Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для связанной инженерной дисциплины см. Энергетика .
Для рецензируемого научного журнала (журнала) см. Энергетические технологии (значения) .

Энергетические технологии - это междисциплинарная инженерная наука, имеющая дело с эффективным, безопасным, экологически чистым и экономичным извлечением, преобразованием, транспортировкой, хранением и использованием энергии , направленное на обеспечение высокой эффективности, избегая побочных эффектов для людей, природы и окружающей среды. среда.

Для людей энергия является непреодолимой потребностью, и, как дефицитный ресурс , она была основной причиной политических конфликтов и войн. Сбор и использование энергетических ресурсов может быть вредным для местных экосистем и может иметь глобальные последствия.

Энергия - это также способность выполнять работу. Мы можем получать энергию из еды. Энергия может иметь разные формы, такие как кинетическая, потенциальная, механическая, тепловая, световая и т. Д. Энергия требуется отдельным людям и всему обществу для освещения, отопления, приготовления пищи, бега, промышленности, эксплуатации транспорта и так далее. В основном есть два типа энергии в зависимости от источника, которым они являются; 1. Возобновляемые источники энергии 2. Невозобновляемые источники энергии

Междисциплинарные области [ править ]

Как междисциплинарная наука Энергетические технологии связаны со многими междисциплинарными областями различными, частично совпадающими способами.

  • Физика , термодинамика и ядерная физика
  • Химия для топлива , горения , загрязнения воздуха , дымовых газов , аккумуляторной техники и топливных элементов .
  • Электротехника
  • Проектирование , часто для машин, работающих на жидкой энергии, таких как двигатели внутреннего сгорания , турбины, насосы и компрессоры .
  • География , геотермальная энергия и разведка ресурсов.
  • Горнодобывающая промышленность , нефтехимия и ископаемое топливо .
  • Сельское и лесное хозяйство , для возобновляемых источников энергии .
  • Метеорология для ветра и солнечной энергии .
  • Вода и водные пути , для гидроэнергетики .
  • Управление отходами , воздействие на окружающую среду.
  • Транспорт , для энергосберегающих транспортных систем.
  • Экологические исследования для изучения влияния использования и производства энергии на окружающую среду , природу и изменение климата .
  • (Светотехника) для дизайна интерьера и экстерьера естественного и искусственного освещения, установок и энергосбережения
  • (Анализ затрат на энергию / выгод), для простой оценки окупаемости и стоимости жизненного цикла рекомендуемых мер энергоэффективности / энергосбережения

Электротехника [ править ]

Высоковольтные линии для транспортировки электроэнергии на большие расстояния.

Электроэнергетика занимается производством и использованием электроэнергии , что может повлечь за собой изучение таких машин, как генераторы , электродвигатели и трансформаторы . Инфраструктура включает подстанции и трансформаторные станции , линии электропередач и электрические кабели . Управление нагрузкой и управление питанием по сетям существенно влияют на общую энергоэффективность. Электрическое отопление также широко используется и исследуется.

Термодинамика [ править ]

Основная статья: Термодинамика

Термодинамика имеет дело с фундаментальными законами преобразования энергии и заимствована из теоретической физики .

Тепловая и химическая энергия [ править ]

Решетка для дров

Тепловая и химическая энергия неразрывно связаны с химией и экологическими исследованиями . Сжигание связано с горелками и химическими двигателями всех типов, решетками и инсинераторами, а также с их энергоэффективностью, загрязнением и эксплуатационной безопасностью.

Технология очистки выхлопных газов направлена ​​на уменьшение загрязнения воздуха с помощью различных методов механической, термической и химической очистки. Технология контроля выбросов - это область технологического процесса и химического машиностроения . Котельная технология занимается проектированием, строительством и эксплуатацией паровых котлов и турбин (также используемых в ядерной энергетике, см. Ниже) на основе прикладной механики и материаловедения .

Преобразование энергии связано с двигателями внутреннего сгорания, турбинами, насосами, вентиляторами и т. Д., Которые используются для транспортировки, механической энергии и производства электроэнергии. Высокие термические и механические нагрузки вызывают опасения по безопасности эксплуатации, которые решаются во многих областях прикладной инженерии.

