Menyediakan kebutuhan manusia dengan energi yang cukup adalah salah satu tugas utama yang dihadapi sains modern. Sehubungan dengan peningkatan konsumsi energi dari proses yang bertujuan untuk mempertahankan kondisi dasar bagi keberadaan masyarakat, masalah akut muncul tidak hanya dalam pembangkitan energi dalam jumlah besar, tetapi juga dalam organisasi yang seimbang dari sistem distribusinya. Dan topik konversi energi sangat penting dalam konteks ini. Proses ini menentukan koefisien pembangkitan potensi energi yang berguna, serta tingkat biaya untuk melayani operasi teknologi dalam kerangka infrastruktur yang digunakan.
Konversi ikhtisar teknologi
Kebutuhan untuk menggunakan berbagai jenis energi dikaitkan dengan perbedaan dalam proses yang membutuhkan sumber daya pasokan. Panas diperlukan untukpemanasan, energi mekanik - untuk daya dukung pergerakan mekanisme, dan cahaya - untuk penerangan. Listrik dapat disebut sebagai sumber energi universal baik dari segi transformasinya maupun dari segi kemungkinan penerapannya di berbagai bidang. Sebagai energi awal, fenomena alam biasanya digunakan, serta proses yang terorganisir secara artifisial yang berkontribusi pada pembangkitan panas atau gaya mekanik yang sama. Dalam setiap kasus, diperlukan jenis peralatan tertentu atau struktur teknologi yang kompleks, yang pada prinsipnya memungkinkan konversi energi menjadi bentuk yang diperlukan untuk konsumsi akhir atau antara. Selain itu, di antara tugas konverter, tidak hanya transformasi yang menonjol sebagai transfer energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Seringkali proses ini juga berfungsi untuk mengubah beberapa parameter energi tanpa transformasinya.
Transformasi seperti itu dapat berupa satu tahap atau multi-tahap. Selain itu, misalnya, pengoperasian generator surya pada sel fotokristalin biasanya dianggap sebagai transformasi energi cahaya menjadi listrik. Tetapi pada saat yang sama, dimungkinkan juga untuk mengubah energi panas yang diberikan Matahari ke tanah sebagai akibat dari pemanasan. Modul panas bumi ditempatkan pada kedalaman tertentu di dalam tanah dan, melalui konduktor khusus, mengisi baterai dengan cadangan energi. Dalam skema konversi sederhana, sistem panas bumi menyediakan penyimpanan energi panas, yang diberikan ke peralatan pemanas dalam bentuk murni dengan persiapan dasar. Dalam struktur yang kompleks, pompa panas digunakan dalam satu kelompokdengan kondensor panas dan kompresor yang menyediakan konversi panas dan listrik.
Jenis Konversi Energi Listrik
Ada berbagai metode teknologi untuk mengekstraksi energi primer dari fenomena alam. Tetapi bahkan lebih banyak peluang untuk mengubah sifat dan bentuk energi disediakan oleh akumulasi sumber daya energi, karena mereka disimpan dalam bentuk yang nyaman untuk transformasi. Bentuk paling umum dari konversi energi termasuk operasi radiasi, pemanasan, efek mekanik dan kimia. Sistem yang paling kompleks menggunakan proses peluruhan molekul dan reaksi kimia bertingkat yang menggabungkan beberapa langkah transformasi.
Pilihan metode transformasi tertentu akan tergantung pada kondisi organisasi proses, jenis energi awal dan akhir. Energi radiasi, mekanik, termal, listrik dan kimia dapat dibedakan di antara jenis energi yang paling umum yang, pada prinsipnya, berpartisipasi dalam proses transformasi. Minimal, sumber daya ini berhasil dieksploitasi di industri dan rumah tangga. Perhatian terpisah layak mendapatkan proses konversi energi tidak langsung, yang merupakan turunan dari operasi teknologi tertentu. Misalnya, dalam kerangka produksi metalurgi, operasi pemanasan dan pendinginan diperlukan, sebagai akibatnya uap dan panas dihasilkan sebagai turunan, tetapi bukan sumber daya target. Pada dasarnya, ini adalah produk limbah dari pengolahan,yang juga sedang digunakan, diubah atau digunakan dalam perusahaan yang sama.
Konversi energi panas
Salah satu yang tertua dalam hal pembangunan dan sumber energi terpenting untuk mempertahankan kehidupan manusia, yang tanpanya mustahil membayangkan kehidupan masyarakat modern. Dalam kebanyakan kasus, panas diubah menjadi listrik, dan skema sederhana untuk transformasi semacam itu tidak memerlukan koneksi tahap perantara. Namun, di pembangkit listrik termal dan nuklir, tergantung pada kondisi operasinya, tahap persiapan dengan transfer panas menjadi energi mekanik dapat digunakan, yang membutuhkan biaya tambahan. Saat ini, generator termoelektrik kerja langsung semakin banyak digunakan untuk mengubah energi panas menjadi listrik.
