კაცობრიობის საჭიროებების საკმარისი ენერგიით უზრუნველყოფა ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა, რომელიც თანამედროვე მეცნიერების წინაშე დგას. საზოგადოების არსებობის ძირითადი პირობების შენარჩუნებისკენ მიმართული პროცესების ენერგიის მოხმარების ზრდასთან დაკავშირებით, მწვავე პრობლემები წარმოიქმნება არა მხოლოდ დიდი რაოდენობით ენერგიის გამომუშავებაში, არამედ მისი განაწილების სისტემების დაბალანსებულ ორგანიზაციაში. და ენერგიის გარდაქმნის თემას საკვანძო მნიშვნელობა აქვს ამ კონტექსტში. ეს პროცესი განსაზღვრავს სასარგებლო ენერგეტიკული პოტენციალის გამომუშავების კოეფიციენტს, ასევე გამოყენებული ინფრასტრუქტურის ფარგლებში ტექნოლოგიური ოპერაციების მომსახურების ხარჯების დონეს.
კონვერტაციის ტექნოლოგიების მიმოხილვა
სხვადასხვა ტიპის ენერგიის გამოყენების აუცილებლობა დაკავშირებულია პროცესებში განსხვავებულობასთან, რომლებიც საჭიროებენ მიწოდების რესურსს. ამისათვის საჭიროა სითბოგათბობა, მექანიკური ენერგია - მექანიზმების მოძრაობის ძალაუფლების მხარდაჭერისთვის და სინათლე - განათებისთვის. ელექტროენერგიას შეიძლება ეწოდოს ენერგიის უნივერსალური წყარო, როგორც მისი ტრანსფორმაციის, ასევე სხვადასხვა სფეროში გამოყენების შესაძლებლობების თვალსაზრისით. როგორც საწყისი ენერგია, ჩვეულებრივ გამოიყენება ბუნებრივი მოვლენები, ასევე ხელოვნურად ორგანიზებული პროცესები, რომლებიც ხელს უწყობენ იგივე სითბოს ან მექანიკური ძალის წარმოქმნას. თითოეულ შემთხვევაში საჭიროა გარკვეული ტიპის აღჭურვილობა ან რთული ტექნოლოგიური სტრუქტურა, რაც, პრინციპში, იძლევა ენერგიის საბოლოო ან შუალედური მოხმარებისთვის საჭირო ფორმაში გადაქცევის საშუალებას. უფრო მეტიც, გადამყვანის ამოცანებს შორის, არა მხოლოდ ტრანსფორმაცია გამოირჩევა, როგორც ენერგიის გადაცემა ერთი ფორმიდან მეორეზე. ხშირად ეს პროცესი ასევე ემსახურება ენერგიის ზოგიერთი პარამეტრის შეცვლას მისი გარდაქმნის გარეშე.
ტრანსფორმაცია, როგორც ასეთი, შეიძლება იყოს ერთსაფეხურიანი ან მრავალსაფეხურიანი. გარდა ამისა, მაგალითად, მზის გენერატორების მუშაობა ფოტოკრისტალურ უჯრედებზე ჩვეულებრივ განიხილება, როგორც სინათლის ენერგიის გარდაქმნა ელექტროენერგიად. მაგრამ ამავე დროს შესაძლებელია იმ თერმული ენერგიის გარდაქმნაც, რომელსაც მზე აძლევს ნიადაგს გაცხელების შედეგად. გეოთერმული მოდულები მოთავსებულია მიწაში გარკვეულ სიღრმეზე და სპეციალური გამტარების მეშვეობით ავსებენ ბატარეებს ენერგიის რეზერვებით. მარტივი კონვერტაციის სქემით, გეოთერმული სისტემა უზრუნველყოფს სითბოს ენერგიის შენახვას, რომელიც გადაეცემა გათბობის მოწყობილობას სუფთა სახით ძირითადი მომზადებით. კომპლექსურ სტრუქტურაში, სითბოს ტუმბო გამოიყენება ერთ ჯგუფშისითბოს კონდენსატორებითა და კომპრესორებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ სითბოს და ელექტროენერგიის გარდაქმნას.
