Insoniyat ehtiyojlarini yetarli energiya bilan ta’minlash zamonaviy fan oldidagi asosiy vazifalardan biridir. Jamiyatning mavjudligi uchun asosiy shart-sharoitlarni saqlashga qaratilgan jarayonlarning energiya sarfini oshirish bilan bog'liq holda, nafaqat katta hajmdagi energiya ishlab chiqarishda, balki uni taqsimlash tizimlarini muvozanatli tashkil etishda ham o'tkir muammolar paydo bo'ladi. Va energiya konvertatsiyasi mavzusi bu kontekstda muhim ahamiyatga ega. Bu jarayon foydali energiya salohiyatini ishlab chiqarish koeffitsientini, shuningdek foydalanilayotgan infratuzilma doirasida texnologik operatsiyalarga xizmat ko‘rsatish xarajatlari darajasini belgilaydi.
Konvertatsiya texnologiyasi haqida umumiy ma'lumot
Har xil turdagi energiyadan foydalanish zarurati ta'minot manbasini talab qiladigan jarayonlardagi farqlar bilan bog'liq. uchun issiqlik talab qilinadiisitish, mexanik energiya - mexanizmlar harakatini quvvat bilan ta'minlash uchun va yorug'lik - yoritish uchun. Elektr energiyasini o'zining o'zgarishi nuqtai nazaridan ham, turli sohalarda qo'llash imkoniyatlari jihatidan ham universal energiya manbai deb atash mumkin. Boshlang'ich energiya sifatida odatda tabiiy hodisalar, shuningdek, bir xil issiqlik yoki mexanik kuchning paydo bo'lishiga hissa qo'shadigan sun'iy ravishda tashkil etilgan jarayonlar ishlatiladi. Har bir holatda ma'lum turdagi uskunalar yoki murakkab texnologik tuzilma talab qilinadi, bu esa printsipial jihatdan energiyani yakuniy yoki oraliq iste'mol qilish uchun zarur bo'lgan shaklga aylantirish imkonini beradi. Bundan tashqari, konvertorning vazifalari orasida nafaqat transformatsiya energiyani bir shakldan ikkinchisiga o'tkazish sifatida ajralib turadi. Ko'pincha bu jarayon energiyaning ba'zi parametrlarini uni o'zgartirmasdan o'zgartirishga ham xizmat qiladi.
Transformatsiya bir bosqichli yoki koʻp bosqichli boʻlishi mumkin. Bundan tashqari, masalan, quyosh generatorlarining fotokristalli elementlarda ishlashi odatda yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga aylantirish sifatida qaraladi. Ammo shu bilan birga, isitish natijasida Quyoshning tuproqqa beradigan issiqlik energiyasini aylantirish ham mumkin. Geotermal modullar erga ma'lum bir chuqurlikda joylashtiriladi va maxsus o'tkazgichlar orqali batareyalarni energiya zahiralari bilan to'ldiradi. Oddiy konvertatsiya qilish sxemasida geotermal tizim issiqlik energiyasini saqlashni ta'minlaydi, bu esa isitish uskunasiga asosiy tayyorgarlik bilan sof shaklda beriladi. Murakkab tuzilishda issiqlik pompasi bitta guruhda qo'llaniladiissiqlik va elektr energiyasini konversiyalashni ta'minlaydigan issiqlik kondensatorlari va kompressorlari bilan.
Elektr energiyasini konversiyalash turlari
Tabiat hodisalaridan birlamchi energiya olishning turli texnologik usullari mavjud. Ammo energiyaning xossalari va shakllarini o'zgartirish uchun ko'proq imkoniyatlar to'plangan energiya resurslari bilan ta'minlanadi, chunki ular transformatsiya uchun qulay shaklda saqlanadi. Energiyani aylantirishning eng keng tarqalgan shakllariga radiatsiya, isitish, mexanik va kimyoviy ta'sirlar kiradi. Eng murakkab tizimlar molekulyar parchalanish jarayonlari va bir nechta transformatsiya bosqichlarini birlashtirgan koʻp bosqichli kimyoviy reaksiyalardan foydalanadi.
