ऊर्जा रूपांतरण। विभिन्न प्रकार की ऊर्जा को परिवर्तित करने के तरीके ऊर्जा स्रोतों का रूपांतरण

07.12.2019 प्रसव

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कोर्स वर्क

विषय पर: परिवर्तन के तरीके विभिन्न प्रकारऊर्जा में ऊर्जा

छात्र: मिर्ज़ा ए।

व्याख्याता: ज़ुमार्टबायेवा एन।

केंटौ-2015

परिचय

1. विभिन्न प्रकार की ऊर्जाओं को परिवर्तित करने के तरीके

1.1 विद्युत ऊर्जा रूपांतरण के प्रकार

1.2 विभिन्न ऊर्जा स्रोतों का पर्यावरणीय प्रभाव

2. विद्युत ऊर्जा प्राप्त करने के तरीके

2.1 विद्युत संयंत्र

निष्कर्ष

प्रयुक्त साहित्य की सूची

परिचय

ऊर्जा, ग्रीक शब्द एनर्जिया, गतिविधि या क्रिया से, विभिन्न प्रकार की गति और अंतःक्रिया का एक सामान्य उपाय है। प्राकृतिक विज्ञान में, निम्न प्रकार की ऊर्जा को प्रतिष्ठित किया जाता है: यांत्रिक, थर्मल, विद्युत, रासायनिक, चुंबकीय, विद्युत चुम्बकीय, परमाणु, गुरुत्वाकर्षण। आधुनिक विज्ञान अन्य प्रकार की ऊर्जा के अस्तित्व को बाहर नहीं करता है। ऊर्जा को जूल (J) में मापा जाता है। थर्मल ऊर्जा को मापने के लिए, कैलोरी का उपयोग किया जाता है, 1 कैलोरी = 4.18 जे, विद्युत ऊर्जा को किलोवाट * एच = 3.6 * 106 जे में मापा जाता है, यांत्रिक ऊर्जा किलो * एम, 1 किलो * एम = 9.8 जे में मापा जाता है। काइनेटिक ऊर्जा है भौतिक निकायों की गति की स्थिति में परिवर्तन का परिणाम। संभावित ऊर्जा- इस प्रणाली के कुछ हिस्सों की स्थिति में बदलाव का परिणाम। यांत्रिक ऊर्जा किसी वस्तु या उसकी स्थिति की गति, यांत्रिक कार्य करने की क्षमता से जुड़ी ऊर्जा है। वर्तमान वैकल्पिक वोल्टेज

विद्युत ऊर्जा - ऊर्जा के उत्तम रूपों में से एक। इसका व्यापक उपयोग निम्नलिखित कारकों के कारण है: जमा के पास बड़ी मात्रा में संसाधन और जल स्रोत प्राप्त करना अपेक्षाकृत कम नुकसान के साथ लंबी दूरी पर परिवहन की संभावना; अन्य प्रकार की ऊर्जा में बदलने की क्षमता: यांत्रिक, रासायनिक, थर्मल, प्रकाश; कोई प्रदूषण नहीं वातावरण; उच्च स्तर के स्वचालन के साथ बिजली पर आधारित मौलिक रूप से नई प्रगतिशील तकनीकी प्रक्रियाओं की शुरूआत।

वी हाल ही मेंपर्यावरणीय समस्याओं, जीवाश्म ईंधन की कमी और इसके असमान भौगोलिक वितरण के कारण, पवन टरबाइन, सौर पैनल, छोटे गैस जनरेटर का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करना समीचीन हो जाता है। तापीय ऊर्जा का व्यापक रूप से आधुनिक उद्योगों में और दैनिक जीवन में भाप, गर्म पानी, ईंधन दहन उत्पादों के रूप में उपयोग किया जाता है। ऊर्जा को परिवर्तित करने के तरीके: मानव जाति ने अपने इतिहास की शुरुआत से ही अपने हितों में ऊर्जा हासिल करने की मांग की है। ऊर्जा की "महारत" के चरण: अग्नि, जानवरों की मांसपेशियों की ताकत, हवा की शक्ति, पानी, भाप ऊर्जा, विद्युत शक्ति, परमाणु ऊर्जा। ब्रह्मांड में बड़े पैमाने पर एक प्रकार से दूसरे प्रकार में ऊर्जा रूपांतरण की प्रक्रियाएं होती हैं। मानवता इन प्रक्रियाओं को समझने के मार्ग की शुरुआत में है। ऊर्जा के संरक्षण का नियम - ऊर्जा न तो बनाई जाती है और न ही नष्ट होती है, यह एक रूप से दूसरे रूप में जाती है। क्रमबद्ध गति की ऊर्जा (मुक्त - यांत्रिक, रासायनिक, विद्युत, विद्युत चुम्बकीय, परमाणु) और अराजक गति की ऊर्जा - ऊष्मा के बीच अंतर करें। वर्तमान में, परमाणु ऊर्जा को विद्युत और यांत्रिक ऊर्जा में सीधे परिवर्तित करने की कोई विधि नहीं है; पहले ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में और फिर यांत्रिक और विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के चरण से गुजरना होगा। प्राथमिक ऊर्जा का द्वितीयक ऊर्जा में रूपांतरण स्टेशनों पर किया जाता है:

· थर्मल पावर प्लांट में टीपीपी - थर्मल;

· हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर स्टेशन एचपीपी - मैकेनिकल (जल आंदोलन की ऊर्जा);

· एचपीएसपी का हाइड्रोस्टोरेज स्टेशन - यांत्रिक (एक कृत्रिम जलाशय में पहले से भरे हुए पानी की गति की ऊर्जा);

· परमाणु ऊर्जा संयंत्र एनपीपी - परमाणु (परमाणु ईंधन की ऊर्जा);

ज्वारीय बिजली संयंत्र पीईएस - ज्वार। बेलारूस गणराज्य में, थर्मल पावर प्लांटों में 95% से अधिक ऊर्जा उत्पन्न होती है, जिन्हें उनके उद्देश्य के अनुसार दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

1. केईएस के संघनक ताप विद्युत संयंत्रों को केवल विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है;

2. संयुक्त ताप और विद्युत संयंत्र (सीएचपी) जहां विद्युत और ताप ऊर्जा का संयुक्त उत्पादन किया जाता है। ऊर्जा प्राप्त करने और परिवर्तित करने के तरीके। यांत्रिक ऊर्जा को ऊष्मा में - घर्षण से, रासायनिक में - पदार्थ की संरचना को नष्ट करके, संपीड़न से, विद्युत में - जनरेटर के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बदलकर परिवर्तित किया जाता है। तापीय ऊर्जा को रासायनिक में, गति की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, और यह - यांत्रिक (टरबाइन) में, विद्युत (थर्मो ईएमएफ) में रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक (विस्फोट), थर्मल (प्रतिक्रिया की गर्मी), विद्युत में परिवर्तित किया जा सकता है ( बैटरी)।

1 . विभिन्न प्रकार की ऊर्जाओं को परिवर्तित करने के उपाय

1.1 विद्युत ऊर्जा रूपांतरण के प्रकार

विद्युत ऊर्जा के एक प्रकार से दूसरे में रूपांतरण से संबंधित मुद्दों को विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में निपटाया जाता है, जिसे कनवर्टर प्रौद्योगिकी (या पावर इलेक्ट्रॉनिक्स) कहा जाता है। विद्युत ऊर्जा रूपांतरण के मुख्य प्रकारों में शामिल हैं:

1. एसी सुधार - प्रत्यावर्ती धारा (आमतौर पर औद्योगिक आवृत्ति) को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करना। इस प्रकार के रूपांतरण ने सबसे बड़ा विकास प्राप्त किया है, क्योंकि विद्युत ऊर्जा के कुछ उपभोक्ता केवल प्रत्यक्ष धारा (इलेक्ट्रोकेमिकल और इलेक्ट्रोमेटेलर्जिकल इंस्टॉलेशन, डायरेक्ट करंट ट्रांसमिशन लाइन, इलेक्ट्रोलिसिस बाथ, रिचार्जेबल बैटरी, रेडियो उपकरण, आदि) पर काम कर सकते हैं, जबकि अन्य उपभोक्ताओं के पास प्रत्यक्ष धारा है सबसे अच्छा प्रदर्शनप्रत्यावर्ती धारा (विनियमित विद्युत मोटर) की तुलना में।

2. इनवर्टिंग करंट - डायरेक्ट करंट को अल्टरनेटिंग करंट में बदलना। इन्वर्टर का उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां ऊर्जा स्रोत प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी जनरेटर, बैटरी और अन्य रासायनिक वर्तमान स्रोत, सौर पैनल, मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर, आदि) उत्पन्न करता है, और उपभोक्ताओं को एसी बिजली की आवश्यकता होती है। कुछ मामलों में, अन्य प्रकार के विद्युत ऊर्जा रूपांतरण (आवृत्ति रूपांतरण, चरण संख्या रूपांतरण) के लिए वर्तमान उलटा आवश्यक है।

3. आवृत्ति रूपांतरण - एक आवृत्ति (आमतौर पर 50 हर्ट्ज) के प्रत्यावर्ती धारा का एक अलग आवृत्ति के प्रत्यावर्ती धारा में रूपांतरण। एडजस्टेबल एसी ड्राइव, इंडक्शन हीटिंग और मेटल मेल्टिंग इंस्टॉलेशन, अल्ट्रासोनिक डिवाइस आदि को पावर देने के लिए ऐसा रूपांतरण आवश्यक है।

4. चरणों की संख्या का रूपांतरण। कुछ मामलों में, तीन-चरण वर्तमान को एकल-चरण एक में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, विद्युत चाप भट्टियों को बिजली देने के लिए) या, इसके विपरीत, एकल-चरण धारा को तीन-चरण वाले में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है। तो, विद्युतीकृत परिवहन पर, एकल-चरण प्रत्यावर्ती वर्तमान संपर्क नेटवर्क का उपयोग किया जाता है, और विद्युत इंजनों पर, तीन-चरण वर्तमान की सहायक मशीनों का उपयोग किया जाता है। उद्योग में, सीधे कनेक्शन के साथ तीन-चरण-एकल-चरण आवृत्ति कन्वर्टर्स का उपयोग किया जाता है, जिसमें औद्योगिक आवृत्ति को कम करने के लिए रूपांतरण के साथ, तीन-चरण वोल्टेज को एकल-चरण एक में भी परिवर्तित किया जाता है।

3. एक वोल्टेज की दिष्ट धारा को दूसरे वोल्टेज की दिष्ट धारा में बदलना (निरंतर वोल्टेज को परिवर्तित करना)। ऐसा परिवर्तन आवश्यक है, उदाहरण के लिए, कई मोबाइल वस्तुओं पर, जहां बिजली का स्रोत बैटरी या अन्य कम वोल्टेज प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत है, और बिजली उपभोक्ताओं के लिए एक उच्च प्रत्यक्ष वोल्टेज की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, बिजली की आपूर्ति के लिए रेडियो इंजीनियरिंग या इलेक्ट्रॉनिक उपकरण)।

कुछ अन्य प्रकार के विद्युत ऊर्जा रूपांतरण हैं (उदाहरण के लिए, एक निश्चित वैकल्पिक वोल्टेज वक्र का गठन), विशेष रूप से, विशेष प्रतिष्ठानों में उपयोग किए जाने वाले शक्तिशाली वर्तमान दालों का गठन, समायोज्य वैकल्पिक वोल्टेज रूपांतरण। पावर कुंजी तत्वों का उपयोग करके सभी प्रकार के परिवर्तन किए जाते हैं। मुख्य प्रकार के सेमीकंडक्टर स्विच डायोड, पावर बाइपोलर ट्रांजिस्टर, थाइरिस्टर, गेटेड थाइरिस्टर, फील्ड नियंत्रित ट्रांजिस्टर हैं।

थाइरिस्टर पर कन्वर्टर्स को आमतौर पर दो समूहों में विभाजित किया जाता है: दास और स्वायत्त। पहले में, एक वाल्व से दूसरे (वर्तमान स्विचिंग) में करंट का आवधिक संक्रमण किसी बाहरी स्रोत के एक वैकल्पिक वोल्टेज की कार्रवाई के तहत किया जाता है। यदि ऐसा स्रोत एक एसी नेटवर्क है, तो कोई नेटवर्क द्वारा संचालित कनवर्टर की बात करता है। इन कन्वर्टर्स में शामिल हैं: रेक्टिफायर, नेटवर्क-चालित (आश्रित) इनवर्टर, डायरेक्ट फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स, फेज़ नंबर कन्वर्टर्स, एसी वोल्टेज कन्वर्टर्स। यदि स्विचिंग प्रदान करने वाला बाहरी वोल्टेज स्रोत एक एसी मशीन (उदाहरण के लिए, एक सिंक्रोनस जनरेटर या मोटर) है, तो कनवर्टर को संचालित मशीन कहा जाता है।

स्वायत्त कन्वर्टर्स नियंत्रण संकेतों की कार्रवाई के तहत नियंत्रित शक्ति प्रमुख तत्वों की स्थिति को बदलकर आकार परिवर्तन या वोल्टेज (वर्तमान) विनियमन के कार्य करते हैं। स्वायत्त कन्वर्टर्स में प्रत्यक्ष और वैकल्पिक वोल्टेज के पल्स नियामक, कुछ प्रकार के वोल्टेज इनवर्टर शामिल हैं।

