Energijos konvertavimas. Įvairių rūšių energijos konvertavimo būdai Energijos šaltinių konversija

07.12.2019 gimdymas

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Publikuotas http://www.allbest.ru/

Kursinis darbas

Tema: Transformacijos metodai Įvairios rūšys energija energijoje

Mokinys: Myrza A.

Lektorius: Dzhumartbaeva N.

Kentau-2015

Įvadas

1. Įvairių rūšių energijų konvertavimo būdai

1.1 Elektros energijos konvertavimo rūšys

1.2 Įvairių energijos šaltinių poveikis aplinkai

2. Elektros energijos gavimo būdai

2.1 Elektrinės

Išvada

Naudotos literatūros sąrašas

Įvadas

Energija, kilusi iš graikiško žodžio energeia, veikla arba veiksmas, yra bendras įvairių judėjimo ir sąveikos tipų matas. Gamtos moksle išskiriamos šios energijos rūšys: mechaninė, šiluminė, elektrinė, cheminė, magnetinė, elektromagnetinė, branduolinė, gravitacinė. Šiuolaikinis mokslas neatmeta kitų energijos rūšių egzistavimo. Energija matuojama džauliais (J). Šiluminei energijai matuoti naudojamos kalorijos, 1 cal = 4,18 J, elektros energija matuojama kW * h = 3,6 * 106 J, mechaninė energija matuojama kg * m, 1 kg * m = 9,8 J. Kinetinė energija yra materialių kūnų judėjimo būklės pasikeitimo rezultatas. Potencinė energija- šios sistemos dalių padėties pasikeitimo rezultatas. Mechaninė energija – tai energija, susijusi su daikto judėjimu ar jo padėtimi, galimybe atlikti mechaninį darbą. srovės kintamoji įtampa

Elektros energija – viena tobuliausių energijos formų. Plačiai paplitęs dėl šių veiksnių: Didelių išteklių ir vandens šaltinių gavimas šalia telkinio Galimybė gabenti dideliais atstumais su santykinai mažais nuostoliais; Gebėjimas transformuotis į kitų rūšių energiją: mechaninę, cheminę, šiluminę, šviesą; Jokios taršos aplinką; Iš esmės naujų pažangių technologinių procesų, pagrįstų elektra su aukštu automatizavimo laipsniu, įdiegimas.

V Pastaruoju metu, dėl aplinkosaugos problemų, iškastinio kuro trūkumo ir netolygaus geografinio jo pasiskirstymo, elektros energiją tampa tikslinga gaminti naudojant vėjo jėgaines, saulės baterijas, mažus dujų generatorius. Šiluminė energija yra plačiai naudojama šiuolaikinėse pramonės šakose ir kasdieniame gyvenime garo, karšto vandens, kuro degimo produktų pavidalu. Energijos konvertavimo būdai: Žmonija nuo savo istorijos pradžios siekė valdyti energiją savo interesais. Energijos „įvaldymo“ etapai: ugnis, gyvūnų raumenų jėga, vėjo jėga, vanduo, garo energija, elektros energija, branduolinė energija. Visatoje vyksta didžiulio masto energijos konvertavimo iš vienos rūšies į kitą procesai. Žmonija yra pačioje šių procesų supratimo kelio pradžioje. Energijos tvermės dėsnis – energija nėra nei kuriama, nei sunaikinama, ji pereina iš vienos formos į kitą. Atskirkite tvarkingo judėjimo energiją (laisvą – mechaninę, cheminę, elektrinę, elektromagnetinę, branduolinę) ir chaotiško judėjimo energiją – šilumą. Šiuo metu nėra būdų, kaip branduolinę energiją tiesiogiai paversti elektros ir mechanine energija, pirmiausia reikia pereiti energijos pavertimo šilumine energija, o po to mechanine ir elektros energija etapą. Pirminė energija paverčiama antrine energija stotyse:

· Šiluminėje elektrinėje TPP - šiluminė;

· Hidroelektrinės HE – mechaninė (vandens judėjimo energija);

· HAE hidroakumuliacinė stotis - mechaninė (vandens judėjimo energija, iš anksto užpildyta dirbtiniame rezervuare);

· Atominė elektrinė AE – branduolinė (branduolinio kuro energija);

· Potvynių ir atoslūgių jėgainė PES – potvyniai. Baltarusijos Respublikoje daugiau nei 95% energijos pagaminama šiluminėse elektrinėse, kurios pagal paskirtį skirstomos į du tipus:

1. KES kondensacinės šiluminės elektrinės skirtos gaminti tik elektros energiją;

2. Kombinuotosios šilumos ir elektrinės (CHP), kuriose vykdoma kombinuota elektros ir šilumos energijos gamyba. Energijos gavimo ir konvertavimo metodai. Mechaninė energija paverčiama šiluma – trinties būdu, chemine – ardant medžiagos struktūrą, suspaudimą, į elektrinę – keičiant generatoriaus elektromagnetinį lauką. Šiluminė energija virsta chemine, kinetine judėjimo energija, o ši - mechanine (turbina), elektrine (termo emf) Cheminė energija gali virsti mechanine (sprogimas), šilumine (reakcijos šiluma), elektrine ( baterijas).

1 . Įvairių rūšių energijos konvertavimo būdai

1.1 Elektros energijos konvertavimo rūšys

Klausimai, susiję su elektros energijos konvertavimu iš vienos rūšies į kitą, sprendžiami mokslo ir technologijų srityje, vadinamoje keitiklių technologija (arba galios elektronika). Pagrindiniai elektros energijos konvertavimo tipai yra šie:

1. Kintamosios srovės ištaisymas – kintamosios srovės (dažniausiai pramoninio dažnio) pavertimas nuolatine. Šis konversijos būdas buvo labiausiai išvystytas, nes dalis elektros energijos vartotojų gali dirbti tik nuolatine srove (elektrocheminiai ir elektrometalurginiai įrenginiai, nuolatinės srovės perdavimo linijos, elektrolizės vonios, įkraunamos baterijos, radijo įranga ir kt.), o kiti vartotojų turi nuolatinę srovę geriausias pasirodymas nei ant kintamosios srovės (reguliuojami elektros varikliai).

2. Invertuojanti srovė – nuolatinės srovės keitimas į kintamąją. Inverteris naudojamas tais atvejais, kai energijos šaltinis generuoja nuolatinę srovę (nuolatinės srovės generatoriai, baterijos ir kiti cheminės srovės šaltiniai, saulės baterijos, magnetohidrodinaminiai generatoriai ir kt.), o vartotojams reikia kintamosios srovės. Kai kuriais atvejais srovės inversija reikalinga kitoms elektros energijos konversijos rūšims (dažnio keitimui, fazių skaičiaus keitimui).

3. Dažnio konvertavimas – vieno dažnio (dažniausiai 50 Hz) kintamosios srovės pavertimas skirtingo dažnio kintamąja srove. Toks pakeitimas būtinas norint maitinti reguliuojamas kintamosios srovės pavaras, indukcinio šildymo ir metalo lydymo įrenginius, ultragarsinius įrenginius ir kt.

4. Fazių skaičiaus perskaičiavimas. Kai kuriais atvejais trifazę srovę reikia paversti vienfaze (pavyzdžiui, elektros lanko krosnims maitinti) arba, priešingai, vienfazę srovę į trifazę. Taigi elektrifikuotame transporte naudojamas vienfazis kintamosios srovės kontaktinis tinklas, o elektriniuose lokomotyvuose - pagalbinės trifazės srovės mašinos. Pramonėje naudojami trifaziai vienfaziai dažnio keitikliai su tiesioginiu ryšiu, kuriuose kartu su pramoninio dažnio keitimu į žemesnį, trifazė įtampa paverčiama ir vienfaze.

3. Vienos įtampos nuolatinės srovės keitimas į kitos įtampos nuolatinę srovę (konvertuojant pastovią įtampą). Tokia transformacija būtina, pavyzdžiui, daugelyje mobilių objektų, kur elektros energijos šaltinis yra akumuliatorius ar kitas žemos įtampos nuolatinės srovės šaltinis, o vartotojams maitinti reikalinga didesnė nuolatinė įtampa (pavyzdžiui, maitinimo šaltiniai radijo inžinerijos ar elektroninės įrangos).

Yra keletas kitų elektros energijos konversijos tipų (pavyzdžiui, tam tikros kintamosios įtampos kreivės formavimas), ypač galingų srovės impulsų, kurie naudojami specialiuose įrenginiuose, formavimas, reguliuojamas kintamos įtampos konvertavimas. Visų tipų transformacijos atliekamos naudojant maitinimo klavišo elementus. Pagrindiniai puslaidininkinių jungiklių tipai yra diodai, galios dvipoliai tranzistoriai, tiristoriai, uždarieji tiristoriai, lauko valdomi tranzistoriai.

Tiristorių keitikliai paprastai skirstomi į dvi grupes: verginius ir autonominius. Pirmajame periodinis srovės perėjimas iš vieno vožtuvo į kitą (srovės perjungimas) atliekamas veikiant tam tikro išorinio šaltinio kintamajai įtampai. Jei toks šaltinis yra kintamosios srovės tinklas, kalbama apie tinklo valdomą keitiklį. Šie keitikliai yra: lygintuvai, tinklo valdomi (priklausomi) keitikliai, tiesioginiai dažnio keitikliai, fazių skaičiaus keitikliai, kintamosios srovės įtampos keitikliai. Jei išorinis įtampos šaltinis, teikiantis perjungimą, yra kintamosios srovės mašina (pavyzdžiui, sinchroninis generatorius arba variklis), keitiklis vadinamas varoma mašina.

Autonominiai keitikliai atlieka formos transformavimo arba įtampos (srovės) reguliavimo funkcijas, keičiant valdomų galios klavišų elementų būseną, veikiant valdymo signalams. Autonominiai keitikliai apima tiesioginės ir kintamosios įtampos impulsų reguliatorius, kai kurių tipų įtampos keitiklius.

Tradiciškai galios vožtuvų keitikliai buvo naudojami pramoninių tinklų 50 Hz dažnio ištaisytai įtampai gauti ir kintamajai (vienfazei arba trifazei) įtampai gauti, kai maitinama nuolatinės srovės įtampos šaltiniu. Šiems keitikliams (lygintuvams ir inverteriams) naudojami diodai ir tiristoriai, įjungiami tinklo dažniu. Išėjimo įtampos ir srovės formą lemia tiesinė grandinės dalis ir valdymo kampo fazinė moduliacija.

Rektifikavimas ir inversija tebėra pirmaujantis elektros energijos konvertavimo būdas, tačiau konversijos metodai smarkiai pasikeitė ir jų atmainų daugėjo.

