Sigurimi i nevojave të njerëzimit me energji të mjaftueshme është një nga detyrat kryesore me të cilat përballet shkenca moderne. Në lidhje me rritjen e konsumit të energjisë të proceseve që synojnë ruajtjen e kushteve themelore për ekzistencën e shoqërisë, lindin probleme akute jo vetëm në prodhimin e sasive të mëdha të energjisë, por edhe në organizimin e ekuilibruar të sistemeve të saj të shpërndarjes. Dhe tema e konvertimit të energjisë është e një rëndësie kyçe në këtë kontekst. Ky proces përcakton koeficientin e gjenerimit të potencialit të dobishëm të energjisë, si dhe nivelin e kostove për servisimin e operacioneve teknologjike brenda kuadrit të infrastrukturës së përdorur.
Konverto përmbledhjen e teknologjisë
Nevoja për të përdorur lloje të ndryshme të energjisë shoqërohet me ndryshime në procese që kërkojnë një burim furnizimi. Nxehtësia kërkohet përngrohja, energjia mekanike - për mbështetjen e fuqisë së lëvizjes së mekanizmave, dhe drita - për ndriçimin. Energjia elektrike mund të quhet burim universal i energjisë si për nga transformimi i tij ashtu edhe për nga mundësitë e aplikimit në fusha të ndryshme. Si energji fillestare, zakonisht përdoren fenomene natyrore, si dhe procese të organizuara artificialisht që kontribuojnë në gjenerimin e të njëjtës nxehtësi ose forcë mekanike. Në çdo rast, kërkohet një lloj pajisjeje ose një strukturë komplekse teknologjike, e cila, në parim, lejon shndërrimin e energjisë në formën e nevojshme për konsum përfundimtar ose të ndërmjetëm. Për më tepër, ndër detyrat e konvertuesit, jo vetëm që shquhet transformimi si transferimi i energjisë nga një formë në tjetrën. Shpesh ky proces shërben edhe për të ndryshuar disa parametra të energjisë pa transformimin e saj.
Transformimi si i tillë mund të jetë njëfazor ose shumëfazor. Përveç kësaj, për shembull, funksionimi i gjeneratorëve diellorë në qelizat fotokristaline zakonisht konsiderohet si shndërrim i energjisë së dritës në energji elektrike. Por në të njëjtën kohë, është gjithashtu i mundur konvertimi i energjisë termike që dielli i jep tokës si rezultat i ngrohjes. Modulet gjeotermale vendosen në një thellësi të caktuar në tokë dhe, nëpërmjet përçuesve të veçantë, mbushin bateritë me rezerva energjie. Në një skemë të thjeshtë konvertimi, sistemi gjeotermik siguron ruajtjen e energjisë termike, e cila i jepet pajisjes ngrohëse në formën e saj të pastër me përgatitjen bazë. Në një strukturë komplekse, një pompë nxehtësie përdoret në një grup të vetëmme kondensatorë nxehtësie dhe kompresorë që sigurojnë konvertimin e nxehtësisë dhe energjisë elektrike.
Llojet e konvertimit të energjisë elektrike
Ekzistojnë metoda të ndryshme teknologjike për nxjerrjen e energjisë primare nga dukuritë natyrore. Por edhe më shumë mundësi për ndryshimin e vetive dhe formave të energjisë ofrohen nga burimet e akumuluara të energjisë, pasi ato ruhen në një formë të përshtatshme për transformim. Format më të zakonshme të konvertimit të energjisë përfshijnë operacionet e rrezatimit, ngrohjes, efektet mekanike dhe kimike. Sistemet më komplekse përdorin procese të kalbjes molekulare dhe reaksione kimike me shumë nivele që kombinojnë hapa të shumtë transformimi.
Zgjedhja e një metode specifike të transformimit do të varet nga kushtet e organizimit të procesit, lloji i energjisë fillestare dhe përfundimtare. Energjia rrezatuese, mekanike, termike, elektrike dhe kimike mund të dallohen ndër llojet më të zakonshme të energjisë që, në parim, marrin pjesë në proceset e transformimit. Së paku, këto burime shfrytëzohen me sukses në industri dhe familje. Vëmendje e veçantë meriton proceset indirekte të shndërrimit të energjisë, të cilat janë derivate të një operacioni të veçantë teknologjik. Për shembull, në kuadrin e prodhimit metalurgjik, kërkohen operacione ngrohje dhe ftohje, si rezultat i të cilave avulli dhe nxehtësia gjenerohen si derivate, por jo burime të synuara. Në thelb, këto janë produkte të mbeturinave të përpunimit,që po përdoren, transformohen ose përdoren gjithashtu brenda së njëjtës ndërmarrje.
