การจัดหาพลังงานให้เพียงพอกับความต้องการของมนุษยชาติเป็นหนึ่งในภารกิจหลักที่วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ต้องเผชิญ ในการเชื่อมต่อกับการเพิ่มขึ้นของการใช้พลังงานของกระบวนการที่มุ่งรักษาเงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการดำรงอยู่ของสังคม ปัญหาเฉียบพลันเกิดขึ้นไม่เพียง แต่ในการผลิตพลังงานจำนวนมาก แต่ยังอยู่ในองค์กรที่สมดุลของระบบจำหน่ายด้วย และหัวข้อการแปลงพลังงานก็มีความสำคัญในบริบทนี้ กระบวนการนี้กำหนดสัมประสิทธิ์การสร้างศักยภาพพลังงานที่มีประโยชน์ ตลอดจนระดับของต้นทุนสำหรับการให้บริการปฏิบัติการทางเทคโนโลยีภายในกรอบการทำงานของโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้
แปลงภาพรวมเทคโนโลยี
ความจำเป็นในการใช้พลังงานประเภทต่างๆ นั้นสัมพันธ์กับความแตกต่างในกระบวนการที่ต้องใช้ทรัพยากรในการจัดหา ต้องใช้ความร้อนสำหรับความร้อนพลังงานกล - เพื่อรองรับพลังงานของการเคลื่อนไหวของกลไกและแสง - สำหรับการส่องสว่าง ไฟฟ้าสามารถเรียกได้ว่าเป็นแหล่งพลังงานสากลทั้งในแง่ของการเปลี่ยนแปลงและในแง่ของความเป็นไปได้ในการใช้งานในด้านต่างๆ ในฐานะที่เป็นพลังงานเริ่มต้นมักใช้ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติตลอดจนกระบวนการที่จัดระบบเทียมซึ่งมีส่วนช่วยในการสร้างความร้อนหรือแรงทางกลเดียวกัน ในแต่ละกรณีจำเป็นต้องมีอุปกรณ์บางประเภทหรือโครงสร้างทางเทคโนโลยีที่ซับซ้อนซึ่งโดยหลักการแล้วช่วยให้สามารถแปลงพลังงานให้อยู่ในรูปแบบที่จำเป็นสำหรับการบริโภคขั้นสุดท้ายหรือขั้นกลางได้ นอกจากนี้ ในงานของคอนเวอร์เตอร์ ไม่เพียงแต่การเปลี่ยนแปลงเท่านั้นที่โดดเด่น เนื่องจากการถ่ายโอนพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง บ่อยครั้งที่กระบวนการนี้ยังทำหน้าที่เปลี่ยนพารามิเตอร์บางอย่างของพลังงานโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง
การเปลี่ยนแปลงเช่นนี้อาจเป็นขั้นตอนเดียวหรือหลายขั้นตอน นอกจากนี้ ตัวอย่างเช่น การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนเซลล์ photocrystalline มักจะถือเป็นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานแสงเป็นไฟฟ้า แต่ในขณะเดียวกัน ยังสามารถแปลงพลังงานความร้อนที่ดวงอาทิตย์มอบให้กับดินอันเป็นผลมาจากความร้อนได้อีกด้วย โมดูลความร้อนใต้พิภพถูกวางไว้ที่ความลึกระดับหนึ่งในพื้นดินและเติมพลังงานสำรองลงในแบตเตอรี่โดยใช้ตัวนำพิเศษ ในรูปแบบการแปลงอย่างง่าย ระบบความร้อนใต้พิภพให้การจัดเก็บพลังงานความร้อน ซึ่งจ่ายให้กับอุปกรณ์ทำความร้อนในรูปแบบบริสุทธิ์ด้วยการเตรียมขั้นพื้นฐาน ในโครงสร้างที่ซับซ้อน ใช้ปั๊มความร้อนในกลุ่มเดียวด้วยคอนเดนเซอร์ความร้อนและคอมเพรสเซอร์ที่ให้ความร้อนและการแปลงไฟฟ้า
ประเภทของการแปลงพลังงานไฟฟ้า
มีวิธีการทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันในการดึงพลังงานหลักจากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ แต่โอกาสที่มากขึ้นสำหรับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติและรูปแบบของพลังงานนั้นมาจากแหล่งพลังงานที่สะสม เนื่องจากพวกมันถูกจัดเก็บในรูปแบบที่สะดวกสำหรับการเปลี่ยนแปลง รูปแบบทั่วไปของการแปลงพลังงาน ได้แก่ การทำงานของรังสี ความร้อน ผลกระทบทางกลและทางเคมี ระบบที่ซับซ้อนที่สุดใช้กระบวนการสลายของโมเลกุลและปฏิกิริยาเคมีหลายระดับที่รวมขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอน
การเลือกวิธีการแปลงเฉพาะจะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขขององค์กรของกระบวนการ ประเภทของพลังงานเริ่มต้นและสุดท้าย พลังงานรังสี พลังงานกล ความร้อน ไฟฟ้า และเคมีสามารถจำแนกได้จากพลังงานทั่วไปส่วนใหญ่ ซึ่งโดยหลักการแล้ว มีส่วนร่วมในกระบวนการแปรรูป อย่างน้อยที่สุด ทรัพยากรเหล่านี้สามารถใช้ประโยชน์ได้สำเร็จในอุตสาหกรรมและในครัวเรือน ความสนใจที่แยกจากกันสมควรได้รับกระบวนการทางอ้อมของการแปลงพลังงานซึ่งเป็นอนุพันธ์ของการดำเนินการทางเทคโนโลยีโดยเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ภายในกรอบของการผลิตเชิงโลหะ จำเป็นต้องมีการดำเนินการให้ความร้อนและความเย็น ซึ่งเป็นผลมาจากไอน้ำและความร้อนที่ถูกสร้างขึ้นเป็นอนุพันธ์ แต่ไม่ใช่ทรัพยากรเป้าหมาย โดยพื้นฐานแล้วสิ่งเหล่านี้คือของเสียจากการแปรรูปที่กำลังใช้ แปลงร่าง หรือใช้ภายในองค์กรเดียวกัน
การแปลงพลังงานความร้อน
หนึ่งที่เก่าแก่ที่สุดในแง่ของการพัฒนาและแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดในการรักษาชีวิตมนุษย์ หากปราศจากสิ่งนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงชีวิตของสังคมสมัยใหม่ ในกรณีส่วนใหญ่ ความร้อนจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้า และรูปแบบง่ายๆ สำหรับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อของระยะกลาง อย่างไรก็ตาม ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและนิวเคลียร์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน สามารถใช้ขั้นตอนการเตรียมการที่มีการถ่ายเทความร้อนเป็นพลังงานกลได้ ซึ่งต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม ทุกวันนี้ เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกแบบออกฤทธิ์ตรงกำลังถูกใช้มากขึ้นในการแปลงพลังงานความร้อนให้เป็นไฟฟ้า
กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในสารพิเศษที่ถูกเผา ปล่อยความร้อน และต่อมาทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของรุ่นปัจจุบัน กล่าวคือ การติดตั้งเทอร์โมอิเล็กทริกถือได้ว่าเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มีวัฏจักรศูนย์ เนื่องจากการทำงานเริ่มต้นขึ้นก่อนการปรากฏตัวของพลังงานความร้อนพื้นฐาน เซลล์เชื้อเพลิงซึ่งมักจะเป็นส่วนผสมของก๊าซทำหน้าที่เป็นทรัพยากรหลัก พวกมันถูกเผาซึ่งเป็นผลมาจากการที่แผ่นโลหะกระจายความร้อนถูกทำให้ร้อน ในกระบวนการกำจัดความร้อนผ่านโมดูลเครื่องกำเนิดพิเศษด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ พลังงานจะถูกแปลง กระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยหน่วยหม้อน้ำที่เชื่อมต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ ในเวอร์ชั่นแรกพลังงานไปหาผู้บริโภคทันทีในรูปแบบที่เสร็จแล้วและในวินาที - สะสมและแจกตามต้องการ