Naujų tipų galios puslaidininkiniai vožtuvai, artimi idealiam valdomam pagrindiniam elementui, gerokai pakeitė požiūrį į vožtuvų keitiklių konstrukciją. Plačiai paplitęs pastaraisiais metais rakinami tiristoriai (GTO - vartų išjungimo tiristoriai) ir izoliuotų vartų bipoliniai tranzistoriai (IGBT - insolated gate bipolinis tranzistorius) sėkmingai apima galios diapazoną iki šimtų ir tūkstančių kilovatų, jų dinaminės savybės nuolat gerėja, o kaina mažėja didėjant galiai . Todėl jie sėkmingai pakeitė įprastus tiristorius priverstinio perjungimo mazgais. Taip pat išsiplėtė impulsinių įtampos keitiklių panaudojimo sritys su naujomis įrenginių klasėmis. Sparčiai kuriami galingi perjungimo reguliatoriai, skirti tiek didinti, tiek sumažinti nuolatinės srovės maitinimo įtampą; impulsiniai keitikliai dažnai naudojami energijos atgavimo sistemose iš atsinaujinančių šaltinių (vėjo, saulės spinduliuotės).

Didelės investicijos yra skiriamos energijos gamybai naudojant energiją taupančias technologijas, kai atsinaujinantys pirminiai šaltiniai naudojami energijai grąžinti į tinklą arba saugyklos (akumuliatoriaus) papildymui įrenginiuose su padidintu energijos tiekimo patikimumu. Atsirado naujos klasės keitiklių, skirtų elektrinėms pavaroms su įjungtais reluktancijos varikliais (SRD – switched reluctanse drive). Šie keitikliai yra daugiakanaliai (kanalų skaičius paprastai yra nuo trijų iki aštuonių) jungikliai, užtikrinantys nuoseklų variklio statoriaus apvijų sujungimą su reguliuojamu dažniu ir įtampa. Perjungiamieji keitikliai plačiai naudojami buitinės įrangos maitinimo šaltiniuose, įkrovikliuose, suvirinimo aparatuose ir daugelyje naujų pritaikymų (apšvietimo įrenginių balastai, elektrostatiniai nusodintuvai ir kt.).

Be galios keitiklių grandinių elementų bazės tobulinimo, grandinių problemų sprendimo strategijai didelės įtakos turėjo ir mikrovaldiklių įrenginių bei skaitmeninių informacijos apdorojimo metodų kūrimas.

1.2 Įvairių šaltinių poveikiskov energijos ant aplinkos

Kuro deginimas yra ne tik pagrindinis energijos šaltinis, bet ir svarbiausias teršalų tiekėjas aplinkai. Šiluminės elektrinės labiausiai „atsakingos“ už stiprėjantį šiltnamio efektą ir rūgščius kritulius. Jie kartu su transportu tiekia į atmosferą didžiąją dalį technogeninės anglies (daugiausia CO pavidalu), apie 50 % sieros dioksido, 35 % azoto oksidų ir apie 35 % dulkių. Yra duomenų, kad šiluminės elektrinės aplinką radioaktyviosiomis medžiagomis teršia 2-4 kartus daugiau nei tokios pat galios atominės. TPP emisijose yra daug metalų ir jų junginių. Kalbant apie mirtinas dozes, 1 milijono kW galios TPP metinėse emisijose yra daugiau nei 100 milijonų aliuminio ir jo junginių dozių, 400 milijonų geležies dozių ir 1,5 milijono magnio dozių. Mirtinas šių teršalų poveikis nepasireiškia tik dėl to, kad į organizmą jie patenka nedideliais kiekiais. Tačiau tai neatmeta neigiamo jų poveikio per vandenį, dirvožemį ir kitas ekosistemų dalis. Galima daryti prielaidą, kad šiluminė energija neigiamai veikia beveik visus aplinkos elementus, taip pat žmones, kitus organizmus ir jų bendrijas. Tuo pačiu energijos poveikis aplinkai ir jos gyventojams labai priklauso nuo naudojamų energijos nešėjų (kuro). Švariausias kuras yra gamtinės dujos, toliau seka nafta (mazutas), anglys, rusvosios anglys, skalūnai, durpės. Nors šiuo metu nemaža dalis elektros pagaminama naudojant santykinai švarų kurą (dujas, alyvą), tačiau jų dalies mažėjimo tendencija yra natūrali. Remiantis turimomis prognozėmis, pirmajame XXI amžiaus ketvirtyje šie energijos nešėjai praras lyderio vaidmenį. Čia dera priminti D. I. pareiškimą. Mendelejevas dėl nepriimtinumo naudoti naftą kaip kurą: „nafta nėra kuras – galima kaitinti ir banknotus“. Neatmetama galimybė, kad anglies naudojimo pasaulinis energijos balansas gerokai padidės. Remiantis turimais skaičiavimais, anglies atsargos yra tokios, kad jos gali patenkinti pasaulio energijos poreikius 200-300 metų Galima anglies gavyba, atsižvelgiant į ištirtus ir prognozuojamus rezervus, vertinama daugiau nei 7 trilijonais tonų. Tuo pačiu metu daugiau nei 1/3 pasaulio anglies atsargų yra Rusijoje. Todėl pagrįstai galima tikėtis, kad energijos gamyboje padidės anglių ar jų perdirbimo produktų (pavyzdžiui, dujų) dalis, taigi ir aplinkos tarša. Anglys turi nuo 0,2 iki dešimčių procentų sieros, daugiausia pirito, geležies sulfato ir gipso pavidalu. Galimi sieros gaudymo būdai deginant kurą ne visada naudojami dėl sudėtingumo ir didelių sąnaudų. Todėl nemaža jo dalis patenka ir, matyt, artimiausiu metu pateks į aplinką. Rimtos aplinkos problemos yra susijusios su kietosiomis šiluminių elektrinių atliekomis – pelenais ir šlakais. Nors didžiąją dalį pelenų sulaiko įvairūs filtrai, vis dėlto kasmet į atmosferą iš šiluminių elektrinių išmetamų teršalų pavidalu patenka apie 250 milijonų tonų smulkių aerozolių.

Pastarieji sugeba pastebimai pakeisti saulės spinduliuotės pusiausvyrą šalia žemės paviršiaus. Jie taip pat yra kondensacijos branduoliai vandens garams ir krituliams susidaryti, o patekę į žmonių ir kitų organizmų kvėpavimo organus sukelia įvairias kvėpavimo takų ligas. TPP yra svarbus šildomo vandens šaltinis, kuris čia naudojamas kaip aušinimo priemonė. Šie vandenys dažnai patenka į upes ir kitus vandens telkinius, sukeldami jų terminę taršą ir su tuo susijusias natūralias grandinines reakcijas (dumblių augimą, deguonies praradimą, vandens organizmų mirtį, tipiškų vandens ekosistemų virsmą pelkėmis ir kt.).

Dar visai neseniai branduolinė energija buvo laikoma perspektyviausia. Tai lemia ir palyginti didelės branduolinio kuro atsargos, ir švelnus poveikis aplinkai. Privalumai taip pat apima galimybę statyti atominę elektrinę neprisijungus prie išteklių telkinių, nes jų transportavimas nereikalauja didelių išlaidų dėl mažų tūrių. Pakanka pasakyti, kad 0,5 kg branduolinio kuro leidžia gauti tiek energijos, kiek sudeginant 1000 tonų anglies. Iki devintojo dešimtmečio vidurio žmonija branduolinėje energetikoje matė vieną iš būdų išeiti iš energetinės aklavietės. Vos per 20 metų (nuo septintojo dešimtmečio vidurio iki devintojo dešimtmečio vidurio) pasaulinė atominėse elektrinėse pagamintos energijos dalis išaugo nuo beveik nulio iki 15–17%, o daugelyje šalių ji tapo paplitusi. Jokia kita energijos rūšis neturėjo tokio augimo. Dar visai neseniai pagrindinės AE aplinkosaugos problemos buvo susijusios su panaudoto branduolinio kuro laidojimu, taip pat su pačių AE likvidavimu pasibaigus jų leistinam eksploatavimo laikui. Yra duomenų, kad tokių likvidavimo darbų kaina sudaro nuo 1/6 iki 1/3 pačių AE kainos. Kai kurie AE ir TE poveikio aplinkai parametrai pateikti 8.3 lentelėje. At normalus veikimas AE radioaktyviųjų elementų išmetimai į aplinką yra itin nežymūs. Vidutiniškai jų yra 2-4 kartus mažiau nei iš tokios pat galios šiluminių elektrinių. Iki 1986 m. gegužės mėn. 400 pasaulyje veikusių jėgos agregatų, tiekiančių daugiau nei 17% elektros energijos, padidino natūralų radioaktyvumo foną ne daugiau kaip 0,02%. Iki Černobylio katastrofos mūsų šalyje jokia pramonė neturėjo mažesnio pramonės traumų lygio nei atominės elektrinės. Likus 30 metų iki tragedijos, avarijose, o vėliau dėl ne radiacijos priežasčių žuvo 17 žmonių. Po 1986 metų pagrindinis atominių elektrinių pavojus aplinkai pradėtas sieti su avarijų galimybe. Nors šiuolaikinėse atominėse elektrinėse jų tikimybė nedidelė, tačiau neatmetama. Tarp didžiausių tokio pobūdžio avarijų galima paminėti Černobylio atominę elektrinę, įvykusią ketvirtajame bloke. Neišvengiamas atominės elektrinės veikimo rezultatas – terminio vandens tarša. Čia gaunamas energijos vienetas yra 2-2,5 karto daugiau nei šiluminėse elektrinėse, kur į atmosferą pašalinama daug daugiau šilumos. Šilumos elektrinėse pagaminus 1 mln. kW elektros energijos gaunama 1,5 km 3 pašildyto vandens, tokios pat galios atominėse elektrinėse šildomo vandens tūris siekia 3-3,5 km 3. Didelių šilumos nuostolių atominėje elektrinėje rezultatas augalų efektyvumas yra mažesnis nei TPP. Pastarosiose jis siekia 35–40 proc., o atominėse elektrinėse – tik 30–31 proc. Apskritai galima paminėti tokius AE poveikius aplinkai: - ekosistemų ir jų elementų (dirvožemių, gruntų, vandenį laikančių konstrukcijų ir kt.) naikinimas rūdos gavybos vietose (ypač atviruoju metodu); - žemės atėmimas pačioms atominėms elektrinėms statyti. Ypač reikšmingos teritorijos atimamos šildomo vandens tiekimo, šalinimo ir aušinimo įrenginių statybai. 1000 MW jėgainei reikalingas apie 800-900 ha ploto aušinimo tvenkinys. Tvenkinius gali pakeisti milžiniški aušinimo bokštai, kurių skersmuo prie pagrindo 100-120 m, o aukštis prilygsta 40 aukštų pastatui; - didelių vandens kiekių paėmimas iš įvairių šaltinių ir pašildyto vandens išleidimas. Jeigu šie vandenys patenka į upes ir kitus šaltinius, jiems netenkama deguonies, padidėja žydėjimo tikimybė, padaugėja vandens organizmų karščio streso reiškinių; - neatmetama atmosferos, vandenų ir dirvožemio radioaktyvioji tarša žaliavų gavybos ir transportavimo metu, taip pat atominėms elektrinėms eksploatuojant, sandėliuojant ir perdirbant atliekas bei jas šalinant. Pramoninių dažnių srovių elektromagnetiniai (EM) laukai, dauguma pavojingų vietų- transformatorinėse pastotėse, po aukštos įtampos elektros linijomis. Spinduliavimo intensyvumas proporcingas elektromagnetinio lauko virpesių dažnio ketvirtajai laipsnei. EM lauko veikimas sukelia nervų ir nervų funkcijų pažeidimą širdies ir kraujagyslių sistemos, keičia kraujospūdį.