Konvertimi i energjisë termike
Një nga më të vjetrat për nga zhvillimi dhe burimet më të rëndësishme të energjisë për ruajtjen e jetës njerëzore, pa të cilin është e pamundur të imagjinohet jeta e shoqërisë moderne. Në shumicën e rasteve, nxehtësia shndërrohet në energji elektrike, dhe një skemë e thjeshtë për një transformim të tillë nuk kërkon lidhjen e fazave të ndërmjetme. Megjithatë, në termocentralet dhe ato bërthamore, në varësi të kushteve të funksionimit të tyre, mund të përdoret një fazë përgatitore me transferimin e energjisë termike në mekanike, e cila kërkon kosto shtesë. Sot, gjeneratorët termoelektrikë me veprim të drejtpërdrejtë po përdoren gjithnjë e më shumë për të kthyer energjinë termike në energji elektrike.
Vetë procesi i transformimit zhvillohet në një substancë të veçantë që digjet, çliron nxehtësinë dhe më pas vepron si burim i gjenerimit aktual. Domethënë, instalimet termoelektrike mund të konsiderohen si burime të energjisë elektrike me cikël zero, pasi funksionimi i tyre fillon edhe para shfaqjes së energjisë termike bazë. Qelizat e karburantit, zakonisht përzierjet e gazit, veprojnë si burimi kryesor. Ato digjen, si rezultat i së cilës nxehet pllaka metalike që shpërndan nxehtësinë. Në procesin e heqjes së nxehtësisë përmes një moduli të veçantë gjeneratori me materiale gjysmëpërçuese, energjia konvertohet. Rryma elektrike gjenerohet nga një njësi radiatori e lidhur me një transformator ose bateri. Në versionin e parë, energjiamenjëherë shkon te konsumatori në formë të përfunduar, dhe në të dytën - grumbullohet dhe jepet sipas nevojës.
Gjenerimi i energjisë termike nga energjia mekanike
Gjithashtu një nga mënyrat më të zakonshme për të marrë energji si rezultat i transformimit. Thelbi i tij qëndron në aftësinë e trupave për të lëshuar energji termike në procesin e kryerjes së punës. Në formën e saj më të thjeshtë, kjo skemë e transformimit të energjisë demonstrohet me shembullin e fërkimit të dy objekteve prej druri, që rezulton në zjarr. Megjithatë, për të përdorur këtë parim me përfitime praktike të prekshme, kërkohen pajisje speciale.
Në familje, transformimi i energjisë mekanike bëhet në sistemet e ngrohjes dhe furnizimit me ujë. Këto janë struktura komplekse teknike me një qark magnetik dhe një bërthamë të laminuar të lidhur me qarqe të mbyllura përçuese elektrike. Gjithashtu brenda dhomës së punës të këtij dizajni janë tubat e ngrohjes, të cilët nxehen nën veprimin e punës së bërë nga disku. Disavantazhi i kësaj zgjidhjeje është nevoja për të lidhur sistemin me rrjetin elektrik.
Industria përdor konvertues më të fuqishëm të ftohur me lëng. Burimi i punës mekanike është i lidhur me rezervuarët e mbyllur të ujit. Në procesin e lëvizjes së organeve ekzekutive (turbina, tehe ose elementë të tjerë strukturorë), brenda qarkut krijohen kushte për formimin e vorbullës. Kjo ndodh gjatë momenteve të frenimit të mprehtë të teheve. Përveç ngrohjes, në këtë rast rritet edhe presioni, gjë që lehtëson procesetqarkullimi i ujit.
Shndërrimi i energjisë elektromekanike
Shumica e njësive teknike moderne punojnë në parimet e elektromekanikës. Makinat dhe gjeneratorët elektrike sinkron dhe asinkron përdoren në transport, vegla makinerish, njësi inxhinierike industriale dhe termocentrale të tjera për qëllime të ndryshme. Kjo do të thotë, llojet elektromekanike të konvertimit të energjisë janë të zbatueshme për të dy mënyrat e funksionimit të gjeneratorit dhe motorit, në varësi të kërkesave aktuale të sistemit të lëvizjes.