Proses transformasi itu sendiri berlangsung dalam zat khusus yang dibakar, melepaskan panas dan selanjutnya bertindak sebagai sumber generasi saat ini. Artinya, instalasi termoelektrik dapat dianggap sebagai sumber listrik dengan siklus nol, karena operasinya dimulai bahkan sebelum munculnya energi panas dasar. Sel bahan bakar, biasanya campuran gas, bertindak sebagai sumber daya utama. Mereka dibakar, akibatnya pelat logam pendistribusi panas dipanaskan. Dalam proses pemindahan panas melalui modul generator khusus dengan bahan semikonduktor, energi diubah. Arus listrik dihasilkan oleh unit radiator yang dihubungkan dengan transformator atau baterai. Dalam versi pertama, energisegera pergi ke konsumen dalam bentuk jadi, dan yang kedua - terakumulasi dan diberikan sesuai kebutuhan.
Pembangkitan energi panas dari energi mekanik
Juga salah satu cara paling umum untuk mendapatkan energi sebagai hasil transformasi. Esensinya terletak pada kemampuan tubuh untuk mengeluarkan energi panas dalam proses melakukan pekerjaan. Dalam bentuknya yang paling sederhana, skema transformasi energi ini ditunjukkan dengan contoh gesekan dua benda kayu, yang menghasilkan api. Namun, untuk menggunakan prinsip ini dengan manfaat praktis yang nyata, diperlukan perangkat khusus.
Di rumah tangga, transformasi energi mekanik terjadi dalam sistem pemanas dan pasokan air. Ini adalah struktur teknis yang kompleks dengan sirkuit magnetik dan inti berlapis yang terhubung ke sirkuit konduktif listrik tertutup. Juga di dalam ruang kerja desain ini adalah pipa pemanas, yang dipanaskan di bawah aksi pekerjaan yang dilakukan dari drive. Kerugian dari solusi ini adalah kebutuhan untuk menghubungkan sistem ke listrik.
Industri menggunakan konverter berpendingin cairan yang lebih kuat. Sumber pekerjaan mekanis terhubung ke tangki air tertutup. Dalam proses pergerakan badan eksekutif (turbin, bilah atau elemen struktural lainnya), kondisi untuk pembentukan pusaran dibuat di dalam sirkuit. Ini terjadi pada saat-saat pengereman tajam pada baling-baling. Selain pemanasan, dalam hal ini, tekanan juga meningkat, yang memfasilitasi prosessirkulasi air.
Konversi energi elektromekanis
Kebanyakan unit teknis modern bekerja berdasarkan prinsip elektromekanik. Mesin dan generator listrik sinkron dan asinkron digunakan dalam transportasi, peralatan mesin, unit teknik industri dan pembangkit listrik lainnya untuk berbagai keperluan. Artinya, jenis konversi energi elektromekanis dapat diterapkan pada mode pengoperasian generator dan motor, tergantung pada kebutuhan sistem penggerak saat ini.
Dalam bentuk umum, mesin listrik apa pun dapat dianggap sebagai sistem rangkaian listrik yang saling bergerak secara magnetis. Fenomena tersebut juga termasuk histeresis, saturasi, harmonik yang lebih tinggi dan kerugian magnetik. Tetapi dalam pandangan klasik, mereka dapat dikaitkan dengan analog mesin listrik hanya jika kita berbicara tentang mode dinamis ketika sistem beroperasi dalam infrastruktur energi.
Sistem konversi energi elektromekanis didasarkan pada prinsip dua reaksi dengan komponen dua fase dan tiga fase, serta metode medan magnet berputar. Rotor dan stator motor melakukan pekerjaan mekanis di bawah pengaruh medan magnet. Tergantung pada arah pergerakan partikel bermuatan, mode operasi diatur - sebagai motor atau generator.
Pembangkitan listrik dari energi kimia
Sumber energi kimia total bersifat tradisional, tetapi metode transformasinya tidak begitu umumkarena pembatasan lingkungan. Dengan sendirinya, energi kimia dalam bentuk murni praktis tidak digunakan - setidaknya dalam bentuk reaksi terkonsentrasi. Pada saat yang sama, proses kimia alami mengelilingi seseorang di mana-mana dalam bentuk ikatan energi tinggi atau rendah, yang memanifestasikan dirinya, misalnya, selama pembakaran dengan pelepasan panas. Namun, konversi energi kimia sengaja diatur di beberapa industri. Biasanya, kondisi diciptakan untuk pembakaran berteknologi tinggi di generator plasma atau turbin gas. Reaktan khas dari proses ini adalah sel bahan bakar, yang berkontribusi pada produksi energi listrik. Dari sudut pandang efisiensi, konversi tersebut tidak menguntungkan dibandingkan dengan metode alternatif untuk menghasilkan listrik, karena sebagian dari panas yang berguna hilang bahkan dalam instalasi plasma modern.