2. Būdaigauti elektros energiją

2.1 Elektrinės

Elektrinė - tam tikroje teritorijoje esanti elektros stotis, įrenginių, įrenginių ir aparatų, tiesiogiai naudojamų elektros energijai gaminti, visuma, taip pat tam reikalingi įrenginiai ir pastatai. Dauguma elektrinių – hidroelektrinės, šiluminės (atominės elektrinės, šiluminės elektrinės ir kitos) ar vėjo jėgainės savo darbui naudoja generatoriaus veleno sukimosi energiją.

1. Atominė elektrinė

2. Šiluminė elektrinė

3. Bangų elektrinė

4. Geoterminė elektrinė

5. Potvynių jėgainė

6. Hidroakumuliacinė elektrinė

Atominiselektrinė

Atominė jėgainėtauta(AE) - projekto nustatytoje teritorijoje esantis branduolinis įrenginys, skirtas energijai gaminti nustatytais naudojimo būdais ir sąlygomis, kuriame yra branduolinis reaktorius (reaktoriai) ir reikalingų sistemų, prietaisų, įrenginių ir konstrukcijų kompleksas. tam naudojami reikalingi darbuotojai (personalas) elektros energijai gaminti. 40-ųjų antroje pusėje, net nebaigus pirmosios sovietinės atominės bombos kūrimo darbų (jos bandymas įvyko 1949 m. rugpjūčio 29 d.), sovietų mokslininkai pradėjo kurti pirmuosius taikaus atominės energijos panaudojimo projektus. , kurios bendra kryptimi iš karto tapo elektros energetika. 1948 m., pasiūlius I.V. Kurchatovą ir pagal partijos bei vyriausybės užduotį buvo pradėti pirmieji darbai, susiję su praktiniu atominės energijos panaudojimu elektros gamybai. 1950 metų gegužę netoli Obninskoye kaimo, Kalugos srityje, buvo pradėti pirmosios pasaulyje atominės elektrinės statybos darbai, 1950 metais JAV, netoli Arco miesto, Aidaho valstijoje, buvo sukurtas EBR-I reaktorius. Šis reaktorius 1951 m. gruodžio 20 d. eksperimento metu pagamino 800 vatų galios naudoti elektros energiją. Po to buvo padidinta reaktoriaus galia, kad būtų tiekiama elektra stotis, kurioje buvo reaktorius. Tai suteikia teisę šią stotį vadinti pirmąja eksperimentine atomine elektrine, tačiau kartu ji nebuvo prijungta prie elektros tinklų.

Šiluminiselektrinė

Šiluminė elektrinė – tai elektrinė, kuri gamina elektros energiją cheminę kuro energiją paverčiant mechanine elektros generatoriaus veleno sukimosi energija.

(TPP), elektrinė, kurioje deginant iškastinį kurą, šiluminė energija, kuris vėliau paverčiamas elektra. Šiluminės elektrinės yra pagrindinė elektrinių rūšis, jose pagaminamos elektros energijos dalis pramoninėse šalyse yra 70-80% (Rusijoje 2000 m. apie 67%). Šiluminėse elektrinėse ši energija naudojama vandeniui šildyti ir garui gaminti (garo turbininėse elektrinėse) arba karštoms dujoms gaminti (dujų turbininėse elektrinėse). Šilumai gauti organinis kuras deginamas šiluminių elektrinių katiliniuose.

bangų elektrinė

Banginė elektrinė – vandens aplinkoje esanti jėgainė, kurios paskirtis – gauti elektros energiją iš bangų kinetinės energijos. Apskaičiuota, kad bangų potencialas yra daugiau nei 2 milijonai MW. Didžiausią bangų energijos potencialą turinčios vietos yra vakarinė Europos pakrantė, Didžiosios Britanijos šiaurinė pakrantė ir Šiaurės, Pietų Amerikos, Australijos ir Naujosios Zelandijos Ramiojo vandenyno pakrantė, taip pat Pietų Afrikos pakrantė.

Pirmosios bangos elektrinė yra Aguzadoros regione, Portugalijoje, 5 kilometrų atstumu nuo kranto. 2008 m. rugsėjo 23 d. jį oficialiai atidarė Portugalijos ūkio ministras. Šios elektrinės galia – 2,25 MW, kurios pakanka elektra aprūpinti maždaug 1600 namų. Iš pradžių buvo manoma, kad stotis pradės eksploatuoti 2006 m., tačiau elektrinės dislokavimas įvyko 2 metais vėliau nei planuota. Jėgainės projektas priklauso Škotijos bendrovei „Pelamis Wave Power“, kuri 2005 metais pasirašė sutartį su Portugalijos energetikos bendrove „Enersis“ dėl bangų elektrinės Portugalijoje statybos. Sutarties vertė siekė 8 milijonus eurų.

geoterminė elektrinė

Geoterminė elektrinė (GeoPP arba GeoTPP) yra elektrinės rūšis, kuri gamina elektros energiją iš požeminių šaltinių (pavyzdžiui, geizerių) šiluminės energijos.

Geoterminė energija yra energija, gaunama iš natūralios žemės šilumos. Šią šilumą galima pasiekti šulinių pagalba. Geoterminis gradientas šulinyje didėja 1°C kas 36 metrus. Ši šiluma tiekiama į paviršių garų arba karšto vandens pavidalu. Tokia šiluma gali būti naudojama tiek tiesiogiai namams ir pastatams šildyti, tiek elektros energijai gaminti. Šiluminiai regionai egzistuoja daugelyje pasaulio vietų. Įvairiais vertinimais, temperatūra Žemės centre yra mažiausiai 6650 °C. Žemės aušinimo greitis yra maždaug 300–350 ° C per milijardą metų. Žemė išskiria 42 1012 W šilumos, iš kurios 2% absorbuojama plutoje ir 98% - mantijoje ir šerdyje. Šiuolaikinės technologijos neleidžia pasiekti per giliai išsiskiriančios šilumos, tačiau 840 000 000 000 W (2%) turimos geoterminės energijos gali patenkinti žmonijos poreikius. ilgam laikui. Teritorijos aplink žemyninių plokščių pakraščius yra geriausia vieta statyti geoterminius augalus, nes tokiose vietose pluta yra daug plonesnė.

potvyniųelektrinė

Potvynių ir atoslūgių jėgainė (TPP) – tai specialios rūšies hidroelektrinė, kuri naudoja potvynių ir atoslūgių energiją, o iš tikrųjų – Žemės sukimosi kinetinę energiją. Jūrų pakrantėse statomos potvynių ir atoslūgių jėgainės, kuriose Mėnulio ir Saulės gravitacinės jėgos keičia vandens lygį du kartus per dieną. Vandens lygio svyravimai prie kranto gali siekti 18 metrų.

Norint gauti energijos, įlanka arba upės žiotys yra užtvertos užtvanka, kurioje įrengti hidroelektriniai blokai, galintys veikti tiek generatoriaus, tiek siurblio režimu (vandeniui pumpuoti į rezervuarą, kad būtų galima toliau veikti, jei nėra potvynių ir atoslūgių). ). Pastaruoju atveju jos vadinamos siurbline-akumuliacine elektrine. Yra nuomonė, kad potvynių ir atoslūgių jėgainių veikla lėtina Žemės sukimąsi, o tai gali sukelti neigiamų pasekmių aplinkai. Tačiau dėl milžiniškos Žemės masės jos sukimosi kinetinė energija (~1029 J) tokia didelė, kad 1000 GW bendros galios potvynio stočių darbas paros trukmę pailgins tik ~10– 14 sekundžių per metus, o tai 9 laipsniais mažiau nei natūralus potvynio pasipriešinimas (~2 10?5 s per metus).

Hidroakumuliacijaelektrinė

Siurblinė elektrinė savo darbe naudoja arba generatorių ir siurblių kompleksą, arba reversinius hidroelektrinius, galinčius dirbti tiek generatorių, tiek siurblių režimu. Naktinio energijos suvartojimo kritimo metu PSP gauna pigią elektros energiją iš elektros tinklo ir išleidžia ją vandens siurbimui į prieš srovę (siurbimo režimas). Rytinio ir vakarinio energijos suvartojimo piko metu PSP išleidžia vandenį iš prieš srovę į pasrovį, tuo pačiu generuodamas brangią didžiausią elektros energiją, kurią atiduoda į elektros tinklą (generatoriaus režimas). Didelėse elektros sistemose didelę dalį gali sudaryti galios šiluminių ir atominių elektrinių, kurios negali greitai pagaminti elektros energijos, kasnakt mažėjant energijos sąnaudoms arba daro tai su dideliais nuostoliais. Šis faktas lemia ženkliai didesnę komercinę piko elektros kainą elektros sistemoje, palyginti su nakties metu pagamintos elektros savikaina. Tokiomis sąlygomis hidroakumuliacinės elektrinės naudojimas yra ekonomiškai efektyvus ir padidina tiek kitų pajėgumų (taip pat ir transportinių) panaudojimo efektyvumą, tiek energijos tiekimo patikimumą.

Išvada

Elektros energija gaminama elektrinėse ir vartotojams perduodama daugiausia trifazės kintamos srovės, pramoninio dažnio 50 Hz, pavidalu. Tačiau tiek pramonėje, tiek transporte yra įrenginių, kuriems 50 Hz dažnio kintamoji srovė netinka.

Klausimai, susiję su elektros energijos konvertavimu iš vienos rūšies į kitą, sprendžiami mokslo ir technologijų srityje, vadinamoje keitiklių technologija (arba galios elektronika).

Naudotų literacijos

1. Referencinis technologas-mašinistas. 2 tom. 2 tomas / red. ESU. Dalskis, A.G. Kosilova, R.K. Meshcheryakova, A.G. Suslova. -5-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas - M.: Mashinostroenie-1, 2001. -912 p.: iliustr.

2. Anurjevas V.I. Projektuotojo-mašinų gamintojo vadovas: 3 tomai T. 1. - 8 leid., pataisyta. ir papildomas Red. I.N. Kietas. - M.: Mashinostroenie, 2001. -920 p.: iliustr.

3. Anurjevas V.I. Projektuotojo-mašinų gamintojo vadovas: 3 tomai T. 2. - 8 leid., pataisyta. ir papildomas Red. I.N. Kietas. - M.: Mashinostroenie, 2001. -920 p.: iliustr.

4. Dunajevas P.F., Lelikovas O.P. Mašinos dalys. Kurso dizainas: Proc. Mechaninės inžinerijos vadovas. specialistas. technikos mokyklos. - M.: Aukštesnis. Shk., 1984. -336 p.: iliustr.

Priglobta Allbest.ru

...