परंपरागत रूप से, पावर वाल्व कन्वर्टर्स का उपयोग 50 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ औद्योगिक नेटवर्क का एक संशोधित वोल्टेज प्राप्त करने और डीसी वोल्टेज स्रोत से संचालित होने पर एक वैकल्पिक वोल्टेज (एकल चरण या तीन चरण) प्राप्त करने के लिए किया जाता है। इन कन्वर्टर्स (रेक्टिफायर और इनवर्टर) के लिए, डायोड और थाइरिस्टर का उपयोग किया जाता है, मुख्य आवृत्ति के साथ स्विच किया जाता है। आउटपुट वोल्टेज और करंट का आकार सर्किट के रैखिक भाग और नियंत्रण कोण के चरण मॉड्यूलेशन द्वारा निर्धारित किया जाता है।

विद्युत ऊर्जा को परिवर्तित करने की प्रमुख विधि में सुधार और उलटा होना जारी है, हालांकि, रूपांतरण विधियों में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए हैं और उनकी किस्में बहुत अधिक हो गई हैं।

आदर्श नियंत्रणीय कुंजी तत्व के करीब नए प्रकार के पावर सेमीकंडक्टर वाल्वों के उद्भव ने वाल्व कन्वर्टर्स के निर्माण के दृष्टिकोण को महत्वपूर्ण रूप से बदल दिया है। व्यापक रूप से पिछले साल कालॉक करने योग्य थाइरिस्टर (जीटीओ - गेट टर्न ऑफ थिरिस्टर) और इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी - इंसोलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर) सैकड़ों और हजारों किलोवाट तक की पावर रेंज को सफलतापूर्वक कवर करते हैं, उनके गतिशील गुणों में लगातार सुधार होता है, और बढ़ते आउटपुट के साथ लागत घटती है . इसलिए, उन्होंने पारंपरिक थाइरिस्टर को मजबूर स्विचिंग नोड्स के साथ सफलतापूर्वक बदल दिया। उपकरणों के नए वर्गों के साथ पल्स वोल्टेज कन्वर्टर्स के अनुप्रयोग के क्षेत्रों का भी विस्तार हुआ है। डीसी आपूर्ति वोल्टेज को ऊपर और नीचे करने दोनों के लिए शक्तिशाली स्विचिंग नियामक तेजी से विकसित हो रहे हैं; पल्स कन्वर्टर्स का उपयोग अक्सर अक्षय स्रोतों (पवन, सौर विकिरण) से ऊर्जा वसूली प्रणालियों में किया जाता है।

ऊर्जा-बचत प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके ऊर्जा के उत्पादन में बड़े निवेश किए जाते हैं, जब अक्षय प्राथमिक स्रोतों का उपयोग या तो ग्रिड में ऊर्जा वापस करने के लिए किया जाता है या ऊर्जा आपूर्ति विश्वसनीयता में वृद्धि के साथ प्रतिष्ठानों में भंडारण (संचयक) को रिचार्ज करने के लिए किया जाता है। स्विच्ड अनिच्छा मोटर्स (SRD - स्विच्ड रिलक्टेंस ड्राइव) के साथ इलेक्ट्रिक ड्राइव के लिए कन्वर्टर्स के नए वर्ग हैं। ये कन्वर्टर्स मल्टी-चैनल हैं (चैनलों की संख्या आमतौर पर तीन से आठ तक होती है) स्विच जो समायोज्य आवृत्ति और वोल्टेज के साथ मोटर स्टेटर वाइंडिंग के सीरियल कनेक्शन प्रदान करते हैं। स्विचिंग कन्वर्टर्स का व्यापक रूप से घरेलू उपकरण, चार्जर, वेल्डिंग मशीन और कई नए अनुप्रयोगों (प्रकाश प्रतिष्ठानों के लिए रोड़े, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर, आदि) के लिए बिजली की आपूर्ति में उपयोग किया जाता है।

पावर कनवर्टर सर्किट के तत्व आधार में सुधार के अलावा, सर्किट समस्याओं को हल करने की रणनीति माइक्रोकंट्रोलर उपकरणों के विकास और सूचना प्रसंस्करण के डिजिटल तरीकों से काफी प्रभावित थी।

1.2 विभिन्न स्रोतों का प्रभावपर्यावरण पर कोव ऊर्जा

ईंधन का दहन न केवल ऊर्जा का मुख्य स्रोत है, बल्कि पर्यावरण को प्रदूषकों का सबसे महत्वपूर्ण आपूर्तिकर्ता भी है। बढ़ते ग्रीनहाउस प्रभाव और अम्ल वर्षा के लिए थर्मल पावर प्लांट सबसे "जिम्मेदार" हैं। वे, परिवहन के साथ, तकनीकी कार्बन (मुख्य रूप से सीओ के रूप में) के मुख्य हिस्से के साथ वातावरण की आपूर्ति करते हैं, लगभग 50% सल्फर डाइऑक्साइड, 35% नाइट्रोजन ऑक्साइड और लगभग 35% धूल। इस बात के प्रमाण हैं कि थर्मल पावर प्लांट समान क्षमता के परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में 2-4 गुना अधिक रेडियोधर्मी पदार्थों से पर्यावरण को प्रदूषित करते हैं। टीपीपी उत्सर्जन में धातुओं और उनके यौगिकों की एक महत्वपूर्ण मात्रा होती है। घातक खुराक के संदर्भ में, 1 मिलियन किलोवाट की क्षमता वाले टीपीपी के वार्षिक उत्सर्जन में एल्यूमीनियम और इसके यौगिकों की 100 मिलियन से अधिक खुराक, लोहे की 400 मिलियन खुराक और मैग्नीशियम की 1.5 मिलियन खुराक शामिल हैं। इन प्रदूषकों का घातक प्रभाव केवल इसलिए प्रकट नहीं होता है क्योंकि ये कम मात्रा में शरीर में प्रवेश करते हैं। हालांकि, यह पानी, मिट्टी और पारिस्थितिक तंत्र के अन्य भागों के माध्यम से उनके नकारात्मक प्रभाव को बाहर नहीं करता है। यह माना जा सकता है कि तापीय ऊर्जा का पर्यावरण के लगभग सभी तत्वों के साथ-साथ मनुष्यों, अन्य जीवों और उनके समुदायों पर भी नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। इसी समय, पर्यावरण और उसके निवासियों पर ऊर्जा का प्रभाव काफी हद तक उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा वाहक (ईंधन) के प्रकार पर निर्भर करता है। सबसे स्वच्छ ईंधन प्राकृतिक गैस है, इसके बाद तेल (ईंधन तेल), कोयला, भूरा कोयला, शेल, पीट है। यद्यपि वर्तमान में बिजली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा अपेक्षाकृत स्वच्छ ईंधन (गैस, तेल) द्वारा उत्पादित किया जाता है, हालांकि, उनके हिस्से में कमी की प्रवृत्ति स्वाभाविक है। उपलब्ध पूर्वानुमानों के अनुसार, ये ऊर्जा वाहक 21वीं सदी की पहली तिमाही में अपनी अग्रणी भूमिका खो देंगे। यहां डी.आई. के कथन का स्मरण करना उचित होगा। ईंधन के रूप में तेल का उपयोग करने की अक्षमता पर मेंडेलीव: "तेल ईंधन नहीं है - आप बैंक नोट भी गर्म कर सकते हैं।" कोयले के उपयोग के वैश्विक ऊर्जा संतुलन में उल्लेखनीय वृद्धि की संभावना से इंकार नहीं किया जा सकता है। उपलब्ध गणनाओं के अनुसार, कोयला भंडार ऐसे हैं कि वे 200-300 वर्षों के लिए दुनिया की ऊर्जा जरूरतों को पूरा कर सकते हैं। संभावित कोयला उत्पादन, अन्वेषण और पूर्वानुमान भंडार को ध्यान में रखते हुए, 7 ट्रिलियन टन से अधिक अनुमानित है। इसी समय, दुनिया के कोयले के भंडार का 1/3 से अधिक हिस्सा रूस में स्थित है। इसलिए, ऊर्जा उत्पादन में कोयले या उनके प्रसंस्करण के उत्पादों (उदाहरण के लिए, गैस) की हिस्सेदारी में वृद्धि की उम्मीद करना उचित है, और इसके परिणामस्वरूप, पर्यावरण प्रदूषण में। कोयले में 0.2 से दस प्रतिशत सल्फर मुख्य रूप से पाइराइट, फेरस सल्फेट और जिप्सम के रूप में होता है। ईंधन के दहन के दौरान सल्फर को फँसाने के उपलब्ध तरीकों का उपयोग हमेशा जटिलता और उच्च लागत के कारण नहीं किया जाता है। इसलिए, इसकी एक महत्वपूर्ण मात्रा प्रवेश करती है और, जाहिरा तौर पर, निकट भविष्य में पर्यावरण में प्रवेश करेगी। गंभीर पर्यावरणीय समस्याएं थर्मल पावर प्लांटों - राख और स्लैग से निकलने वाले ठोस कचरे से जुड़ी हैं। हालांकि राख का बड़ा हिस्सा विभिन्न फिल्टरों द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, फिर भी, लगभग 250 मिलियन टन महीन एरोसोल थर्मल पावर प्लांटों से उत्सर्जन के रूप में सालाना वातावरण में प्रवेश करते हैं।

उत्तरार्द्ध पृथ्वी की सतह के पास सौर विकिरण के संतुलन को ध्यान से बदलने में सक्षम हैं। वे जल वाष्प और वर्षा के गठन के लिए संघनन नाभिक भी हैं, और जब वे मनुष्यों और अन्य जीवों के श्वसन अंगों में प्रवेश करते हैं, तो वे विभिन्न श्वसन रोगों का कारण बनते हैं। टीपीपी गर्म पानी का एक महत्वपूर्ण स्रोत है, जिसका उपयोग यहां शीतलन एजेंट के रूप में किया जाता है। ये पानी अक्सर नदियों और पानी के अन्य निकायों में समाप्त हो जाते हैं, जिससे उनका तापीय प्रदूषण और साथ में प्राकृतिक श्रृंखला प्रतिक्रियाएं होती हैं (शैवाल विकास, ऑक्सीजन की हानि, जलीय जीवों की मृत्यु, विशिष्ट जलीय पारिस्थितिक तंत्र का दलदलों में परिवर्तन, आदि)।

कुछ समय पहले तक, परमाणु ऊर्जा को सबसे आशाजनक माना जाता था। यह परमाणु ईंधन के अपेक्षाकृत बड़े भंडार और पर्यावरण पर कोमल प्रभाव दोनों के कारण है। फायदे में संसाधन जमा से बंधे बिना परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण की संभावना भी शामिल है, क्योंकि उनके परिवहन के लिए छोटी मात्रा के कारण महत्वपूर्ण लागत की आवश्यकता नहीं होती है। यह कहने के लिए पर्याप्त है कि 0.5 किलोग्राम परमाणु ईंधन आपको उतनी ही ऊर्जा प्राप्त करने की अनुमति देता है जितना कि 1000 टन कोयले को जलाने से। 1980 के दशक के मध्य तक, मानव जाति ने परमाणु ऊर्जा में ऊर्जा गतिरोध से बाहर निकलने के तरीकों में से एक देखा। केवल 20 वर्षों में (1960 के मध्य से 1980 के दशक के मध्य तक), परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पादित ऊर्जा का वैश्विक हिस्सा लगभग शून्य से बढ़कर 15-17% हो गया, और कई देशों में यह प्रचलित हो गया। किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा में इतनी वृद्धि दर नहीं रही है। कुछ समय पहले तक, एनपीपी की मुख्य पर्यावरणीय समस्याएं खर्च किए गए ईंधन के निपटान के साथ-साथ उनके अनुमेय परिचालन जीवन की समाप्ति के बाद स्वयं एनपीपी के परिसमापन से जुड़ी थीं। इस बात के प्रमाण हैं कि ऐसे परिसमापन कार्यों की लागत स्वयं एनपीपी की लागत का 1/6 से 1/3 तक है। पर्यावरण पर एनपीपी और टीपीपी प्रभाव के कुछ मानदंड तालिका 8.3 में प्रस्तुत किए गए हैं। पर सामान्य ऑपरेशनपर्यावरण में रेडियोधर्मी तत्वों का एनपीपी रिलीज अत्यंत महत्वहीन है। औसतन, वे समान क्षमता के ताप विद्युत संयंत्रों की तुलना में 2-4 गुना कम हैं। मई 1986 तक, दुनिया में संचालित 400 बिजली इकाइयों और 17% से अधिक बिजली प्रदान करने से रेडियोधर्मिता की प्राकृतिक पृष्ठभूमि में 0.02% से अधिक की वृद्धि नहीं हुई। हमारे देश में चेरनोबिल आपदा से पहले, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में किसी भी उद्योग में औद्योगिक चोटों का निम्न स्तर नहीं था। त्रासदी से 30 साल पहले, दुर्घटनाएं, और फिर गैर-विकिरण कारणों से, 17 लोगों की मौत हो गई। 1986 के बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का मुख्य पर्यावरणीय खतरा दुर्घटनाओं की संभावना से जुड़ा होने लगा। हालांकि आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उनकी संभावना कम है, लेकिन इसे बाहर नहीं किया गया है। इस तरह की सबसे बड़ी दुर्घटनाओं में चौथी इकाई में हुआ चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र शामिल है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का अपरिहार्य परिणाम थर्मल जल प्रदूषण है। यह ताप विद्युत संयंत्रों की तुलना में यहां प्राप्त ऊर्जा की प्रति यूनिट 2-2.5 गुना अधिक है, जहां वातावरण में बहुत अधिक गर्मी हटा दी जाती है। ताप विद्युत संयंत्रों में 1 मिलियन किलोवाट बिजली का उत्पादन 1.5 किमी 3 गर्म पानी प्रदान करता है, उसी शक्ति के परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, गर्म पानी की मात्रा 3-3.5 किमी 3 तक पहुंच जाती है। परमाणु ऊर्जा पर बड़े गर्मी के नुकसान का परिणाम टीपीपी की तुलना में संयंत्र उनकी कम दक्षता है। उत्तरार्द्ध में, यह 35-40% है, और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में - केवल 30-31%। सामान्य तौर पर, पर्यावरण पर एनपीपी के निम्नलिखित प्रभावों का उल्लेख किया जा सकता है: - अयस्क खनन स्थलों (विशेष रूप से एक खुली विधि के साथ) में पारिस्थितिक तंत्र और उनके तत्वों (मिट्टी, मिट्टी, जल-असर संरचनाएं, आदि) का विनाश; - स्वयं परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के निर्माण के लिए भूमि की वापसी। गर्म पानी की आपूर्ति, हटाने और ठंडा करने के लिए सुविधाओं के निर्माण के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण क्षेत्रों को अलग किया जा रहा है। एक 1000 मेगावाट बिजली संयंत्र के लिए लगभग 800-900 हेक्टेयर के कूलिंग तालाब की आवश्यकता होती है। तालाबों को विशाल कूलिंग टावरों द्वारा 100-120 मीटर के आधार पर व्यास और 40-मंजिला इमारत के बराबर ऊंचाई से बदला जा सकता है; - विभिन्न स्रोतों से महत्वपूर्ण मात्रा में पानी की निकासी और गर्म पानी का निर्वहन। यदि ये पानी नदियों और अन्य स्रोतों में प्रवेश करते हैं, तो वे ऑक्सीजन की कमी, फूल आने की संभावना में वृद्धि, और जलीय जीवों में गर्मी के तनाव की घटनाओं में वृद्धि का अनुभव करते हैं; - कच्चे माल के निष्कर्षण और परिवहन के साथ-साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के दौरान, कचरे के भंडारण और प्रसंस्करण के दौरान, और उनके निपटान के दौरान वातावरण, पानी और मिट्टी के रेडियोधर्मी संदूषण से इंकार नहीं किया जाता है। औद्योगिक आवृत्ति धाराओं के विद्युतचुंबकीय (ईएम) क्षेत्र, अधिकांश खतरनाक जगह- ट्रांसफार्मर सबस्टेशनों पर, उच्च वोल्टेज बिजली लाइनों के तहत। विकिरण की तीव्रता विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के दोलनों की आवृत्ति की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है। ईएम क्षेत्र की कार्रवाई तंत्रिका के कार्यों के उल्लंघन का कारण बनती है और हृदय प्रणाली, रक्तचाप बदलता है।