Ядерная энергия [ править ]

Паровая турбина .

Ядерная технология занимается производством ядерной энергии с помощью ядерных реакторов , а также переработкой ядерного топлива и удалением радиоактивных отходов, опираясь на прикладную ядерную физику , ядерную химию и радиационную науку.

Ядерная энергия вызывала политические споры во многих странах в течение нескольких десятилетий, но электрическая энергия, произведенная в результате ядерного деления, имеет мировое значение. Есть большие надежды, что технологии синтеза однажды заменят большинство реакторов деления, но это все еще область исследований ядерной физики .

Возобновляемая энергия [ править ]

Основная статья: Возобновляемая энергия
Солнечные ( фотоэлектрические ) панели на военной базе в США.

Возобновляемая энергия имеет множество направлений.

Солнечная энергия [ править ]

Основная статья: Солнечная энергия
  • Фотоэлектрическая энергия потребляет электричество из солнечного излучения через солнечные элементы , локально или на крупных фотоэлектрических электростанциях, и использует полупроводниковую технологию.
  • Солнечное отопление использует солнечные панели, которые собирают тепло от солнечного света для обогрева зданий и воды.
  • Солнечная тепловая энергия производит электричество путем преобразования солнечного тепла.

Энергия ветра [ править ]

Ветряные турбины на лугах Внутренней Монголии
Основная статья: Энергия ветра

Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество, подключая вращающийся ротор к генератору. Ветровые турбины используют энергию атмосферных токов и спроектированы с использованием аэродинамики, а также знаний, полученных из машиностроения и электротехники. Ветер проходит через аэродинамические лопасти ротора, создавая зону с более высоким давлением и зону с более низким давлением по обе стороны от лопасти. Силы подъемной силы и сопротивления образуются из-за разницы в давлении воздуха. Подъемная сила больше силы сопротивления; поэтому ротор, связанный с генератором, вращается. Затем энергия создается за счет изменения аэродинамической силы на вращение генератора. [1]

Будучи признанным одним из наиболее эффективных возобновляемых источников энергии, энергия ветра становится все более актуальной и используется в мире. [2] Ветроэнергетика не использует воду для производства энергии, что делает ее хорошим источником энергии для районов без большого количества воды. Энергия ветра также может производиться, даже если климат изменится в соответствии с текущими прогнозами, поскольку она зависит исключительно от ветра. [3]

Геотермальный [ править ]

Основная статья: Геотермальная энергия

Глубоко под землей находится чрезвычайно жаркий слой расплавленной породы, называемой магмой. [4] Очень высокие температуры магмы нагревают близлежащие грунтовые воды. Существуют различные технологии, которые были разработаны для того, чтобы извлечь выгоду из такого тепла, например, с использованием различных типов электростанций (сухих, мгновенных или бинарных), тепловых насосов или колодцев. [5] Эти процессы использования тепла включают инфраструктуру, которая в той или иной форме имеет турбину, которая вращается либо горячей водой, либо производимым ею паром. [6]Вращающаяся турбина, подключенная к генератору, вырабатывает энергию. Более поздняя инновация включает использование неглубоких систем с замкнутым контуром, которые перекачивают тепло в конструкции и из них, используя постоянную температуру почвы на глубине около 10 футов. [7]

Гидроэнергетика [ править ]

Строительство гидротурбин Pelton в Германии .
Основная статья: Гидроэнергетика

Гидроэнергетика черпает механическую энергию из рек, океанских волн и приливов . Гражданское строительство используется для изучения и строительства плотин , туннелей , водных путей и управления прибрежными ресурсами с помощью гидрологии и геологии . Низкоскоростная водяная турбина, вращаемая потоком воды, может приводить в действие электрический генератор, вырабатывающий электричество.