ელექტრული ენერგიის კონვერტაციის სახეები
არსებობს ბუნებრივი ფენომენებიდან პირველადი ენერგიის ამოღების სხვადასხვა ტექნოლოგიური მეთოდი. მაგრამ ენერგიის თვისებებისა და ფორმების შეცვლის კიდევ უფრო მეტ შესაძლებლობას იძლევა დაგროვილი ენერგორესურსები, რადგან ისინი ინახება ტრანსფორმაციისთვის ხელსაყრელ ფორმაში. ენერგიის გარდაქმნის ყველაზე გავრცელებული ფორმები მოიცავს რადიაციული, გათბობის, მექანიკური და ქიმიური ეფექტების ოპერაციებს. ყველაზე რთული სისტემები იყენებენ მოლეკულურ დაშლის პროცესებს და მრავალ დონის ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც აერთიანებს მრავალ ტრანსფორმაციის საფეხურს.
ტრანსფორმაციის კონკრეტული მეთოდის არჩევანი დამოკიდებული იქნება პროცესის ორგანიზების პირობებზე, საწყისი და საბოლოო ენერგიის ტიპზე. რადიაციული, მექანიკური, თერმული, ელექტრო და ქიმიური ენერგია შეიძლება გამოირჩეოდეს ენერგიის ყველაზე გავრცელებულ სახეობებს შორის, რომლებიც, პრინციპში, მონაწილეობენ ტრანსფორმაციის პროცესებში. მინიმუმ, ეს რესურსები წარმატებით გამოიყენება ინდუსტრიაში და შინამეურნეობებში. ცალკე ყურადღებას იმსახურებს ენერგიის გარდაქმნის არაპირდაპირი პროცესები, რომლებიც წარმოადგენენ კონკრეტული ტექნოლოგიური ოპერაციის წარმოებულებს. მაგალითად, მეტალურგიული წარმოების ფარგლებში საჭიროა გათბობა-გაგრილების ოპერაციები, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ორთქლი და სითბო, როგორც წარმოებულები, მაგრამ არა სამიზნე რესურსები. არსებითად, ეს არის გადამუშავების ნარჩენები,რომლებიც ასევე გამოიყენება, გარდაიქმნება ან გამოიყენება იმავე საწარმოში.
სითბო ენერგიის კონვერტაცია
ერთ-ერთი უძველესი განვითარების თვალსაზრისით და ყველაზე მნიშვნელოვანი ენერგიის წყარო ადამიანის სიცოცხლის შესანარჩუნებლად, რომლის გარეშეც შეუძლებელია წარმოვიდგინოთ თანამედროვე საზოგადოების ცხოვრება. უმეტეს შემთხვევაში, სითბო გარდაიქმნება ელექტროენერგიად და ასეთი ტრანსფორმაციის მარტივი სქემა არ საჭიროებს შუალედური ეტაპების კავშირს. ამასთან, თბო და ატომურ ელექტროსადგურებში, მათი მუშაობის პირობებიდან გამომდინარე, შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოსამზადებელი ეტაპი თერმული ენერგიის მექანიკურ ენერგიაში გადაცემით, რაც დამატებით ხარჯებს მოითხოვს. დღეს, პირდაპირი მოქმედების თერმოელექტრული გენერატორები სულ უფრო ხშირად იყენებენ თერმული ენერგიის ელექტროენერგიად გადაქცევას.
ტრანსფორმაციის პროცესი თავისთავად მიმდინარეობს სპეციალურ ნივთიერებაში, რომელიც იწვება, გამოყოფს სითბოს და შემდგომ მოქმედებს როგორც მიმდინარე წარმოქმნის წყარო. ანუ თერმოელექტრული დანადგარები შეიძლება ჩაითვალოს ელექტროენერგიის წყაროდ ნულოვანი ციკლით, ვინაიდან მათი მუშაობა იწყება საბაზისო თერმული ენერგიის გამოჩენამდეც კი. საწვავის უჯრედები, ჩვეულებრივ, გაზის ნარევები, მოქმედებენ როგორც ძირითადი რესურსი. იწვება, რის შედეგადაც თბება სითბოს გამანაწილებელი ლითონის ფირფიტა. სითბოს მოცილების პროცესში ნახევარგამტარული მასალებით სპეციალური გენერატორის მოდულის საშუალებით, ენერგია გარდაიქმნება. ელექტრო დენი წარმოიქმნება რადიატორის მიერ, რომელიც დაკავშირებულია ტრანსფორმატორთან ან ბატარეასთან. პირველ ვერსიაში ენერგიამზა სახით მაშინვე მიდის მომხმარებელთან, მეორეში კი - გროვდება და საჭიროებისამებრ ეძლევა.