Muayyan transformatsiya usulini tanlash jarayonni tashkil qilish shartlariga, boshlang'ich va yakuniy energiya turiga bog'liq bo'ladi. Radiant, mexanik, issiqlik, elektr va kimyoviy energiyani, asosan, transformatsiya jarayonlarida ishtirok etadigan eng keng tarqalgan energiya turlaridan ajratish mumkin. Hech bo'lmaganda, bu resurslar sanoat va uy xo'jaliklarida muvaffaqiyatli qo'llaniladi. Muayyan texnologik operatsiyaning hosilalari bo'lgan energiya konversiyasining bilvosita jarayonlari alohida e'tiborga loyiqdir. Masalan, metallurgiya ishlab chiqarishi doirasida isitish va sovutish operatsiyalari talab qilinadi, buning natijasida bug 'va issiqlik hosil bo'ladi, lekin maqsadli resurslar emas. Aslida, bu qayta ishlash chiqindilari,ular ham bitta korxona ichida foydalanilmoqda, o'zgartirilmoqda yoki foydalanilmoqda.
Issiqlik energiyasini aylantirish
Taraqqiyot nuqtai nazaridan eng qadimiylardan biri va inson hayotini ta'minlash uchun eng muhim energiya manbalaridan biri bo'lib, ularsiz zamonaviy jamiyat hayotini tasavvur qilib bo'lmaydi. Ko'pgina hollarda issiqlik elektr energiyasiga aylanadi va bunday transformatsiyaning oddiy sxemasi oraliq bosqichlarni ulashni talab qilmaydi. Biroq, issiqlik va atom elektr stantsiyalarida, ularning ish sharoitlariga qarab, issiqlikni mexanik energiyaga o'tkazish bilan tayyorgarlik bosqichi qo'llanilishi mumkin, bu esa qo'shimcha xarajatlarni talab qiladi. Bugungi kunda issiqlik energiyasini elektr energiyasiga aylantirish uchun to'g'ridan-to'g'ri ishlaydigan termoelektr generatorlari tobora ko'proq foydalanilmoqda.
Transformatsiya jarayonining o'zi yondiriladigan, issiqlikni chiqaradigan va keyinchalik oqim hosil qilish manbai bo'lib xizmat qiladigan maxsus moddada sodir bo'ladi. Ya'ni, termoelektrik qurilmalar nol aylanishli elektr energiyasi manbalari sifatida ko'rib chiqilishi mumkin, chunki ularning ishlashi asosiy issiqlik energiyasi paydo bo'lishidan oldin ham boshlangan. Yoqilg'i xujayralari, odatda gaz aralashmalari, asosiy manba sifatida ishlaydi. Ular yondiriladi, buning natijasida issiqlik taqsimlovchi metall plastinka isitiladi. Yarimo'tkazgichli materiallar bilan maxsus generator moduli orqali issiqlikni olib tashlash jarayonida energiya aylanadi. Elektr toki transformator yoki akkumulyatorga ulangan radiator bloki tomonidan ishlab chiqariladi. Birinchi versiyada energiyadarhol tayyor shaklda iste'molchiga boradi, ikkinchisida esa - to'planadi va kerak bo'lganda beriladi.
Mexanik energiyadan issiqlik energiyasini ishlab chiqarish
Shuningdek, transformatsiya natijasida energiya olishning eng keng tarqalgan usullaridan biri. Uning mohiyati ishni bajarish jarayonida jismlarning issiqlik energiyasini chiqarish qobiliyatidadir. Eng oddiy shaklda, bu energiyani o'zgartirish sxemasi yong'inga olib keladigan ikkita yog'och buyumning ishqalanishi misolida ko'rsatilgan. Biroq, bu tamoyildan aniq amaliy foyda keltirish uchun maxsus qurilmalar talab qilinadi.
Uy xo'jaliklarida mexanik energiyaning o'zgarishi issiqlik va suv ta'minoti tizimlarida sodir bo'ladi. Bu yopiq elektr o'tkazuvchan davrlarga ulangan magnit kontur va laminatlangan yadroli murakkab texnik tuzilmalar. Shuningdek, ushbu dizayndagi ish kamerasi ichida isitish quvurlari mavjud bo'lib, ular haydovchidan bajarilgan ish ta'sirida isitiladi. Ushbu yechimning kamchiliklari tizimni tarmoqqa ulash zaruratidir.
Sanoat yanada kuchli suyuqlik bilan sovutilgan konvertorlardan foydalanadi. Mexanik ish manbai yopiq suv idishlariga ulangan. Ijro etuvchi organlarning (turbinalar, pichoqlar yoki boshqa tuzilmaviy elementlar) harakati jarayonida sxema ichida vorteks shakllanishi uchun sharoitlar yaratiladi. Bu pichoqlarni keskin tormozlash daqiqalarida sodir bo'ladi. Isitishdan tashqari, bu holda bosim ham ortadi, bu jarayonlarni osonlashtiradisuv aylanishi.
