Generátorové agregáty produkujú jednofázový alebo trojfázový prúd na priemyselnej frekvencii, zatiaľ čo chemické zdroje produkujú jednosmerný prúd. V takom prípade v praxi často nastávajú situácie, keď jeden typ elektriny nestačí na prevádzku určitých zariadení a je potrebné ju previesť.
Na tento účel priemysel vyrába veľké množstvo elektrických zariadení, ktoré pracujú s rôznymi parametrami elektrickej energie a prevádzajú ich z jedného typu na druhý s rôznym napätím, frekvenciou, počtom fáz a kriviek. Podľa funkcií, ktoré vykonávajú, sú rozdelené do konverzných zariadení:
jednoduchý;
so schopnosťou upraviť výstupný signál;
obdarený schopnosťou stabilizácie.
Metódy klasifikácie
Z povahy vykonávaných operácií sú prevádzače rozdelené na zariadenia:
narovnávanie;
invertovanie v jednom alebo viacerých stupňoch;
zmeny frekvencie signálu;
premena počtu fáz elektrického systému;
zmena typu napätia.
Podľa metód riadenia prebiehajúcich algoritmov pracujú nastaviteľné prevodníky na:
impulzný princíp používaný v jednosmerných obvodoch;
fázová metóda používaná v obvodoch harmonických kmitov.
Najjednoduchšie prevedenia prevodníkov nemusia byť vybavené riadiacou funkciou.
Všetky konverzné zariadenia môžu používať jeden z nasledujúcich typov elektrického obvodu:
chodník;
nula;
s transformátorom alebo bez neho;
s jednou, dvoma, tromi alebo viacerými fázami.
Usmerňovacie zariadenia
Toto je najbežnejšia a stará trieda prevodníkov, ktoré vám umožňujú prijímať usmernený alebo stabilizovaný jednosmerný prúd zo striedavej sínusovej, zvyčajne priemyselnej frekvencie.
Vzácne exponáty
Zariadenia s nízkou spotrebou energie
Len pred niekoľkými desaťročiami sa selénové štruktúry a vákuové zariadenia stále používali v rádiových a elektronických zariadeniach.
Takéto zariadenia boli založené na princípe usmerňovania prúdu jedným jediným prvkom zo selénovej platne. Boli postupne zostavené do jednej konštrukcie pomocou montážnych adaptérov. Čím vyššie napätie bolo potrebné na usmernenie, tým viac sa takýchto prvkov použilo. Neboli príliš silné a vydržali zaťaženie niekoľko desiatok miliampérov.
Vo vnútri utesnenej sklenenej skrinky usmerňovačov žiarovky sa vytvorilo vákuum. Boli v nej umiestnené elektródy: anóda a katóda s vláknom zabezpečujúcim termionickú emisiu.
Takéto žiarovkové zariadenia poskytovali až do konca minulého storočia jednosmerný prúd pre rôzne obvody rádiových prijímačov a televízorov.
Ignitróny sú výkonné zariadenia
V priemyselných zariadeniach sa skôr využívali iónové ortuťové prístroje s anódou a katódou, ktoré fungovali na princípe riadeného náboja. Používali sa tam, kde sa vyžadovala prevádzka na jednosmerný prúd so silou stoviek ampérov pri usmernenom napätí do päť kilovoltov vrátane.
Na tok prúdu z katódy smerom k anóde sa použil tok elektrónov. Bol vytvorený oblúkovým výbojom spôsobeným v jednej alebo viacerých oblastiach katódy, ktoré sa nazývajú svetelné katódové body. Vznikli pri zapnutí pomocného oblúka zo zapaľovacej elektródy, kým sa nezapálil hlavný oblúk.
Na to boli vytvorené krátkodobé impulzy niekoľkých milisekúnd s prúdom až do desiatok ampérov. Zmena tvaru a sily impulzov umožnila riadiť činnosť ignitronu.
Táto konštrukcia poskytovala dobrú údržbu napätia počas usmerňovania a pomerne vysokú účinnosť. Ale technická zložitosť konštrukcie a ťažkosti s prevádzkou viedli k odmietnutiu jeho použitia.
Polovodičové zariadenia
Diódy
Ich práca je založená na princípe vedenia prúdu v jednom smere vďaka vlastnosti p-n prechod tvorený kontaktmi medzi polovodičovými materiálmi alebo kovom a polovodičmi.