თერმული ენერგიის გამომუშავება მექანიკური ენერგიისგან
ასევე ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული გზა ტრანსფორმაციის შედეგად ენერგიის მისაღებად. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ სხეულები აძლევენ თერმული ენერგიის უნარს სამუშაოს შესრულების პროცესში. მისი უმარტივესი ფორმით, ენერგიის ტრანსფორმაციის ეს სქემა ნაჩვენებია ორი ხის ობიექტის ხახუნის მაგალითით, რაც იწვევს ხანძარს. თუმცა, ამ პრინციპის ხელშესახები პრაქტიკული სარგებელის გამოსაყენებლად საჭიროა სპეციალური მოწყობილობები.
ოჯახებში მექანიკური ენერგიის ტრანსფორმაცია ხდება გათბობისა და წყალმომარაგების სისტემებში. ეს არის რთული ტექნიკური სტრუქტურები მაგნიტური სქემით და ლამინირებული ბირთვით, რომელიც დაკავშირებულია დახურულ ელექტროგამტარ სქემებთან. ასევე ამ დიზაინის სამუშაო პალატის შიგნით არის გათბობის მილები, რომლებიც თბება ამძრავიდან შესრულებული სამუშაოს მოქმედებით. ამ გადაწყვეტის მინუსი არის სისტემის ქსელთან დაკავშირების აუცილებლობა.
მრეწველობა იყენებს უფრო მძლავრ თხევად გაგრილებულ გადამყვანებს. მექანიკური სამუშაოების წყარო დაკავშირებულია დახურულ წყლის ავზებთან. აღმასრულებელი ორგანოების (ტურბინები, პირები ან სხვა სტრუქტურული ელემენტები) გადაადგილების პროცესში, მიკროსქემის შიგნით იქმნება პირობები მორევის წარმოქმნისთვის. ეს ხდება პირების მკვეთრი დამუხრუჭების მომენტებში. გარდა გათბობისა, ამ შემთხვევაში წნევაც იმატებს, რაც პროცესებს აადვილებსწყლის ცირკულაცია.
ელექტრომექანიკური ენერგიის გარდაქმნა
თანამედროვე ტექნიკური ერთეულების უმეტესობა მუშაობს ელექტრომექანიკის პრინციპებზე. სინქრონული და ასინქრონული ელექტრო მანქანები და გენერატორები გამოიყენება ტრანსპორტში, ჩარხებში, სამრეწველო საინჟინრო ერთეულებში და სხვა ელექტროსადგურებში სხვადასხვა მიზნით. ანუ, ენერგიის გარდაქმნის ელექტრომექანიკური ტიპები გამოიყენება როგორც გენერატორის, ასევე ძრავის მუშაობის რეჟიმებზე, რაც დამოკიდებულია ამძრავის სისტემის მიმდინარე მოთხოვნილებებზე.
განზოგადებული ფორმით, ნებისმიერი ელექტრული მანქანა შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ურთიერთმოძრავი მაგნიტურად დაწყვილებული ელექტრული სქემების სისტემა. ასეთ ფენომენებში ასევე შედის ჰისტერეზი, გაჯერება, უფრო მაღალი ჰარმონიები და მაგნიტური დანაკარგები. მაგრამ კლასიკური თვალსაზრისით, ისინი შეიძლება მივაკუთვნოთ ელექტრო მანქანების ანალოგებს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ჩვენ ვსაუბრობთ დინამიურ რეჟიმებზე, როდესაც სისტემა მუშაობს ენერგეტიკულ ინფრასტრუქტურაში.
ელექტრომექანიკური ენერგიის გარდაქმნის სისტემა ეფუძნება ორფაზიან და სამფაზიან კომპონენტებთან ორი რეაქციის პრინციპს, ასევე მაგნიტური ველების ბრუნვის მეთოდს. ძრავების როტორი და სტატორი ასრულებენ მექანიკურ მუშაობას მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ. დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობის მიმართულებიდან გამომდინარე დგება მუშაობის რეჟიმი - როგორც ძრავა ან გენერატორი.
