайдаланылат. Белгилүү бир технологиялык операциянын туундулары болуп саналган энергияны өзгөртүүнүн кыйыр процесстерине өзүнчө көңүл бурулат. Мисалы, металлургиялык өндүрүштүн алкагында жылытуу жана муздатуу операциялары талап кылынат, анын натыйжасында буу жана жылуулук туунду катары түзүлөт, бирок максаттуу ресурстар эмес. Негизи булар кайра иштетүүнүн калдыктары,ошол эле ишкананын ичинде колдонулуп, өзгөртүлүп же колдонулууда.
Жылуулук энергиясын өзгөртүү
Өнүгүү жагынан эң байыркылардын бири жана адам жашоосун камсыз кылуу үчүн эң маанилүү энергия булактары, ансыз азыркы коомдун жашоосун элестетүү мүмкүн эмес. Көпчүлүк учурларда, жылуулук электр энергиясына айландырылат жана мындай трансформациянын жөнөкөй схемасы аралык баскычтарды кошууну талап кылбайт. Бирок жылуулук жана атомдук электр станцияларында алардын иштөө шарттарына жараша жылуулукту механикалык энергияга өткөрүү менен даярдоо стадиясы колдонулушу мүмкүн, бул кошумча чыгымдарды талап кылат. Бүгүнкү күндө жылуулук энергиясын электр энергиясына айландыруу үчүн түз иштеген термоэлектр генераторлор барган сайын көбүрөөк колдонулууда.
Трансформация процессинин өзү атайын затта жүрөт, ал күйүп, жылуулукту бөлүп чыгарат жана андан кийин учурдагы муундун булагы катары иштейт. Башкача айтканда, термоэлектрдик түзүлүштөрдү нөл цикли менен электр энергиянын булагы катары кароого болот, анткени алардын иштеши жылуулук энергиясынын базасы пайда болгонго чейин эле башталган. Негизги ресурс катары отун клеткалары, көбүнчө газ аралашмасы иштейт. Алар күйүп, натыйжада жылуулук бөлүштүрүүчү металл плитасы ысыйт. Жарым өткөргүч материалдары бар атайын генератор модулу аркылуу жылуулукту алып салуу процессинде энергия айланат. Электр тогун трансформаторго же аккумуляторго туташтырылган радиатор блогу жаратат. Биринчи вариантта энергиядароо даяр түрүндө керектөөчүгө барат, ал эми экинчисинде - топтолуп, зарылчылыкка жараша берилет.
Механикалык энергиядан жылуулук энергиясын өндүрүү
Ошондой эле трансформациянын натыйжасында энергия алуунун кеңири таралган жолдорунун бири. Анын маңызы денелердин жумуш аткаруу процессинде жылуулук энергиясын бөлүп чыгаруу жөндөмдүүлүгүнөн турат. Эң жөнөкөй түрдө, бул энергияны өзгөртүү схемасы эки жыгач буюмдун сүрүлүүсүнүн мисалы менен көрсөтүлүп, натыйжада өрт чыккан. Бирок бул принципти практикалык пайда менен колдонуу үчүн атайын түзмөктөр талап кылынат.
Үй чарбаларында механикалык энергиянын трансформациясы жылуулук жана суу менен камсыздоо системаларында ишке ашат. Булар магниттик чынжырлуу жана жабык электр өткөргүч схемаларга туташтырылган ламинатталган өзөгү бар татаал техникалык түзүлүштөр. Ошондой эле бул конструкциядагы жумушчу камеранын ичинде жылытуу түтүктөрү бар, алар дисктен жасалган иштин аракети менен жылытылат. Бул чечимдин кемчилиги системаны электр кубатына туташтыруу зарылчылыгы болуп саналат.
Өнөр жайы күчтүүрөөк суюктук менен муздатылган конвертерлерди колдонот. Механикалык иштердин булагы жабык суу резервуарларына туташтырылган. Аткаруучу органдардын (турбиналардын, калактардын же башка структуралык элементтердин) кыймыл процессинде контур ичинде куюндун пайда болушу үчүн шарттар түзүлөт. Бул бычактарды кескин тормоздоо учурларында болот. Жылытуудан тышкары, бул учурда басым дагы жогорулайт, бул процесстерди жеңилдететсуунун айлануусу.
Электромеханикалык энергиянын конверсиясы
Заманбап техникалык бөлүмдөрдүн көпчүлүгү электромеханика принциптеринде иштешет. Синхрондук жана асинхрондуу электр машиналары жана генераторлор транспортто, станоктарда, өнөр жай инженердик агрегаттарда жана башка электр станцияларында ар кандай максаттарда колдонулат. Башкача айтканда, энергияны конвертациялоонун электромеханикалык түрлөрү генератордун да, мотордун да иштөө режимдерине ылайыктуу, диск тутумунун учурдагы талаптарына жараша.
