Bəşəriyyətin ehtiyaclarını kifayət qədər enerji ilə təmin etmək müasir elmin qarşısında duran əsas vəzifələrdən biridir. Cəmiyyətin mövcudluğunun əsas şərtlərinin saxlanmasına yönəlmiş proseslərin enerji istehlakının artması ilə əlaqədar olaraq, təkcə böyük həcmdə enerjinin istehsalında deyil, həm də onun paylama sistemlərinin balanslaşdırılmış təşkilində kəskin problemlər yaranır. Və enerjinin çevrilməsi mövzusu bu kontekstdə əsas əhəmiyyət kəsb edir. Bu proses faydalı enerji potensialının yaranma əmsalını, eləcə də istifadə olunan infrastruktur çərçivəsində texnoloji əməliyyatlara xidmət üçün çəkilən xərclərin səviyyəsini müəyyən edir.
Konvertasiya texnologiyasına baxış
Müxtəlif enerji növlərindən istifadə ehtiyacı təchizat resursu tələb edən proseslərdəki fərqlərlə əlaqələndirilir. Üçün istilik tələb olunuristilik, mexaniki enerji - mexanizmlərin hərəkətinin güc dəstəyi üçün və işıq - işıqlandırma üçün. Elektrik enerjisini həm transformasiyası baxımından, həm də müxtəlif sahələrdə tətbiq imkanları baxımından universal enerji mənbəyi adlandırmaq olar. İlkin enerji kimi adətən təbii hadisələrdən, eləcə də eyni istilik və ya mexaniki qüvvənin yaranmasına kömək edən süni şəkildə təşkil edilmiş proseslərdən istifadə olunur. Hər bir halda, müəyyən bir növ avadanlıq və ya mürəkkəb texnoloji struktur tələb olunur ki, bu da prinsipcə enerjinin son və ya aralıq istehlak üçün tələb olunan formaya çevrilməsinə imkan verir. Üstəlik, çeviricinin vəzifələri arasında enerjinin bir formadan digərinə ötürülməsi kimi təkcə transformasiya deyil. Çox vaxt bu proses enerjinin bəzi parametrlərini çevrilmədən dəyişməyə də xidmət edir.
Transformasiya birpilləli və ya çoxmərhələli ola bilər. Bundan əlavə, məsələn, günəş generatorlarının fotokristal elementlərdə işləməsi adətən işıq enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi kimi qəbul edilir. Amma eyni zamanda Günəşin isinmə nəticəsində torpağa verdiyi istilik enerjisini də çevirmək mümkündür. Geotermal modullar yerin müəyyən bir dərinliyində yerləşdirilir və xüsusi keçiricilər vasitəsilə batareyaları enerji ehtiyatları ilə doldurur. Sadə bir çevrilmə sxemində, geotermal sistem istilik enerjisinin saxlanmasını təmin edir, istilik avadanlığına əsas hazırlıq ilə təmiz formada verilir. Mürəkkəb bir quruluşda, tək bir qrupda istilik nasosu istifadə olunuristilik və elektrik enerjisinin çevrilməsini təmin edən istilik kondensatorları və kompressorları ilə.
Elektrik enerjisinin çevrilmə növləri
Təbiət hadisələrindən ilkin enerji əldə etmək üçün müxtəlif texnoloji üsullar mövcuddur. Ancaq enerjinin xüsusiyyətlərini və formalarını dəyişdirmək üçün daha çox imkanlar yığılmış enerji ehtiyatları tərəfindən təmin edilir, çünki onlar transformasiya üçün əlverişli bir formada saxlanılır. Enerji çevrilməsinin ən çox yayılmış formalarına radiasiya, istilik, mexaniki və kimyəvi təsirlər daxildir. Ən mürəkkəb sistemlər molekulyar parçalanma proseslərindən və çoxsaylı transformasiya mərhələlərini birləşdirən çoxsəviyyəli kimyəvi reaksiyalardan istifadə edir.
Transformasiyanın konkret metodunun seçimi prosesin təşkili şərtlərindən, ilkin və son enerjinin növündən asılı olacaq. Prinsipcə transformasiya proseslərində iştirak edən ən çox yayılmış enerji növləri arasında radiasiya, mexaniki, istilik, elektrik və kimyəvi enerjini ayırd etmək olar. Ən azı, bu resurslar sənayedə və ev təsərrüfatlarında uğurla istifadə olunur. Müəyyən bir texnoloji əməliyyatın törəmələri olan enerji çevrilməsinin dolayı prosesləri ayrıca diqqətə layiqdir. Məsələn, metallurgiya istehsalı çərçivəsində isitmə və soyutma əməliyyatları tələb olunur ki, bunun nəticəsində buxar və istilik törəmə kimi əmələ gəlir, lakin hədəf resursları deyil. Əslində bunlar emal tullantılarıdır,eyni müəssisə daxilində istifadə edilən, dəyişdirilən və ya istifadə edilənlər.