ელექტროენერგიის გამომუშავება ქიმიური ენერგიისგან
ენერგიის მთლიანი ქიმიური წყარო ტრადიციულია, მაგრამ მისი ტრანსფორმაციის მეთოდები არც თუ ისე გავრცელებულია.გარემოსდაცვითი შეზღუდვების გამო. თავისთავად, ქიმიური ენერგია მისი სუფთა სახით პრაქტიკულად არ გამოიყენება - ყოველ შემთხვევაში კონცენტრირებული რეაქციების სახით. ამავდროულად, ბუნებრივი ქიმიური პროცესები აკრავს ადამიანს ყველგან მაღალი ან დაბალი ენერგიის ბმების სახით, რომლებიც თავს იჩენს, მაგალითად, წვის დროს სითბოს გამოყოფით. თუმცა, ქიმიური ენერგიის გარდაქმნა მიზანმიმართულად არის ორგანიზებული ზოგიერთ ინდუსტრიაში. ჩვეულებრივ, პირობები იქმნება მაღალტექნოლოგიური წვისთვის პლაზმის გენერატორებში ან გაზის ტურბინებში. ამ პროცესების ტიპიური რეაგენტი არის საწვავის უჯრედი, რომელიც ხელს უწყობს ელექტრო ენერგიის გამომუშავებას. ეფექტურობის თვალსაზრისით, ასეთი კონვერტაციები არც ისე მომგებიანია ელექტროენერგიის გამომუშავების ალტერნატიულ მეთოდებთან შედარებით, რადგან სასარგებლო სითბოს ნაწილი იფანტება თანამედროვე პლაზმურ დანადგარებშიც.
მზის გამოსხივების ენერგიის გარდაქმნა
როგორც ენერგიის გარდაქმნის გზა, მზის სინათლის დამუშავების პროცესი უახლოეს მომავალში შესაძლოა გახდეს ყველაზე მოთხოვნადი ენერგეტიკის სექტორში. ეს გამოწვეულია იმით, რომ დღესაც კი, ყველა სახლის მფლობელს შეუძლია თეორიულად შეიძინოს მოწყობილობა მზის ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევისთვის. ამ პროცესის მთავარი მახასიათებელია ის, რომ დაგროვილი მზის შუქი უფასოა. კიდევ ერთი რამ არის ის, რომ ეს არ ხდის პროცესს სრულიად უფასო. პირველ რიგში, საჭირო იქნება მზის ბატარეების მოვლა-პატრონობის ხარჯები. მეორეც, თავად ამ ტიპის გენერატორები არ არის იაფი, ამიტომ თავდაპირველი ინვესტიციარამდენიმე ადამიანს შეუძლია საკუთარი მინი-ენერგეტიკული სადგურის ორგანიზება.
რა არის მზის ენერგიის გენერატორი? ეს არის ფოტოელექტრული პანელების ნაკრები, რომლებიც მზის სინათლის ენერგიას ელექტროენერგიად გარდაქმნის. ამ პროცესის პრინციპი მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს ტრანზისტორის მუშაობას. სილიციუმი გამოიყენება, როგორც ძირითადი მასალა მზის უჯრედების წარმოებისთვის სხვადასხვა ვერსიით. მაგალითად, მზის ენერგიის გარდაქმნის მოწყობილობა შეიძლება იყოს პოლი- და ერთკრისტალური. მეორე ვარიანტი სასურველია შესრულების თვალსაზრისით, მაგრამ უფრო ძვირია. ორივე შემთხვევაში ფოტოცელი ანათებს, რომლის დროსაც ელექტროდები აქტიურდებიან და მათი მოძრაობის პროცესში წარმოიქმნება ელექტროდინამიკური ძალა.
ორთქლის ენერგიის კონვერტაცია
ორთქლის ტურბინები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინდუსტრიაში როგორც ენერგიის მისაღებ ფორმად გარდაქმნის საშუალებად, ასევე როგორც ელექტროენერგიის ან სითბოს დამოუკიდებელი გენერატორი სპეციალურად მიმართული ჩვეულებრივი გაზის ნაკადებიდან. შორს მხოლოდ ტურბინული მანქანები გამოიყენება როგორც ელექტროენერგიის გარდაქმნის მოწყობილობა ორთქლის გენერატორებთან ერთად, მაგრამ მათი დიზაინი ოპტიმალურად შეეფერება ამ პროცესის მაღალი ეფექტურობის ორგანიზებას. უმარტივესი ტექნიკური გამოსავალია ტურბინა პირებით, რომელზედაც დაკავშირებულია მიწოდებული ორთქლის საქშენები. პირების მოძრაობისას, აპარატის შიგნით ელექტრომაგნიტური ინსტალაცია ბრუნავს, მიმდინარეობს მექანიკური სამუშაოები და წარმოიქმნება დენი.