การสร้างพลังงานความร้อนจากพลังงานกล
วิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการรับพลังงานอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลง สาระสำคัญอยู่ในความสามารถของร่างกายในการปลดปล่อยพลังงานความร้อนในกระบวนการทำงาน ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด รูปแบบการเปลี่ยนแปลงพลังงานนี้แสดงให้เห็นโดยตัวอย่างของการเสียดสีของวัตถุไม้สองชิ้นซึ่งทำให้เกิดไฟไหม้ อย่างไรก็ตาม หากต้องการใช้หลักการนี้ให้เกิดประโยชน์ที่จับต้องได้ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์พิเศษ
ในครัวเรือน การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลเกิดขึ้นในระบบทำความร้อนและน้ำประปา โครงสร้างเหล่านี้เป็นโครงสร้างทางเทคนิคที่ซับซ้อนซึ่งมีวงจรแม่เหล็กและแกนเคลือบที่เชื่อมต่อกับวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด นอกจากนี้ภายในห้องทำงานของการออกแบบนี้มีท่อความร้อนซึ่งได้รับความร้อนภายใต้การทำงานของงานที่ทำจากไดรฟ์ ข้อเสียของการแก้ปัญหานี้คือต้องเชื่อมต่อระบบกับไฟหลัก
อุตสาหกรรมใช้ตัวแปลงระบายความร้อนด้วยของเหลวที่ทรงพลังกว่า แหล่งที่มาของงานเครื่องกลเชื่อมต่อกับถังเก็บน้ำปิด ในกระบวนการเคลื่อนที่ของผู้บริหาร (กังหัน ใบมีด หรือองค์ประกอบโครงสร้างอื่นๆ) เงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของกระแสน้ำวนจะถูกสร้างขึ้นภายในวงจร สิ่งนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ใบมีดเบรกอย่างแหลมคม นอกจากการให้ความร้อน ในกรณีนี้ ความดันยังเพิ่มขึ้น ซึ่งอำนวยความสะดวกในกระบวนการการไหลเวียนของน้ำ
การแปลงพลังงานกลไฟฟ้า
หน่วยเทคนิคที่ทันสมัยที่สุดทำงานบนหลักการของอิเล็กโทรเมคานิกส์ เครื่องจักรและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสและแบบอะซิงโครนัสถูกใช้ในการขนส่ง เครื่องมือกล หน่วยวิศวกรรมอุตสาหการ และโรงไฟฟ้าอื่นๆ เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ กล่าวคือ การแปลงพลังงานแบบเครื่องกลไฟฟ้าใช้ได้กับทั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหมดการทำงานของมอเตอร์ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในปัจจุบันของระบบขับเคลื่อน
ในรูปแบบทั่วไป เครื่องจักรไฟฟ้าใดๆ ถือได้ว่าเป็นระบบของวงจรไฟฟ้าคู่แม่เหล็กที่เคลื่อนที่ร่วมกัน ปรากฏการณ์ดังกล่าวยังรวมถึงฮิสเทรีซิส ความอิ่มตัว ฮาร์โมนิกที่สูงขึ้น และการสูญเสียแม่เหล็ก แต่ในมุมมองคลาสสิก สิ่งเหล่านี้สามารถนำมาประกอบกับแอนะล็อกของเครื่องจักรไฟฟ้าได้ก็ต่อเมื่อเรากำลังพูดถึงโหมดไดนามิกเมื่อระบบทำงานภายในโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงาน
ระบบแปลงพลังงานไฟฟ้าใช้หลักการของปฏิกิริยาสองปฏิกิริยากับส่วนประกอบสองเฟสและสามเฟส ตลอดจนวิธีการหมุนสนามแม่เหล็ก โรเตอร์และสเตเตอร์ของมอเตอร์ทำงานเชิงกลภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก ขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ โหมดการทำงานถูกตั้งค่า - เป็นมอเตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานเคมี
แหล่งพลังงานเคมีทั้งหมดเป็นแบบดั้งเดิม แต่วิธีการเปลี่ยนรูปนั้นไม่ธรรมดาเนื่องจากข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อม โดยตัวมันเองแล้ว พลังงานเคมีในรูปบริสุทธิ์นั้นแทบจะไม่ได้ใช้เลย อย่างน้อยก็อยู่ในรูปแบบของปฏิกิริยาเข้มข้น ในเวลาเดียวกัน กระบวนการทางเคมีตามธรรมชาติจะล้อมรอบตัวบุคคลทุกหนทุกแห่งในรูปของพันธะพลังงานสูงหรือต่ำ ซึ่งแสดงออกถึงตัวตน เช่น ระหว่างการเผาไหม้ด้วยการปล่อยความร้อน อย่างไรก็ตาม การแปลงพลังงานเคมีมีจุดมุ่งหมายในบางอุตสาหกรรม โดยปกติเงื่อนไขต่างๆ ถูกสร้างขึ้นสำหรับการเผาไหม้ที่มีเทคโนโลยีสูงในเครื่องกำเนิดพลาสม่าหรือกังหันก๊าซ สารตั้งต้นทั่วไปของกระบวนการเหล่านี้คือเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งมีส่วนช่วยในการผลิตพลังงานไฟฟ้า จากมุมมองของประสิทธิภาพ การแปลงดังกล่าวไม่ได้ผลกำไรเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นในการผลิตไฟฟ้า เนื่องจากความร้อนที่มีประโยชน์ส่วนหนึ่งจะกระจายไปแม้ในการติดตั้งพลาสม่าสมัยใหม่
การแปลงพลังงานรังสีดวงอาทิตย์
ในการแปลงพลังงาน กระบวนการแปรรูปแสงแดดในอนาคตอันใกล้อาจเป็นที่ต้องการมากที่สุดในภาคพลังงาน เนื่องจากทุกวันนี้เจ้าของบ้านทุกคนสามารถซื้ออุปกรณ์ในทางทฤษฎีเพื่อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ ลักษณะสำคัญของกระบวนการนี้คือแสงแดดที่สะสมอยู่นั้นไม่มีค่าใช้จ่าย อีกสิ่งหนึ่งคือการดำเนินการนี้ไม่ได้ทำให้กระบวนการนี้ฟรีโดยสมบูรณ์ ประการแรก จะต้องเสียค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ประการที่สอง เครื่องปั่นไฟประเภทนี้ไม่ได้ราคาถูก ดังนั้นการลงทุนเบื้องต้นในไม่กี่คนที่สามารถจัดสถานีพลังงานขนาดเล็กของตัวเองได้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร? นี่คือชุดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่แปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า หลักการของกระบวนการนี้มีหลายวิธีคล้ายกับการทำงานของทรานซิสเตอร์ ซิลิคอนถูกใช้เป็นวัสดุหลักในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ในรุ่นต่างๆ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์สำหรับแปลงพลังงานแสงอาทิตย์สามารถเป็นคริสตัลโพลีและผลึกเดี่ยว ตัวเลือกที่สองดีกว่าในแง่ของประสิทธิภาพ แต่มีราคาแพงกว่า ในทั้งสองกรณี โฟโตเซลล์จะสว่าง ซึ่งในระหว่างนั้นอิเล็กโทรดจะทำงานและเกิดแรงอิเล็กโทรไดนามิกในกระบวนการเคลื่อนที่
การแปลงพลังงานไอน้ำ
กังหันไอน้ำสามารถใช้ได้ในอุตสาหกรรมทั้งในรูปแบบของการเปลี่ยนพลังงานให้อยู่ในรูปแบบที่ยอมรับได้ และในฐานะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือความร้อนที่เป็นอิสระจากการไหลของก๊าซธรรมดาแบบกำหนดทิศทางพิเศษ ห่างไกลจากเครื่องจักรกังหันที่ใช้เป็นอุปกรณ์สำหรับแปลงพลังงานไฟฟ้าร่วมกับเครื่องกำเนิดไอน้ำ แต่การออกแบบนั้นเหมาะสมที่สุดสำหรับการจัดระเบียบกระบวนการนี้ให้มีประสิทธิภาพสูง วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่ง่ายที่สุดคือกังหันที่มีใบมีดซึ่งเชื่อมต่อหัวฉีดที่มีไอน้ำที่ให้มา ขณะที่ใบมีดเคลื่อนที่ การติดตั้งแม่เหล็กไฟฟ้าภายในอุปกรณ์จะหมุน ทำงานเชิงกลและเกิดกระแสไฟฟ้า