Në një formë të përgjithësuar, çdo makinë elektrike mund të konsiderohet si një sistem i qarqeve elektrike të lidhura magnetikisht në lëvizje reciproke. Fenomene të tilla përfshijnë gjithashtu histerezën, ngopjen, harmonikat më të larta dhe humbjet magnetike. Por në këndvështrimin klasik, ato mund t'i atribuohen analogëve të makinave elektrike vetëm nëse flasim për mënyra dinamike kur sistemi funksionon brenda infrastrukturës së energjisë.
Sistemi i konvertimit elektromekanik të energjisë bazohet në parimin e dy reaksioneve me komponentë dyfazorë dhe trefazorë, si dhe në metodën e rrotullimit të fushave magnetike. Rotori dhe statori i motorëve kryejnë punë mekanike nën ndikimin e një fushe magnetike. Në varësi të drejtimit të lëvizjes së grimcave të ngarkuara, mënyra e funksionimit caktohet - si motor ose gjenerator.
Prodhimi i energjisë elektrike nga energjia kimike
Burimi i përgjithshëm i energjisë kimike është tradicional, por metodat e transformimit të tij nuk janë aq të zakonshmepër shkak të kufizimeve mjedisore. Në vetvete, energjia kimike në formën e saj të pastër praktikisht nuk përdoret - të paktën në formën e reaksioneve të përqendruara. Në të njëjtën kohë, proceset kimike natyrore rrethojnë një person kudo në formën e lidhjeve me energji të lartë ose të ulët, të cilat manifestohen, për shembull, gjatë djegies me lëshimin e nxehtësisë. Megjithatë, konvertimi i energjisë kimike është organizuar me qëllim në disa industri. Zakonisht, krijohen kushte për djegie të teknologjisë së lartë në gjeneratorët e plazmës ose turbinat me gaz. Një reaktant tipik i këtyre proceseve është një qelizë karburanti, e cila kontribuon në prodhimin e energjisë elektrike. Nga pikëpamja e efikasitetit, konvertime të tilla nuk janë aq fitimprurëse në krahasim me metodat alternative të prodhimit të energjisë elektrike, pasi një pjesë e nxehtësisë së dobishme shpërndahet edhe në instalimet moderne të plazmës.
Shndërrimi i energjisë së rrezatimit diellor
Si një mënyrë për të kthyer energjinë, procesi i përpunimit të dritës së diellit në të ardhmen e afërt mund të bëhet më i kërkuari në sektorin e energjisë. Kjo për faktin se edhe sot çdo pronar i shtëpisë mund të blejë teorikisht pajisje për shndërrimin e energjisë diellore në energji elektrike. Karakteristika kryesore e këtij procesi është se rrezet e diellit të akumuluara janë pa pagesë. Një tjetër gjë është se kjo nuk e bën procesin plotësisht pa kosto. Së pari, kostot do të kërkohen për mirëmbajtjen e baterive diellore. Së dyti, vetë gjeneratorët e këtij lloji nuk janë të lirë, kështu që investimi fillestar nëPak njerëz mund të përballojnë organizimin e mini-stacionit të tyre të energjisë.
Çfarë është një gjenerator i energjisë diellore? Ky është një grup panelesh fotovoltaike që konvertojnë energjinë e dritës së diellit në energji elektrike. Vetë parimi i këtij procesi është në shumë mënyra i ngjashëm me funksionimin e një transistori. Siliconi përdoret si materiali kryesor për prodhimin e qelizave diellore në versione të ndryshme. Për shembull, një pajisje për konvertimin e energjisë diellore mund të jetë poli- dhe një-kristal. Opsioni i dytë është i preferueshëm për sa i përket performancës, por është më i shtrenjtë. Në të dyja rastet, fotocela ndriçohet, gjatë së cilës elektrodat aktivizohen dhe në procesin e lëvizjes së tyre krijohet një forcë elektrodinamike.