2. तरीकेविद्युत ऊर्जा प्राप्त करना

2.1 विद्युत संयंत्र

पावर स्टेशन - एक विद्युत स्टेशन, विद्युत ऊर्जा के उत्पादन के लिए सीधे उपयोग किए जाने वाले प्रतिष्ठानों, उपकरणों और उपकरणों का एक सेट, साथ ही इसके लिए आवश्यक सुविधाएं और भवन, एक निश्चित क्षेत्र में स्थित हैं। अधिकांश बिजली संयंत्र, चाहे हाइड्रोइलेक्ट्रिक, थर्मल (परमाणु ऊर्जा संयंत्र, थर्मल पावर प्लांट और अन्य) या पवन ऊर्जा संयंत्र, अपने काम के लिए जनरेटर शाफ्ट की घूर्णी ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

1. परमाणु ऊर्जा संयंत्र

2. थर्मल पावर प्लांट

3. वेव पावर प्लांट

4. भूतापीय विद्युत संयंत्र

5. ज्वारीय बिजली संयंत्र

6. हाइड्रोस्टोरेज पावर प्लांट

परमाणुबिजलीघर

परमाणु ऊर्जा संयंत्रराष्ट्र(एनपीपी) - परियोजना द्वारा परिभाषित क्षेत्र के भीतर स्थित निर्दिष्ट मोड और उपयोग की शर्तों में ऊर्जा के उत्पादन के लिए एक परमाणु स्थापना, जिसमें एक परमाणु रिएक्टर (रिएक्टर) और आवश्यक प्रणालियों, उपकरणों, उपकरणों और संरचनाओं के एक परिसर के साथ इस उद्देश्य के लिए आवश्यक श्रमिकों (कार्मिकों) का उपयोग बिजली के उत्पादन के लिए किया जाता है। 40 के दशक के उत्तरार्ध में, पहले सोवियत परमाणु बम (इसका परीक्षण 29 अगस्त, 1949 को हुआ) के निर्माण पर काम पूरा होने से पहले ही, सोवियत वैज्ञानिकों ने परमाणु ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग के लिए पहली परियोजनाओं को विकसित करना शुरू कर दिया था। , जिसकी सामान्य दिशा तुरंत विद्युत ऊर्जा उद्योग बन गई। 1948 में, आई.वी. के सुझाव पर। कुरचटोव और पार्टी और सरकार के कार्य के अनुसार, बिजली पैदा करने के लिए परमाणु ऊर्जा के व्यावहारिक अनुप्रयोग पर पहला काम शुरू हुआ। मई 1950 में, कलुगा क्षेत्र के ओबनिंसकोय गांव के पास, दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण पर काम शुरू हुआ। 1950 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में आर्को, इडाहो शहर के पास EBR-I रिएक्टर बनाया गया था। इस रिएक्टर ने 20 दिसंबर 1951 को प्रयोग के दौरान 800 वाट की शक्ति के साथ प्रयोग करने योग्य बिजली का उत्पादन किया। उसके बाद, रिएक्टर की शक्ति को उस स्टेशन को बिजली प्रदान करने के लिए बढ़ाया गया जहां रिएक्टर स्थित था। यह इस स्टेशन को पहला प्रायोगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र कहने का अधिकार देता है, लेकिन साथ ही यह पावर ग्रिड से जुड़ा नहीं था।

थर्मलबिजलीघर

एक थर्मल पावर प्लांट एक बिजली संयंत्र है जो विद्युत जनरेटर के शाफ्ट के घूर्णन की यांत्रिक ऊर्जा में ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को परिवर्तित करके विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है।

(टीपीपी), एक बिजली संयंत्र जिस पर, जीवाश्म ईंधन के दहन के परिणामस्वरूप, तापीय ऊर्जा, जिसे बाद में बिजली में बदल दिया जाता है। थर्मल पावर प्लांट मुख्य प्रकार के बिजली संयंत्र हैं, औद्योगिक देशों में उनके द्वारा उत्पन्न बिजली का हिस्सा 70-80% (रूस में 2000 में, लगभग 67%) है। तापीय ऊर्जा संयंत्रों में तापीय ऊर्जा का उपयोग पानी को गर्म करने और भाप (भाप टरबाइन बिजली संयंत्रों में) या गर्म गैसों (गैस टरबाइन बिजली संयंत्रों में) का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। ऊष्मा प्राप्त करने के लिए ताप विद्युत संयंत्रों की बॉयलर इकाइयों में जैविक ईंधन को जलाया जाता है।

लहर बिजली संयंत्र

वेव पावर प्लांट - जलीय वातावरण में स्थित एक पावर प्लांट, जिसका उद्देश्य तरंगों की गतिज ऊर्जा से बिजली प्राप्त करना है। लहर क्षमता 2 मिलियन मेगावाट से अधिक होने का अनुमान है। तरंग ऊर्जा की सबसे बड़ी संभावना वाले स्थान यूरोप के पश्चिमी तट, ग्रेट ब्रिटेन के उत्तरी तट और उत्तर, दक्षिण अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया और न्यूजीलैंड के प्रशांत तट के साथ-साथ दक्षिण अफ्रीका के तट हैं।

पहला वेव पावर प्लांट पुर्तगाल के अगुसाडोरा क्षेत्र में तट से 5 किलोमीटर की दूरी पर स्थित है। यह आधिकारिक तौर पर 23 सितंबर, 2008 को पुर्तगाली अर्थव्यवस्था मंत्री द्वारा खोला गया था। इस बिजली संयंत्र की क्षमता 2.25 मेगावाट है, जो लगभग 1,600 घरों को बिजली उपलब्ध कराने के लिए पर्याप्त है। प्रारंभ में, यह माना गया था कि स्टेशन 2006 में चालू हो जाएगा, लेकिन बिजली संयंत्र की तैनाती योजना से 2 साल बाद हुई। बिजली संयंत्र परियोजना स्कॉटिश कंपनी पेलामिस वेव पावर से संबंधित है, जिसने 2005 में पुर्तगाल में एक लहर बिजली संयंत्र बनाने के लिए पुर्तगाली ऊर्जा कंपनी एनर्सिस के साथ एक अनुबंध पर हस्ताक्षर किए थे। अनुबंध मूल्य 8 मिलियन यूरो था।

भूतापीय विद्युत संयंत्र

जियोथर्मल पावर प्लांट (जियोपीपी या जियोटीपीपी) एक प्रकार का पावर प्लांट है जो भूमिगत स्रोतों (उदाहरण के लिए, गीजर) की तापीय ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है।

भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी की प्राकृतिक गर्मी से प्राप्त ऊर्जा है। इस गर्मी को कुओं की मदद से हासिल किया जा सकता है। कुएं में भू-तापीय प्रवणता प्रत्येक 36 मीटर में 1°C बढ़ जाती है। यह गर्मी भाप या गर्म पानी के रूप में सतह पर पहुंचाई जाती है। इस तरह की गर्मी का उपयोग सीधे घरों और इमारतों को गर्म करने और बिजली के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। दुनिया के कई हिस्सों में थर्मल क्षेत्र मौजूद हैं। विभिन्न अनुमानों के अनुसार, पृथ्वी के केंद्र में तापमान कम से कम 6,650 डिग्री सेल्सियस है। पृथ्वी के ठंडा होने की दर लगभग 300--350°C प्रति अरब वर्ष के बराबर होती है। पृथ्वी 42 1012 डब्ल्यू ऊष्मा का उत्सर्जन करती है, जिसमें से 2% क्रस्ट में और 98% मेंटल और कोर में अवशोषित होती है। आधुनिक तकनीक बहुत गहराई से निकलने वाली गर्मी तक पहुंचने की अनुमति नहीं देती है, लेकिन उपलब्ध भू-तापीय ऊर्जा का 840,000,000,000 डब्ल्यू (2%) मानव जाति की जरूरतों को पूरा कर सकता है लंबे समय के लिए. महाद्वीपीय प्लेटों के किनारों के आसपास के क्षेत्र भूतापीय पौधों के निर्माण के लिए सबसे अच्छी जगह हैं क्योंकि ऐसे क्षेत्रों में पपड़ी बहुत पतली होती है।

ज्वारबिजलीघर

एक ज्वारीय बिजली संयंत्र (टीपीपी) एक विशेष प्रकार का जलविद्युत ऊर्जा संयंत्र है जो ज्वार की ऊर्जा का उपयोग करता है, लेकिन वास्तव में पृथ्वी के घूर्णन की गतिज ऊर्जा। ज्वारीय बिजली संयंत्र समुद्र के किनारों पर बनाए जाते हैं, जहां चंद्रमा और सूर्य के गुरुत्वाकर्षण बल दिन में दो बार जल स्तर बदलते हैं। तट के पास जल स्तर में उतार-चढ़ाव 18 मीटर तक पहुंच सकता है।

ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, नदी की खाड़ी या मुहाने को एक बांध द्वारा अवरुद्ध किया जाता है जिसमें जलविद्युत इकाइयाँ स्थापित होती हैं, जो जनरेटर मोड और पंप मोड दोनों में संचालित हो सकती हैं (ज्वार की अनुपस्थिति में बाद के संचालन के लिए जलाशय में पानी पंप करने के लिए) ) बाद के मामले में, उन्हें पंप स्टोरेज पावर प्लांट कहा जाता है। एक राय है कि ज्वारीय बिजली संयंत्रों का संचालन पृथ्वी के घूर्णन को धीमा कर देता है, जिससे नकारात्मक पर्यावरणीय परिणाम हो सकते हैं। हालाँकि, पृथ्वी के विशाल द्रव्यमान के कारण, इसके घूमने की गतिज ऊर्जा (~1029 J) इतनी अधिक है कि 1000 GW की कुल क्षमता वाले ज्वारीय स्टेशनों के संचालन से दिन की अवधि केवल ~10 बढ़ जाएगी- प्रति वर्ष 14 सेकंड, जो प्राकृतिक ज्वारीय ब्रेकिंग (~2 10?5 सेकंड प्रति वर्ष) से कम परिमाण के 9 आदेश हैं।