Panašūs dokumentai

Nuolatinės srovės grandinės parametrų skaičiavimas naudojant Kirchhoff lygtis, kilpos sroves ir mazginės įtampos metodą. Galios balanso skaičiavimas. Kintamosios srovės grandinės parametrų skaičiavimas kompleksinių amplitudių metodu. Varžinės jungties konvertavimas.

Kursinis darbas, pridėtas 2015-04-14

AC konvertavimas į DC. Lygintuvų įtampos reguliavimo būdai. KEMTOR serijos tiristoriaus keitiklio blokinė schema. Sutampančio transformatoriaus parametrų nustatymas. Keitiklio išorinių charakteristikų apskaičiavimas.

Kursinis darbas, pridėtas 2013-12-03

Nuolatinės srovės linijinių elektros grandinių skaičiavimas, srovių nustatymas visose kilpos srovių metodų šakose, uždėjimas, lankstymas. Netiesinės nuolatinės srovės elektros grandinės. Linijinių kintamosios srovės grandinių elektrinės būsenos analizė.

Kursinis darbas, pridėtas 2013-10-05

Kintamosios srovės elektros variklių valdymo ypatybės. Dažnio keitiklio su tarpine nuolatinės srovės grandimi aprašymas, pagrįstas autonominiu įtampos keitikliu. Kintamosios srovės automatinio valdymo sistemų dinaminės charakteristikos, stabilumo analizė.

Kursinis darbas, pridėtas 2010-12-14

Nešakotųjų ir šakotųjų nuolatinės srovės elektros grandinių tyrimas. Netiesinių nuolatinės srovės grandinių skaičiavimas. Nuolatinės srovės elektros linijos veikimo tyrimas. Kintamosios srovės grandinė su nuosekliu varžų prijungimu.

mokymo vadovas, pridėtas 2009-12-22

Nuolatinės srovės elektros grandinių analizė. Srovių skaičiavimas pagal Kirchhoffo dėsnius. Srovių skaičiavimas kilpos srovių metodu. Srovių skaičiavimas mazginės įtampos metodu. Originali dabartinių skaičiavimų lentelė. Grandinės su dviem EMF potencialo diagrama.

kursinis darbas, pridėtas 2008-10-02

Maitinimo šaltinis kaip prietaisas, skirtas įrangai tiekti elektros energija. Pramoninio dažnio kintamosios srovės įtampos pavertimas pulsuojančia nuolatine įtampa naudojant lygintuvus. Nuolatinės įtampos stabilizatoriai.

santrauka, pridėta 2013-02-08

Aukštos įtampos elektros linijų istorija. Transformatoriaus veikimo principas - įtaisas, keičiantis įtampos dydį. Pagrindiniai didelių galių konvertavimo iš nuolatinės srovės į kintamąją srovę metodai. Kintamosios srovės elektros tinklo asociacijos.

praktikos ataskaita, pridėta 2015-11-19

Elektroniniai prietaisai, skirti kintamosios srovės energiją paversti nuolatinės srovės energija. Lygintuvų klasifikacija, pagrindiniai jų parametrai. Vienfazės tilto ištaisymo grandinės veikimas. Pilnos bangos lygintuvo srovių ir įtampų diagramos.

santrauka, pridėta 2011-11-19

Nuolatinės srovės generatoriaus veikimo principas ir įtaisas. Armatūros apvijų tipai. Nuolatinės srovės generatorių sužadinimo būdai. Nuolatinės srovės mašinų grįžtamumas. Lygiagretaus, nepriklausomo, nuoseklaus ir mišraus sužadinimo variklis.

Pasaulio energijos suvartojimas visomis formomis, įskaitant elektros energiją, tiesiogiai priklauso nuo gyventojų skaičiaus. Pasaulio gyventojų skaičius ypač smarkiai auga pastaruoju metu ir iki 2000 m., remiantis esamomis prognozėmis, bus apie 6 mlrd. žmonių. Gyventojų skaičiaus augimo dinamika XX amžiaus antroje pusėje. yra tokia, kad iki 2000 m. gyventojų skaičius išaugo daugiau nei dvigubai, palyginti su 1950 m. (3.1 lentelė). Didelė dalis gyventojų auga besivystančiose šalyse. Didėjant bendram energijos suvartojimui pasaulyje, auga ir vienam žmogui tenkanti energijos dalis (3.1 lentelė).

Didžiulis energijos poreikis kelia žmonijai naujų jos gavimo būdų kūrimo problemą. Šiuo metu nebeįmanoma tenkintis esama, tradiciniais būdais ir įvairių rūšių energijos pavertimas elektros energija dėl ribotų iškastinio kuro atsargų, kurie degant krosnyse naudojami švaistomi. Šiuolaikinių šiluminių elektrinių naudingumo koeficientas neviršija 40 proc. Tai reiškia, kad didelė dalis gaunamos šilumos prarandama ir sukelia žalingą „šiluminę taršą“ šalia esantiems vandens telkiniams. Be to, deginant kurą, energijos konversijos procese dalyvaujanti medžiaga yra blogai naudojama. TPP medžiagos naudojimo efektyvumo koeficientas yra nereikšmingas.

3.1 lentelė

Vadinasi, kuro deginimo procesą lydi didžiulė aplinką teršiančių šalutinių produktų emisija. Todėl naujų energijos konversijos metodų, leidžiančių sumažinti atliekų išmetimą į atmosferą, kūrimas yra viena iš svarbiausių socialinių problemų. Tai, žinoma, nereiškia, kad modernesnės šiluminės elektrinės, hidroelektrinės ir atominės elektrinės neatitinka laiko dvasios ir jų statybos bus stabdomos.

Artimiausiu metu šiluminės elektrinės išliks vienos pagrindinių, todėl stambiajai energetikai svarbu tobulinti jų konstrukciją, gerinti termodinaminį ciklą.

Didelės viltys dedamos į atomines elektrines, kurių diegimas vyksta daugelyje pasaulio šalių technologijų istorijoje neregėtu greičiu. Numatoma, kad iki 2000 metų bendra atominių elektrinių galia pasaulyje bus 3500-3600 GW, o bendra galia sieks 7000-7200 GW. Kitaip tariant, daroma prielaida, kad bent 50% visų žmonijai prieinamų energijos pajėgumų bus gaunama iš atominių elektrinių. Šie skaičiai rodo didelį plėtros tempą, ypač jei atsižvelgsime į tai, kad pirmoji atominė elektrinė buvo pastatyta 1954 m.

Kalbant apie medžiagos naudojimą atominėse elektrinėse, efektyvumas yra daug didesnis nei šiluminėse elektrinėse (žr. 2.1 lentelę), tačiau su sąlyga, kad ši medžiaga yra specialiai paruošta atlikti branduolinio kuro funkcijas. Tuo pačiu metu atominėse elektrinėse dėl klasikinio termodinaminio ciklo šilumos paverčiama mechanine energija, kurią vėliau generatoriai paverčia elektros energija, reaktoriuose prarandami dideli energijos nuostoliai. Taigi šiuolaikinėse atominėse elektrinėse neįmanoma išvengti pagrindinių esminių trūkumų, būdingų šiluminėms elektrinėms.

Viliojanti mokslo perspektyva yra gauti veiksmingi būdai tiesioginis branduolinės energijos pavertimas elektros energija. Numatydamas tai Gera vertė 20 amžiaus pradžioje Herbertas Wellsas, kurį branduolinė energija raginama žaisti žmonijos istorijoje. rašė; „... jėgos ir laisvės aušra jau švietė po vilties nušviestu dangumi, priešais mokslo veidą, kuris, kaip geraširdė deivė, tvirtomis rankomis laikė virš žmogaus gyvenimo gausos, ramybės, atsakymo aikštingos tamsos. į daugybę mįslių, šlovingiausių poelgių raktų, laukimo, kol žmonės nusiteiks jas imti...“.

Daugelyje pasaulio šalių plačiai naudojamos ant upių pastatytos hidroelektrinės ir toliau vystysis kaip labai modernūs atsinaujinančios energijos keitikliai. Ryšium su didėjančia biosferos tarša ir ribotomis kuro atsargomis, didėja susidomėjimas „švariomis“ elektrinėmis, naudojančiomis jūros potvynių energiją, žemės vidaus šilumą, saulės spinduliuotės energiją.

Taip kartu su civilizacijos raida ir technologine pažanga bus tobulinami jau esantys, tapę klasika, kuriami nauji, efektyvesni energijos konvertavimo būdai. Ilgainiui žmonija turės kokybiškai skirtingų energijos šaltinių arsenalą, o tai, ką ji naudoja šiandien, neišvengiamai taps praeitimi, kaip ir garo varikliai dabar tapo istoriškais.

Nepaisant sparčios pažangos energetikos sektoriuje ir spartaus planetos energetinio potencialo formavimo tempo, energijos gamybos nepakanka. Vis dar turime susidurti su realybe, kad dauguma pasaulio gyventojų badauja, kenčia nuo skurdo ir taršos.

Be to, energijos suvartojimas pasaulyje (įvairių šalių) yra itin netolygus ir, kaip parodyta aukščiau, energijos suvartojimas šalyje tam tikru būdu yra susijęs su jos gyventojų kultūriniu lygiu (žr. p. 19). Civilizacijos raida ir materialinių vertybių gamyba taip pat yra tiesiogiai susiję su suvartojamos energijos kiekiu ir jos kokybe.

Norint pagerinti planetos žmonių gyvenimo sąlygas, žymiai padidinti darbo našumą, dideliu mastu keisti kraštovaizdį, taip pat išspręsti daugybę kitų gyvybiškai svarbių problemų, taip pat sukurti būtinas socialines sąlygas vystymuisi. gauti pakankamai daug energijos.

Kaip teisingai rašo amerikiečių mokslininkai G. Seaborg ir W. Corliss, „... pigi energija reiškia maisto gausą, gėlo vandens gausą, švarų orą ir visa tai, kas paprastai vadinama civilizacijos ženklais“.

Trūkumas modernus pasaulis kai kurių šalių vyriausybėms kyla problemų dėl jų gamybos didinimo. Tam tikru mastu galima padidinti maisto kiekį naudojant laisvą žemę, tinkamą žemės ūkiui. Tačiau šios galimybės nėra visose šalyse, kurioms reikia maisto, be to, jos yra ribotos. Sparčiai didėjant gyventojų skaičiui, maisto problemos sprendimas įmanomas tik intensyvinant žemdirbystę ir pirmiausia laistant žemę. Drėkinimui tinkamo gėlo vandens tiekimas yra nedidelis. Nuo seniausių laikų žmonės svajojo pakrantes plaunantį jūros vandenį panaudoti žemės ūkio reikmėms. Gėlinimas jūros vandens pramoniniu mastu tampa įmanoma šiuo metu, kai tinkamiausių atominių elektrinių pagalba tapo įmanoma gauti didelius šilumos kiekius, reikalingus jūros vandeniui distiliuoti.

Remiantis esamais skaičiavimais, 1/3 Žemės negyvenama dėl drėgmės trūkumo, tuo tarpu 1/2 pasaulio gyventojų yra „prispausta“ 1/10 sausumos. Pasitelkus pigius energijos šaltinius būtų galima negyvenamą Žemės teritoriją paversti klestinčia, atveriančia plačius horizontus nemenkai daliai pasaulio gyventojų.