İstilik enerjisinin çevrilməsi
İnkişaf baxımından ən qədimlərdən biri və insan həyatını təmin etmək üçün ən vacib enerji mənbələri, onsuz müasir cəmiyyətin həyatını təsəvvür etmək mümkün deyil. Əksər hallarda istilik elektrikə çevrilir və belə bir transformasiya üçün sadə sxem ara mərhələlərin birləşməsini tələb etmir. Bununla belə, istilik və atom elektrik stansiyalarında, onların iş şəraitindən asılı olaraq, istilik mexaniki enerjiyə ötürülməsi ilə bir hazırlıq mərhələsindən istifadə edilə bilər ki, bu da əlavə xərc tələb edir. Bu gün istilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün birbaşa fəaliyyət göstərən termoelektrik generatorlar getdikcə daha çox istifadə olunur.
Transformasiya prosesinin özü yandırılan, istilik buraxan və sonradan cari nəsil mənbəyi kimi çıxış edən xüsusi maddədə baş verir. Yəni, termoelektrik qurğular sıfır dövrü olan elektrik enerjisi mənbələri hesab edilə bilər, çünki onların istismarı hətta əsas istilik enerjisi görünməzdən əvvəl başlamışdır. Əsas mənbə kimi yanacaq elementləri, adətən qaz qarışıqları çıxış edir. Onlar yandırılır, bunun nəticəsində istilik paylayan metal plitə qızdırılır. Yarımkeçirici materialları olan xüsusi bir generator modulu vasitəsilə istiliyin çıxarılması prosesində enerji çevrilir. Elektrik cərəyanı transformatora və ya akkumulyatora qoşulmuş radiator bloku tərəfindən yaradılır. Birinci versiyada enerjidərhal hazır formada istehlakçıya gedir, ikincidə isə yığılır və lazım olduqda verilir.
Mexanik enerjidən istilik enerjisi istehsalı
Həmçinin transformasiya nəticəsində enerji əldə etməyin ən ümumi yollarından biridir. Onun mahiyyəti cisimlərin iş prosesində istilik enerjisi vermək qabiliyyətindədir. Ən sadə formada bu enerji çevrilmə sxemi yanğınla nəticələnən iki taxta obyektin sürtünməsi nümunəsi ilə nümayiş etdirilir. Bununla belə, bu prinsipi nəzərəçarpacaq praktiki faydalarla istifadə etmək üçün xüsusi cihazlar tələb olunur.
Ev təsərrüfatlarında mexaniki enerjinin çevrilməsi istilik və su təchizatı sistemlərində baş verir. Bunlar maqnit dövrəsi və qapalı elektrik keçirici dövrələrə qoşulmuş laminatlı nüvəsi olan mürəkkəb texniki strukturlardır. Bu dizaynın iş kamerasının içərisində də sürücüdən görülən işin təsiri altında qızdırılan istilik boruları var. Bu həllin dezavantajı sistemin elektrik şəbəkəsinə qoşulması ehtiyacıdır.
Sənaye daha güclü maye ilə soyudulmuş çeviricilərdən istifadə edir. Mexanik işin mənbəyi qapalı su anbarlarına bağlıdır. İcra orqanlarının (turbinlər, qanadlar və ya digər struktur elementləri) hərəkəti prosesində dövrə daxilində burulğan əmələ gəlməsi üçün şərait yaradılır. Bu, bıçaqların kəskin əyləc anlarında baş verir. İstilikdən əlavə, bu vəziyyətdə təzyiq də artır, bu da prosesləri asanlaşdırırsu dövranı.
Elektromexaniki enerjinin çevrilməsi
Müasir texniki bölmələrin əksəriyyəti elektromexanika prinsipləri əsasında işləyir. Sinxron və asinxron elektrik maşınları və generatorları müxtəlif məqsədlər üçün nəqliyyatda, dəzgahlarda, sənaye mühəndisi aqreqatlarında və digər elektrik stansiyalarında istifadə olunur. Yəni, enerji çevrilməsinin elektromexaniki növləri sürücü sisteminin cari tələblərindən asılı olaraq həm generator, həm də mühərrik iş rejimlərinə tətbiq edilir.