हाइड्रोस्टोरेजबिजलीघर

पंप किए गए भंडारण बिजली संयंत्र अपने काम में या तो जनरेटर और पंपों के एक परिसर का उपयोग करते हैं, या प्रतिवर्ती जलविद्युत इकाइयाँ जो जनरेटर के मोड और पंपों के मोड में दोनों को संचालित करने में सक्षम हैं। रात में बिजली की खपत में गिरावट के दौरान, पीएसपी पावर ग्रिड से सस्ती बिजली प्राप्त करता है और इसे अपस्ट्रीम (पंपिंग मोड) में पानी पंप करने पर खर्च करता है। बिजली की खपत के सुबह और शाम के चरम के दौरान, पीएसपी अपस्ट्रीम से डाउनस्ट्रीम में पानी का निर्वहन करता है, जबकि महंगी पीक बिजली पैदा करता है, जो यह पावर ग्रिड (जनरेटर मोड) को देता है। बड़ी बिजली प्रणालियों में, एक बड़ा हिस्सा हो सकता है थर्मल और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की क्षमता, जो ऊर्जा की खपत में एक रात की कमी के साथ जल्दी से बिजली उत्पादन नहीं कर सकते हैं, या वे इसे बड़े नुकसान के साथ करते हैं। यह तथ्य रात के दौरान उत्पन्न बिजली की लागत की तुलना में, बिजली व्यवस्था में चरम बिजली की एक उच्च व्यावसायिक लागत की स्थापना की ओर जाता है। ऐसी परिस्थितियों में, पंप किए गए भंडारण बिजली संयंत्र का उपयोग आर्थिक रूप से कुशल है और अन्य क्षमताओं (परिवहन सहित) का उपयोग करने की दक्षता और बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता दोनों को बढ़ाता है।

निष्कर्ष

विद्युत ऊर्जा बिजली स्टेशनों पर उत्पन्न होती है और उपभोक्ताओं को मुख्य रूप से औद्योगिक आवृत्ति 50 हर्ट्ज के तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा के रूप में प्रेषित की जाती है। हालांकि, उद्योग और परिवहन दोनों में, ऐसे प्रतिष्ठान हैं जिनके लिए 50 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ प्रत्यावर्ती धारा अनुपयुक्त है।

प्रयुक्त l . की सूचीपुनरावृत्तियों

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बिजली सहित अपने सभी रूपों में विश्व ऊर्जा खपत सीधे जनसंख्या पर निर्भर है। विश्व की जनसंख्या हाल के दिनों में विशेष रूप से उल्लेखनीय रूप से बढ़ रही है और वर्ष 2000 तक, मौजूदा पूर्वानुमानों के अनुसार, यह लगभग 6 बिलियन लोग होंगे। XX सदी की दूसरी छमाही में जनसंख्या वृद्धि की गतिशीलता। ऐसा है कि 2000 तक जनसंख्या 1950 की तुलना में दोगुने से अधिक हो गई थी (तालिका 3.1)। जनसंख्या वृद्धि का एक बड़ा हिस्सा विकासशील देशों में है। विश्व में कुल ऊर्जा खपत में वृद्धि के साथ-साथ प्रति व्यक्ति ऊर्जा का हिस्सा भी बढ़ रहा है (तालिका 3.1)।

ऊर्जा की भारी मांग मानव जाति के लिए इसे प्राप्त करने के नए तरीके विकसित करने की समस्या उत्पन्न करती है। वर्तमान में, मौजूदा से संतुष्ट होना संभव नहीं है, पारंपरिक तरीकेऔर विभिन्न प्रकार की ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण जीवाश्म ईंधन के सीमित भंडार के कारण होता है, जो भट्टियों में जलाने पर बेकार तरीके से उपयोग किया जाता है। आधुनिक ताप विद्युत संयंत्रों की दक्षता 40% से अधिक नहीं है। इसका मतलब यह है कि प्राप्त होने वाली गर्मी का अधिकांश भाग नष्ट हो जाता है और आस-पास के जल निकायों के लिए हानिकारक "थर्मल प्रदूषण" का कारण बनता है। इसके अलावा, ईंधन जलाते समय, ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया में शामिल पदार्थ का खराब उपयोग किया जाता है। पदार्थ के उपयोग के लिए दक्षता कारक टीपीपी के लिए नगण्य है।

तालिका 3.1

नतीजतन, ईंधन जलाने की प्रक्रिया पर्यावरण को प्रदूषित करने वाले उप-उत्पादों के भारी उत्सर्जन के साथ होती है। इसलिए, ऊर्जा रूपांतरण के नए तरीकों का विकास, जो वातावरण में अपशिष्ट उत्सर्जन को कम करने की अनुमति देता है, सबसे महत्वपूर्ण सामाजिक समस्याओं में से एक है। बेशक, इसका मतलब यह नहीं है कि अधिक आधुनिक थर्मल पावर प्लांट, हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर प्लांट और परमाणु ऊर्जा संयंत्र समय की भावना के अनुरूप नहीं हैं और उनका निर्माण रोक दिया जाएगा।

निकट भविष्य में, थर्मल पावर प्लांट मुख्य में से एक बने रहेंगे, इसलिए, उनके डिजाइन में सुधार, थर्मोडायनामिक चक्र में सुधार बड़े पैमाने पर ऊर्जा के लिए महत्वपूर्ण है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों पर बड़ी उम्मीदें टिकी हुई हैं, जिनकी शुरूआत दुनिया के कई देशों में प्रौद्योगिकी के इतिहास में अभूतपूर्व दर से हो रही है। अनुमान है कि वर्ष 2000 तक विश्व में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की कुल क्षमता 3500-3600 गीगावाट होगी, जबकि कुल विद्युत क्षमता 7000-7200 गीगावाट तक पहुंच जाएगी। दूसरे शब्दों में, यह माना जाता है कि मानवता के लिए उपलब्ध कुल ऊर्जा क्षमता का कम से कम 50% परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से आएगा। ये आंकड़े विकास की उच्च गति का संकेत देते हैं, खासकर अगर हम मानते हैं कि पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र 1954 में बनाया गया था।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में किसी पदार्थ के उपयोग के संदर्भ में, दक्षता थर्मल पावर प्लांट (तालिका 2.1 देखें) की तुलना में बहुत अधिक है, लेकिन इस शर्त पर कि यह पदार्थ विशेष रूप से परमाणु ईंधन के कार्यों को करने के लिए तैयार है। उसी समय, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, ऊष्मा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने का शास्त्रीय थर्मोडायनामिक चक्र, जिसे बाद में जनरेटर द्वारा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, रिएक्टरों में प्राप्त ऊर्जा के बड़े नुकसान की ओर जाता है। इस प्रकार, आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में ताप विद्युत संयंत्रों में निहित मुख्य मूलभूत कमियों से बचना संभव नहीं है।

विज्ञान की मोहक संभावना प्राप्त करना है प्रभावी तरीकेपरमाणु ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूपांतरण। उम्मीद है कि बड़ा मूल्यवान, जिसे परमाणु ऊर्जा को मानव जाति के इतिहास में खेलने के लिए कहा जाता है, 20वीं शताब्दी की शुरुआत में हर्बर्ट वेल्स। लिखा था; "... शक्ति और स्वतंत्रता की सुबह पहले से ही आशा से प्रकाशित आकाश के नीचे, विज्ञान के चेहरे के सामने थी, जो एक लाभकारी देवी की तरह, मानव जीवन की प्रचुरता, शांति, उत्तर के पिच अंधेरे पर मजबूत हाथों में थी। अनगिनत पहेलियों के लिए, सबसे शानदार कर्मों की कुंजी, प्रतीक्षा में, जब तक लोग उन्हें लेने के लिए राजी नहीं होते ... "।

दुनिया के कई देशों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले, नदियों पर बने जलविद्युत पावर स्टेशन अक्षय रूप में बहुत आधुनिक ऊर्जा कन्वर्टर्स के रूप में विकसित होते रहेंगे। जीवमंडल के बढ़ते प्रदूषण और सीमित ईंधन भंडार के संबंध में, "स्वच्छ" बिजली संयंत्रों में रुचि बढ़ रही है जो समुद्री ज्वार की ऊर्जा, पृथ्वी के आंतरिक भाग की गर्मी और सौर विकिरण की ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

इस प्रकार, सभ्यता के विकास और तकनीकी प्रगति के साथ, मौजूदा, जो क्लासिक हो गए हैं, में सुधार किया जाएगा, और ऊर्जा को परिवर्तित करने के नए, अधिक कुशल तरीके बनाए जाएंगे। लंबे समय में, मानवता के पास ऊर्जा के गुणात्मक रूप से विभिन्न स्रोतों का एक शस्त्रागार होगा, और जो आज वह उपयोग करता है वह अनिवार्य रूप से अतीत की बात बन जाएगा, जैसे भाप इंजन अब ऐतिहासिक हो गए हैं।

ऊर्जा क्षेत्र में तीव्र प्रगति और ग्रह की ऊर्जा क्षमता के निर्माण की उच्च गति के बावजूद, ऊर्जा उत्पादन पर्याप्त नहीं है। हमें अभी भी इस वास्तविकता का सामना करना है कि दुनिया की अधिकांश आबादी भूख से मर रही है, गरीबी और प्रदूषण से पीड़ित है।

इसके अलावा, दुनिया में (विभिन्न देशों में) ऊर्जा की खपत बेहद असमान है, और जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, किसी देश में ऊर्जा की खपत एक निश्चित तरीके से इसकी आबादी के सांस्कृतिक स्तर (पृष्ठ 19 देखें) से संबंधित है। सभ्यता का विकास और भौतिक मूल्यों का उत्पादन भी सीधे तौर पर खपत की गई ऊर्जा की मात्रा और उसकी गुणवत्ता से संबंधित है।

ग्रह पर लोगों की रहने की स्थिति में सुधार करने के लिए, श्रम उत्पादकता में उल्लेखनीय वृद्धि करने के लिए, बड़े पैमाने पर परिदृश्य बदलने के साथ-साथ कई अन्य महत्वपूर्ण समस्याओं को हल करने के साथ-साथ विकास के लिए आवश्यक सामाजिक परिस्थितियों का निर्माण करना महत्वपूर्ण है। पर्याप्त मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए।

जैसा कि अमेरिकी वैज्ञानिक जी. सीबॉर्ग और डब्ल्यू. कॉर्लिस ने ठीक ही लिखा है, "... सस्ती ऊर्जा का अर्थ है बहुतायत में भोजन, ताजे पानी की प्रचुरता, स्वच्छ हवा और वह सब जिसे आमतौर पर सभ्यता के संकेत कहा जाता है।"

में कमी आधुनिक दुनियाकृषि उत्पाद अनेक देशों की सरकारों के लिए अपना उत्पादन बढ़ाने की समस्या उत्पन्न करते हैं। कुछ हद तक, कृषि के लिए उपयुक्त खाली भूमि के उपयोग के माध्यम से भोजन में वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। हालांकि, ये अवसर भोजन की आवश्यकता वाले सभी देशों में उपलब्ध नहीं हैं और इसके अलावा, वे सीमित हैं। जनसंख्या में तेजी से वृद्धि की स्थितियों में, भोजन की समस्या का समाधान कृषि के गहन होने और सबसे पहले भूमि की सिंचाई से ही संभव है। सिंचाई के लिए उपयुक्त ताजे पानी की आपूर्ति कम है। प्राचीन काल से, लोगों ने कृषि जरूरतों के लिए समुद्र के पानी को किनारे धोने का उपयोग करने का सपना देखा है। डिसेलिनेशन समुद्र का पानीऔद्योगिक पैमाने पर वर्तमान समय में संभव हो रहा है, जब सबसे उपयुक्त परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की मदद से समुद्र के पानी के आसवन के लिए आवश्यक बड़ी मात्रा में गर्मी प्राप्त करने के लिए उपलब्ध हो गया है।

मौजूदा अनुमानों के अनुसार, पृथ्वी का 1/3 भाग नमी की कमी के कारण आबाद नहीं है, जबकि दुनिया की 1/2 आबादी भूमि के 1/10 भाग पर "दबाया" है। सस्ते ऊर्जा स्रोतों की मदद से, दुनिया की आबादी के एक महत्वपूर्ण हिस्से के लिए व्यापक क्षितिज खोलते हुए, पृथ्वी के निर्जन क्षेत्र को समृद्ध में बदलना संभव होगा।

विशाल क्षेत्रों में जलवायु परिवर्तन जैसी समस्याओं को हल करने के लिए मानवता को भारी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होगी, समुद्री धाराओं की दिशा बदलकर या बड़े वाष्पीकरण सतह के साथ जलाशयों का निर्माण, परिदृश्य को बदलना, कृत्रिम समुद्री बे का निर्माण आदि।

विद्युत ऊर्जा के आधुनिक ऊर्जा उत्पादन में उपयोग की जाने वाली विधियाँ बड़े नुकसान के साथ होती हैं और जीवाश्म ईंधन के बेकार उपयोग पर आधारित होती हैं। भविष्य में, चूंकि बड़ी मात्रा में सस्ती ऊर्जा की मांग बढ़ती है और रासायनिक, दवा उद्योग आदि के उत्पादों के उत्पादन के लिए प्राकृतिक कच्चे माल का अधिक तर्कसंगत रूप से उपयोग किया जाता है, ऊर्जा रूपांतरण के पारंपरिक तरीकों को अनिवार्य रूप से गुणात्मक रूप से नए द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा। विधियाँ, मुख्य रूप से ऊष्मा और रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूप से परिवर्तित करने की विधियाँ।

विभिन्न प्रकार की ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूप से परिवर्तित करने के तरीके भौतिक घटनाओं और अतीत में खोजे गए प्रभावों पर आधारित हैं। विज्ञान और प्रौद्योगिकी में प्रगति, समृद्ध प्रयोगात्मक सामग्री के संचय और के उपयोग के साथ उनके व्यावहारिक अनुप्रयोग में सुधार किया जा रहा है नवीनतम प्रौद्योगिकी. हालांकि, विद्युत ऊर्जा के प्रत्यक्ष उत्पादन के तरीके अभी तक आधुनिक बिजली संयंत्रों में उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा रूपांतरण के तरीकों के साथ प्रतिस्पर्धी नहीं हैं। गर्मी, रासायनिक और परमाणु ऊर्जा को परिवर्तित करके बड़ी मात्रा में बिजली का प्रत्यक्ष उत्पादन नए, आशाजनक तरीकों में से एक है जो निस्संदेह मुख्य बन जाएगा और ग्रह के उपलब्ध ऊर्जा संसाधनों में काफी वृद्धि करेगा।