Diódy prechádzajú prúdom iba v určitom smere a keď nimi prechádza premenná sínusová harmonická, prerušia jednu polvlnu a vďaka tomu sa široko používajú ako usmerňovače.
Moderné diódy sa vyrábajú veľmi široký okruh a sú obdarení rôznymi technickými vlastnosťami.
Tyristory
Tyristor využíva štyri vodivé vrstvy, ktoré tvoria zložitejšiu polovodičovú štruktúru ako dióda s tromi sériovo zapojenými p-n prechody J1, J2, J3. Kontakty s vonkajšou vrstvou „p“ a „n“ sa používajú ako anóda a katóda a s vnútornou - ako riadiaca elektróda UE, ktorá sa používa na uvedenie tyristoru do činnosti a na vykonávanie regulácie.
Usmernenie sínusovej harmonickej sa vykonáva podľa rovnakého princípu ako pri polovodičovej dióde. Aby však tyristor fungoval, je potrebné vziať do úvahy určitú vlastnosť - štruktúra jeho vnútorných prechodov musí byť otvorená pre prechod elektrických nábojov a nie zatvorená.
To sa deje prechodom prúdu s určitou polaritou cez hradlovú elektródu. Obrázok nižšie ukazuje spôsoby otvorenia tyristora, ktoré sa používajú súčasne na nastavenie množstva prúdu prechádzajúceho v rôznych časoch.
Keď sa prúd aplikuje cez RE v okamihu prechodu sínusoidy cez nulovú hodnotu, vytvorí sa maximálna hodnota, ktorá sa postupne znižuje v bodoch „1“, „2“, „3“.
Týmto spôsobom sa prúd usmerňuje v spojení s tyristorovou reguláciou. Triaky a výkonové MOSFETy a / alebo AGBT vo výkonových obvodoch fungujú podobným spôsobom. Ale nevykonávajú funkciu nápravy prúdu, ktorý ho vedie oboma smermi. Preto ich riadiace schémy používajú ďalší algoritmus prerušenia impulzu.
Prevodníky DC / DC
Tieto konštrukcie vykonávajú reverznú činnosť usmerňovačov. Používajú sa na generovanie striedavého sínusového prúdu z jednosmerného prúdu získaného zo zdrojov chemického prúdu.
Zriedkavý vývoj
Od konca 19. storočia sa na premenu jednosmerného napätia na striedavé používajú elektrické konštrukcie strojov. Pozostávali z jednosmerného elektrického motora, ktorý dostával energiu z batérie alebo súpravy batérií, a generátora striedavého napätia, ktorého kotva sa otáčala z motorového pohonu.
V niektorých zariadeniach bolo vinutie generátora navinuté priamo na spoločný rotor motora. Pri tejto metóde sa zmenil nielen tvar signálu, ale spravidla sa zvýšila aj amplitúda alebo frekvencia napätia.
Ak sú na kotvu generátora navinuté tri vinutia vzdialené od seba 120 stupňov, potom sa pomocou nej získalo ekvivalentné symetrické trojfázové napätie.
Umforméry sa do 70. rokov široko používali na vákuové elektrónky, vybavenie pre trolejbusy, električky, elektrické lokomotívy pred masívnym zavedením polovodičových prvkov.
Invertorové meniče
Princíp činnosti
Ako základ zváženia vychádzame z obvodu na kontrolu tyristora KU202 z batérie a žiarovky.
Normálne zatvorený kontakt tlačidla SA1 a žiarovka s nízkym výkonom sa preruší do obvodu na dodanie kladného potenciálu batérie k anóde. Riadiaca elektróda je pripojená cez rezistor obmedzujúci prúd a otvorený kontakt tlačidla SA2. Katóda je pevne spojená s mínusom batérie.
Ak v čase t1 stlačíte tlačidlo SA2, potom bude prúdiť prúd na katódu cez reťazec riadiacej elektródy, čím sa otvorí tyristor a žiarovka obsiahnutá v anódovej vetve sa rozsvieti. Vzhľadom na konštrukčnú vlastnosť tohto tyristora bude horieť aj po otvorení kontaktu SA2.
Teraz v okamihu t2 stlačíme tlačidlo SA1. Napájací obvod anódy bude bez napätia a svetlo zhasne v dôsledku zastavenia prechodu prúdu cez ňu.
Graf predloženého obrázka ukazuje, že jednosmerný prúd prešiel v časovom intervale t1 ÷ t2. Ak prepínate tlačidlá veľmi rýchlo, môžete formulovať s kladným znamienkom. Podobne môžete vytvoriť negatívny impulz. Na tento účel stačí mierne zmeniť obvod, aby prúd mohol prúdiť v opačnom smere.