Биоэнергетика [ править ]

Основная статья: Биоэнергетика

Биоэнергетика занимается сбором, переработкой и использованием биомассы, выращенной в биологическом производстве, сельском и лесном хозяйстве, из которых электростанции могут получать горящее топливо. Этанол , метанол (оба спорны) или водород для топливных элементов могут быть получены из этих технологий и использоваться для производства электроэнергии.

Включение технологий [ править ]

Тепловые насосы и аккумуляторы тепловой энергии - это классы технологий, которые могут позволить использовать возобновляемые источники энергии , которые в противном случае были бы недоступны из-за слишком низкой температуры для использования или временного лага между тем, когда энергия доступна, и когда она необходима. Увеличивая температуру доступной возобновляемой тепловой энергии, тепловые насосы обладают дополнительным свойством использования электроэнергии (или, в некоторых случаях, механической или тепловой энергии), используя ее для извлечения дополнительной энергии из источников низкого качества (таких как морская вода, вода озера и т. Д.). земля, воздух или отработанное тепло от процесса).

Технологии аккумулирования тепла позволяют сохранять тепло или холод в течение периодов времени от часов или в течение ночи до межсезонья , и могут включать в себя хранение ощутимой энергии (например, путем изменения температуры среды) или скрытой энергии.(т.е. через фазовые изменения среды, например, между водой и слякотью или льдом). Кратковременные тепловые накопители могут использоваться для уменьшения пиковых нагрузок в системах централизованного теплоснабжения или распределения электроэнергии. Виды возобновляемых или альтернативных источников энергии, которые могут быть задействованы, включают природную энергию (например, собранную через солнечно-тепловые коллекторы или сухие градирни, используемые для сбора зимнего холода), отходы энергии (например, от оборудования HVAC, промышленных процессов или электростанций) или избыточная энергия (например, сезонно от гидроэнергетических проектов или периодически от ветряных электростанций). Показательно Солнечное Сообщество Посадки Дрейка (Альберта, Канада). скважинный накопитель тепловой энергиипозволяет сообществу получать 97% круглогодичного тепла от солнечных коллекторов на крышах гаражей, которые в основном собирают летом. [8] [9] Типы хранилищ разумной энергии включают изолированные резервуары, группы скважин в субстратах от гравия до коренных пород, глубокие водоносные горизонты или неглубокие ямы с футеровкой, которые изолированы сверху. Некоторые типы хранилищ способны хранить тепло или холод между разными сезонами (особенно, если они очень большие), а некоторые хранилища требуют включения теплового насоса . Скрытое тепло обычно хранится в резервуарах для льда или в так называемых материалах с фазовым переходом (PCM).

См. Также [ править ]

  • Развитие энергетики
  • Энергоснабжение по всему миру
  • Технологии
  • Связь воды и энергии

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Как работают ветряные турбины?" . Energy.gov . Проверено 10 декабря 2020 .
  2. ^ "BiblioBoard" . openresearchlibrary.org . Проверено 10 декабря 2020 .
  3. ^ Ledec, Джордж C .; Рапп, Кеннан В .; Айелло, Роберто Г. (01.12.2011). «Озеленение ветра: экологические и социальные аспекты развития ветроэнергетики» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ "Как работает геотермальная энергия | Союз обеспокоенных ученых" . www.ucsusa.org . Проверено 14 декабря 2020 .
  5. ^ Общество, National Geographic (2012-11-20). «Геотермальная энергия» . Национальное географическое общество . Проверено 14 декабря 2020 .
  6. ^ Агентство по охране окружающей среды США, OAR. «Геотермальная энергия» . archive.epa.gov . Проверено 14 декабря 2020 .
  7. ^ "Где используется геотермальная энергия?" . GreenFire Energy Inc . Проверено 14 декабря 2020 .
  8. ↑ Вонг, Билл (28 июня 2011 г.), «Drake Landing Solar Community» Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine , Конференция IDEA / CDEA District Energy / CHP 2011, Торонто, стр. 1–30, получено 21 апреля 2013 г.
  9. Перейти ↑ Wong B., Thornton J. (2013). Интеграция солнечных и тепловых насосов. Цех возобновляемого тепла.