Conversia energiei

Sisteme de conversie a energiei - Sunt explicate exergia (energia cu capacitate nelimitată de transformare) şi anergia (energia cu capacitate nulă de transformare). Orice proces cu viteza finită este însoţit de pierderi de energie. Entalpia se conservă iar exergia se degradează.

  • Prezentarea diverselor tipuri de conversie a energiei: fotovoltaică, termoelectrică, termoionică, magnetohidrodinamică, de fuziune în plasmă, electrochimică, electrostatică, magnetostatică, etc.
  • Explicarea structurii interne şi externe a unui bloc energetic şi modul în care se decide amplasarea sistemelor de conversie în funcţie de impactul lor asupra mediului.
  • Realizarea unei comparaţii între diferitele tipuri de instalaţii producătoare de energie.
  • Înţelegerea problemelor referitoare la economia de energie şi la politica energetică.

Sunt studiate convertizoarele de energie industriale sau susceptibile să devină rentabile în viitor.

  • Surse de energie naturală – au numai 2 origini: energia solară şi cea nucleară.
  • Convertizoarele electrice – cele care elibereaza puteri foarte mari sunt generatoare electromecanice.
  • Clasificarea metodelor de conversie – transport direct de electroni, conversia energiei prin căldură, conversia cu ajutorul energiei cinetice a unui fluid, fuziunea şi generatoarele cu plasmă. Fenomenele de bază sunt: efectul electrochimic, termoelectricitatea, efectul termoionic, inducţia electromagnetică, ionizarea termică. Sistemele de bază sunt: termopila solară, convertorul termoionic, pila nucleară.

Transformarea energiei nucleare în alte forme de energie se poate face fie printr-o singură etapă(conversia directă), fie prin mai multe etape(conversia clasică).

  • Principiul metodei de conversie directă a energiei de fisiune în energie electrică – se face prin metoda colectării sarcinilor electrice ale fragmentelor de fisiune. Este prezentat principiul acestei metode.
  • Conversia directă a energiei de fuziune în energie electrică – dacă plasma este complet controlată de un câmp magnetic exterior, presiunea de afară se reduce la zero. Sunt prezentate principiul de bază al efectului Pinch(metodă obişnuită de confinare a plasmei) şi teoria care stă la baza dispozitivului Stellarator. Sunt descrise sistemul de oglindă magnetică, sistemul Astron, maşina DCX.
  • Fuziunea în plasmă – elementele combustibile pentru fuziune sunt doi izotopi rari ai hidrogenului: deuteriu şi tritiu. Este posibil ca energia de fuziune să se transforme direct în energie electrică.
  • Convertizoarele fotovoltaice. Fotopilele – posibilităţi de a transforma direct energia luminoasă în energie electrică. Este diescrisă joncţiunea p-n. Elementele caracteristice ale unui convertor fotovoltaic sunt: puterea maximă şi schema echivalentă, randamentul. Majoritatea generatoarelor fotovoltaice utilizează soarele ca sursă de energie. Materialele mai des folosite sunt: siliciu, arseniură de galiu, telură de cadmiu, sulfură de cadmiu.
  • Sursa de curent – există diverse pierderi care pot apărea şi care reduc puterea electrică de ieşire.
  • Baterii nucleare tip joncţiune – descrierea acestora. În bateria Scintilator conversia se produce în două faze: de la sursa nucleară la lumină şi de la lumină la electricitate. Lucrează satisfăcaător pe un domeniu larg de temperatură.
  • Sisteme nuclearo-electrice – sunt prezentate principiile bateriilor pe baza potenţialelor de contact (CPD) şi a celor nucleare de tip termocuplu(cu aplicaţii în echipamentul electric de putere aerospaţial şi pentru sateliţii meteorologici izolaţi – sursă de putere mică cu o lungă durată de viaţă).
  • Baterii nucleare de conversie directă – cel mai vechi tip de baterii nucleare. Este descris aparatul lui Moseley. Aceste baterii sunt la nivelul tehnologic potrivit pentru producţia în masă.

Realizarea practica a generatorului magnetohidrodinamic – MHD depinde în prezent de folosirea gazului conductor.