Ümumiləşdirilmiş formada hər hansı bir elektrik maşını qarşılıqlı hərəkət edən maqnitlə əlaqəli elektrik dövrələri sistemi kimi qəbul edilə bilər. Belə hadisələrə histerezis, doyma, daha yüksək harmoniklər və maqnit itkiləri də daxildir. Lakin klassik nöqteyi-nəzərdən onları elektrik maşınlarının analoqlarına yalnız o halda aid etmək olar ki, söhbət sistemin enerji infrastrukturu daxilində işlədiyi zaman dinamik rejimlərdən gedir.
Enerjinin elektromexaniki çevrilməsi sistemi ikifazalı və üçfazalı komponentlərlə iki reaksiya prinsipinə, həmçinin maqnit sahələrinin fırlanması üsuluna əsaslanır. Mühərriklərin rotoru və statoru maqnit sahəsinin təsiri altında mexaniki işləri yerinə yetirir. Yüklənmiş hissəciklərin hərəkət istiqamətindən asılı olaraq iş rejimi müəyyən edilir - mühərrik və ya generator kimi.
Kimyəvi enerjidən elektrik enerjisi istehsalı
Ümumi kimyəvi enerji mənbəyi ənənəvidir, lakin onun çevrilmə üsulları o qədər də yaygın deyilekoloji məhdudiyyətlərə görə. Öz-özünə təmiz formada kimyəvi enerji praktiki olaraq istifadə edilmir - ən azı konsentrasiya edilmiş reaksiyalar şəklində. Eyni zamanda, təbii kimyəvi proseslər bir insanı hər yerdə yüksək və ya aşağı enerjili bağlar şəklində əhatə edir, məsələn, istilik buraxılması ilə yanma zamanı. Bununla belə, bəzi sənaye sahələrində kimyəvi enerjinin çevrilməsi məqsədyönlü şəkildə təşkil edilir. Adətən plazma generatorlarında və ya qaz turbinlərində yüksək texnologiyalı yanma üçün şərait yaradılır. Bu proseslərin tipik reaktivi elektrik enerjisinin istehsalına töhfə verən yanacaq hüceyrəsidir. Effektivlik nöqteyi-nəzərindən elektrik enerjisi istehsalının alternativ üsulları ilə müqayisədə bu cür çevrilmələr o qədər də sərfəli deyil, çünki faydalı istiliyin bir hissəsi hətta müasir plazma qurğularında da dağıdılır.
Günəş radiasiya enerjisinin çevrilməsi
Enerjiyə çevrilmə üsulu olaraq, yaxın gələcəkdə günəş işığının emalı prosesi enerji sektorunda ən çox tələb olunan prosesə çevrilə bilər. Bu onunla bağlıdır ki, hətta bu gün hər bir ev sahibi nəzəri olaraq günəş enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün avadanlıq ala bilər. Bu prosesin əsas xüsusiyyəti toplanan günəş işığının pulsuz olmasıdır. Başqa bir şey budur ki, bu, prosesi tamamilə xərcsiz etmir. Birincisi, günəş batareyalarının saxlanması üçün xərclər tələb olunacaq. İkincisi, bu tip generatorların özləri ucuz deyil, buna görə də ilkin investisiyalarÇox az adam öz mini-enerji stansiyasını təşkil edə bilər.
Günəş enerjisi generatoru nədir? Bu, günəş işığının enerjisini elektrik enerjisinə çevirən fotovoltaik panellər dəstidir. Bu prosesin prinsipi bir çox cəhətdən tranzistorun işinə bənzəyir. Silikon müxtəlif versiyalarda günəş batareyalarının istehsalı üçün əsas material kimi istifadə olunur. Məsələn, günəş enerjisini çevirmək üçün bir cihaz poli və tək kristal ola bilər. Performans baxımından ikinci seçimə üstünlük verilir, lakin daha bahalıdır. Hər iki halda fotoelement işıqlandırılır, bu müddət ərzində elektrodlar işə salınır və onların hərəkəti prosesində elektrodinamik qüvvə yaranır.