Didžiulių energijos kiekių žmonijai prireiks ir sprendžiant tokias problemas kaip klimato kaita didžiulėse teritorijose, keičiant jūros srovių kryptį ar statant didelio garavimo paviršiaus rezervuarus, transformuojant kraštovaizdį, statant dirbtines jūros įlankas ir kt.

Šiuolaikinės elektros energijos gamybos metodai yra susiję su dideliais nuostoliais ir yra pagrįsti iškastinio kuro švaistymu. Ateityje didėjant didelių kiekių pigios energijos paklausai ir racionaliau naudojant natūralias žaliavas chemijos, farmacijos pramonės ir kt. produkcijos gamybai, tradicinius energijos konversijos būdus neišvengiamai pakeis kokybiškai nauji. metodai, visų pirma tiesioginio šilumos ir cheminės energijos pavertimo elektros energija metodai.

Tiesioginio įvairių rūšių energijos pavertimo elektros energija metodai yra pagrįsti praeityje atrastais fizikiniais reiškiniais ir poveikiu. Jų praktinis pritaikymas tobulinamas tobulėjant mokslo ir technologijų pažangai, kaupiant turtingą eksperimentinę medžiagą ir naudojant naujausia technologija. Tačiau tiesioginės elektros energijos gamybos būdai dar nekonkuruoja su šiuolaikinėse elektrinėse naudojamais energijos konvertavimo būdais. Tiesioginė elektros gamyba dideliais kiekiais konvertuojant šilumą, cheminę ir branduolinę energiją yra vienas iš naujų, perspektyvių būdų, kuris neabejotinai taps pagrindiniais ir žymiai padidins turimus planetos energijos išteklius.

Tiesioginė elektros energijos gamyba jau plačiai naudojama mažos galios autonominiuose energijos šaltiniuose, kuriems efektyvumo rodikliai neturi lemiamos reikšmės, tačiau svarbu eksploatacijos patikimumas, kompaktiškumas, priežiūros paprastumas, mažas svoris ir kt. šaltiniai naudojami informacijos rinkimo sistemose sunkiai pasiekiamose Žemės vietose ir tarpplanetinėje erdvėje, erdvėlaiviuose, orlaiviuose, laivuose ir kt. Bendra milijardų nepriklausomų elektros energijos šaltinių instaliuota galia, nepaisant jų nedidelio dydžio, viršija visų stacionarių elektrinių pajėgumų kartu.

Autonominių šaltinių, tiesiogiai paverčiančių įvairias energijos rūšis į elektros energiją, darbas yra pagrįstas cheminiu arba fiziniu poveikiu. Pavyzdžiui, cheminiuose šaltiniuose, tokiuose kaip galvaniniai elementai, baterijos, elektrocheminiai generatoriai ir kt., naudojama cheminių reagentų redokso reakcijų energija. Fiziniai elektros energijos šaltiniai, tokie kaip termogeneratoriai, fotovoltinės baterijos, termogeneratoriai, veikia pagal įvairius fizinius efektus.

Viena iš pagrindinių fizinių ir techninių energetikos problemų yra magnetohidrodinaminių generatorių (MHD generatorių), kurie tiesiogiai paverčia šiluminę energiją į elektros energiją, sukūrimas. Tokios energijos konvertavimo didelio pramoninio masto praktinio įgyvendinimo galimybės atsiranda dėl atominės fizikos, plazmos fizikos, metalurgijos ir daugelio kitų sričių sėkmių.

Tiesioginis šiluminės energijos pavertimas elektros energija gali žymiai padidinti kuro išteklių naudojimo efektyvumą.

Šiuolaikinei elektros energetikos pramonei didelę reikšmę turi Faradėjaus atrastas elektromagnetinės indukcijos dėsnis, teigiantis, kad magnetiniame lauke judančiame laidininke sukeliamas EML. Laidininkas gali būti kietas, skystas arba dujinis. Mokslo sritis, tirianti magnetinio lauko ir laidžių skysčių ar dujų sąveiką, vadinama magnetohidrodinamika.

Kelvinas taip pat parodė, kad sūraus vandens judėjimas upės žiotyse Žemės magnetiniame lauke sukelia EML atsiradimą. Tokio MHD Kelvin generatoriaus schema parodyta fig. 3.1. Pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį srovės stipris laiduose 1, pritvirtintuose prie plokščių 2, nuleistuose į vandenį palei upės krantus, yra proporcingas magnetinio lauko indukcijai! Žemė ir sūraus jūros vandens tekėjimo upėje greitis.1 Pakitus vandens tėkmės krypčiai upėje, pasikeitė ir elektros srovės kryptis tarp plokščių esančiuose laiduose.

Šiuolaikinio MHD-1 generatoriaus veikimo schema (3.2 pav.) mažai skiriasi nuo parodytos pav. 3.1. Nagrinėjamoje schemoje tarp metalinių plokščių, esančių stipriame magnetiniame lauke, praleidžiama jonizuotų dujų srovė, kuri turi kryptingo dalelių judėjimo kinetinę energiją. Tokiu atveju pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį atsiranda EML, sukeliantis elektros srovės tekėjimą tarp elektrodų! generatoriaus kanalo viduje ir išorinėje grandinėje. Jonizuotų dujų – plazmos – srautas lėtėja veikiant elektrodinaminėms jėgoms, atsirandančioms dėl plazmoje tekančios srovės ir magnetinio srauto sąveikos.. Galima daryti analogiją tarp atsirandančių jėgų ir stabdymo jėgų, veikiančių iš plazmos pusės. garo ir dujų turbinų rotoriaus mentės ant garo ar dujų dalelių. Energijos transformacija įvyksta dirbant, siekiant įveikti stabdymo jėgas.

Jei kokios nors dujos yra kaitinamos iki aukštos temperatūros (~ 3000 ° C), taip padidinant jos vidinė energija ir paverčiant ją elektrai laidžia medžiaga, tada, vėliau plečiant dujas MHD generatoriaus darbo kanaluose, įvyks tiesioginis šiluminės energijos pavertimas elektros energija.

Ryžiai. 3.3. MHD generatoriaus su garo jėgaine schema: "- degimo kamera; 2 - šilumokaitis; 3 - MHD generatorius; 4 - elektromagneto apvija; 5 - garo generatorius; 6 - turbina; 7 - generatorius; 3 - kondensatorius; 9 - siurblys

MHD generatoriaus su garo jėgaine schema parodyta fig. 3.3. Degimo kameroje deginamas organinis kuras, o susidarę produktai plazmoje, pridedant priedų, siunčiami į besiplečiantį MHD generatoriaus kanalą. Stiprų magnetinį lauką sukuria galingi elektromagnetai. Dujų temperatūra generatoriaus kanale turi būti ne žemesnė kaip 2000°C, o degimo kameroje 2500-2800°C. Būtinybę riboti minimalią dujų, išeinančių iš MHD generatorių, temperatūrą sąlygoja toks reikšmingas dujų elektrinio laidumo sumažėjimas žemesnėje nei 2000°C temperatūroje, kad jų magnetohidrodinaminė sąveika su magnetiniu lauku praktiškai išnyksta.

MHD generatoriuose išmetamų dujų šiluma pirmiausiai panaudojama į kuro degimo kamerą tiekiamam orui šildyti ir atitinkamai jo degimo proceso efektyvumui padidinti. Tada garo elektrinėje šiluma išleidžiama garui formuoti ir jo parametrams pasiekti reikiamas vertes.

Iš MHD generatoriaus kanalo išeinančių dujų temperatūra yra apie 2000°C, o šiuolaikiniai šilumokaičiai, deja, gali veikti ne aukštesnėje kaip 800°C temperatūroje, todėl aušinant dujas prarandama dalis šilumos.

Ant pav. 3.4 (žr. II lapelį) schematiškai pavaizduoti pagrindiniai MHD elektrinės elementai su garo jėgaine ir jų ryšiai.

MHD generatorių kūrimo sunkumai kyla norint gauti reikiamo stiprumo medžiagas. Nepaisant statinių darbo sąlygų, medžiagoms keliami aukšti reikalavimai, nes jos turi ilgai veikti agresyvioje aplinkoje esant aukštai temperatūrai (2500-2800°C). Raketų technologijos poreikiams buvo sukurtos medžiagos, kurios gali dirbti tokiomis sąlygomis, tačiau gali veikti trumpai – per kelias minutes. Pramoninių elektrinių eksploatavimo trukmė turėtų būti skaičiuojama bent mėnesiais.

Atsparumas karščiui priklauso ne tik nuo medžiagų, bet ir nuo aplinkos. Pavyzdžiui, 2500-2700°C temperatūros elektros lempoje esantis volframo siūlelis vakuuminėje arba neutralių dujų aplinkoje gali veikti kelis tūkstančius valandų, o po kelių sekundžių ištirpsta ore.

Plazmos temperatūros mažinimas į ją įdedant priedų padidina konstrukcinių medžiagų koroziją. Šiuo metu yra sukurtos medžiagos, kurios gali ilgai veikti 2200-2500°C temperatūroje (grafitas, magnio oksidas ir kt.), tačiau jos neatlaiko mechaninių įtempimų.

Nepaisant pasiektų laimėjimų, MHD generatoriaus medžiagų kūrimo problema dar nebuvo išspręsta. Taip pat vyksta geriausių savybių dujų paieška. Helis su nedideliu cezio priedu 2000°C temperatūroje turi tokį patį laidumą kaip ir mineralinio kuro degimo produktai 2500°C temperatūroje. Sukurtas projektas MHD generatoriui, veikiančiam uždaru ciklu, kuriame helis nuolat cirkuliuoja sistemoje.

MHD generatoriaus veikimui būtina sukurti stiprų magnetinį lauką, kurį galima gauti per apvijas praleidžiant didžiules sroves. Siekiant išvengti stipraus apvijų įkaitimo ir energijos nuostolių jose, laidų varža turi būti kuo mažesnė. Todėl kaip tokius laidininkus tikslinga naudoti superlaidžias medžiagas.

MHD generatoriai su branduoliniais reaktoriais. Perspektyvūs yra MHD generatoriai su branduoliniais reaktoriais, naudojami dujoms šildyti ir jų terminei jonizacijai. Siūloma tokio įrenginio schema parodyta fig. 3.5.

Sunkumai kuriant MHD generatorių su branduoliniu reaktoriumi yra tai, kad šiuolaikiniai kuro elementai, kuriuose yra urano ir padengti magnio oksidu, leidžia ne aukštesnę kaip 600 ° C temperatūrą, o dujų jonizacijai - maždaug 2000 ° C temperatūrą.

Pirmieji eksperimentiniai MHD generatorių dizainai vis dar yra labai brangūs. Ateityje galima tikėtis ženklaus jų savikainos sumažėjimo, o tai leis sėkmingai panaudoti MHD generatorius apkrovos smailėms dengti elektros sistemose, t.y. santykinai trumpo veikimo režimuose. Šiais režimais efektyvumas nėra kritinis, o MHD generatoriai gali būti naudojami be garo galios.