विद्युत ऊर्जा का प्रत्यक्ष उत्पादन पहले से ही कम बिजली के स्वायत्त बिजली स्रोतों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसके लिए दक्षता संकेतक निर्णायक महत्व के नहीं हैं, लेकिन संचालन की विश्वसनीयता, कॉम्पैक्टनेस, रखरखाव में आसानी, कम वजन, आदि महत्वपूर्ण हैं। ऐसी ऊर्जा स्रोतों का उपयोग पृथ्वी पर दुर्गम स्थानों में और अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में, अंतरिक्ष यान, विमान, जहाजों आदि पर सूचना संग्रह प्रणालियों में किया जाता है। बिजली के अरबों स्वतंत्र स्रोतों की कुल स्थापित क्षमता, उनके मामूली आकार के बावजूद, से अधिक है संयुक्त सभी स्थिर बिजली संयंत्रों की क्षमता।

विभिन्न प्रकार की ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने वाले स्वायत्त स्रोतों का कार्य या तो रासायनिक या भौतिक प्रभावों पर आधारित होता है। रासायनिक स्रोतों में, उदाहरण के लिए, जैसे गैल्वेनिक सेल, बैटरी, इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर, आदि, रासायनिक अभिकर्मकों की रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। बिजली के भौतिक स्रोत, जैसे थर्मिओनिक जनरेटर, फोटोवोल्टिक बैटरी, थर्मोनिक जनरेटर, विभिन्न भौतिक प्रभावों के अनुसार काम करते हैं।

पावर इंजीनियरिंग की केंद्रीय भौतिक और तकनीकी समस्याओं में से एक मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर (एमएचडी जनरेटर) का निर्माण है जो सीधे थर्मल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। बड़े औद्योगिक पैमाने पर इस तरह के ऊर्जा रूपांतरण के व्यावहारिक कार्यान्वयन की संभावनाएं परमाणु भौतिकी, प्लाज्मा भौतिकी, धातु विज्ञान और कई अन्य क्षेत्रों में सफलताओं के संबंध में दिखाई देती हैं।

तापीय ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूपांतरण ईंधन संसाधन उपयोग की दक्षता में काफी वृद्धि कर सकता है।

आधुनिक विद्युत ऊर्जा उद्योग के लिए, फैराडे द्वारा खोजे गए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम का बहुत महत्व है, जिसमें कहा गया है कि चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान कंडक्टर में EMF प्रेरित होता है। कंडक्टर ठोस, तरल या गैसीय हो सकता है। विज्ञान का वह क्षेत्र जो चुंबकीय क्षेत्र और प्रवाहकीय तरल पदार्थ या गैसों के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है, मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक्स कहलाता है।

केल्विन ने यह भी दिखाया कि पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में एक नदी के मुहाने पर खारे पानी की गति एक ईएमएफ की उपस्थिति का कारण बनती है। ऐसे एमएचडी केल्विन जनरेटर की योजना अंजीर में दिखाई गई है। 3.1. विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, कंडक्टर 1 में प्लेट 2 से जुड़ी वर्तमान ताकत, नदी के किनारे पानी में कम, चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण के समानुपाती है! पृथ्वी और नदी में खारे समुद्र के पानी के प्रवाह की गति। 1 जब नदी में पानी के प्रवाह की दिशा बदली, तो प्लेटों के बीच कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह की दिशा भी बदल गई।

आधुनिक MHD-1 जनरेटर (चित्र। 3.2) के संचालन का योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिखाए गए से थोड़ा अलग है। 3.1. विचाराधीन योजना में, एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में स्थित धातु की प्लेटों के बीच आयनित गैस का एक जेट पारित किया जाता है, जिसमें कणों की निर्देशित गति की गतिज ऊर्जा होती है। इस मामले में, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के कानून के अनुसार, एक ईएमएफ प्रकट होता है, जिससे इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत प्रवाह का प्रवाह होता है! जनरेटर चैनल के अंदर और बाहरी सर्किट में। आयनित गैस का प्रवाह - प्लाज्मा - प्लाज्मा में बहने वाली धारा और चुंबकीय प्रवाह की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रोडायनामिक बलों की कार्रवाई के तहत कम हो जाता है। उभरती ताकतों और ब्रेकिंग बलों के बीच की ओर से अभिनय करने वाले बलों के बीच एक सादृश्य खींचा जा सकता है भाप या गैस के कणों पर भाप और गैस टर्बाइन के रोटर ब्लेड। ब्रेकिंग बलों पर काबू पाने के लिए कार्य करने से ऊर्जा का परिवर्तन होता है।

यदि किसी गैस को उच्च तापमान (~ 3000 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म किया जाता है, जिससे उसकी मात्रा बढ़ जाती है आंतरिक ऊर्जाऔर इसे विद्युत प्रवाहकीय पदार्थ में बदलना, फिर एमएचडी जनरेटर के काम करने वाले चैनलों में गैस के बाद के विस्तार के साथ, तापीय ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूपांतरण होगा।

चावल। 3.3. स्टीम पावर प्लांट के साथ एमएचडी जनरेटर का योजनाबद्ध आरेख: "- दहन कक्ष; 2 - हीट एक्सचेंजर; 3 - एमएचडी जनरेटर; 4 - इलेक्ट्रोमैग्नेट वाइंडिंग; 5 - स्टीम जनरेटर; 6 - टरबाइन; 7 - जनरेटर; 3 - कंडेनसर; 9 - पंप

एक भाप बिजली संयंत्र के साथ एक एमएचडी जनरेटर का एक योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 3.3. दहन कक्ष में कार्बनिक ईंधन को जलाया जाता है, और प्लाज्मा अवस्था में परिणामी उत्पादों को एडिटिव्स के साथ एमएचडी जनरेटर के विस्तार चैनल में भेजा जाता है। एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र शक्तिशाली विद्युत चुम्बकों द्वारा निर्मित होता है। जनरेटर चैनल में गैस का तापमान कम से कम 2000 डिग्री सेल्सियस और दहन कक्ष में 2500-2800 डिग्री सेल्सियस होना चाहिए। एमएचडी जनरेटर छोड़ने वाली गैसों के न्यूनतम तापमान को सीमित करने की आवश्यकता 2000 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर गैसों की विद्युत चालकता में इतनी महत्वपूर्ण कमी के कारण होती है कि चुंबकीय क्षेत्र के साथ उनकी मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक बातचीत व्यावहारिक रूप से गायब हो जाती है।

एमएचडी जनरेटर में समाप्त होने वाली गैसों की गर्मी का उपयोग पहले ईंधन दहन कक्ष में आपूर्ति की गई हवा को गर्म करने के लिए किया जाता है और इसके परिणामस्वरूप, इसकी दहन प्रक्रिया की दक्षता बढ़ाने के लिए। फिर, स्टीम पावर प्लांट में, भाप के निर्माण और इसके मापदंडों को आवश्यक मूल्यों पर लाने पर गर्मी खर्च की जाती है।

MHD जनरेटर के चैनल को छोड़ने वाली गैसों का तापमान लगभग 2000 ° C होता है, और आधुनिक हीट एक्सचेंजर्स, दुर्भाग्य से, 800 ° C से अधिक नहीं के तापमान पर काम कर सकते हैं; इसलिए, गैसों के ठंडा होने पर गर्मी का कुछ हिस्सा खो जाता है।

अंजीर पर। 3.4 (फ्लाईलीफ II देखें) एक एमएचडी पावर प्लांट के मुख्य तत्वों को स्टीम पावर प्लांट और उनके संबंधों के साथ योजनाबद्ध रूप से दिखाता है।

एमएचडी जनरेटर के निर्माण में कठिनाइयाँ आवश्यक शक्ति की सामग्री प्राप्त करने में होती हैं। स्थिर कामकाजी परिस्थितियों के बावजूद, सामग्री पर उच्च मांग रखी जाती है, क्योंकि उन्हें उच्च तापमान (2500-2800 डिग्री सेल्सियस) पर आक्रामक वातावरण में लंबे समय तक काम करना चाहिए। रॉकेट प्रौद्योगिकी की जरूरतों के लिए, ऐसी सामग्री बनाई गई है जो ऐसी परिस्थितियों में काम कर सकती है, लेकिन वे थोड़े समय के लिए - मिनटों में काम कर सकती हैं। औद्योगिक बिजली संयंत्रों के संचालन की अवधि की गणना कम से कम महीनों में की जानी चाहिए।

गर्मी प्रतिरोध न केवल सामग्री पर, बल्कि पर्यावरण पर भी निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, 2500-2700 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बिजली के लैंप में एक टंगस्टन फिलामेंट वैक्यूम या तटस्थ गैस वातावरण में कई हजार घंटों तक काम कर सकता है, और कुछ सेकंड के बाद हवा में पिघल जाता है।

प्लाज्मा तापमान को कम करने के लिए इसमें एडिटिव्स मिलाने से संरचनात्मक सामग्री का क्षरण बढ़ जाता है। वर्तमान में, ऐसी सामग्री बनाई गई है जो 2200-2500 डिग्री सेल्सियस (ग्रेफाइट, मैग्नीशियम ऑक्साइड, आदि) के तापमान पर लंबे समय तक काम कर सकती है, लेकिन वे यांत्रिक तनाव का सामना करने में सक्षम नहीं हैं।

प्राप्त सफलताओं के बावजूद, एमएचडी जनरेटर के लिए सामग्री बनाने की समस्या अभी तक हल नहीं हुई है। बेहतरीन संपत्तियों वाली गैस की भी तलाश की जा रही है। 2000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर सीज़ियम के एक छोटे से जोड़ के साथ हीलियम में 2500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर खनिज ईंधन के दहन उत्पादों के समान चालकता होती है। एक बंद चक्र में काम कर रहे एमएचडी जनरेटर के लिए एक परियोजना विकसित की गई है, जिसमें हीलियम लगातार सिस्टम में घूमता रहता है।

एमएचडी जनरेटर के संचालन के लिए, एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाना आवश्यक है, जिसे वाइंडिंग के माध्यम से विशाल धाराओं को पारित करके प्राप्त किया जा सकता है। वाइंडिंग के तेज ताप और उनमें ऊर्जा हानि से बचने के लिए, कंडक्टरों का प्रतिरोध जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए। इसलिए, ऐसे कंडक्टरों के रूप में सुपरकंडक्टिंग सामग्री का उपयोग करना समीचीन है।

परमाणु रिएक्टरों के साथ एमएचडी जनरेटर। होनहार MHD जनरेटर हैं जिनमें परमाणु रिएक्टर हैं जिनका उपयोग गैसों को गर्म करने और उनके थर्मल आयनीकरण के लिए किया जाता है। ऐसी स्थापना की प्रस्तावित योजना अंजीर में दिखाई गई है। 3.5.

एक परमाणु रिएक्टर के साथ एक एमएचडी जनरेटर बनाने में कठिनाइयां यह हैं कि यूरेनियम युक्त आधुनिक ईंधन तत्व और मैग्नीशियम ऑक्साइड के साथ लेपित तापमान 600 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं होने देता है, जबकि गैसों के आयनीकरण के लिए लगभग 2000 डिग्री सेल्सियस का तापमान होता है।

एमएचडी जनरेटर के पहले प्रायोगिक डिजाइन अभी भी बहुत महंगे हैं। भविष्य में, उनकी लागत में एक महत्वपूर्ण कमी की उम्मीद की जा सकती है, जिससे बिजली प्रणालियों में लोड चोटियों को कवर करने के लिए एमएचडी जनरेटर का सफलतापूर्वक उपयोग करना संभव हो जाएगा, अर्थात अपेक्षाकृत कम संचालन के मोड में। इन व्यवस्थाओं में, दक्षता महत्वपूर्ण नहीं है, और एमएचडी जनरेटर का उपयोग बिना स्टीम पावर के अतिरिक्त किया जा सकता है।

एमएचडी ऊर्जा कन्वर्टर्स के शक्तिशाली प्रोटोटाइप अब यूएसएसआर में बनाए गए हैं, जिस पर उनके डिजाइन में सुधार करने और पारंपरिक बिजली संयंत्रों के साथ प्रतिस्पर्धी एमएचडी पावर प्लांट बनाने के लिए शोध चल रहा है।

चावल। 3.5. एक परमाणु रिएक्टर के साथ एक एमएचडी जनरेटर की परियोजना:

1 - परमाणु रिएक्टर; 2 - नोजल; 3 - एमएचडी जनरेटर; 4 - क्षार धातुओं के संघनन का स्थान; 5 - पंप; 6 - क्षार धातुओं के इनपुट का स्थान

थर्मल ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने वाले सभी उपकरणों में से अपेक्षाकृत कम शक्ति के थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (टीईजी) का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

टीईजी के मुख्य लाभ: 1) कोई हिलता हुआ भाग नहीं है; 2) की कोई जरूरत नहीं उच्च दबाव; 3) किसी भी ताप स्रोत का उपयोग किया जा सकता है;

4) काम का एक बड़ा संसाधन है।

टीईजी का व्यापक रूप से अंतरिक्ष वस्तुओं, रॉकेट, पनडुब्बियों, प्रकाशस्तंभों और कई अन्य प्रतिष्ठानों में ऊर्जा स्रोतों के रूप में उपयोग किया जाता है।