  • Teoria transferului de energie – generatorul MHD produce electricitate prin mişcarea unui conductor în câmp magnetic. Prezentarea acestei teorii.
  • Conductivitatea electrică a gazului – ionizarea este produsă fotoelectric. Conductivitatea electrică a gazelor este dată de termenii parametrilor de coliziune. A fost studiată o creştere a temperaturii din care să rezulte o creştere a conductivităţii.
  • Formularea elementară a generatorului MHD – prezentarea ecuaţiilor de bază. Trebuie luat în vedere şi canalul de curgere. Pentru a obţine un generator cu densitatea de putere mare, cu randament bun, trebuie să existe o conductivitate electrică mare şi un câmp magnetic puternic.
  • Efectul Hall – apariţia unui câmp electromagnetic ori de câte ori curentul trece printr-un conductor aflat în câmp magnetic. La scara microscopică, coeficientul lui Hall este datorat rotirii electronilor în câmp magnetic interacţionând cu coliziunea electronilor cu alte particule.
  • Formularea performanţelor MHD cu luarea în considerare a efectului Hall - în generatorul MHD cu electrod continuu, datorită efectului Hall, interacţiunea dintre câmp şi flux este modificată. Ecuaţii.
  • Materiale – există doar câteva materiale izolatoare sau conductoare care posedă puncte de topire ridicate şi care sunt aplicabile. Materialele supraconductoare.
  • Rezultate experimentale – construirea unui sistem de testare dacă electricitatea poate fi extrasă din circulaţia liniară ţn câmpul transversal, sistem dezvoltat de AVCO.
  • Convertizoare ce folosesc metal lichid – lichidele metalice sunt bune conducătoare de electricitate, însă ele nu sunt compresibile.
  • Conversia electrohidrodinamică – un generator EHD corespunde unei celule de conversie a energiei cinetice a fluidului în electricitate, nu depinde de temperatură.
  • Convertizorul electrocinetic – conversia energiei unui fluid în electricitate poate fi obţinută atunci când scăderea presiunii fluidului are loc la o viteză scăzută. Randamentul acestui sistem este foarte scăzut.

Pila cu combustie funcţionează prin producerea unui schimb de purtători de sarcină printr-un circuit exterior doar prin intermediul combustiei care generează caldura. Atunci procedeul utilizează energie chimică cu rolul de acumulare de energie.