Dabar SSRS buvo sukurti galingi MHD energijos keitiklių prototipai, dėl kurių atliekami tyrimai, siekiant tobulinti jų konstrukciją ir sukurti efektyvias MHD jėgaines, kurios konkuruotų su įprastomis elektrinėmis.

Ryžiai. 3.5. MHD generatoriaus su branduoliniu reaktoriumi projektas:

1 - branduolinis reaktorius; 2 - antgalis; 3 - MHD generatorius; 4 - šarminių metalų kondensacijos vieta; 5 - siurblys; 6 - šarminių metalų įvedimo vieta

Iš visų prietaisų, tiesiogiai paverčiančių šiluminę energiją į elektros energiją, plačiausiai naudojami santykinai mažos galios termoelektriniai generatoriai (TEG).

Pagrindiniai TEG privalumai: 1) nėra judančių dalių; 2) nereikia aukšto slėgio; 3) galima naudoti bet kokį šilumos šaltinį;

4) yra didelis darbo šaltinis.

TEG plačiai naudojami kaip energijos šaltiniai kosminiuose objektuose, raketose, povandeniniuose laivuose, švyturiuose ir daugelyje kitų įrenginių.

Priklausomai nuo paskirties, TEG gali paversti elektros energija branduoliniuose reaktoriuose gautą šilumą, saulės spinduliuotės energiją, iškastinio kuro energiją ir kt. šeštojo dešimtmečio pabaigoje.

Termoelemento veikimo principas pagrįstas Seebeck efektu. 1921 m. Seebeckas pranešė apie eksperimentus, susijusius su magnetinės adatos nukreipimu šalia termoelektrinių grandinių. Šiuose tyrimuose Seebeckas nesvarstė energijos gavimo problemos. Atviro efekto esmė ta, kad uždaroje grandinėje, susidedančioje iš skirtingų medžiagų, srovė teka esant skirtingoms medžiagų kontaktų temperatūroms.

Seebeck efektas gali būti kokybiškai paaiškinamas tuo, kad vidutinė laisvųjų elektronų energija skirtinguose laidininkuose yra skirtinga ir didėja skirtingais būdais didėjant temperatūrai. Jei išilgai laidininko yra temperatūrų skirtumas, tada įvyksta nukreiptas elektronų srautas iš karštosios sankryžos į šaltąją sankryžą, dėl kurio šaltoje sandūroje susidaro neigiamų krūvių perteklius, o prie šaltosios sankryžos - teigiamų krūvių perteklius. karšta sankryža. Šis srautas yra intensyvesnis laiduose, kuriuose yra didelė elektronų koncentracija. Paprasčiausiame termoelemente, kurio uždara grandinė susideda iš dviejų skirtingos elektronų koncentracijos laidininkų, o sandūrose palaikomos skirtingos temperatūros, atsiranda elektros srovė. Jei termoelemento grandinė yra atvira, elektronų kaupimasis šaltajame gale padidina jo neigiamą potencialą, kol susidaro dinaminė pusiausvyra tarp elektronų, judančių link šaltojo galo ir elektronų, paliekančių šaltąjį galą, veikiant potencialų skirtumui. iškilo. Kuo mažesnis medžiagos elektrinis laidumas, tuo mažesnis atvirkštinio elektronų srauto greitis, taigi, tuo didesnis EML. Todėl puslaidininkiniai elementai yra efektyvesni nei metalai.

Vienas iš praktinių TEG pritaikymo būdų yra šilumos siurblys, kuris vienoje dalyje išskiria šilumą, o kitoje sugeria šilumą dėl elektros energijos. Jei pakeisite srovės kryptį, siurblys dirbs priešingu režimu, t.y. dalys, kuriose išsiskiria ir sugeria šilumą, keisis vietomis. Tokie šilumos siurbliai gali būti sėkmingai naudojami gyvenamųjų ir kitų patalpų termoreguliacijai. Žiemą siurbliai šildo orą patalpoje ir vėsina lauke (3.6 pav., a), o vasarą atvirkščiai – vėsina patalpos orą ir šildo lauke (3.6 pav., b). Ant pav. 3.6, c parodytas bendras šilumos siurblio patalpoje vaizdas ir montavimo schema.

Šiuo metu yra sukurti puslaidininkiai, kurie veikia aukštesnėje nei 500°C temperatūroje. Tačiau komercinio TEG atveju karštos jungties temperatūrą reikės pakelti iki maždaug 1100 °C. Taip kylant temperatūrai įvairių tipų puslaidininkiai linkę tapti tikraisiais puslaidininkiais, kuriuose teigiamų ir neigiamų krūvių nešėjų skaičius yra lygus. Šie krūviai, kurdami temperatūros gradientą, vienodais kiekiais juda iš karštosios sankryžos į šaltąją, todėl nevyksta potencialus kaupimasis, ty nesusidaro termo-EMF. Patys puslaidininkiai yra nenaudingi termoelektrinei srovei generuoti.

Šiuo metu atliekami aukštoje temperatūroje veikiančių puslaidininkių kūrimo tyrimai. TEG veikimui galima panaudoti šilumą, gaunamą reaktoriuose dalijantis sunkiųjų elementų branduoliams. Tačiau šiuo atveju būtina išspręsti daugybę problemų, visų pirma nustatyti stiprios radiacijos poveikio puslaidininkinėms medžiagoms įtaką, nes branduolinis kuras gali tiesiogiai liestis su puslaidininkinėmis medžiagomis.

Tam tikrų energijos šaltinių panaudojimo tikslingumo klausimas sprendžiamas TEG naudai tais atvejais, kai pirmaujanti vertybė yra ne efektyvumas, o kompaktiškumas, patikimumas, perkeliamumas ir patogumas.

SSRS buvo sukurtas patikimas pramoninis branduolinio kuro TEG - "Romashka". Jo elektros galia yra 500 vatų.

Natūralų radioaktyvų branduolių skilimą lydi dalelių ir y kvantų kinetinės energijos išsiskyrimas. Šią energiją sugeria radioaktyvųjį izotopą supanti aplinka ir paverčiama šiluma, kurią galima panaudoti elektros energijai gaminti termoelektriniu būdu. Įrenginiai, naudojantys termoelementus natūralaus radioaktyvaus skilimo energiją paverčiantys elektros energija, vadinami radioizotopiniais termogeneratoriais. Radioizotopiniai termogeneratoriai patikimai eksploatuojami, ilgai tarnauja, yra kompaktiški ir sėkmingai naudojami kaip autonominiai energijos šaltiniai įvairioms erdvės ir antžeminėms instalijoms.

Šiuolaikinių radioizotopų generatorių efektyvumas siekia 3-5%, o tarnavimo laikas – nuo 3 mėnesių iki 10 metų. Ateityje šių generatorių techninės ir ekonominės charakteristikos gali būti gerokai patobulintos. Šiuo metu rengiami generatorių, kurių galia iki 10 kW, projektai.

Radioizotopiniais termogeneratoriais domisi įvairios mokslo ir technologijų šakos. Manoma, kad jie gali būti naudojami kaip energijos šaltinis dirbtinei žmogaus širdžiai, taip pat stimuliuoti įvairių gyvų organizmų organų darbą. Radioizotopiniai termogeneratoriai pasirodė ypač tinkami kosmoso tyrinėjimams, kur reikalingi energijos šaltiniai, galintys ilgai ir patikimai veikti nepalankiomis jonizuojančiosios spinduliuotės poveikio sąlygomis, radiacijos juostose, kitų planetų ir jų palydovų paviršiuje.

Termioninės emisijos reiškinį 1883 m. atrado T. Edisonas. Kurdamas elektros lempą, Edisonas įdėjo du siūlus į kolbą. Kai vienas iš jų perdegė, jis įjungė lempą, o kitą. Lempų bandymo metu buvo nustatyta, kad tam tikras elektros energijos kiekis pereina į šaltą siūlą, ty elektronai „išgaruoja“ iš karšto siūlelio – katodo – ir pereina į šaltą siūlą – anodą, o toliau į išorinė elektros grandinė. Šiuo atveju dalis šilumos energijos, sunaudojamos katodui šildyti, elektronais perduodama ir atiduodama anodui, o dalis elektronų energijos išsiskiria išorinėje elektros grandinėje, tekant elektros srovei.

Anodas kaitinamas elektronų atnešama šiluma. Jei katodo ir anodo temperatūros būtų vienodos, tai elektronų "išgaravimo" šiluma iš katodo būtų lygiai lygi elektronų "kondensacijos" ant anodo šilumai ir šiluma nevirstų elektra. energijos. Kuo žemesnė anodo temperatūra, palyginti su katodo temperatūra, tuo didesnė šiluminės energijos dalis paverčiama elektros energija. Paprasčiausia grandinė Termioninės energijos keitiklis parodytas fig. 3.7.

Ryžiai. 3.7. Termioninis keitiklis

energija: 1 - katodas; 2 - anodas

Termioninės emisijos procese nuo metalų paviršiaus išsiskiria laisvieji elektronai. Metaluose yra daug laisvųjų elektronų - apie 6 × 10 21 1 cm 3. Metalo viduje elektrono traukos jėgas subalansuoja teigiamai įkrauti branduoliai (3.8 pav.). Tiesiogiai paviršiuje susidarančios patrauklios jėgos veikia elektronus, kurias įveikti ir peržengti metalą, elektronas turi turėti pakankamai kinetinės energijos. Kaitinant metalą, padidėja kinetinė energija.

Ryžiai. 3.8. Atsirandančių jėgų, veikiančių elektroną metale ir šalia jo paviršiaus, atsiradimas

Energijos termogeneratoriuose katodas gali būti šildomas naudojant šilumą, gautą branduolinės reakcijos metu. Branduolinio termokonverterio schema parodyta fig. 3.9. Pirmųjų tokių keitiklių efektyvumas buvo maždaug 15 %; pagal esamas prognozes jis gali būti padidintas iki 40 proc.

Elektronų emisiją termogeneratoriuose sukelia katodo kaitinimas. Radioaktyvaus skilimo metu dėl natūralios elementų savybės išsiskiria elektronai (p-spinduliai). Tiesiogiai naudojant šią savybę galima atlikti tiesioginį branduolinės energijos pavertimą elektros energija (3.10 pav.).

Ryžiai. 3.9. Branduolinės terminis keitiklis: 1 - apsauga; 2 - aušintuvas; 3 - anodas; 4-vakuuminis; 5 - katodas; b – branduolinis kuras

Ryžiai. 3.10. Branduolinės energijos tiesioginio pavertimo elektros energija įrengimo schema: 1-β-radioaktyvusis emiteris; 2 - metalinė ampulė; 3 - metalas laivas

Elektrocheminiai generatoriai cheminę energiją tiesiogiai paverčia elektros energija. EML atsiradimas galvaniniame elemente yra susijęs su metalų gebėjimu siųsti savo jonus į tirpalą dėl molekulinės sąveikos tarp metalo jonų ir tirpalo molekulių (ir jonų).