Postupnosť dvoch impulzov kladných a záporných hodnôt vytvára tvar vlny, ktorý sa v elektrotechnike nazýva obdĺžniková vlna. Jeho obdĺžnikový tvar skôr zhruba pripomína sínusoidu s dvoma polvlnami protiľahlých znakov.Ak v uvažovanej schéme nahradíme tlačidlá SA1 a SA2 reléovými kontaktmi alebo tranzistorovými spínačmi a prepneme ich podľa určitého algoritmu, potom bude možné automaticky vytvoriť prúd s meandrovitým tvarom a upraviť ho na určitú frekvenciu, pracovný cyklus, periódu. Takéto prepínanie je riešené špeciálnym elektronickým riadiacim obvodom.
Bloková schéma pohonnej jednotky
Ako príklad zvážte najjednoduchší primárny systém mostového invertora.
Tu sú namiesto tyristora zapojené špeciálne vybrané tranzistorové spínače s efektom poľa do tvorby obdĺžnikového impulzu. Zaťažovací odpor Rн je zahrnutý v uhlopriečke ich mosta. Výkonové elektródy každého „zdroja“ a „odtoku“ tranzistora sú opačne spojené s bočnými diódami a výstupné kontakty riadiaceho obvodu s „hradlom“.
Vďaka automatickej prevádzke riadiacich signálov sa na záťaž privádzajú napäťové impulzy rôznej doby trvania a znamienka. Ich postupnosť a charakteristiky sú prispôsobené optimálnym parametrom výstupného signálu.
Pôsobením aplikovaných napätí na diagonálny odpor, berúc do úvahy prechodné procesy, vzniká prúd, ktorého tvar je už bližšie k sínusoide ako k meandru.
Problémy s technickou implementáciou
Pre dobrú funkčnosť výkonového obvodu meničov je potrebné zabezpečiť spoľahlivú činnosť riadiaceho systému, ktorý je založený na spínacích kľúčoch. Sú vybavené obojstrannými vlastnosťami vodivosti a sú tvorené posunutím tranzistorov pripojením reverzných diód.
Na reguláciu amplitúdy výstupného napätia sa najčastejšie používa výberom oblasti impulzu každej polvlny riadením jeho trvania. Okrem tejto metódy existujú aj zariadenia, ktoré pracujú s konverziou amplitúdových impulzov.
V procese vytvárania obvodov výstupného napätia dochádza k porušeniu symetrie polovičných vĺn, čo nepriaznivo ovplyvňuje činnosť indukčných záťaží. Najviditeľnejšie je to pri transformátoroch.
Počas činnosti riadiaceho systému je nastavený algoritmus na generovanie kľúčov výkonového obvodu, ktorý obsahuje tri stupne:
1. rovný;
2. skratovaný;
3. inverzne.
Na záťaži sú možné nielen pulzujúce prúdy, ale aj prúdy meniace sa v smere, ktoré vytvárajú ďalší šum na zdrojových svorkách.
Typické vzory
Medzi mnohými rôznymi technologickými riešeniami používanými na výrobu invertorov sú bežné tri schémy, ktoré sa posudzujú z hľadiska stupňa zvýšenia zložitosti:
1. most bez transformátora;
2. s nulovou svorkou transformátora;
3. most s transformátorom.
Výstupné krivky
Striedače sú určené na napájanie napätím:
obdĺžnikový;
lichobežník;
stupňovité striedavé signály;
sínusoidy.
Fázové prevodníky
Priemysel vyrába elektromotory na prevádzku v konkrétnych prevádzkových podmienkach, berúc do úvahy výkon z určitých typov zdrojov. V praxi však nastávajú situácie, keď je z rôznych dôvodov potrebné pripojiť trojfázový asynchrónny motor k jednofázovej sieti. Na tento účel boli vyvinuté rôzne elektrické obvody a zariadenia.
Energeticky náročné technológie
Stator trojfázového asynchrónneho motora obsahuje tri vinutia, ktoré sú navinuté určitým spôsobom, vzdialené od seba 120 stupňov, pričom každé z nich, keď je naň privádzaný prúd jeho napäťovej fázy, vytvára svoje vlastné rotujúce magnetické pole. Smer prúdov sa volí tak, aby sa ich magnetické toky navzájom dopĺňali a zabezpečovali vzájomné pôsobenie pri rotácii rotora.