  • Legea lui Faraday pentru electroliză – 96500 coulombi de electricitate descarcă un gram echivalent raportat la valenţa unui element sau 96,5 coulombi/kgxmol.
  • Celule reversibile şi celule ideale – reacţii.
  • Tensiunea ideală a celulei pentru o sarcină finită – expresia sa.
  • Randamentul unei pilede combustie – valorile exacte ale randamentelor ideale la orice temperatură pot fi calculate din valorile din tabele ale funcţiilor termodinamicii pentru reacţii.
  • Pierderi în pilele de combustie – o cădere în voltajul dintr-o pilă la un curent ce creşte este cauzată de un număr de pierderi. Acestea dau naştere configuraţiei de bază obişnuite în proiectarea electrozilor.
  • Tipuri de pile de combustie – directe(combustibilul este folosit ca electrod) şi indirecte(combustibilul este transformat într-un intermediar). Sunt prezentate pilele cu combustibil hidrogen-oxigen, hidrocarburi, pilele de combustie Redox, litiu-hidrigen, pilele cu metale lichide şi pilele biochimice.
  • Consideraţii practice – aplicaţii ale pilelor de combustie au fost efectuate în domenii limitate şi specializate sau în scopuri experimentale. Datorită randamentului de conversie superior, utilizarea acestora devine atractivă.
  • Emisia termoionică – fierbere şi expulzare a electronilor dintr-o cavitate. Principiul emisiei termoionice a fost aplicat diodelor pentru a redresa curentul alternativ în curent continuu printr-un filament încălzit şi a folosit în general tuburi vidate.
  • Convertoare de energie termoionice – dispozitiv ce converteşte direct căldura în energie electrică utilizând emisia termoionică. Astăzi se bucură de o atenţie crescândă.
  • Eficienţa ideală (electronică) a unui convertor de energie termoionică – pentru a determina eficienţa unui dispozitiv trebuie determinată căldura totală primită pe unitatea de arie.
  • Reducerea sarcinii spaţiale – căi de reducere a sarcinii spaţiale: micşorarea spaţiului anaod-catod(reducerea numărului de electroni), viteza ridicată a particulelor (accelerarea electronilor), descărcarea minge de foc(introducerea de ioni pozitivi între electrozi), principiul plasmatronului(tub cu descărcare continuă, controlabilă), ionizarea de rezonanţă (introducerea unui gaz cu potenţial de ionizare mai mic).
  • Interacţiunea dintre electrozi şi gazul ionizat – 3 moduri principale de operare a convertorului termoionic cu vapori de cesiu: Plasma (presiune joasă a cesiului şi temperatură înaltă la catod), Cazul presiunii înalte (presiunea cesiului de ordinul mmHg) şi Cazul arcului sau mingii de foc(temperaturi de lucru constant joase ale catodului).
  • Eficienţa actuală a convertoarelor termoionice – trebuie excluse pierderile ohmice în circuite electrice externe pe unitatea de arie a suprafeţei electrozilor.
  • Rezultate experimentale – setul de rezultate analizat a fost facut de Hatsopoulus şi Kenpe.
  • Modificări ale configuraţiei electrozilor - a fost studiată posibilitatea de utilizare a electrozilor cu suprafeţe extinse. De asemenea, calcule au fost facute asupra electrozilor cu aripioare de configuraţii rectangulare sau triunghiulare.
  • Consideraţii practice. Limitări – convertoarele termoionice generează o putere de joasă tensiune faţă de alte convertoare directe. Din punct de vedere economic poate concura cu metodele curente de generare a energiei electrice. Are proprieteatea unică de modulare a curentului chiar în interiorul convertorului. Limitări: coroziunea, oboseala termică datorată gradienţilor de temperatură, rezistivitatea izolatorilor.
  • Încărcarea unui condensator – relaţii considerate pentru condensatorii plani.
  • Polarizaţia şi fotoelectricitatea – pentru valori scăzute ale polarizaţiei, un dielectric poate fi tratat ca un gaz polar de densitate scăzută. Câteva substeanţe posedă un moment electric permanent în absenţa câmpului electric. Prin analogie cu materialele feromagnetice, aceste substanţe, deşi nu conţin fier, sunt numite feroelectrice.
  • Convertizorul feroelectric – sistem pentru conversia directă e energiei: un condensator cu un material feroelectric. Se poate produce curentul alternativ. Funcţionează la un nivel scăzut al temperaturii şi de aceea are un randament scăzut. Sistemul feroelectric trebuie să aibă o grosime foarte mică.
  • Principiul magnetostatic – dipolii electrici şi cei magnetici sunt similari. Cea mai importanta utilizare a proprietăţilor magnetice a materialelor este răcirea la temperaturi extrem de scăzute.
  • Fenomenul magnetocaloric – mărind valoarea câmpului magnetic la temperatură constantă sistemul va ceda căldură către exterior.
  • Sistem criogenic – un criostat se foloseşte pentru a obţine temperaturi de sub 1K. Este prezentat principiul acestor sisteme.
  • Fenomene termoelectrice – sunt prezentate efectul Seebeck, efectul Peltier, efectul Fourier, efectul Joule, acţiunea câmpului magnetic şi efectul Ettingshausen.
  • Relaţiile Kelvin – lordul Kelvin a fost primul care a determinat relaţiile dintre cei trei coeficienţi termoelectrici reversibili, folosind cvasiechilibrul dat de primul şi al doilea principiu al termodinamicii.
  • Termoelectricitatea pentru producerea puterii – sistemele termoelectrice sunt maşini termice. Pentru îmbunătăţirea performanţelor este nevoie de conductivitate termică scăzută şi conductivitate electrică ridicată. Sunt listaţi parametrii circuitului.
  • Răcirea termoelectrică – inversarea circuitului.
  • Proprietăţile materialelor termoelectrice : coeficientul Seebeck, rezistivitatea electrică, conductivitatea termică, punctul de topire, de evaporare, oxidarea, fragilitatea, etc.
  • Aplicaţii în tehnica frigului – sistemele de răcire în care nivelul cerut este sub 6kW/h au fost deja incluse în unele aplicaţii. Viitorul lor depinde de factorul de merit Z si de fabricarea jonctiunilor cu rezistenţă scăzută.
  • Necesitatea stocării energiei – existenţa unei dependenţe de import a consumului de energie în numeroase ţări. Se caută realizarea de stocuri de energie primară.
  • Stocarea energiei primare – stoc de energie primară: acumulările de apă în cadrul amenajărilor hidroenergetice, depozitele de combustibili fosili, combustibilul nuclear pregătit pentru utilizare. A aparut ideea de stocare subterană a hidrocarburilor.
  • Stocarea energiei secundare – energie potenţială a apei în hidrocentrale cu acumulare prin pompare, energie potenţială a aerului comprimat, energie termică a unor fluide în termocentrale sau sisteme de termoficare. Un obiectiv este stocarea energiei electrice. Sunt descrise stocarea apei(pompare în subteran), stocarea aerului comprimat, stocarea energiei electrice(în condensatoare sau în inductanţă) şi stocarea energiei termice(principala soluţie tehnică avantajoasă).

Back to overviewNext PageLast Page

Enter your comment. Wiki syntax is allowed:
I I I᠎ X R
 
  • teorie/conversia_energiei.txt
  • Ultima modificare: 2018/08/08 23:15
  • (editare externă)