Apsvarstykite reiškinius, kurie atsiranda, kai cinko elektrodas nuleidžiamas į cinko sulfato (ZnSO 4) tirpalą. Vandens molekulės linkusios apsupti metale esančius teigiamus cinko jonus (3.11 pav.). Dėl elektrostatinių jėgų poveikio teigiami cinko jonai pereina į cinko sulfato tirpalą. Šiam perėjimui palankus didelis vandens dipolio momentas.

Kartu su cinko tirpimo procesu vyksta atvirkštinis procesas, kai teigiami cinko jonai grąžinami į cinko elektrodą, kai jie pasiekia elektrodą dėl šiluminio judėjimo.

Kai teigiami jonai patenka į tirpalą, neigiamas elektrodo potencialas didėja, užkertant kelią šiam perėjimui. Esant tam tikram metalo potencialui, susidaro dinaminė pusiausvyra, t.y., du priešingi jonų srautai (iš elektrodo į tirpalą ir atvirkščiai) bus vienodi. Šis pusiausvyros potencialas vadinamas elektrocheminiu metalo potencialu tam tikro elektrolito atžvilgiu.

Galvaniniai elementai surado svarbų techninį pritaikymą baterijose, kur srovės parinkimo metu sunaudota medžiaga preliminariai susikaupia ant elektrodų, kai srovė per juos kurį laiką praeina iš išorinio šaltinio (įkrovimo metu). Energetikos pramonėje akumuliatorių naudojimas yra sudėtingas dėl mažo aktyvaus cheminio kuro rezervo, kuris neleidžia gauti nuolatinės elektros energijos dideliais kiekiais. Be to, baterijos pasižymi mažu galios tankiu.

Daug dėmesio daugelyje pasaulio šalių skiriama tiesioginiam organinio kuro cheminės energijos pavertimui elektros energija, atliekamam kuro elementuose. Šiuose energijos keitikliuose galima gauti didesnes efektyvumo vertes nei šiluminiuose varikliuose. 1893 metais vokiečių fizikas ir chemikas Nernstas apskaičiavo, kad elektrocheminio proceso, kai anglies cheminė energija paverčiama elektros energija, teorinis efektyvumas yra 99,75%.

Ryžiai. 3.11. Elektrinių krūvių, prisidedančių prie teigiamų cinko jonų perėjimo į cinko sulfato tirpalą, išdėstymas

Ant pav. 3.12 parodyta vandenilio-deguonies kuro elemento schema. Kuro elemento elektrodai yra porėti. Prie anodo įvyksta teigiamų vandenilio jonų perėjimas į elektrolitą. Likę elektronai sukuria neigiamą potencialą ir pereina į katodą išorinėje grandinėje. Ant katodo esantys deguonies atomai prie savęs prijungia elektronus, sudarydami neigiamus jonus, kurie, prijungę vandenilio atomus iš vandens, pereina į tirpalą hidroksilo jonų OH- pavidalu. Hidroksido jonai susijungia su vandenilio jonais ir sudaro vandenį. Taigi, tiekiant vandenilį ir deguonį, kuro oksidacijos jonais reakcija įvyksta tuo pačiu metu išorinėje grandinėje formuojant srovę. Kadangi įtampa elemento gnybtuose yra maža (maždaug 1 V), elementai nuosekliai jungiami į baterijas. Kuro elementų efektyvumas yra labai didelis. Teoriškai jis artimas vienybei, tačiau praktiškai 60-80 proc.

Vandenilio kaip kuro naudojimas yra susijęs su didele kuro elementų eksploatavimo kaina, todėl ieškoma galimybių naudoti ir kitas pigesnes kuro rūšis, pirmiausia gamtines ir gamybines dujas. Tačiau patenkinamas dujų oksidacijos reakcijos greitis vyksta esant aukštai 800–1200 K temperatūrai, o tai neleidžia naudoti šarminių vandeninių tirpalų kaip elektrolitų. Šiuo atveju galima naudoti kietus elektrolitus, turinčius joninį laidumą.

Šiuo metu vyksta efektyvių aukštos temperatūros kuro elementų kūrimo darbai. Kol kas kuro elementų galios tankis vis dar mažas. Jis kelis kartus mažesnis nei vidaus degimo variklių. Tačiau elektrochemijos pažanga ir konstruktyvūs kuro elementų patobulinimai leis artimiausiu metu naudoti kuro elementus transporto priemonėse ir energetikoje. Kuro elementai yra tylūs, ekonomiški ir neturi kenksmingų atliekų, teršiančių atmosferą.

Ryžiai. 3.12. Vandenilio-deguonies kuro elemento schema:

1 - kūnas; 2- katodas; 3 - elektrolitas; 4 - anodas

1. Kintamosios srovės ištaisymas – kintamosios srovės (dažniausiai pramoninio dažnio) pavertimas nuolatine. Šis konversijos būdas buvo labiausiai išvystytas, nes dalis elektros energijos vartotojų gali dirbti tik nuolatine srove (elektrocheminiai ir elektrometalurginiai įrenginiai, nuolatinės srovės perdavimo linijos, elektrolizės vonios, įkraunamos baterijos, radijo įranga ir kt.), o kiti vartotojų veikia geriau nuolatinė nei kintamoji srovė (reguliuojami elektros varikliai).
2. Invertuojanti srovė – nuolatinės srovės keitimas į kintamąją. Inverteris naudojamas tais atvejais, kai energijos šaltinis generuoja nuolatinę srovę (nuolatinės srovės generatoriai, baterijos ir kiti cheminės srovės šaltiniai, saulės baterijos, magnetohidrodinaminiai generatoriai ir kt.), o vartotojams reikia kintamosios srovės. Kai kuriais atvejais srovės inversija reikalinga kitoms elektros energijos konversijos rūšims (dažnio keitimui, fazių skaičiaus keitimui).
3. Dažnio konvertavimas – vieno dažnio (dažniausiai 50 Hz) kintamosios srovės pavertimas skirtingo dažnio kintamąja srove. Toks pakeitimas būtinas norint maitinti reguliuojamas kintamosios srovės pavaras, indukcinio šildymo ir metalo lydymo įrenginius, ultragarsinius įrenginius ir kt.
4. Fazių skaičiaus perskaičiavimas. Kai kuriais atvejais trifazę srovę reikia paversti vienfaze (pavyzdžiui, elektros lanko krosnims maitinti) arba, priešingai, vienfazę srovę į trifazę. Taigi elektrifikuotame transporte naudojamas vienfazis kintamosios srovės kontaktinis tinklas, o elektriniuose lokomotyvuose - pagalbinės trifazės srovės mašinos. Pramonėje naudojami trifaziai vienfaziai dažnio keitikliai su tiesioginiu ryšiu, kuriuose kartu su pramoninio dažnio keitimu į žemesnį, trifazė įtampa paverčiama ir vienfaze.
3. Vienos įtampos nuolatinės srovės keitimas į kitos įtampos nuolatinę srovę (konvertuojant pastovią įtampą). Tokia transformacija būtina, pavyzdžiui, daugelyje mobilių objektų, kur elektros energijos šaltinis yra akumuliatorius ar kitas žemos įtampos nuolatinės srovės šaltinis, o vartotojams maitinti reikalinga didesnė nuolatinė įtampa (pavyzdžiui, maitinimo šaltiniai radijo inžinerijos ar elektroninės įrangos).

Rektifikavimas ir inversija tebėra pirmaujantis elektros energijos konvertavimo būdas, tačiau konversijos metodai smarkiai pasikeitė ir jų atmainų daugėjo.

Naujų tipų galios puslaidininkiniai vožtuvai, artimi idealiam valdomam pagrindiniam elementui, gerokai pakeitė požiūrį į vožtuvų keitiklių konstrukciją. Pastaraisiais metais plačiai paplitę GTO (gate turn off thirystor) ir izoliuotų vartų bipoliniai tranzistoriai (IGBT) sėkmingai apima galios diapazoną iki šimtų ir tūkstančių kilovatų, jų dinaminės savybės nuolat gerinamos, o sąnaudų produkcijos augimas mažėja. Todėl jie sėkmingai pakeitė įprastus tiristorius priverstinio perjungimo mazgais. Taip pat išsiplėtė impulsinių įtampos keitiklių panaudojimo sritys su naujomis įrenginių klasėmis. Sparčiai kuriami galingi perjungimo reguliatoriai, skirti tiek didinti, tiek sumažinti nuolatinės srovės maitinimo įtampą; impulsiniai keitikliai dažnai naudojami energijos atgavimo sistemose iš atsinaujinančių šaltinių (vėjo, saulės spinduliuotės).

Energija, gaunama per elektros linijas, ne visada naudojama gryna forma. Konkrečioms užduotims atlikti jis paverčiamas elektros prietaisais, kurie keičia vieną ar kelis parametrus – įtampos tipą, dažnį ir kitus.

Elektros keitikliai: klasifikacija

Šie įrenginiai klasifikuojami pagal kelis kriterijus:

Savotiška transformacija.
Konstrukcijos tipas.
Valdymas.

Keičiami parametrai

Šie parametrai gali būti transformuojami:

Įtampos tipas - nuo kintamosios srovės iki nuolatinės srovės ir atvirkščiai.
Srovės ir įtampos amplitudės reikšmės.
Dažnis.

Statybos tipai

Šie įrenginiai skirstomi į elektrinius ir puslaidininkinius.

Elektromašina (rotacinė) susideda iš dviejų mašinų, viena yra pavara, o kita - pavara. Pavyzdžiui, norint konvertuoti kintamąją srovę į nuolatinę, naudojamas kintamosios srovės indukcinis variklis (pavaros) ir nuolatinės srovės generatorius (vykdytojas). Jų trūkumas yra didelis dydis ir svoris. Be to, bendras technologinio pluošto efektyvumas yra mažesnis nei vienos elektrinės mašinos.

Puslaidininkiniai (statiniai) keitikliai statomi elektros grandinių, susidedančių iš puslaidininkinių arba lempų elementų, pagrindu. Jų efektyvumas didesnis, maži matmenys ir svoris, tačiau išėjimo elektros kokybė žema.

Valdomas ir nevaldomas

Jei elektros energijos parametro pokyčio dydis yra fiksuotas, tada naudojamas nekontroliuojamas keitiklis. Tokie įrenginiai naudojami pirmuosiuose maitinimo šaltinių etapuose. Pavyzdys yra galios transformatorius, kuris sumažina tinklo įtampą nuo 220 iki 12 voltų.

Keitikliai su kintamaisiais parametrais yra valdomos elektros grandinės pavaros. Pavyzdžiui, keičiant maitinimo įtampos dažnį, reguliuojamas asinchroninių variklių sukimosi greitis.

Galios keitikliai: įrenginių pavyzdžiai

Keitikliai gali atlikti vieną arba kelias funkcijas.

Pakeiskite įtampos tipą

Tie įrenginiai, kurie kintamąją srovę paverčia nuolatine srove, vadinami lygintuvais. Veikia priešingai – inverteriai.