Konversi energi radiasi matahari
Sebagai cara untuk mengkonversi energi, proses pengolahan sinar matahari dalam waktu dekat mungkin akan menjadi yang paling diminati di sektor energi. Hal ini disebabkan fakta bahwa bahkan saat ini setiap pemilik rumah secara teoritis dapat membeli peralatan untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Fitur utama dari proses ini adalah bahwa akumulasi sinar matahari tidak dikenai biaya. Hal lain adalah bahwa ini tidak membuat proses benar-benar bebas biaya. Pertama, biaya akan diperlukan untuk pemeliharaan baterai surya. Kedua, genset jenis ini sendiri tidak murah, sehingga investasi awal diHanya sedikit orang yang mampu mengatur stasiun energi mini mereka sendiri.
Apa itu pembangkit listrik tenaga surya? Ini adalah satu set panel fotovoltaik yang mengubah energi sinar matahari menjadi listrik. Prinsip dari proses ini dalam banyak hal mirip dengan operasi transistor. Silikon digunakan sebagai bahan utama untuk pembuatan sel surya dalam berbagai versi. Misalnya, perangkat untuk mengubah energi matahari dapat berupa kristal poli dan kristal tunggal. Opsi kedua lebih disukai dalam hal kinerja, tetapi lebih mahal. Dalam kedua kasus, fotosel menyala, di mana elektroda diaktifkan dan gaya elektrodinamik dihasilkan dalam proses pergerakannya.
Konversi energi uap
Turbin uap dapat digunakan dalam industri baik sebagai cara untuk mengubah energi menjadi bentuk yang dapat diterima, dan sebagai pembangkit listrik atau panas independen dari aliran gas konvensional yang diarahkan secara khusus. Jauh dari hanya mesin turbin yang digunakan sebagai perangkat untuk mengubah energi listrik dalam kombinasi dengan generator uap, tetapi desainnya sangat cocok untuk mengatur proses ini dengan efisiensi tinggi. Solusi teknis paling sederhana adalah turbin dengan bilah, yang terhubung dengan nozel dengan uap yang disediakan. Saat bilah bergerak, instalasi elektromagnetik di dalam peralatan berputar, pekerjaan mekanis dilakukan dan arus dihasilkan.
Beberapa desain turbin memilikiekstensi khusus dalam bentuk langkah, di mana energi mekanik uap diubah menjadi energi kinetik. Fitur perangkat ini ditentukan tidak begitu banyak oleh kepentingan peningkatan efisiensi konversi energi generator atau kebutuhan untuk mengembangkan secara tepat potensi kinetik, tetapi dengan menyediakan kemungkinan pengaturan yang fleksibel dari operasi turbin. Ekspansi di turbin menyediakan fungsi kontrol yang memungkinkan pengaturan jumlah energi yang dihasilkan secara efisien dan aman. Omong-omong, area kerja ekspansi, yang termasuk dalam proses konversi, disebut tahap tekanan aktif.
Metode transfer energi
Metode transformasi energi tidak dapat dipertimbangkan tanpa konsep transfernya. Sampai saat ini, ada empat cara interaksi benda di mana energi ditransfer - listrik, gravitasi, nuklir dan lemah. Perpindahan dalam konteks ini juga dapat dianggap sebagai suatu cara pertukaran, oleh karena itu pada prinsipnya kerja dalam perpindahan energi dan fungsi perpindahan panas dipisahkan. Transformasi energi apa yang melibatkan melakukan pekerjaan? Contoh tipikal adalah gaya mekanik, di mana benda makroskopik atau partikel individu benda bergerak di ruang angkasa. Selain gaya mekanik, kerja magnet dan listrik juga dibedakan. Fitur pemersatu utama untuk hampir semua jenis pekerjaan adalah kemampuan untuk sepenuhnya mengukur transformasi di antara mereka. Artinya, listrik diubah menjadienergi mekanik, kerja mekanik menjadi potensial magnet, dll. Perpindahan panas juga merupakan cara umum untuk mentransfer energi. Itu bisa tidak terarah atau kacau, tetapi bagaimanapun juga, ada pergerakan partikel mikroskopis. Jumlah partikel yang diaktifkan akan menentukan jumlah panas - panas yang berguna.
Kesimpulan
Transisi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya adalah normal, dan di beberapa industri merupakan prasyarat untuk proses energi produksi. Dalam kasus yang berbeda, kebutuhan untuk memasukkan tahap ini dapat dijelaskan oleh faktor ekonomi, teknologi, lingkungan dan lain dari pembangkitan sumber daya. Pada saat yang sama, terlepas dari berbagai cara transformasi energi yang diatur secara alami dan artifisial, sebagian besar instalasi yang menyediakan proses transformasi hanya digunakan untuk listrik, panas, dan pekerjaan mekanis. Sarana untuk mengubah energi listrik adalah yang paling umum. Mesin listrik yang menyediakan transformasi kerja mekanis menjadi listrik sesuai dengan prinsip induksi, misalnya, digunakan di hampir semua bidang di mana perangkat, rakitan, dan perangkat teknis yang kompleks terlibat. Dan tren ini tidak menurun, karena umat manusia membutuhkan peningkatan produksi energi yang konstan, yang memaksa kita untuk mencari sumber energi primer yang baru. Saat ini, area yang paling menjanjikan di sektor energi dianggap sebagai sistem pembangkit yang samalistrik dari energi mekanik yang dihasilkan oleh Matahari, angin dan air mengalir di alam.