Keď je pre takýto motor iba jedna fáza napájacieho napätia, je potrebné z neho vytvoriť tri prúdové reťazce, z ktorých každý je tiež posunutý o 120 stupňov. Inak rotácia nebude fungovať alebo bude chybná.
V elektrotechnike sú dve ľahké spôsoby rotácia vektora prúdu vzhľadom na napätie metódou pripojenia pomocou:
1. indukčné zaťaženie, keď prúd začne zaostávať za napätím o 90 stupňov;
2. Kapacita na vytvorenie 90-stupňového elektrického vedenia.
Vyššie uvedený obrázok ukazuje, že z jednej fázy napätia Ua môžete získať prúd, ktorý je posunutý v uhle nie o 120, ale iba o 90 stupňov dopredu alebo dozadu. Okrem toho bude tiež potrebné zvoliť výkon kondenzátorov a tlmiviek, aby sa vytvoril prijateľný prevádzkový režim motora.
Pri praktických riešeniach takýchto obvodov sa najčastejšie zastavili na kondenzátorovej metóde bez použitia indukčných odporov. Za týmto účelom bolo napájacie fázové napätie privedené na jedno vinutie bez akýchkoľvek transformácií a na druhé posunuté kondenzátormi. Výsledkom bol prijateľný krútiaci moment pre motor.
Ale aby sa rotor roztočil, bolo potrebné vytvoriť ďalší krútiaci moment pripojením tretieho vinutia cez štartovacie kondenzátory. Je nemožné ich použiť na trvalú prevádzku z dôvodu tvorby veľkých prúdov v štartovacom okruhu, ktoré rýchlo vytvárajú zvýšené vykurovanie. Preto bol tento reťazec na krátky čas zapnutý, aby sa získal moment zotrvačnosti rotácie rotora.
Takéto obvody sa dali ľahšie implementovať vďaka jednoduchému vytvoreniu kondenzátorových bánk určitých hodnotení z jednotlivých dostupných prvkov. Tlmivky bolo potrebné vypočítať a navinúť nezávisle, čo je ťažké vykonať nielen doma.
Ale, najlepšie podmienky pre činnosť motora boli vytvorené s komplexným prepojením kondenzátora a tlmivky v rôznych fázach s výberom smerov prúdov vo vinutí a použitím odporov potlačujúcich prúd. Pri tejto metóde bola strata výkonu motora až 30%. Konštrukcie takýchto prevodníkov však neboli ekonomicky životaschopné, pretože na prevádzku spotrebovali viac elektriny ako samotný motor.
Štartovací obvod kondenzátora tiež spotrebúva zvýšenú rýchlosť elektrickej energie, ale v menšej miere. Okrem toho je motor pripojený k jeho obvodu schopný generovať výkon mierne presahujúci 50% výkonu, ktorý bol vytvorený bežným trojfázovým napájaním.
Kvôli ťažkostiam s pripojením trojfázového motora k jednofázovému napájaciemu obvodu a veľkým stratám elektrickej energie a výstupného výkonu vykazovali tieto meniče svoju nízku účinnosť, hoci naďalej pracujú v samostatných inštaláciách a obrábacích strojoch.
Invertorové zariadenia
Polovodičové prvky umožnili vytvoriť racionálnejšie fázové prevodníky vyrábané na priemyselnom základe. Ich návrhy sú zvyčajne navrhnuté tak, aby fungovali v trojfázových obvodoch, ale môžu byť navrhnuté tak, aby fungovali s veľkým počtom reťazcov rozmiestnených v rôznych uhloch.
Keď sú meniče napájané z jednej fázy, vykoná sa nasledujúci sled technologických operácií:
1. usmernenie jednofázového napätia diódovou zostavou;
2. vyrovnanie zvlnenia stabilizačným obvodom;
3. premena jednosmerného napätia na trojfázové v dôsledku inverznej metódy.
V tomto prípade môže výkonový obvod pozostávať z troch jednofázových častí, ktoré pracujú autonómne, ako už bolo uvedené, alebo z jednej spoločnej, zostavenej napríklad podľa autonómneho trojfázového systému premeny invertora pomocou neutrálneho spoločného vodiča.
Tu na každú fázovú záťaž pracujú jej vlastné páry polovodičových prvkov, ktoré sú riadené zo spoločného riadiaceho systému. Vytvárajú sínusové prúdy vo fázach odporov Ra, Rb, Rc, ktoré sú cez neutrálny vodič pripojené k spoločnému napájaciemu obvodu. Pridáva vektory prúdov z každej záťaže.