उद्देश्य के आधार पर, टीईजी विद्युत ऊर्जा में परमाणु रिएक्टरों में प्राप्त गर्मी, सौर विकिरण की ऊर्जा, जीवाश्म ईंधन की ऊर्जा आदि को 50 के दशक के अंत में परिवर्तित कर सकते हैं।

थर्मोइलेमेंट का संचालन सिद्धांत सीबेक प्रभाव पर आधारित है। 1921 में, सीबेक ने थर्मोइलेक्ट्रिक सर्किट के पास एक चुंबकीय सुई के विक्षेपण से जुड़े प्रयोगों की सूचना दी। इन अध्ययनों में, सीबेक ने ऊर्जा प्राप्त करने की समस्या पर विचार नहीं किया। खुले प्रभाव का सार यह है कि एक बंद परिपथ में जिसमें असमान सामग्री होती है, सामग्री के संपर्कों के विभिन्न तापमानों पर धारा प्रवाहित होती है।

सीबेक प्रभाव को इस तथ्य से गुणात्मक रूप से समझाया जा सकता है कि विभिन्न कंडक्टरों में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की औसत ऊर्जा अलग-अलग होती है और बढ़ते तापमान के साथ अलग-अलग तरीकों से बढ़ती है। यदि कंडक्टर के साथ तापमान में अंतर होता है, तो गर्म जंक्शन से ठंडे जंक्शन तक इलेक्ट्रॉनों का एक निर्देशित प्रवाह होता है, जिसके परिणामस्वरूप ठंडे जंक्शन पर नकारात्मक चार्ज की अधिकता होती है, और सकारात्मक चार्ज की अधिकता होती है। गर्म जंक्शन। इलेक्ट्रॉनों की उच्च सांद्रता वाले कंडक्टरों में यह प्रवाह अधिक तीव्र होता है। सरलतम थर्मोएलेमेंट में, जिसके बंद सर्किट में अलग-अलग इलेक्ट्रॉन सांद्रता वाले दो कंडक्टर होते हैं और जंक्शनों को अलग-अलग तापमान पर बनाए रखा जाता है, एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। यदि थर्मोएलेमेंट सर्किट खुला है, तो ठंडे छोर पर इलेक्ट्रॉनों का संचय इसकी नकारात्मक क्षमता को तब तक बढ़ाता है जब तक कि ठंडे छोर की ओर बढ़ने वाले इलेक्ट्रॉनों और परिणामी क्षमता की कार्रवाई के तहत इलेक्ट्रॉनों के ठंडे छोर से दूर जाने वाले इलेक्ट्रॉनों के बीच एक गतिशील संतुलन स्थापित नहीं हो जाता है। अंतर। सामग्री की विद्युत चालकता जितनी कम होगी, इलेक्ट्रॉनों के रिवर्स प्रवाह की दर उतनी ही कम होगी, इसलिए ईएमएफ जितना अधिक होगा। इसलिए, अर्धचालक तत्व धातुओं की तुलना में अधिक कुशल होते हैं।

टीईजी के व्यावहारिक अनुप्रयोगों में से एक गर्मी पंप है जो विद्युत ऊर्जा के कारण एक हिस्से में गर्मी छोड़ता है और दूसरे में गर्मी को अवशोषित करता है। यदि आप करंट की दिशा बदलते हैं, तो पंप विपरीत मोड में काम करेगा, यानी जिन हिस्सों में गर्मी निकलती है और अवशोषित होती है, वे स्थान बदल देंगे। आवासीय और अन्य परिसरों के थर्मोरेग्यूलेशन के लिए ऐसे ताप पंपों का सफलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है। सर्दियों में, पंप कमरे में हवा को गर्म करते हैं और इसे बाहर ठंडा करते हैं (चित्र। 3.6, ए), और गर्मियों में, इसके विपरीत, वे कमरे में हवा को ठंडा करते हैं और इसे बाहर गर्म करते हैं (चित्र। 3.6, बी)। अंजीर पर। 3.6, सी एक कमरे में एक ताप पंप का सामान्य दृश्य और स्थापना आरेख दिखाता है।

वर्तमान में, अर्धचालक बनाए गए हैं जो 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर काम करते हैं। हालांकि, वाणिज्यिक टीईजी के लिए, गर्म जंक्शन तापमान को लगभग 1100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाने की आवश्यकता होगी। तापमान में इतनी वृद्धि के साथ, विभिन्न प्रकार के अर्धचालक उचित अर्धचालक बन जाते हैं, जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के वाहकों की संख्या समान होती है। तापमान प्रवणता बनाते समय, ये आवेश समान मात्रा में गर्म जंक्शन से ठंडे जंक्शन की ओर बढ़ते हैं और इसलिए, संभावित संचय नहीं होता है, अर्थात, कोई थर्मो-ईएमएफ नहीं बनाया जाता है। थर्मोइलेक्ट्रिक करंट उत्पन्न करने के उद्देश्य से उचित अर्धचालक बेकार हैं।

वर्तमान में, उच्च तापमान पर चलने वाले अर्धचालकों के निर्माण पर शोध किया जा रहा है। टीईजी के संचालन के लिए, भारी तत्वों के नाभिक के विखंडन के दौरान रिएक्टरों में प्राप्त गर्मी का उपयोग करना संभव है। हालांकि, इस मामले में, कई समस्याओं को हल करना आवश्यक है, विशेष रूप से, अर्धचालक पदार्थों पर मजबूत विकिरण जोखिम के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए, क्योंकि परमाणु ईंधन अर्धचालक पदार्थों के सीधे संपर्क में हो सकता है।

कुछ ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करने की समीचीनता का प्रश्न उन मामलों में टीईजी के पक्ष में तय किया जाता है जहां प्रमुख मूल्य दक्षता नहीं है, बल्कि कॉम्पैक्टनेस, विश्वसनीयता, पोर्टेबिलिटी और सुविधा है।

यूएसएसआर में, परमाणु ईंधन पर एक विश्वसनीय औद्योगिक टीईजी - "रोमाश्का" बनाया गया था। इसकी विद्युत शक्ति 500 वाट है।

नाभिक के प्राकृतिक रेडियोधर्मी क्षय के साथ कणों और y-क्वांटा की गतिज ऊर्जा का विमोचन होता है। यह ऊर्जा रेडियोधर्मी आइसोटोप के आसपास के वातावरण द्वारा अवशोषित की जाती है और गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जिसका उपयोग थर्मोइलेक्ट्रिक तरीके से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। थर्मोइलेमेंट्स का उपयोग करके प्राकृतिक रेडियोधर्मी क्षय की ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने वाले प्रतिष्ठानों को रेडियोआइसोटोप थर्मोजेनरेटर कहा जाता है। रेडियोआइसोटोप थर्मोजेनरेटर प्रचालन में विश्वसनीय होते हैं, लंबे समय तक सेवा जीवन रखते हैं, कॉम्पैक्ट होते हैं और विभिन्न स्थान और जमीनी प्रतिष्ठानों के लिए स्वायत्त शक्ति स्रोतों के रूप में सफलतापूर्वक उपयोग किए जाते हैं।

आधुनिक रेडियोआइसोटोप जनरेटर की दक्षता 3-5% है और सेवा जीवन 3 महीने से 10 वर्ष तक है। भविष्य में इन जनरेटर की तकनीकी और आर्थिक विशेषताओं में काफी सुधार किया जा सकता है। वर्तमान में, 10 kW तक की शक्ति वाले जनरेटर के प्रोजेक्ट विकसित किए जा रहे हैं।

रेडियोआइसोटोप थर्मोजेनरेटर्स में विज्ञान और प्रौद्योगिकी की विभिन्न शाखाएं रुचि दिखा रही हैं। उन्हें कृत्रिम मानव हृदय के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए, साथ ही जीवित जीवों में विभिन्न अंगों के काम को प्रोत्साहित करना चाहिए। रेडियोआइसोटोप थर्मोजेनरेटर अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त निकले, जहां ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता होती है जो लंबे समय तक काम कर सकते हैं और अन्य ग्रहों और उनके उपग्रहों की सतह पर विकिरण बेल्ट में, आयनकारी विकिरण के संपर्क की प्रतिकूल परिस्थितियों में मज़बूती से काम कर सकते हैं।

ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना की खोज टी. एडिसन ने 1883 में की थी। एक इलेक्ट्रिक लैंप के निर्माण पर काम करते हुए, एडिसन ने एक फ्लास्क में दो फिलामेंट रखे। जब उनमें से एक जल गया, तो उसने दिया और दूसरे को जला दिया। लैंप के परीक्षण के दौरान, यह पाया गया कि बिजली की एक निश्चित मात्रा ठंडे फिलामेंट में जाती है, यानी, गर्म फिलामेंट - कैथोड - से इलेक्ट्रॉन "वाष्पीकृत" होते हैं और ठंडे फिलामेंट - एनोड - और आगे में चले जाते हैं बाहरी विद्युत सर्किट। इस मामले में, कैथोड को गर्म करने पर खर्च की गई तापीय ऊर्जा का हिस्सा इलेक्ट्रॉनों द्वारा स्थानांतरित किया जाता है और एनोड को दिया जाता है, और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का हिस्सा बाहरी विद्युत सर्किट में जारी किया जाता है जब विद्युत प्रवाह होता है।

एनोड को इलेक्ट्रॉनों द्वारा लाई गई गर्मी से गर्म किया जाता है। यदि कैथोड और एनोड का तापमान समान था, तो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के "वाष्पीकरण" की गर्मी एनोड पर इलेक्ट्रॉनों के "संघनन" की गर्मी के बराबर होगी और गर्मी का विद्युत में कोई रूपांतरण नहीं होगा। ऊर्जा। कैथोड तापमान की तुलना में एनोड तापमान जितना कम होता है, तापीय ऊर्जा का बड़ा हिस्सा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। सबसे सरल सर्किटऊष्मीय ऊर्जा कनवर्टर अंजीर में दिखाया गया है। 3.7.

चावल। 3.7. थर्मिओनिक ट्रांसड्यूसर डिवाइस

ऊर्जा: 1 - कैथोड; 2 - एनोड

ऊष्मीय उत्सर्जन की प्रक्रिया में धातुओं की सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉन निकलते हैं। धातुओं में बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं - लगभग 6 × 10 21 1 सेमी 3 में। धातु के अंदर, इलेक्ट्रॉन के आकर्षण बल धनावेशित नाभिक द्वारा संतुलित होते हैं (चित्र 3.8)। सीधे सतह पर, परिणामी आकर्षक बल इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करते हैं, जिसे दूर करने और धातु से आगे जाने के लिए, इलेक्ट्रॉन में पर्याप्त गतिज ऊर्जा होनी चाहिए। धातु को गर्म करने पर गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है।

चावल। 3.8. एक धातु में और उसकी सतह के पास एक इलेक्ट्रॉन पर कार्य करने वाले परिणामी बलों का उद्भव

बिजली ऊष्मीय जनरेटर में, परमाणु प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त गर्मी का उपयोग करके कैथोड को गर्म किया जा सकता है। परमाणु थर्मिओनिक कनवर्टर की योजना अंजीर में दिखाई गई है। 3.9. ऐसे पहले कन्वर्टर्स की दक्षता लगभग 15% थी; मौजूदा पूर्वानुमानों के अनुसार इसे 40% तक लाया जा सकता है।

थर्मोनिक जनरेटर में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन कैथोड को गर्म करने के कारण होता है। रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, तत्वों की प्राकृतिक संपत्ति के कारण इलेक्ट्रॉन (पी-रे) उत्सर्जित होते हैं। इस संपत्ति का सीधे उपयोग करके, परमाणु ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूपांतरण करना संभव है (चित्र। 3.10)।

चावल। 3.9. नाभिकीय ऊष्मीयकनवर्टर: 1 - सुरक्षा; 2 - कूलर; 3 - एनोड; 4-वैक्यूम; 5 - कैथोड; बी - परमाणु ईंधन

चावल। 3.10. विद्युत ऊर्जा में परमाणु ऊर्जा के प्रत्यक्ष रूपांतरण के लिए स्थापना की योजना: 1-β-रेडियोधर्मी उत्सर्जक; 2 - धातु ampoule; 3 - धातु पतीला

विद्युत रासायनिक जनरेटर सीधे रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। गैल्वेनिक सेल में ईएमएफ की घटना धातु आयनों और समाधान के अणुओं (और आयनों) के बीच आणविक बातचीत के परिणामस्वरूप एक समाधान में अपने आयनों को भेजने के लिए धातुओं की क्षमता से जुड़ी होती है।

उस घटना पर विचार करें जो तब होती है जब एक जिंक इलेक्ट्रोड को जिंक सल्फेट (ZnSO 4) के घोल में उतारा जाता है। पानी के अणु धातु में धनात्मक जिंक आयनों को घेर लेते हैं (चित्र 3.11)। इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों की कार्रवाई के परिणामस्वरूप, सकारात्मक जस्ता आयन जिंक सल्फेट के समाधान में गुजरते हैं। यह संक्रमण पानी के बड़े द्विध्रुवीय क्षण का पक्षधर है।

जस्ता के विघटन की प्रक्रिया के साथ, थर्मल गति के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोड तक पहुंचने पर सकारात्मक जस्ता आयनों को जस्ता इलेक्ट्रोड में वापस करने की रिवर्स प्रक्रिया होती है।