ტურბინების ზოგიერთ დიზაინს აქვსსპეციალური გაფართოებები საფეხურების სახით, სადაც ორთქლის მექანიკური ენერგია გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად. მოწყობილობის ეს თვისება განისაზღვრება არა იმდენად გენერატორის ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობის გაზრდის ინტერესებით ან ზუსტად კინეტიკური პოტენციალის განვითარების აუცილებლობით, არამედ ტურბინის მუშაობის მოქნილი რეგულირების შესაძლებლობით. ტურბინაში გაფართოება უზრუნველყოფს საკონტროლო ფუნქციას, რომელიც იძლევა გამომუშავებული ენერგიის ეფექტურ და უსაფრთხო რეგულირებას. სხვათა შორის, გაფართოების სამუშაო ზონას, რომელიც შედის კონვერტაციის პროცესში, ეწოდება აქტიური წნევის სტადია.
ენერგიის გადაცემის მეთოდები
ენერგეტიკული ტრანსფორმაციის მეთოდები არ შეიძლება განიხილებოდეს მისი გადაცემის კონცეფციის გარეშე. დღეისათვის არსებობს სხეულების ურთიერთქმედების ოთხი გზა, რომლებშიც ხდება ენერგიის გადაცემა - ელექტრო, გრავიტაციული, ბირთვული და სუსტი. ტრანსფერი ამ კონტექსტში ასევე შეიძლება ჩაითვალოს გაცვლის მეთოდად, ამიტომ, პრინციპში, ენერგიის გადაცემის სამუშაოს შესრულება და სითბოს გადაცემის ფუნქცია გამოყოფილია. ენერგიის რა ტრანსფორმაციები მოიცავს სამუშაოს შესრულებას? ტიპიური მაგალითია მექანიკური ძალა, რომელშიც მაკროსკოპული სხეულები ან სხეულების ცალკეული ნაწილაკები მოძრაობენ სივრცეში. გარდა მექანიკური ძალისა, გამოიყოფა მაგნიტური და ელექტრული სამუშაოც. თითქმის ყველა ტიპის სამუშაოსთვის მთავარი გამაერთიანებელი მახასიათებელია მათ შორის ტრანსფორმაციის სრული რაოდენობრივი განსაზღვრის შესაძლებლობა. ანუ ელექტროენერგია გარდაიქმნებამექანიკური ენერგია, მექანიკური მუშაობა მაგნიტურ პოტენციალში და ა.შ. სითბოს გადაცემა ასევე ენერგიის გადაცემის ჩვეულებრივი გზაა. ის შეიძლება იყოს არამიმართული ან ქაოტური, მაგრამ ნებისმიერ შემთხვევაში, ადგილი აქვს მიკროსკოპული ნაწილაკების მოძრაობას. გააქტიურებული ნაწილაკების რაოდენობა განსაზღვრავს სითბოს რაოდენობას - სასარგებლო სითბოს.
დასკვნა
ენერგიის გადასვლა ერთი ფორმიდან მეორეზე ნორმალურია და ზოგიერთ ინდუსტრიაში წარმოების ენერგეტიკული პროცესის წინაპირობაა. სხვადასხვა შემთხვევაში, ამ ეტაპის ჩართვის აუცილებლობა შეიძლება აიხსნას რესურსების გენერირების ეკონომიკური, ტექნოლოგიური, გარემოსდაცვითი და სხვა ფაქტორებით. ამავდროულად, ენერგიის ტრანსფორმაციის ბუნებრივი და ხელოვნურად ორგანიზებული გზების მრავალფეროვნების მიუხედავად, დანადგარების დიდი უმრავლესობა, რომლებიც უზრუნველყოფენ ტრანსფორმაციის პროცესებს, გამოიყენება მხოლოდ ელექტროენერგიის, სითბოს და მექანიკური სამუშაოებისთვის. ელექტროენერგიის გარდაქმნის საშუალებები ყველაზე გავრცელებულია. მაგალითად, ელექტრო მანქანები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მექანიკური სამუშაოს ელექტროენერგიად გადაქცევას ინდუქციის პრინციპის მიხედვით, გამოიყენება თითქმის ყველა სფეროში, სადაც ჩართულია რთული ტექნიკური მოწყობილობები, შეკრებები და მოწყობილობები. და ეს ტენდენცია არ კლებულობს, ვინაიდან კაცობრიობას სჭირდება ენერგიის წარმოების მუდმივი ზრდა, რაც გვაიძულებს ვეძებოთ პირველადი ენერგიის ახალი წყაროები. ამ დროისთვის, ენერგეტიკის სექტორში ყველაზე პერსპექტიულ სფეროდ ითვლება იგივე გენერირების სისტემებიელექტროენერგია მზის, ქარისა და წყლის მიერ წარმოებული მექანიკური ენერგიისგან მიედინება ბუნებაში.
