sähköntuotanto

Tekniikka

2022

Selitämme mitä sähköntuotanto on, sen tyypit ja miten se tuotetaan. Lisäksi sähköalan vaiheet.

Suuri osa päivittäisestä elämästämme riippuu sähköenergiasta.

Mitä on sähköenergian tuotanto?

Sukupolvi Sähkövoima kattaa joukon prosessit erilainen, jonka kautta se voidaan tuottaa sähköä, tai mikä on sama, muuttaa muita muotoja Energiaa saatavilla osoitteessa luonto (kemiallinen energia, kinetiikka, lämpö, valoa, ydinjne.) käyttökelpoisessa sähköenergiassa.

Kyky tuottaa sähköä on yksi tärkeimmistä huolenaiheista ihmiskunta nykyaikainen, sen jälkeen kulutus Siitä on tullut laajalle levinnyt ja normalisoitunut sen löytämisen jälkeen 1800-luvulla, niin että siitä on tullut välttämätön jokapäiväisessä elämässämme. Meidän kotimme, teollisuuden aloillaJulkinen valaistus, jopa henkilökohtaiset laitteemme, ovat riippuvaisia ​​jatkuvasta ja vakaasta sähkönsyötöstä.

Maailman energiankulutus on siis nousussa. Kun vuonna 1900 maailmanlaajuinen energiankulutus oli vain 0,7 terawattia (0,7 x 1012 W), niin jo vuonna 2005 sen arvioitiin olevan noin 500 Exajoulea (5 x 1020 J), mikä vastaa 138 900 terawattia.

Teollisuussektori on kaikista suurin kuluttaja, ja siksi kehittynyt maailma (ns. ensimmäinen maailma) on vastuussa suurimmasta kulutuksesta. Esimerkiksi Yhdysvallat kuluttaa 25 prosenttia maailmanlaajuisesti tuotetusta energiasta.

Siksi uusien ja tehokkaampien tapojen etsiminen sen saamiseksi on ala, johon investoidaan valtavia tieteellisiä ja teknologisia resursseja, varsinkin nyt, kun ilmastolliset vaikutukset ovat teollistuminen ja palamisesta fossiiliset polttoaineet siitä on tullut paitsi ilmeistä myös hälyttävää.

Miten sähköenergiaa tuotetaan?

Generaattorin turbiinin kääntämiseen voidaan käyttää erilaisia ​​energiatyyppejä.

Sähköä tuotetaan yleensä suurissa laitoksissa, joita kutsutaan voimalaitoksiksi tai voimalaitoksiksi, joissa hyödynnetään erilaisia raaka materiaali tai luonnollisia prosesseja "valmistaa" sähköä.

Tätä varten useimmissa voimalaitoksissa on vaihtovirtageneraattorit, jotka ovat suuria laitteita, jotka tuottavat vaihtovirta. Ne koostuvat kelasta, joka on suuri, pyörivä materiaalirulla sähköjohdin järjestetty säikeiksi ja a magneetti joka pysyy kiinteänä.

Kiertämällä magneetin sisällä olevaa kelaa suurilla nopeuksilla tapahtuu ilmiö, jota kutsutaan sähkömagneettiseksi induktioksi: magneettikenttä Tulos mobilisoi johtavan materiaalin elektronit luoden energiavirran, joka on sitten "valmistettava" jakelua varten muuntajien sarjan kautta.

Ongelmana on siis se, kuinka saada kela pyörimään suurilla nopeuksilla ja tasaisesti. 1800-luvulla sähköllä tehdyissä kokeissa se tuotettiin polkemalla polkupyörää, joka tuotti tietysti vain pienen määrän.

Voimalaitosten tapauksessa tarvitaan jotain paljon kehittyneempää: turbiinia, joka on pyörivä laite, joka pystyy välittämään mekaaninen energia kelaan, jolloin se pyörii, toisen voiman käytöstä.

Voit esimerkiksi käyttää putoavaa vettä vesiputouksessa tai jatkuvaa tuulen puhaltamista tai useimmissa tapauksissa höyryä nouseva määrä hyvää määrää kiehuvaa vettä, jota varten on puolestaan ​​tarpeen tuottaa vakiomäärä lämpöä, avulla palaminen erityyppisistä materiaaleista.