แบบกังหันบางแบบก็มีส่วนขยายพิเศษในรูปแบบของขั้นบันได ซึ่งพลังงานกลของไอน้ำจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ คุณลักษณะของอุปกรณ์นี้ไม่ได้ถูกกำหนดโดยความสนใจในการเพิ่มประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือความจำเป็นในการพัฒนาศักยภาพจลนศาสตร์อย่างแม่นยำ แต่โดยการให้ความเป็นไปได้ในการควบคุมการทำงานของกังหันที่ยืดหยุ่น การขยายตัวในเทอร์ไบน์มีฟังก์ชันควบคุมที่ช่วยให้ควบคุมปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย โดยวิธีการที่พื้นที่ทำงานของการขยายซึ่งรวมอยู่ในกระบวนการแปลงเรียกว่าขั้นตอนความดันที่ใช้งานอยู่
วิธีการถ่ายโอนพลังงาน
วิธีการแปรรูปพลังงานไม่สามารถพิจารณาได้หากไม่มีแนวคิดเรื่องการถ่ายโอน ในปัจจุบัน มีปฏิสัมพันธ์ของร่างกายสี่วิธีในการถ่ายโอนพลังงาน - ไฟฟ้า ความโน้มถ่วง นิวเคลียร์และความอ่อนแอ การถ่ายเทในบริบทนี้ถือได้ว่าเป็นวิธีการแลกเปลี่ยน ดังนั้นโดยหลักการแล้ว ประสิทธิภาพการทำงานในการถ่ายเทพลังงานและหน้าที่การถ่ายเทความร้อนจะถูกแยกออกจากกัน การเปลี่ยนแปลงของพลังงานเกี่ยวข้องกับการทำงานอย่างไร ตัวอย่างทั่วไปคือแรงทางกล ซึ่งวัตถุขนาดมหึมาหรือแต่ละอนุภาคของร่างกายเคลื่อนที่ในอวกาศ นอกจากแรงทางกลแล้ว งานแม่เหล็กและงานไฟฟ้าก็มีความโดดเด่นเช่นกัน คุณลักษณะการรวมที่สำคัญสำหรับงานเกือบทุกประเภทคือความสามารถในการหาปริมาณการเปลี่ยนแปลงระหว่างกันอย่างสมบูรณ์ กล่าวคือ ไฟฟ้าถูกแปรสภาพเป็นพลังงานกล งานกล สู่ศักย์แม่เหล็ก ฯลฯ การถ่ายเทความร้อนยังเป็นวิธีการทั่วไปในการถ่ายโอนพลังงาน อาจไม่มีทิศทางหรือวุ่นวาย แต่ในกรณีใด ๆ มีการเคลื่อนที่ของอนุภาคด้วยกล้องจุลทรรศน์ จำนวนอนุภาคที่กระตุ้นจะเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อน - ความร้อนที่มีประโยชน์
สรุป
การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่งถือเป็นเรื่องปกติ และในบางอุตสาหกรรมเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับกระบวนการผลิตพลังงาน ในหลายกรณี ความจำเป็นในการรวมขั้นตอนนี้สามารถอธิบายได้ด้วยปัจจัยทางเศรษฐกิจ เทคโนโลยี สิ่งแวดล้อม และปัจจัยอื่นๆ ของการสร้างทรัพยากร ในเวลาเดียวกัน แม้จะมีวิธีการแปรรูปพลังงานโดยธรรมชาติและมีการจัดระเบียบที่หลากหลาย แต่การติดตั้งส่วนใหญ่ที่ให้กระบวนการเปลี่ยนรูปนั้นใช้สำหรับไฟฟ้า ความร้อน และงานเครื่องกลเท่านั้น วิธีการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด เครื่องจักรไฟฟ้าที่ให้การเปลี่ยนงานทางกลเป็นไฟฟ้าตามหลักการเหนี่ยวนำ เช่น ใช้ในเกือบทุกพื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ทางเทคนิค การประกอบ และอุปกรณ์ที่ซับซ้อน และแนวโน้มนี้ไม่ได้ลดลง เนื่องจากมนุษยชาติต้องการการผลิตพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้เราต้องมองหาแหล่งพลังงานหลักใหม่ ในขณะนี้ พื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดในภาคพลังงานถือเป็นระบบการผลิตเดียวกันไฟฟ้าจากพลังงานกลที่เกิดจากดวงอาทิตย์ ลมและน้ำไหลในธรรมชาติ