Kvalita aproximácie výstupného signálu do formy čistej sínusovej vlny závisí od celkového návrhu a zložitosti použitého obvodu.
Frekvenčné meniče
Na základe invertorov sa vytvárajú zariadenia, ktoré umožňujú meniť frekvenciu sínusových kmitov v širokom rozmedzí. Za týmto účelom 50-hertzová elektrická energia, ktorá sa im dodáva, prechádza nasledujúcimi zmenami:
narovnávanie;
stabilizácia;
vysokofrekvenčná konverzia napätia.
Práca je založená na rovnakých princípoch ako predchádzajúce konštrukcie, ibaže riadiaci systém založený na doskách mikroprocesora vytvára na výstupe meniča výstupné napätie so zvýšenou frekvenciou desiatok kilohertzov.
Frekvenčná premena založená na automatických zariadeniach vám umožňuje optimálne regulovať činnosť elektromotorov v okamihoch štartovania, brzdenia a spiatočky, ako aj pohodlnú zmenu otáčok rotora. Zároveň sa prudko zníži škodlivý účinok prechodných procesov v externej napájacej sieti.
Zváracie invertory
Hlavným účelom týchto meničov napätia je udržiavať stabilné horenie oblúka a ľahké riadenie všetkých jeho charakteristík vrátane zapaľovania.
Za týmto účelom je do konštrukcie invertora zahrnutých niekoľko blokov, ktoré vykonávajú postupné vykonávanie:
usmernenie trojfázového alebo jednofázového napätia;
stabilizácia parametrov filtrami;
inverzia vysokofrekvenčných signálov zo stabilizovaného konštantného napätia;
premena na / h napätia stupňovitým transformátorom na zvýšenie hodnoty zváracieho prúdu;
sekundárne usmernenie výstupného napätia na vytvorenie oblúka pri zváraní.
Použitím vysokofrekvenčnej konverzie signálu sa výrazne znížia rozmery zváracieho transformátora a ušetria sa materiály pre celú konštrukciu. majú veľké výhody v prevádzke v porovnaní s ich elektromechanickými náprotivkami.
Transformátory: meniče napätia
V elektrotechnike a energetike sa na zmenu amplitúdy napäťového signálu stále najbežnejšie používajú transformátory pracujúce na elektromagnetickom princípe.
Majú dve alebo viac vinutí a cez ktoré sa prenáša magnetická energia na premenu vstupného napätia na výstupné napätie so zmenenou amplitúdou.
Priame využitie prírodných zdrojov energie.
Prestavba pomocou parného stroja
Premena pomocou elektriny
Premena energie na priemyselnú energiu
Ako bolo uvedené vyššie, výroba elektriny je samostatným odvetvím. V súčasnosti sa najväčší podiel elektriny vyrába v troch typoch elektrární:
1. HPP (vodná elektráreň)
2. TPP (tepelná elektráreň)
3. JE (jadrová elektráreň)
Zvážte premenu energie v týchto typoch elektrární:
HPP
CHP
Pri použití tepelnej energie pary v reťazcoch premeny energie je možné časť tepelnej energie využiť na vykurovanie (znázornené prerušovanou čiarou) alebo na výrobu.
JE (s jednoprúdovým reaktorom)
Tepelný okruh.
Základné pojmy
Predtým sme uvažovali o druhoch energie a možnostiach jej premeny z jedného typu na druhý, zaoberajme sa podrobnejšie tepelnou energiou, pretože hrá veľmi dôležitú úlohu v procesoch prebiehajúcich v jadrových elektrárňach.
Ako už bolo uvedené, termálna energia, toto je energia chaotického pohybu molekúl alebo atómov v kvapalinách a plynoch a vibračného pohybu molekúl alebo atómov v tuhej látke. Čím vyššia je rýchlosť tohto pohybu, tým viac tepelnej energie telo má.
Všetci sa v každodennom živote stretávame s procesmi prenosu tepelnej energie z jedného tela do druhého (horúci čaj ohrieva sklo, radiátor kúrenia v byte ohrieva vzduch atď.) Na základe definície tepelnej energie, je možné definovať výmenu tepla.
Definícia: Proces prenosu energie v dôsledku výmeny chaotického pohybu molekúl, atómov alebo mikročastíc sa nazýva výmena tepla.