Жалпыланган түрдө ар кандай электрдик машинаны өз ара кыймылдуу магниттик туташкан электр чынжырларынын системасы катары кароого болот. Мындай кубулуштарга гистерезис, каныккандык, жогорку гармоникалар жана магниттик жоготуулар да кирет. Бирок классикалык көз карашта, система энергетикалык инфраструктурада иштеген динамикалык режимдер жөнүндө сөз болгондо гана аларды электрдик машиналардын аналогдоруна кошууга болот.
Энергияны электромеханикалык конверсиялоо системасы эки фазалуу жана үч фазалуу компоненттери бар эки реакциянын принцибине, ошондой эле магнит талаасынын айлануу ыкмасына негизделген. Моторлордун ротору жана статору магнит талаасынын таасири астында механикалык иштерди аткарышат. Заряддалган бөлүкчөлөрдүн кыймылынын багытына жараша иштөө режими орнотулат - мотор же генератор катары.
Химиялык энергиядан электр энергиясын алуу
Толук химиялык энергия булагы салттуу, бирок аны кайра түзүү ыкмалары анчалык кеңири таралган эмесэкологиялык чектөөлөргө байланыштуу. Өз алдынча, таза түрүндө химиялык энергия иш жүзүндө колдонулбайт - жок дегенде концентрацияланган реакциялар түрүндө. Ошол эле учурда, табигый химиялык процесстер адамды бардык жерде жогорку же аз энергиялуу байланыштар түрүндө курчап турат, алар, мисалы, жылуулуктун чыгышы менен күйүү учурунда. Бирок, химиялык энергияны кайра иштетүү өнөр жайдын айрым тармактарында максаттуу түрдө уюштурулган. Адатта, плазма генераторлорунда же газ турбинасында жогорку технологиялык күйүү үчүн шарттар түзүлөт. Бул процесстердин типтүү реактиви болуп электр энергиясын өндүрүүгө көмөктөшүүчү отун клеткасы саналат. Эффективдүүлүк көз карашынан алганда, электр энергиясын өндүрүүнүн альтернативалуу ыкмаларына салыштырмалуу мындай конверсиялар анчалык деле рентабелдүү эмес, анткени пайдалуу жылуулуктун бир бөлүгү заманбап плазма орнотмолорунда да бөлүнүп кетет.
Күн радиациясынын энергиясын өзгөртүү
Энергияны айландыруу ыкмасы катары, жакынкы келечекте күн нурун иштетүү процесси энергетика тармагында эң көп талап кылынышы мүмкүн. Бул бүгүнкү күндө да ар бир үй ээси теориялык жактан күн энергиясын электр энергиясына айландыруу үчүн жабдууларды сатып ала тургандыгы менен байланыштуу. Бул процесстин негизги өзгөчөлүгү - топтолгон күн нуру бекер. Дагы бир нерсе, бул процессти толугу менен чыгымсыз кылбайт. Биринчиден, күн батареяларын тейлөөгө чыгымдар талап кылынат. Экинчиден, бул типтеги генераторлор өздөрү арзан эмес, ошондуктан баштапкы салымӨзүнүн мини-энергетикалык станциясын уюштурганга аз эле адамдардын чамасы жетет.
Күн энергиясынын генератору деген эмне? Бул күн нурунун энергиясын электр энергиясына айландыруучу фотоэлектрдик панелдердин жыйындысы. Бул процесстин принциби көп жагынан транзистордун иштешине окшош. Кремний ар кандай варианттарда күн батареяларын өндүрүү үчүн негизги материал катары колдонулат. Мисалы, күн энергиясын айландыруу үчүн түзүлүш поли- жана монокристалл болушу мүмкүн. Экинчи параметр аткаруу жагынан артыкчылыктуу, бирок кымбатыраак. Эки учурда тең фотоэлемент жарыктандырылып, анын жүрүшүндө электроддор иштетилет жана алардын кыймыл процессинде электродинамикалык күч пайда болот.