जैसे ही सकारात्मक आयन समाधान में गुजरते हैं, इलेक्ट्रोड की नकारात्मक क्षमता बढ़ जाती है, जिससे इस संक्रमण को रोका जा सकता है। एक निश्चित धातु क्षमता पर, गतिशील संतुलन सेट होता है, यानी, आयनों के दो काउंटरफ्लो (इलेक्ट्रोड से समाधान तक और इसके विपरीत) समान होंगे। इस संतुलन क्षमता को दिए गए इलेक्ट्रोलाइट के सापेक्ष धातु की विद्युत रासायनिक क्षमता कहा जाता है।

गैल्वेनिक कोशिकाओं ने बैटरी में एक महत्वपूर्ण तकनीकी अनुप्रयोग पाया है, जहां वर्तमान के चयन के दौरान उपभोग किया गया पदार्थ इलेक्ट्रोड पर प्रारंभिक रूप से जमा होता है जब बाहरी स्रोत (चार्जिंग के दौरान) से कुछ समय के लिए करंट पास किया जाता है। सक्रिय रासायनिक ईंधन के छोटे भंडार के कारण बिजली उद्योग में बैटरी का उपयोग मुश्किल है, जो बड़ी मात्रा में निरंतर बिजली प्राप्त करने की अनुमति नहीं देता है। इसके अलावा, बैटरी को कम बिजली घनत्व की विशेषता है।

दुनिया के कई देशों में कार्बनिक ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूप से परिवर्तित करने पर ध्यान दिया जाता है, जो ईंधन कोशिकाओं में किया जाता है। इन ऊर्जा कन्वर्टर्स में, थर्मल इंजन की तुलना में उच्च दक्षता वाले मूल्य प्राप्त किए जा सकते हैं। 1893 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ नर्नस्ट ने गणना की कि कोयले की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की विद्युत रासायनिक प्रक्रिया की सैद्धांतिक दक्षता 99.75% है।

चावल। 3.11. जिंक सल्फेट के घोल में सकारात्मक जिंक आयनों के संक्रमण में योगदान करने वाले विद्युत आवेशों की व्यवस्था

अंजीर पर। 3.12 हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। ईंधन सेल में इलेक्ट्रोड झरझरा होते हैं। एनोड पर, सकारात्मक हाइड्रोजन आयनों का इलेक्ट्रोलाइट में संक्रमण होता है। शेष इलेक्ट्रॉन एक नकारात्मक क्षमता पैदा करते हैं और बाहरी सर्किट में कैथोड में चले जाते हैं। कैथोड पर स्थित ऑक्सीजन परमाणु अपने आप में इलेक्ट्रॉनों को जोड़ते हैं, जिससे नकारात्मक आयन बनते हैं, जो पानी से हाइड्रोजन परमाणुओं को जोड़कर हाइड्रॉक्सिल आयनों OH- के रूप में समाधान में गुजरते हैं। हाइड्रॉक्साइड आयन हाइड्रोजन आयनों के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। इस प्रकार, जब हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है, तो आयनों द्वारा ईंधन ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया बाहरी सर्किट में एक साथ वर्तमान के गठन के साथ होती है। चूंकि सेल के टर्मिनलों पर वोल्टेज छोटा है (1 वी के क्रम का), कोशिकाओं को श्रृंखला में बैटरी में जोड़ा जाता है। ईंधन कोशिकाओं की दक्षता बहुत अधिक है। सैद्धांतिक रूप से, यह एकता के करीब है, लेकिन व्यवहार में यह 60-80% है।

ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं के संचालन की उच्च लागत से जुड़ा है; इसलिए, अन्य सस्ते प्रकार के ईंधन, मुख्य रूप से प्राकृतिक और उत्पादक गैस के उपयोग की संभावनाएं तलाशी जा रही हैं। हालांकि, गैस ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की संतोषजनक दर 800-1200 K के उच्च तापमान पर होती है, जो इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में क्षार जलीय घोल के उपयोग को रोकता है। इस मामले में, आयनिक चालकता वाले ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग किया जा सकता है।

वर्तमान में, कुशल उच्च तापमान वाले ईंधन सेल बनाने के लिए काम चल रहा है। अब तक, ईंधन कोशिकाओं की शक्ति घनत्व अभी भी कम है। यह आंतरिक दहन इंजन की तुलना में कई गुना कम है। हालांकि, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में प्रगति और ईंधन कोशिकाओं में रचनात्मक सुधार निकट भविष्य में वाहनों और ऊर्जा में ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करना संभव बना देगा। ईंधन सेल शांत, किफायती होते हैं और इनमें वातावरण को प्रदूषित करने वाला कोई हानिकारक अपशिष्ट नहीं होता है।

चावल। 3.12. हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल की योजना:

1 - शरीर; 2- कैथोड; 3 - इलेक्ट्रोलाइट; 4 - एनोड

1. एसी सुधार - प्रत्यावर्ती धारा (आमतौर पर औद्योगिक आवृत्ति) को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करना। इस प्रकार के रूपांतरण ने सबसे बड़ा विकास प्राप्त किया है, क्योंकि विद्युत ऊर्जा के कुछ उपभोक्ता केवल प्रत्यक्ष धारा (इलेक्ट्रोकेमिकल और इलेक्ट्रोमेटेलर्जिकल इंस्टॉलेशन, डायरेक्ट करंट ट्रांसमिशन लाइन, इलेक्ट्रोलिसिस बाथ, रिचार्जेबल बैटरी, रेडियो उपकरण, आदि) पर काम कर सकते हैं, जबकि अन्य उपभोक्ताओं का प्रत्यावर्ती धारा (विनियमित विद्युत मोटर) की तुलना में प्रत्यक्ष धारा पर बेहतर प्रदर्शन होता है।
2. इनवर्टिंग करंट - डायरेक्ट करंट को अल्टरनेटिंग करंट में बदलना। इन्वर्टर का उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां ऊर्जा स्रोत प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी जनरेटर, बैटरी और अन्य रासायनिक वर्तमान स्रोत, सौर पैनल, मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर, आदि) उत्पन्न करता है, और उपभोक्ताओं को एसी बिजली की आवश्यकता होती है। कुछ मामलों में, अन्य प्रकार के विद्युत ऊर्जा रूपांतरण (आवृत्ति रूपांतरण, चरण संख्या रूपांतरण) के लिए वर्तमान उलटा आवश्यक है।
3. आवृत्ति रूपांतरण - एक आवृत्ति (आमतौर पर 50 हर्ट्ज) के प्रत्यावर्ती धारा का एक अलग आवृत्ति के प्रत्यावर्ती धारा में रूपांतरण। एडजस्टेबल एसी ड्राइव, इंडक्शन हीटिंग और मेटल मेल्टिंग इंस्टॉलेशन, अल्ट्रासोनिक डिवाइस आदि को पावर देने के लिए ऐसा रूपांतरण आवश्यक है।
4. चरणों की संख्या का रूपांतरण। कुछ मामलों में, तीन-चरण वर्तमान को एकल-चरण एक में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, विद्युत चाप भट्टियों को बिजली देने के लिए) या, इसके विपरीत, एकल-चरण धारा को तीन-चरण वाले में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है। तो, विद्युतीकृत परिवहन पर, एकल-चरण प्रत्यावर्ती वर्तमान संपर्क नेटवर्क का उपयोग किया जाता है, और विद्युत इंजनों पर, तीन-चरण वर्तमान की सहायक मशीनों का उपयोग किया जाता है। उद्योग में, सीधे कनेक्शन के साथ तीन-चरण-एकल-चरण आवृत्ति कन्वर्टर्स का उपयोग किया जाता है, जिसमें औद्योगिक आवृत्ति को कम करने के लिए रूपांतरण के साथ, तीन-चरण वोल्टेज को एकल-चरण एक में भी परिवर्तित किया जाता है।
3. एक वोल्टेज की दिष्ट धारा को दूसरे वोल्टेज की दिष्ट धारा में बदलना (निरंतर वोल्टेज को परिवर्तित करना)। ऐसा परिवर्तन आवश्यक है, उदाहरण के लिए, कई मोबाइल वस्तुओं पर, जहां बिजली का स्रोत बैटरी या अन्य कम वोल्टेज प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत है, और बिजली उपभोक्ताओं के लिए एक उच्च प्रत्यक्ष वोल्टेज की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, बिजली की आपूर्ति के लिए रेडियो इंजीनियरिंग या इलेक्ट्रॉनिक उपकरण)।

आदर्श नियंत्रणीय कुंजी तत्व के करीब नए प्रकार के पावर सेमीकंडक्टर वाल्वों के उद्भव ने वाल्व कन्वर्टर्स के निर्माण के दृष्टिकोण को महत्वपूर्ण रूप से बदल दिया है। जीटीओ (गेट टर्न ऑफ थिरिस्टर) और इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी) जो हाल के वर्षों में व्यापक हो गए हैं, सफलतापूर्वक सैकड़ों और हजारों किलोवाट तक की बिजली सीमा को कवर करते हैं, उनके गतिशील गुणों में लगातार सुधार हो रहा है, और उनकी लागत में लगातार सुधार हो रहा है। उत्पादन वृद्धि घट रही है। इसलिए, उन्होंने पारंपरिक थाइरिस्टर को मजबूर स्विचिंग नोड्स के साथ सफलतापूर्वक बदल दिया। उपकरणों के नए वर्गों के साथ पल्स वोल्टेज कन्वर्टर्स के अनुप्रयोग के क्षेत्रों का भी विस्तार हुआ है। डीसी आपूर्ति वोल्टेज को ऊपर और नीचे करने दोनों के लिए शक्तिशाली स्विचिंग नियामक तेजी से विकसित हो रहे हैं; पल्स कन्वर्टर्स का उपयोग अक्सर अक्षय स्रोतों (पवन, सौर विकिरण) से ऊर्जा वसूली प्रणालियों में किया जाता है।

विद्युत लाइनों के माध्यम से आने वाली ऊर्जा का उपयोग हमेशा अपने शुद्ध रूप में नहीं होता है। विशिष्ट कार्यों को करने के लिए, इसे विद्युत उपकरणों द्वारा परिवर्तित किया जाता है जो एक या अधिक मापदंडों को बदलते हैं - वोल्टेज का प्रकार, आवृत्ति और अन्य।

बिजली कन्वर्टर्स: वर्गीकरण

इन उपकरणों को कई मानदंडों के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:

एक प्रकार का परिवर्तन।
निर्माण प्रकार।
प्रबंधनीयता।

पैरामीटर जो बदलते हैं

निम्नलिखित पैरामीटर परिवर्तन के अधीन हैं:

वोल्टेज का प्रकार - एसी से डीसी तक और इसके विपरीत।
वर्तमान और वोल्टेज के आयाम मान।
आवृत्ति।

निर्माण प्रकार

इन उपकरणों को विद्युत और अर्धचालक में विभाजित किया गया है।

इलेक्ट्रोमशीन (रोटरी) में दो मशीनें होती हैं, एक ड्राइव होती है, और दूसरी एक्चुएटर होती है। उदाहरण के लिए, एसी को डीसी में बदलने के लिए, एक एसी इंडक्शन मोटर (ड्राइव) और एक डीसी जनरेटर (एक्ज़ीक्यूटर) का उपयोग किया जाता है। उनका नुकसान उनका बड़ा आकार और वजन है। इसके अलावा, तकनीकी बंडल की कुल दक्षता एकल इलेक्ट्रिक मशीन की तुलना में कम है।

सेमीकंडक्टर (स्थिर) कन्वर्टर्स अर्धचालक या लैंप तत्वों से युक्त विद्युत परिपथों के आधार पर बनाए जाते हैं। उनकी दक्षता अधिक है, आकार और वजन छोटा है, लेकिन आउटपुट पर बिजली की गुणवत्ता कम है।

प्रबंधित और अप्रबंधित

यदि विद्युत ऊर्जा पैरामीटर में परिवर्तन का परिमाण निश्चित है, तो एक अनियंत्रित कनवर्टर का उपयोग किया जाता है। ऐसे उपकरणों का उपयोग बिजली आपूर्ति के पहले चरण में किया जाता है। एक उदाहरण एक बिजली ट्रांसफार्मर है जो मुख्य वोल्टेज को 220 से 12 वोल्ट तक कम करता है।

परिवर्तनीय पैरामीटर वाले कन्वर्टर्स नियंत्रित विद्युत सर्किट में एक्ट्यूएटर होते हैं। उदाहरण के लिए, आपूर्ति वोल्टेज की आवृत्ति को बदलकर, अतुल्यकालिक मोटर्स के रोटेशन की गति को नियंत्रित किया जाता है।

पावर कन्वर्टर्स: डिवाइस उदाहरण

कन्वर्टर्स या तो एक फ़ंक्शन या कई कार्य कर सकते हैं।

वोल्टेज प्रकार बदलें

वे उपकरण जो प्रत्यावर्ती धारा को दिष्ट धारा में परिवर्तित करते हैं, रेक्टिफायर कहलाते हैं। इसके विपरीत कार्य करना - इनवर्टर।

यदि यह एक विद्युत मशीन उपकरण है, तो रेक्टिफायर में एक एसिंक्रोनस एसी मोटर होती है जो डीसी जनरेटर के रोटर को घुमाती है। इनपुट और आउटपुट लाइनों में विद्युत संपर्क नहीं होता है।

स्टैटिक रेक्टिफायर सर्किट का सबसे सामान्य प्रकार डायोड ब्रिज है। इसमें एकतरफा चालन वाले चार तत्व (डायोड) होते हैं, जो विपरीत दिशाओं में जुड़े होते हैं। इसके बाद, एक इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर आवश्यक रूप से रखा जाता है, जो स्पंदनशील वोल्टेज को सुचारू करता है।