Kuten nähdään, koko sähköenergian tuottoprosessi ei ole mitään muuta kuin kemiallisen energian muuntamista kalorienergiaksi (palaminen), sen muuntamiseksi myöhemmin kineettiseksi ja mekaaniseksi (mobilisoimalla turbiini) ja myöhemmin sähkömagneettiseksi, ts. , , sähkössä.

Sähköalan vaiheet

Sähköä jaetaan voimalinjojen kautta.

Sähköala on se, joka vastaa koko sähköntuotannon piiristä sen aloittamisesta sen kulutukseen esimerkiksi jokaisessa kodissamme. Tämän alan koko energian tuotantosykli sisältää seuraavat vaiheet:

  • Sukupolvi. Ensimmäinen vaihe käsittää loogisesti sähkön hankinnan käytettävissä olevin keinoin missä tahansa olemassa olevissa voimalaitoksissa.
  • Muutos. Kun sähkö on hankittu, siihen tehdään yleensä muunnosprosessi, joka valmistaa sen kuljetettavaksi sähköverkkoa pitkin, koska sähköä, toisin kuin muita tuotteita ja tavaroita, ei voida varastoida kulutukseen myöhemmin, vaan se on siirrettävä välittömästi.

Tästä vastaavat voimalaitosten läheisyydessä sijaitsevat ns. sähköasemat tai muuntajalaitokset sekä voimalaitosten lähellä olevat muuntokeskukset. populaatiot kuluttajille, koska sen tehtävänä on moduloida sähköjännitettä sähkön siirtämiseksi (korkea jännite) ja kulutettavaksi (pieni jännite).

  • Jakelu. Sähköä on vihdoin toimitettava koteihin tai sitä kuluttaville teollisuudenaloille sähkölinjoina tunnetun johtoverkon kautta, jota yleensä hoitavat eri energianjakelu- ja markkinointiyhtiöt.
  • Kulutus. Lopuksi jokaisessa kuluttajakodissa tai teollisuuslaitoksessa on linkkiasennus, joka yhdistää jakeluverkot sisätiloihin ja mahdollistaa energian olevan läsnä siellä, missä sitä tarvitsemme.

Sähköntuotannon tyypit

Tuulienergia on suhteellisen edullista ja turvallista sähköntuotantoon.

Sähköntuotanto luokitellaan tavallisesti sen mukaan, minkä tyyppisessä voimalaitoksessa se tuotetaan, tai mikä on sama, sen mukaan, millä erityisellä menettelyllä, kuten aiemmin selitimme, mobilisoidaan turbiini pyörittämään käämiä, joka vuorostaan ​​on. aika tuottaa sähköä. Meillä on siis:

  • Lämpösähköinen energia fossiiliset polttoaineet. Lämpösähkövoimaloita ovat laitokset, jotka tuottavat sähköä lämpöenergiasta, keittämällä suuria määriä vettä tai lämmittäen vastaavasti muita kaasuja erilaisten materiaalien palamisen ansiosta. Luomu (hiili, Maaöljy, maakaasu tai muita fossiilisia polttoaineita) sisäisessä kattilassa. Näissä tapauksissa paisuva kaasu on vastuussa turbiinin liikuttamisesta, jonka jälkeen se jäähdytetään, jotta kierto voidaan toistaa.
  • Termoydinenergia. Termoydinenergian toimintaperiaate ei poikkea lämpösähköisestä sillä poikkeuksella, että turbiinien pyörittämiseen tarvittava lämpö saadaan erilaisten kemiallisia prosesseja fissio atomeja raskas, eli pommittaa tiettyjen atomiytimiä elementtejä, pakottaa ne muuttumaan kevyemmiksi elementeiksi ja vapauttamaan valtavan määrän energiaa. Näissä laitoksissa, jotka tunnetaan nimellä reaktorit, sama logiikka atomipommi, mutta sovellettiin rauhanomaisiin tarkoituksiin. Haittana on, että se tuottaa radioaktiivista jätettä, jota on vaikea käsitellä ja joka on erittäin myrkyllistä.
  • Maalämpö. Tässäkin tapauksessa voimalaitoksen toiminta noudattaa lämpösähköistä mallia, mutta ilman polttoaineiden tai kattiloiden tarvetta, koska käytetään voimalaitoksen sisäistä lämpöä. maapallon kuori. Tätä varten tarvitaan sopiva tektoninen sijainti, eli alue, jolla on tektonista aktiivisuutta, joka mahdollistaa veden kaatamisen maan syvyyksiin ja hyödyntää syntyvää höyryä sähköturbiinien mobilisoimiseksi.
  • Aurinkolämpöenergia. Kuten edellisissä tapauksissa, tämäntyyppiset voimalaitokset hyödyntävät auringonvalo, fokusoi ja keskittää sen monimutkaisen peilijärjestelmän avulla nesteiden lämmittämiseksi lämpötilat 300 ja 1000 °C:n välillä ja siten aloittaa lämpösähköisen tuotantoprosessin.
  • Aurinkosähköenergia. Tämän tyyppistä energiaa saadaan myös hyödyntämällä auringonvaloa, mutta toisessa mielessä: suurten aurinkokennojen kenttien avulla, jotka koostuvat auringonvalolle herkistä diodeista, jotka synnyttävät pieniä potentiaalieroja päissään. Näitä varten tarvitaan suuret sivustot aurinkopaneelit tuottaa sähköä, mutta samalla se tehdään ilman raaka-aineita ja ilman saastuttaa liikaa ympäristöön.
  • Vesivoima. Tällöin tuotantolaitoksen sähköturbiineja ei liikuteta lämmön vaikutuksesta, vaan vesiputouksen mekaanista energiaa hyödyntäen. Tästä syystä a topografia erityisesti tätä varten, kuten kaihi, vesiputouksia, mahtavia jokia tai vesistöjä, joihin voidaan istuttaa patoja tai padot. Näiden vesistöjen ja niiden julman muuttamisen lisäksi ekosysteemejä oma, se on muoto puhdas energia, halpa ja turvallinen.
  • Merivesi energiaa tai aaltovoimaa. Tämä on nimi laitoksille, jotka saavat sähköenergiaa vuorovedestä tai meren aalloista rannikkoalueiden kautta, jotka kelluvien laitteiden avulla hyödyntävät veden työntöä turbiinien mobilisoimiseksi. Ne eivät kuitenkaan ole kovin tehokkaita eivätkä kovin kannattavia tapoja saada energiaa, ainakaan tällä hetkellä.
  • Tuulivoima. Jos edellisissä tapauksissa hyödynnettiin veden luonnollista liikettä, niin tuulivoimaloissa hyödynnetään tuulen voimaa, erityisesti alueilla siinä, että se puhaltaa jatkuvasti, kuten rannikkoalueilla, suurilla tasangoilla tai vastaavilla. Tätä varten heillä on kokonaiset kentät jättiläispotkureista, jotka ovat herkkiä tuulen kululle, jotka liikkuessaan siirtävät mekaanista energiaa sähköturbiiniin. Se on suhteellisen halpa ja turvallinen sähköntuotantomuoto, mutta valitettavasti hyvin vähän tehokas ja maisemointikustannusten kannalta merkittävä.

Uusiutuva energia

Sähkön hankinta on monimutkainen ja erittäin vaativa prosessi ympäristövaikutus, erityisesti sen perinteisissä muunnelmissa, kuten fossiilisessa polttoaineessa. Lisäksi jälkimmäisissä tapauksissa käytettävissä olevalla polttoaineella on rajalliset varat, koska hiilen ja öljyn geologinen alkuperä on hyvin hidas ja pitkäkestoinen, mikä ei anna meille mahdollisuutta täydentää planeettojen varastoja samalla nopeudella kuin kulutamme niitä.

Tästä syystä monet energia-alan panostukset panostetaan mahdollisten uusiutuvien lähteiden etsimiseen tai jo olemassa olevien, kuten aurinko-, vesi- ja geotermisen energian, parantamiseen.

Ihmiskunnan suuret toiveet energia-asioissa viittaavat kuitenkin atomifuusion mahdollisuuteen turvallisena, luotettavana, saastuttamattomana ja uusiutuvana energialähteenä: vetyatomit otetaan mukaan, maailman runsain alkuaine. universumi, ja sulautuvat tuottaen valtavia määriä energiaa, aivan kuten se tapahtuu sydämessä tähdet avaruudessa.

Valitettavasti autuus teknologiaa se on vielä kaukana ulottuviltamme, joten ihmiskunnan on tehtävä enemmän ponnisteluja mukauttaakseen energiankulutuksensa maailman mahdollisuuksiin, tai se on vaarassa pilata sen kokonaan halussamme saada ääretöntä sähköenergiaa.

!-- GDPR -->