Konvertimi i energjisë me avull
Turbinat me avull mund të përdoren në industri si një mënyrë për të transformuar energjinë në një formë të pranueshme dhe si një gjenerues i pavarur i energjisë elektrike ose nxehtësisë nga rrjedhat konvencionale të gazit të drejtuara posaçërisht. Jo vetëm makinat me turbina përdoren si pajisje për konvertimin e energjisë elektrike në kombinim me gjeneratorët e avullit, por dizajni i tyre është i përshtatshëm në mënyrë optimale për organizimin e këtij procesi me efikasitet të lartë. Zgjidhja më e thjeshtë teknike është një turbinë me tehe, në të cilën janë lidhur hundëzat me avull të furnizuar. Ndërsa fletët lëvizin, instalimi elektromagnetik brenda aparatit rrotullohet, kryhet punë mekanike dhe gjenerohet rrymë.
Disa modele turbinash kanëzgjatime të veçanta në formë hapash, ku energjia mekanike e avullit shndërrohet në energji kinetike. Kjo veçori e pajisjes përcaktohet jo aq nga interesat e rritjes së efikasitetit të konvertimit të energjisë së gjeneratorit ose nevoja për të zhvilluar pikërisht potencialin kinetik, por duke ofruar mundësinë e rregullimit fleksibël të funksionimit të turbinës. Zgjerimi në turbinë siguron një funksion kontrolli që lejon rregullimin efikas dhe të sigurt të sasisë së energjisë së prodhuar. Nga rruga, zona e punës e zgjerimit, e cila përfshihet në procesin e konvertimit, quhet faza e presionit aktiv.
Metodat e transferimit të energjisë
Metodat e transformimit të energjisë nuk mund të konsiderohen pa konceptin e transferimit të saj. Deri më sot, ekzistojnë katër mënyra të bashkëveprimit të trupave në të cilat transferohet energjia - elektrike, gravitacionale, bërthamore dhe e dobët. Transferimi në këtë kontekst mund të konsiderohet edhe si një metodë shkëmbimi, prandaj në parim ndahen kryerja e punës në transferimin e energjisë dhe funksioni i transferimit të nxehtësisë. Cilat transformime të energjisë përfshijnë kryerjen e punës? Një shembull tipik është një forcë mekanike, në të cilën trupat makroskopikë ose grimcat individuale të trupave lëvizin në hapësirë. Përveç forcës mekanike, dallohen edhe puna magnetike dhe elektrike. Një tipar kyç unifikues për pothuajse të gjitha llojet e punës është aftësia për të vlerësuar plotësisht transformimin ndërmjet tyre. Domethënë, energjia elektrike shndërrohet nëenergjia mekanike, puna mekanike në potencial magnetik, etj. Transferimi i nxehtësisë është gjithashtu një mënyrë e zakonshme për të transferuar energji. Mund të jetë jo-drejtues ose kaotik, por në çdo rast, ka një lëvizje të grimcave mikroskopike. Numri i grimcave të aktivizuara do të përcaktojë sasinë e nxehtësisë - nxehtësia e dobishme.
Përfundim
Tranzicioni i energjisë nga një formë në tjetrën është normale dhe në disa industri parakusht për procesin e prodhimit të energjisë. Në raste të ndryshme, nevoja për të përfshirë këtë fazë mund të shpjegohet me faktorë ekonomikë, teknologjikë, mjedisorë dhe faktorë të tjerë të gjenerimit të burimeve. Në të njëjtën kohë, pavarësisht nga shumëllojshmëria e mënyrave natyrore dhe të organizuara artificialisht të transformimit të energjisë, shumica dërrmuese e instalimeve që ofrojnë procese transformimi përdoren vetëm për energji elektrike, ngrohje dhe punë mekanike. Mjetet për konvertimin e energjisë elektrike janë më të zakonshmet. Makinat elektrike që sigurojnë shndërrimin e punës mekanike në energji elektrike sipas parimit të induksionit, për shembull, përdoren pothuajse në të gjitha fushat ku përfshihen pajisje komplekse teknike, montime dhe pajisje. Dhe kjo prirje nuk po zvogëlohet, pasi njerëzimi ka nevojë për një rritje të vazhdueshme të prodhimit të energjisë, gjë që na detyron të kërkojmë burime të reja të energjisë primare. Për momentin, fushat më premtuese në sektorin e energjisë konsiderohen të jenë sistemet e gjenerimit të të njëjtësenergjia elektrike nga energjia mekanike e prodhuar nga dielli, era dhe uji rrjedh në natyrë.