एक हाइब्रिड डिज़ाइन है जो एक इलेक्ट्रिक मशीन और एक स्टैटिक रेक्टिफायर को जोड़ती है। यह एक ऑटोमोबाइल जनरेटर है, जो एक प्रत्यावर्ती धारा मशीन है, जिसके स्टेटर वाइंडिंग एक संधारित्र के साथ एक रेक्टिफायर ब्रिज से जुड़े होते हैं।

इन्वर्टर सर्किट का उपयोग थाइरिस्टर या ट्रांजिस्टर पर निर्मित एक निरंतर दोलन जनरेटर (मल्टीविब्रेटर) को शुरू करने के लिए किया जाता है। वे आवृत्ति कन्वर्टर्स के आधार हैं।

आयाम मूल्यों का परिवर्तन

ये सभी प्रकार के ट्रांसफार्मर हैं - स्टेप-डाउन, स्टेप-अप, गिट्टी।

नियंत्रित ट्रांसफार्मर को रिओस्तात कहा जाता है। यदि वे बिजली के स्रोत के समानांतर जुड़े हुए हैं, तो वे वोल्टेज बदलते हैं। श्रृंखला में - वर्तमान।

शक्तिशाली उच्च-वोल्टेज नेटवर्क ट्रांसफार्मर के संचालन के दौरान जारी गर्मी को अवशोषित करने के लिए, तरल (तेल) शीतलन प्रणाली का उपयोग किया जाता है।

आवृत्ति परिवर्तन

फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स इलेक्ट्रिक (रोटरी) और स्टैटिक दोनों हैं।

रोटरी फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स का एक्चुएटर एक उच्च-आवृत्ति अतुल्यकालिक तीन-चरण जनरेटर है। इसका रोटर प्रत्यक्ष या प्रत्यावर्ती धारा की विद्युत मोटर को घुमाता है। रोटरी रेक्टिफायर की तरह, इसके इनपुट और आउटपुट लाइनों में विद्युत संपर्क नहीं होता है।

स्टैटिक टाइप फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स में उपयोग किए जाने वाले इन्वर्टर सर्किट नियंत्रित और अनियंत्रित होते हैं। आवृत्ति बढ़ाने से आप उपकरणों के आकार को कम कर सकते हैं। 400 हर्ट्ज पर काम करने वाला एक ट्रांसफॉर्मर 50 हर्ट्ज पर काम करने वाले ट्रांसफॉर्मर से आठ गुना छोटा होता है। इस संपत्ति का उपयोग कॉम्पैक्ट वेल्डिंग इनवर्टर बनाने के लिए किया जाता है।

ऊर्जा, ग्रीक शब्द एनर्जिया से - गतिविधि या क्रिया, विभिन्न प्रकार की गति और अंतःक्रिया का एक सामान्य उपाय है।

ऊर्जासभी प्रकार के पदार्थों की क्रिया और अंतःक्रिया का एक मात्रात्मक माप है।

ऊर्जा के प्रकार : यांत्रिक, विद्युत, थर्मल, चुंबकीय, परमाणु।

गतिज ऊर्जा भौतिक निकायों की गति की स्थिति में परिवर्तन का परिणाम है।

स्थितिज ऊर्जा किसी प्रणाली के भागों की स्थिति में परिवर्तन का परिणाम है।

यांत्रिक ऊर्जा- यह किसी वस्तु की गति या उसकी स्थिति, यांत्रिक कार्य करने की क्षमता से जुड़ी ऊर्जा है।

बिजलीऊर्जा ऊर्जा के उत्तम रूपों में से एक है।

इसका व्यापक उपयोग निम्नलिखित कारकों के कारण है:

संसाधनों और जल स्रोतों के भंडार के पास बड़ी मात्रा में प्राप्त करना;

अपेक्षाकृत कम नुकसान के साथ लंबी दूरी पर परिवहन की संभावना;

· अन्य प्रकार की ऊर्जा में बदलने की क्षमता: यांत्रिक, रासायनिक, थर्मल, प्रकाश;

· कोई पर्यावरण प्रदूषण नहीं;

· बिजली पर आधारित उच्च स्तर के स्वचालन के साथ मौलिक रूप से नई प्रगतिशील तकनीकी प्रक्रियाओं की शुरूआत।

हाल ही में, पर्यावरणीय समस्याओं, जीवाश्म ईंधन की कमी और उनके असमान भौगोलिक वितरण के कारण, पवन टरबाइन, सौर पैनल, छोटे गैस जनरेटर का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करना समीचीन हो गया है।

तापीय ऊर्जाआधुनिक उद्योगों और रोजमर्रा की जिंदगी में भाप, गर्म पानी, ईंधन दहन उत्पादों के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

प्राथमिक ऊर्जा का द्वितीयक ऊर्जा में रूपांतरण स्टेशनों पर किया जाता है:

· एक ताप विद्युत संयंत्र में टीपीपी - थर्मल;

· हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर स्टेशन एचपीपी - मैकेनिकल (जल आंदोलन की ऊर्जा);

· परमाणु ऊर्जा संयंत्र एनपीपी - परमाणु (परमाणु ईंधन की ऊर्जा);

ज्वारीय बिजली संयंत्र पीईएस - ज्वार।

बेलारूस गणराज्य में, थर्मल पावर प्लांटों में 95% से अधिक ऊर्जा उत्पन्न होती है, जिन्हें उनके उद्देश्य के अनुसार दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

2. संयुक्त ताप और विद्युत संयंत्र (सीएचपी) जहां विद्युत और ताप ऊर्जा का संयुक्त उत्पादन किया जाता है।

ऊर्जा प्राप्त करने और परिवर्तित करने के तरीके।

यांत्रिक ऊर्जा को ऊष्मा में - घर्षण से, रासायनिक में - पदार्थ की संरचना को नष्ट करके, संपीड़न से, विद्युत में - जनरेटर के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बदलकर परिवर्तित किया जाता है।

तापीय ऊर्जा को रासायनिक में, गति की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, और यह ऊर्जा यांत्रिक (टरबाइन) में, विद्युत (थर्मो ईएमएफ) में परिवर्तित हो जाती है।

रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक (विस्फोट), थर्मल (प्रतिक्रिया की गर्मी), विद्युत (बैटरी) में परिवर्तित किया जा सकता है।

विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक (विद्युत मोटर), रासायनिक (इलेक्ट्रोलिसिस), विद्युत चुम्बकीय (विद्युत चुंबक) में परिवर्तित किया जा सकता है।

विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा - सूर्य की ऊर्जा - थर्मल (हीटिंग वॉटर) में, इलेक्ट्रिकल (फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट → सोलर एनर्जी), मैकेनिकल (फोन रिंगिंग) में।

परमाणु ऊर्जा → रासायनिक, तापीय, यांत्रिक (विस्फोट), नियंत्रित विखंडन (रिएक्टर) → रासायनिक + थर्मल में।

टीपीपी में उपकरणों का एक सेट शामिल होता है जिसमें ईंधन की आंतरिक रासायनिक ऊर्जा को पानी और भाप की तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जिसे यांत्रिक घूर्णी ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जो विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है।

दहन के दौरान गोदाम (सी) से भाप जनरेटर (एसजी) को आपूर्ति किया गया ईंधन थर्मल ऊर्जा जारी करता है, जो पानी के सेवन (वीजेड) से आपूर्ति किए गए पानी को गर्म करके 550 के तापमान के साथ जल वाष्प ऊर्जा में परिवर्तित कर देता है। में टरबाइन, जल वाष्प ऊर्जा को घूर्णन की यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जनरेटर (जी) को प्रेषित किया जाता है, जो इसे बिजली में बदल देता है। स्टीम कंडेनसर (के) में, 123-125 के तापमान के साथ निकास भाप ठंडे पानी को वाष्पीकरण की गुप्त गर्मी देता है और फिर से बॉयलर-सुपरचार्जर में एक गोलाकार पंप (एच) का उपयोग करके कंडेनसर के रूप में खिलाया जाता है। )

सीएचपी योजना टीपीपी से अलग है जिसमें कंडेनसर के बजाय एक हीट एक्सचेंजर स्थापित किया जाता है, जहां एक महत्वपूर्ण दबाव पर भाप मुख्य ताप मुख्य में आपूर्ति किए गए पानी को गर्म करती है।

परमाणु ऊर्जा स्टेशन

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की योजना रिएक्टर के प्रकार पर निर्भर करती है; शीतलक का प्रकार; उपकरण की संरचना और एक-, दो- और तीन-सर्किट हो सकते हैं।

सिंगल-लूप परमाणु ऊर्जा संयंत्र।

भाप को सीधे रिएक्टर में संसाधित किया जाता है और भाप टरबाइन में प्रवेश करता है। एग्जॉस्ट स्टीम को कंडेनसर में संघनित किया जाता है और कंडेनसेट को रिएक्टर में पंप किया जाता है। योजना सरल, किफायती है। हालांकि, रिएक्टर से बाहर निकलने पर भाप रेडियोधर्मी हो जाती है, जो जैविक सुरक्षा पर बढ़ी हुई आवश्यकताओं को लागू करती है और उपकरणों की निगरानी और मरम्मत करना मुश्किल बनाती है।

1-परमाणु रिएक्टर;

2-टरबाइन;

3-इलेक्ट्रिक जनरेटर;

4-जल वाष्प संघनित्र;

5-फीड पंप।

एक टीपीपी और एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के बीच का अंतर यह है कि एक टीपीपी में गर्मी का स्रोत एक भाप बॉयलर होता है जिसमें जैविक ईंधन जलाया जाता है; एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र में - एक परमाणु रिएक्टर, जिसमें ऊष्मा परमाणु ईंधन के विखंडन से निकलती है, जिसका उच्च कैलोरी मान होता है।

तापीय और विद्युत ऊर्जा का परिवहन।

तापीय ऊर्जा का परिवहन।

तापीय ऊर्जा के मुख्य उपभोक्ता औद्योगिक उद्यम और आवास और सांप्रदायिक सेवाएं हैं।

एक गर्मी आपूर्ति प्रणाली गर्मी के उत्पादन, परिवहन और उपयोग के लिए उपकरणों का एक जटिल है।

उपभोक्ताओं को तापीय ऊर्जा की आपूर्ति (हीटिंग सिस्टम, वेंटिलेशन, गर्म पानी की आपूर्ति और तकनीकी प्रक्रियाएं) में 3 परस्पर संबंधित प्रक्रियाएं होती हैं: शीतलक को गर्मी का हस्तांतरण, शीतलक का परिवहन और शीतलक की तापीय क्षमता का उपयोग। हीट सप्लाई सिस्टम को विकेन्द्रीकृत (स्थानीय) और केंद्रीकृत किया जा सकता है।

विकेंद्रीकृत ताप आपूर्ति प्रणालियाँ ऐसी प्रणालियाँ हैं जिनमें 3 मुख्य लिंक संयुक्त होते हैं और एक ही या आसन्न परिसर में स्थित होते हैं। उसी समय, गर्मी की प्राप्ति और इसकी हवा को कमरे में स्थानांतरित करना एक उपकरण में संयुक्त होता है और गर्म कमरों में स्थित होता है।

केंद्रीकृत प्रणाली ऊष्मा आपूर्ति प्रणालियाँ ऐसी प्रणालियाँ हैं जिनमें कई भवनों, क्वार्टरों, जिलों के लिए एक ऊष्मा स्रोत से ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है।

थर्मल ऊर्जा का परिवहन थर्मल नेटवर्क द्वारा किया जाता है।

गर्मी नेटवर्क के मुख्य तत्व पाइपलाइन, इन्सुलेट संरचना, सहायक संरचना हैं।

पाइपलाइन बिछाने का काम जमीन के ऊपर और भूमिगत तरीकों से किया जाता है।

विद्युत ऊर्जा का परिवहन।

प्रत्यक्ष उपभोक्ताओं को बिजली उत्पन्न करने वाले उद्यमों से बिजली का संचरण विद्युत नेटवर्क का उपयोग करके किया जाता है, जो कि सबस्टेशन (स्टेप-अप और स्टेप-डाउन), स्विचगियर्स और विद्युत लाइनों (ओवरहेड या केबल) का संयोजन होता है, जो उन्हें जोड़ने वाले होते हैं। जिले का क्षेत्र, इलाकाविद्युत ऊर्जा का उपभोक्ता।

बिजली का उत्पादन और वितरण करने वाले मुख्य उपकरण में शामिल हैं:

· तुल्यकालिक जनरेटर जो बिजली उत्पन्न करते हैं (ताप विद्युत संयंत्रों में - टर्बोजेनरेटर);

· बसबार जो जनरेटर से बिजली प्राप्त करते हैं और इसे उपभोक्ताओं को वितरित करते हैं;

· स्विचिंग डिवाइस-स्विच जो सामान्य और आपातकालीन स्थितियों में सर्किट को चालू और बंद करते हैं, और डिस्कनेक्टर्स जो विद्युत प्रतिष्ठानों के प्रदान किए गए हिस्सों से वोल्टेज को राहत देते हैं और सर्किट में एक दृश्य ब्रेक बनाते हैं;

· अपनी जरूरतों के इलेक्ट्रिक रिसीवर (पंप, पंखे, आपातकालीन विद्युत प्रकाश व्यवस्था, आदि)।

सहायक उपकरण को माप, सिग्नलिंग, सुरक्षा और स्वचालन आदि के कार्यों को करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

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