Elektromexanik energiyani aylantirish
Aksariyat zamonaviy texnik birliklar elektromexanika tamoyillari asosida ishlaydi. Sinxron va asinxron elektr mashinalari va generatorlari transportda, stanoklarda, sanoat muhandislik bloklarida va boshqa elektr stantsiyalarida turli maqsadlarda qo'llaniladi. Ya'ni, energiya konversiyasining elektromexanik turlari haydovchi tizimining joriy talablariga qarab ham generator, ham dvigatel ish rejimlarida qo'llaniladi.
Umumlashtirilgan shaklda har qanday elektr mashinasini oʻzaro harakatlanuvchi magnit bogʻlangan elektr zanjirlari tizimi sifatida koʻrish mumkin. Bunday hodisalarga histerezis, to'yinganlik, yuqori harmoniklar va magnit yo'qotishlar ham kiradi. Ammo klassik nuqtai nazarga ko'ra, agar biz tizim energiya infratuzilmasi doirasida ishlayotgan dinamik rejimlar haqida gapiradigan bo'lsak, ularni elektr mashinalarining analoglari bilan bog'lash mumkin.
Energiyani elektromexanik konversiyalash tizimi ikki fazali va uch fazali komponentlar bilan ikkita reaksiya printsipiga, shuningdek magnit maydonlarni aylantirish usuliga asoslangan. Dvigatellarning rotori va statori magnit maydon ta'sirida mexanik ishlarni bajaradi. Zaryadlangan zarrachalarning harakat yo'nalishiga qarab, ish rejimi o'rnatiladi - dvigatel yoki generator sifatida.
Kimyoviy energiyadan elektr energiyasi ishlab chiqarish
Jami kimyoviy energiya manbai an'anaviy, ammo uni o'zgartirish usullari unchalik keng tarqalgan emasekologik cheklovlar tufayli. O'z-o'zidan, kimyoviy energiya sof shaklda deyarli ishlatilmaydi - hech bo'lmaganda konsentrlangan reaktsiyalar shaklida. Shu bilan birga, tabiiy kimyoviy jarayonlar odamni hamma joyda yuqori yoki past energiyali aloqalar shaklida o'rab oladi, ular, masalan, issiqlik chiqishi bilan yonish paytida namoyon bo'ladi. Biroq, kimyoviy energiyani aylantirish sanoatning ayrim tarmoqlarida maqsadli tashkil etilgan. Odatda plazma generatorlari yoki gaz turbinalarida yuqori texnologiyali yonish uchun sharoitlar yaratiladi. Ushbu jarayonlarning odatiy reaktivi elektr energiyasini ishlab chiqarishga hissa qo'shadigan yonilg'i xujayrasi hisoblanadi. Samaradorlik nuqtai nazaridan bunday konversiya elektr energiyasini ishlab chiqarishning muqobil usullariga nisbatan unchalik foydali emas, chunki foydali issiqlikning bir qismi hatto zamonaviy plazma qurilmalarida ham tarqaladi.
Quyosh radiatsiyasi energiyasini konvertatsiya qilish
Energiyani aylantirish usuli sifatida yaqin kelajakda quyosh nurlarini qayta ishlash jarayoni energetika sohasida eng koʻp talab qilinadigan jarayonga aylanishi mumkin. Buning sababi shundaki, bugungi kunda ham har bir uy egasi nazariy jihatdan quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish uchun uskunalar sotib olishi mumkin. Ushbu jarayonning asosiy xususiyati shundaki, to'plangan quyosh nuri bepul. Yana bir narsa shundaki, bu jarayonni butunlay xarajatsiz qilmaydi. Birinchidan, quyosh batareyalariga texnik xizmat ko'rsatish uchun xarajatlar talab qilinadi. Ikkinchidan, ushbu turdagi generatorlarning o'zlari arzon emas, shuning uchun dastlabki investitsiyalarO'zining mini-energiya stansiyasini tashkil qilish uchun kam odamning qurbi yetadi.
Quyosh energiyasi generatori nima? Bu quyosh nuri energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan fotovoltaik panellar to'plami. Ushbu jarayonning printsipi ko'p jihatdan tranzistorning ishlashiga o'xshaydi. Silikon turli xil versiyalarda quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun asosiy material sifatida ishlatiladi. Misol uchun, quyosh energiyasini aylantirish uchun qurilma poli- va bir kristalli bo'lishi mumkin. Ikkinchi variant ishlash jihatidan afzalroq, lekin qimmatroq. Ikkala holatda ham fotoelement yoritiladi, bunda elektrodlar faollashadi va ularning harakati jarayonida elektrodinamik kuch hosil bo'ladi.