Бу энергиясын конвертациялоо
Буу турбиналары өнөр жайда энергияны алгылыктуу түргө айландыруу ыкмасы катары да, ошондой эле атайын багытталган кадимки газ агымынан электр же жылуулуктун көз карандысыз генератору катары да колдонулушу мүмкүн. Электр энергиясын буу генераторлор менен айкалыштыруу үчүн түзүлүш катары турбиналык машиналар гана пайдаланылат, бирок алардын конструкциясы бул процессти жогорку эффективдүү уюштурууга оптималдуу ылайыктуу. Эң жөнөкөй техникалык чечим - бул лопаткалуу турбина, ага берилген буусу бар саптамалар кошулат. Бычактар кыймылдаган сайын аппараттын ичиндеги электромагниттик орнотуу айланып, механикалык иштер аткарылып, ток пайда болот.
Кээ бир турбинанын конструкцияларында барбуунун механикалык энергиясы кинетикалык энергияга айланган кадамдар түрүндөгү атайын кеңейтүүлөр. Аппараттын бул өзгөчөлүгү генератордун энергиясын өзгөртүүнүн натыйжалуулугун жогорулатуу кызыкчылыктары же так кинетикалык потенциалды өнүктүрүү муктаждыгы менен эмес, турбинанын иштешин ийкемдүү жөнгө салуу мүмкүнчүлүгүн камсыз кылуу менен аныкталат. Турбинанын кеңейиши өндүрүлгөн энергиянын көлөмүн эффективдүү жана коопсуз жөнгө салууга мүмкүндүк берген башкаруу функциясын камсыз кылат. Айтмакчы, конверсия процессине кирген кеңейүүнүн жумушчу аймагы активдүү басым баскычы деп аталат.
Энергияны өткөрүү ыкмалары
Энергияны трансформациялоо ыкмаларын аны берүү түшүнүгүсүз кароого болбойт. Бүгүнкү күнгө чейин, энергия өткөрүлүп жаткан денелердин өз ара аракеттенүүсүнүн төрт жолу бар - электрдик, гравитациялык, ядролук жана алсыз. Бул контекстте өткөрүүнү алмашуу ыкмасы катары да кароого болот, ошондуктан, негизинен, энергияны берүүдөгү иштин аткарылышы жана жылуулук берүү функциясы бөлүнөт. Энергиянын кандай трансформациялары жумушту камтыйт? Типтүү мисал - макроскопиялык денелер же денелердин жеке бөлүкчөлөрү мейкиндикте кыймылдаган механикалык күч. Механикалык күчтөн тышкары магниттик жана электрдик жумуштар да айырмаланат. Иштин дээрлик бардык түрлөрү үчүн негизги бириктирүүчү өзгөчөлүк алардын ортосундагы трансформацияны толук сандык эсепке алуу мүмкүнчүлүгү болуп саналат. Башкача айтканда, электр энергиясы трансформацияланатмеханикалык энергия, магниттик потенциалга механикалык иш ж.б. Жылуулук берүү да энергияны өткөрүүнүн кеңири таралган жолу болуп саналат. Ал багыттуу эмес же баш аламан болушу мүмкүн, бирок кандай болгон күндө да микроскопиялык бөлүкчөлөрдүн кыймылы бар. Активдештирилген бөлүкчөлөрдүн саны жылуулуктун көлөмүн аныктайт - пайдалуу жылуулук.
Тыянак
Энергиянын бир түрдөн экинчи түргө өтүшү кадыресе көрүнүш, ал эми кээ бир тармактарда өндүрүштүн энергетикалык процессинин милдеттүү шарты. Ар кандай учурларда бул этапты кошуунун зарылчылыгы ресурстарды түзүүнүн экономикалык, технологиялык, экологиялык жана башка факторлору менен түшүндүрүлөт. Ошону менен бирге энергияны трансформациялоонун табигый жана жасалма жол менен уюштурулган жолдорунун ар түрдүүлүгүнө карабастан, трансформация процесстерин камсыз кылуучу установкалардын басымдуу көпчүлүгү электр энергиясы, жылуулук жана механикалык жумуштар үчүн гана колдонулат. Электр энергиясын айландыруу каражаттары эң кеңири таралган. Механикалык иштердин индукция принциби боюнча электр энергиясына айландыруу-ну камсыз кылуучу электр машиналары, мисалы, татаал техникалык приборлор, агрегаттар жана приборлор тартылган дээрлик бардык жерлерде колдонулат. Жана бул тенденция азайбай жатат, анткени адамзат энергия өндүрүүнүн тынымсыз өсүшүнө муктаж, бул бизди биринчи энергиянын жаңы булактарын издөөгө мажбурлайт. Азыркы учурда энергетика тармагындагы эң келечектүү багыттар генерациялык системалар болуп саналатКүн, шамал жана суу чыгарган механикалык энергиядан келип чыккан электр энергиясы жаратылышта агып чыгат.