Buxar enerjisinin çevrilməsi
Buxar turbinləri sənayedə həm enerjinin məqbul formaya çevrilməsi yolu kimi, həm də xüsusi olaraq yönəldilmiş ənənəvi qaz axınlarından müstəqil elektrik və ya istilik generatoru kimi istifadə oluna bilər. Elektrik enerjisini buxar generatorları ilə birlikdə çevirmək üçün cihazlar kimi yalnız turbin maşınları istifadə olunur, lakin onların dizaynı bu prosesi yüksək səmərəliliklə təşkil etmək üçün optimal şəkildə uyğun gəlir. Ən sadə texniki həll, təchiz edilmiş buxar ilə burunların birləşdirildiyi bıçaqları olan bir turbindir. Bıçaqlar hərəkət etdikcə aparatın daxilindəki elektromaqnit qurğusu fırlanır, mexaniki işlər görülür və cərəyan yaranır.
Bəzi turbin dizaynları varbuxarın mexaniki enerjisinin kinetik enerjiyə çevrildiyi addımlar şəklində xüsusi uzantılar. Cihazın bu xüsusiyyəti generatorun enerji çevrilməsinin səmərəliliyinin artırılması maraqları və ya dəqiq kinetik potensialın inkişaf etdirilməsi ehtiyacı ilə deyil, turbin işinin çevik tənzimlənməsi imkanını təmin etməklə müəyyən edilir. Turbindəki genişləndirmə istehsal olunan enerjinin miqdarını səmərəli və təhlükəsiz şəkildə tənzimləməyə imkan verən idarəetmə funksiyasını təmin edir. Yeri gəlmişkən, konversiya prosesinə daxil olan genişlənmənin iş sahəsi aktiv təzyiq mərhələsi adlanır.
Enerji ötürmə üsulları
Enerjinin çevrilmə üsulları onun ötürülməsi konsepsiyası olmadan nəzərdən keçirilə bilməz. Bu günə qədər enerjinin ötürüldüyü cisimlərin qarşılıqlı təsirinin dörd yolu var - elektrik, qravitasiya, nüvə və zəif. Bu kontekstdə köçürmə həm də mübadilə üsulu kimi qəbul edilə bilər, buna görə də, prinsipcə, enerjinin ötürülməsində işin yerinə yetirilməsi və istilik ötürmə funksiyası ayrılır. Enerjinin hansı çevrilmələri iş görməkdən ibarətdir? Tipik bir nümunə, makroskopik cisimlərin və ya cisimlərin ayrı-ayrı hissəciklərinin kosmosda hərəkət etdiyi mexaniki qüvvədir. Mexanik qüvvə ilə yanaşı, maqnit və elektrik işləri də fərqlənir. Demək olar ki, bütün iş növləri üçün əsas birləşdirici xüsusiyyət, onlar arasındakı transformasiyanı tamamilə kəmiyyətcə qiymətləndirmək qabiliyyətidir. Yəni elektrik enerjisinə çevrilirmexaniki enerji, maqnit potensialına mexaniki iş və s. İstilik ötürmə də enerji ötürmək üçün ümumi bir yoldur. İstiqamətsiz və ya xaotik ola bilər, lakin hər halda mikroskopik hissəciklərin hərəkəti var. Aktivləşdirilmiş hissəciklərin sayı istilik miqdarını müəyyən edəcək - faydalı istilik.
Nəticə
Enerjinin bir formadan digərinə keçidi normaldır və bəzi sənaye sahələrində istehsal enerjisi prosesi üçün ilkin şərtdir. Müxtəlif hallarda bu mərhələnin daxil edilməsi zərurəti resursun yaradılmasının iqtisadi, texnoloji, ekoloji və digər amilləri ilə izah oluna bilər. Eyni zamanda, enerji çevrilməsinin təbii və süni şəkildə təşkil edilmiş üsullarının müxtəlifliyinə baxmayaraq, transformasiya proseslərini təmin edən qurğuların böyük əksəriyyəti yalnız elektrik, istilik və mexaniki iş üçün istifadə olunur. Elektrik enerjisini çevirmək üçün vasitələr ən çox yayılmışdır. Mexanik işin induksiya prinsipinə əsasən elektrik enerjisinə çevrilməsini təmin edən elektrik maşınları, məsələn, mürəkkəb texniki cihazların, birləşmələrin və cihazların iştirak etdiyi demək olar ki, bütün sahələrdə istifadə olunur. Və bu tendensiya azalmır, çünki bəşəriyyətin enerji istehsalında daim artıma ehtiyacı var ki, bu da bizi ilkin enerjinin yeni mənbələri axtarmağa məcbur edir. Hazırda enerji sektorunda ən perspektivli sahələr eyni generasiya sistemləri hesab olunurGünəşin yaratdığı mexaniki enerjidən elektrik enerjisi, külək və su təbiətdə axır.