Bugʻ energiyasini aylantirish
Bugʻ turbinalari sanoatda energiyani maqbul shaklga aylantirish usuli sifatida ham, maxsus yoʻn altirilgan anʼanaviy gaz oqimlaridan mustaqil elektr yoki issiqlik generatori sifatida ham qoʻllanilishi mumkin. Elektr energiyasini bug 'generatorlari bilan birgalikda aylantirish uchun qurilmalar sifatida faqat turbinali mashinalar qo'llaniladi, ammo ularning dizayni ushbu jarayonni yuqori samaradorlik bilan tashkil qilish uchun eng mos keladi. Eng oddiy texnik yechim - bu bug 'bilan nozullar ulangan pichoqli turbina. Pichoqlar harakatlanayotganda, apparat ichidagi elektromagnit o'rnatish aylanadi, mexanik ish bajariladi va oqim hosil bo'ladi.
Ba'zi turbinalar konstruksiyalariga egabug'ning mexanik energiyasi kinetik energiyaga aylanadigan qadamlar ko'rinishidagi maxsus kengaytmalar. Qurilmaning bu xususiyati generatorning energiyasini konversiyalash samaradorligini oshirish manfaatlari yoki aniq kinetik potentsialni rivojlantirish zarurati bilan emas, balki turbinaning ishlashini moslashuvchan tartibga solish imkoniyati bilan belgilanadi. Turbinadagi kengayish ishlab chiqarilgan energiya miqdorini samarali va xavfsiz tartibga solish imkonini beruvchi boshqaruv funktsiyasini ta'minlaydi. Aytgancha, konvertatsiya jarayoniga kiritilgan kengayishning ish maydoni faol bosim bosqichi deb ataladi.
Energiyani uzatish usullari
Energiyani o'zgartirish usullarini uni uzatish tushunchasisiz ko'rib chiqish mumkin emas. Bugungi kunga kelib, energiya uzatiladigan jismlarning o'zaro ta'sirining to'rtta usuli mavjud - elektr, tortishish, yadro va kuchsiz. Ushbu kontekstda uzatishni almashinuv usuli sifatida ham ko'rib chiqish mumkin, shuning uchun printsipial ravishda energiyani uzatishda ishlarning bajarilishi va issiqlik uzatish funktsiyasi ajratiladi. Energiyaning qanday o'zgarishlari ish bilan bog'liq? Oddiy misol - makroskopik jismlar yoki jismlarning alohida zarralari kosmosda harakatlanadigan mexanik kuch. Mexanik kuchdan tashqari, magnit va elektr ishlari ham ajralib turadi. Deyarli barcha turdagi ishlarning asosiy birlashtiruvchi xususiyati ular orasidagi o'zgarishlarni to'liq aniqlash qobiliyatidir. Ya'ni, elektr energiyasiga aylanadimexanik energiya, magnit potentsialga mexanik ish va boshqalar. Issiqlik uzatish ham energiyani uzatishning keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Bu yo'nalishsiz yoki xaotik bo'lishi mumkin, lekin har qanday holatda, mikroskopik zarralar harakati mavjud. Faollashtirilgan zarrachalar soni issiqlik miqdorini aniqlaydi - foydali issiqlik.
Xulosa
Energiyaning bir shakldan ikkinchisiga oʻtishi normal holat boʻlib, ayrim tarmoqlarda ishlab chiqarish energiya jarayoni uchun zaruriy shartdir. Turli hollarda ushbu bosqichni kiritish zaruriyatini resurslarni yaratishning iqtisodiy, texnologik, ekologik va boshqa omillari bilan izohlash mumkin. Shu bilan birga, energiyani aylantirishning tabiiy va sun'iy ravishda tashkil etilgan usullarining xilma-xilligiga qaramay, transformatsiya jarayonlarini ta'minlaydigan qurilmalarning aksariyati faqat elektr, issiqlik va mexanik ishlar uchun ishlatiladi. Elektr energiyasini aylantirish uchun vositalar eng keng tarqalgan. Mexanik ishlarni induksiya printsipiga ko'ra elektrga aylantirishni ta'minlaydigan elektr mashinalari, masalan, murakkab texnik qurilmalar, yig'ilishlar va qurilmalar ishtirok etadigan deyarli barcha sohalarda qo'llaniladi. Va bu tendentsiya pasaymaydi, chunki insoniyat energiya ishlab chiqarishni doimiy ravishda oshirishga muhtoj, bu bizni birlamchi energiyaning yangi manbalarini izlashga majbur qiladi. Hozirgi vaqtda energetika sohasidagi eng istiqbolli yo'nalishlar ishlab chiqarish tizimlari hisoblanaditabiatda quyosh, shamol va suv oqimi tomonidan ishlab chiqarilgan mexanik energiyadan elektr energiyasi.