Jei tai yra elektros mašinos įtaisas, tada lygintuvas susideda iš asinchroninio kintamosios srovės variklio, kuris suka nuolatinės srovės generatoriaus rotorių. Įvesties ir išvesties linijos neturi elektrinio kontakto.

Labiausiai paplitęs statinio lygintuvo grandinės tipas yra diodinis tiltas. Jame yra keturi vienpusio laidumo elementai (diodai), sujungti priešingomis kryptimis. Po jo būtinai dedamas elektrolitinis kondensatorius, kuris išlygina pulsuojančią įtampą.

Yra hibridinis dizainas, kuris sujungia elektrinę mašiną ir statinį lygintuvą. Tai automobilių generatorius, kuris yra kintamosios srovės mašina, kurios statoriaus apvijos yra sujungtos su lygintuvo tilteliu su kondensatoriumi.

Inverterio grandinės naudojamos nuolatinio virpesių generatoriui (multivibratoriui), pastatytam ant tiristorių arba tranzistorių, paleisti. Jie yra dažnio keitiklių pagrindas.

Amplitudės reikšmių pasikeitimas

Tai visų tipų transformatoriai – žeminamieji, paaukštinamieji, balastiniai.

Valdomi transformatoriai vadinami reostatais. Jei jie yra prijungti lygiagrečiai su elektros šaltiniu, jie keičia įtampą. Eilėje – srovė.

Šilumai, išsiskiriančiai veikiant galingiems aukštos įtampos tinklo transformatoriams, sugerti naudojamos skysčio (alyvos) aušinimo sistemos.

Dažnio pokytis

Dažnio keitikliai yra ir elektriniai (rotaciniai), ir statiniai.

Rotacinių dažnio keitiklių pavara yra aukšto dažnio asinchroninis trifazis generatorius. Jo rotorius suka nuolatinės arba kintamosios srovės elektros variklį. Kaip ir sukamasis lygintuvas, jo įvesties ir išvesties linijos neturi elektrinio kontakto.

Statinio tipo dažnio keitikliuose naudojamos inverterių grandinės yra valdomos ir nevaldomos. Dažnio padidinimas leidžia sumažinti įrenginių dydį. Transformatorius, veikiantis 400 Hz dažniu, yra aštuonis kartus mažesnis nei transformatorius, veikiantis 50 Hz dažniu. Ši savybė naudojama kompaktiškiems suvirinimo keitikliams gaminti.

Energija, iš graikų kalbos žodžio energeia – veikla arba veiksmas, yra bendras įvairių judėjimo ir sąveikos tipų matas.

Energija yra kiekybinis visų rūšių medžiagų veikimo ir sąveikos matas.

Energijos rūšys : mechaninis, elektrinis, terminis, magnetinis, atominis.

Kinetinė energija yra materialių kūnų judėjimo būsenos pasikeitimo rezultatas.

Potenciali energija yra tam tikros sistemos dalių padėties pasikeitimo rezultatas.

mechaninė energija- tai energija, susijusi su objekto judėjimu ar jo padėtimi, galimybe atlikti mechaninį darbą.

Elektra energija yra viena iš tobulų energijos formų.

Jo platų naudojimą lemia šie veiksniai:

· Gauti dideliais kiekiais šalia išteklių telkinio ir vandens šaltinių;

Galimybė gabenti dideliais atstumais su santykinai mažais nuostoliais;

· Gebėjimas transformuotis į kitas energijos rūšis: mechaninę, cheminę, šiluminę, šviesą;

· Nėra aplinkos taršos;

· Iš esmės naujų pažangių technologinių procesų su aukšto laipsnio automatizavimo, pagrįsto elektros energija, įdiegimas.

Pastaruoju metu dėl aplinkosaugos problemų, iškastinio kuro trūkumo ir netolygaus geografinio pasiskirstymo elektros energiją tampa tikslinga gaminti naudojant vėjo jėgaines, saulės baterijas, mažus dujų generatorius.

Šiluminė energija Jis plačiai naudojamas šiuolaikinėse pramonės šakose ir kasdieniame gyvenime garų, karšto vandens, kuro degimo produktų pavidalu.

Pirminė energija paverčiama antrine energija stotyse:

· Šiluminėje elektrinėje TPP - šiluminė;

· Hidroelektrinės HE – mechaninės (vandens judėjimo energija);

· HAE hidroakumuliacinė stotis - mechaninė (vandens, anksčiau užpildyto dirbtiniame rezervuare, judėjimo energija);

· Atominė elektrinė AE – branduolinė (branduolinio kuro energija);

· Potvynių ir atoslūgių jėgainė PES – potvyniai.

Baltarusijos Respublikoje daugiau nei 95% energijos pagaminama šiluminėse elektrinėse, kurios pagal paskirtį skirstomos į du tipus:

1. KES kondensacinės šiluminės elektrinės skirtos gaminti tik elektros energiją;

2. Kombinuotosios šilumos ir elektrinės (CHP), kuriose vykdoma kombinuota elektros ir šilumos energijos gamyba.

Energijos gavimo ir konvertavimo metodai.

Mechaninė energija paverčiama šiluma – trinties būdu, chemine – ardant medžiagos struktūrą, suspaudimą, į elektrinę – keičiant generatoriaus elektromagnetinį lauką.

Šiluminė energija paverčiama chemine, kinetine judesio energija, o ši energija paverčiama mechanine (turbina), elektrine (termine emf)

Cheminė energija gali būti paversta mechanine (sprogimas), termine (reakcijos šiluma), elektrine (baterijomis).

Elektros energiją galima paversti mechanine (elektros variklis), chemine (elektrolizė), elektromagnetine (elektromagnetu).

Elektromagnetinė energija – Saulės energija – į šiluminę (vandens šildymas), į elektrinę (fotoelektrinis efektas → saulės energija), į mechaninę (telefono skambėjimas).

Branduolinė energija → į cheminę, šiluminę, mechaninę (sprogimas), kontroliuojamą dalijimąsi (reaktorius) → cheminė + terminė.

TPP apima įrangos komplektą, kuriame vidinė kuro cheminė energija paverčiama vandens ir garo šilumine energija, kuri paverčiama mechanine sukimosi energija, kuri generuoja elektros energiją.

Kuras, tiekiamas iš sandėlio (C) į garo generatorių (SG) degimo metu išskiria šiluminę energiją, kuri, šildydama iš vandens paėmimo (VZ) tiekiamą vandenį, paverčia jį vandens garų energija, kurios temperatūra yra 550. turbina, vandens garų energija paverčiama mechanine sukimosi energija, perduodama į generatorių (G), kuris paverčia ją elektra. Garų kondensatoriuje (K) išmetamieji garai, kurių temperatūra 123-125 °C, perduoda latentinę garavimo šilumą aušinimo vandeniui ir vėl paduodami į katilą-kompresorių kondensatoriaus pavidalu, naudojant apskritą siurblį (H). ).

CHP schema skiriasi nuo TPP tuo, kad vietoj kondensatoriaus įrengiamas šilumokaitis, kuriame garai esant dideliam slėgiui šildo vandenį, tiekiamą į pagrindinius šilumos tinklus.

atominė elektrinė

Atominių elektrinių schema priklauso nuo reaktoriaus tipo; aušinimo skysčio tipas; įrangos sudėtis ir gali būti vienos, dviejų ir trijų grandinių.

Vieno kontūro atominė elektrinė.

Garas apdorojamas tiesiai reaktoriuje ir patenka į garo turbiną. Išmetamieji garai kondensuojami kondensatoriuje, o kondensatas pumpuojamas į reaktorių. Schema paprasta, ekonomiška. Tačiau garai prie išėjimo iš reaktoriaus tampa radioaktyvūs, o tai kelia didesnius biologinės apsaugos reikalavimus, apsunkina įrangos valdymą ir remontą.

1-atominis reaktorius;

2-turbina;

3-elektros generatorius;

4-vandens garų kondensatorius;

5 padavimo siurblys.

Skirtumas tarp TE ir atominės elektrinės yra tas, kad šilumos šaltinis TE yra garo katilas, kuriame deginamas organinis kuras; atominėje elektrinėje - branduolinis reaktorius, kuriame šiluma išsiskiria dalijantis branduoliniam kurui, turinčiam aukštą šiluminę vertę.

Šilumos ir elektros energijos transportavimas.

Šiluminės energijos transportavimas.

Pagrindiniai šiluminės energijos vartotojai yra pramonės įmonės ir būsto bei komunalinės paslaugos.

Šilumos tiekimo sistema – tai šilumos gamybos, transportavimo ir naudojimo įrenginių kompleksas.

Šiluminės energijos tiekimas vartotojams (šildymo sistema, vėdinimas, karšto vandens tiekimas ir technologiniai procesai) susideda iš 3 tarpusavyje susijusių procesų: šilumos perdavimo aušinimo skysčiui, aušinimo skysčio transportavimo ir aušinimo skysčio šiluminio potencialo panaudojimo. Šilumos tiekimo sistemos gali būti decentralizuotos (vietinės) ir centralizuotos.

Decentralizuotos šilumos tiekimo sistemos – tai sistemos, kuriose 3 pagrindinės grandys yra sujungtos ir išdėstytos tose pačiose arba gretimose patalpose. Tuo pačiu metu šilumos priėmimas ir jos oro perdavimas į kambarį yra sujungti į vieną įrenginį ir yra šildomose patalpose.

Centralizuotos sistemos Šilumos tiekimo sistemos – tai sistemos, kuriose šiluma iš vieno šilumos šaltinio tiekiama daugeliui pastatų, kvartalų ir rajonų.

Šiluminė energija transportuojama šiluminiais tinklais.

Pagrindiniai šilumos tinklų elementai yra vamzdynas, izoliacinė konstrukcija, laikanti konstrukcija.

Vamzdynų klojimas atliekamas antžeminiais ir požeminiais metodais.

Elektros energijos transportavimas.

Elektros energija iš įmonių, gaminančių elektros energiją, perduodama tiesioginiams vartotojams elektros tinklais, kuriuos sudaro pastočių (aukštinimo ir žeminimo), skirstomųjų įrenginių ir jas jungiančių elektros linijų (oro arba kabelių), esančių ant elektros tinklo, derinys. rajono teritorija, vietovė elektros energijos vartotojas.

Pagrindinė elektros energijos gamybos ir paskirstymo įranga apima:

· Sinchroniniai generatoriai, gaminantys elektros energiją (šilumose elektrinėse - turbogeneratoriai);

· Šynos, kurios priima elektros energiją iš generatorių ir paskirsto ją vartotojams;

· Perjungimo įtaisai-jungikliai, įjungiantys ir išjungiantys grandines normaliomis ir avarinėmis sąlygomis bei skyrikliai, atleidžiantys įtampą nuo numatytų elektros instaliacijos dalių ir sukuriantys matomą grandinės pertrauką;

· Elektros imtuvai savo reikmėms (siurbliai, ventiliatoriai, avarinis elektros apšvietimas ir kt.).

Pagalbinė įranga skirta atlikti matavimo, signalizacijos, apsaugos ir automatizavimo funkcijas ir kt.

Namų kepimo receptai su nuotraukomis - žingsnis po žingsnio meistriškumo pamokos