Z každodenných skúseností je známe, že tepelná energia alebo teplo sa prenáša z teplejšieho tela na chladnejšie a zdá sa byť celkom logické brať teplotu ako mieru tepelnej energie, ale toto je hrubá chyba. Telesná teplota je miera schopnosti výmeny tepla s okolitými telesami. Ak poznáme teploty týchto dvoch telies, môžeme povedať iba smer prenosu tepla. Telo s vyššou teplotou bude vydávať teplo a ochladzovať sa a telo s nižšou teplotou bude prijímať teplo a zahrievať sa, ale množstvo prenesenej energie nemožno určiť iba na základe teploty. Nemusíte hľadať ďaleko po príklade: skúste naliať rovnaké množstvo vriacej vody do hliníkového hrnčeka a keramického. Hliník sa zahrieva takmer okamžite, takmer bez ochladenia vody, a keramika sa bude ohrievať oveľa menej a oveľa dlhšie a počiatočná teplota vriacej vody je v obidvoch prípadoch 100 ° C. Z toho vyplýva záver: na zohriatie rôznych látok na rovnakú teplotu sú potrebné rôzne množstvá tepelnej energie. , každá látka má svoju vlastnú tepelnú kapacitu
Definícia:špecifické teplo látky je množstvo energie potrebnej na zahriatie jedného kilogramu danej látky o jeden stupeň.
kde: Q-energia; C - tepelná kapacita; m je hmotnosť; dT-ohrev;
Metódy prenosu tepla.
Spravidla sa v priemyselných elektrárňach vyskytuje proces premeny zdrojovej energie na tepelnú energiu na jednom mieste (kotol pre tepelnú elektráreň, reaktor pre jadrovú elektráreň) a proces premeny tepelnej energie na mechanickú energiu a potom na elektrickú energiu v inom, preto existuje problém s prenosom tepelnej energie v priestore. Ako môžete prenášať tepelnú energiu z jedného bodu vo vesmíre do druhého?
Tepelná vodivosť
Pri zahrievaní jedného konca kovového drôtu si môžete všimnúť, že teplota stúpa po celej jeho dĺžke a čím kratší je drôt, tým rýchlejšie sa opačná, nie priamo zahriata, časť zahreje. Zahriatím drôtu z jednej strany spôsobíme, že atómy a elektróny v mieste ohrevu vibrujú silnejšie, vibrujúce atómy a elektróny zahrňujú do vibrácií susedné atómy a elektróny a tepelná energia sa šíri v tuhej látke, v našom prípade v kovovom drôte. Tento spôsob prenosu tepelnej energie sa nazýva tepelná vodivosť.
Definícia: Tepelná vodivosť je proces prenosu tepla v kontinuálnom prostredí chaotickým pohybom mikro častíc.
Množstvo odovzdaného tepla v dôsledku tepelnej vodivosti závisí od fyzikálnych vlastností prostredia, v ktorom dochádza k prenosu tepla. Každá látka má svoj vlastný súčiniteľ tepelnej vodivosti l (Kovová tyč dlhá asi meter, umiestnená na jednom konci v ohni, sa nedá držať holými rukami, drevená palica rovnakého tvaru ho pred výrazným zahriatím spáli viac ako polovicu).
Čím väčší je teplotný rozdiel dT medzi horúcim a studeným bodom média, tým viac tepla sa prenáša za jednotku času. Čím väčšia je plocha prierezu, tým viac tepla sa prenáša za jednotku času.
Asi každý vie, ako variť vodu s ohňom v drevenej miske. Je potrebné vhodiť kamene rozžeravené v ohni do vody. Zahriate kamene sú okamžite navlhčené vodou a dodávajú jej teplo. Proces prenosu tepla z kameňov do okolitej vody je podobný tepelnej vodivosti, ale rozloženie tepelnej energie na objem vody je odlišné.
Konvekčný prenos tepla
Zvážte, čo sa stane v objeme studenej vody, keď ju horúce kamene ohrejú okolo seba. Z fyziky je známe, že telesá sa pri zahriatí rozširujú, inými slovami, zväčšujú svoj objem a keďže hmotnosť zostáva konštantná, hustota klesá. Ako hovorí Archimedov zákon, teleso s hustotou väčšou ako hustota kvapaliny sa ponorí a s menšou pláva nahor. To isté
dá sa povedať o ohriatej kvapaline, ktorá má nižšiu hustotu, začne stúpať, zmieša sa so studenými vrstvami v hornej časti nádoby, čo zase začne klesať, po chvíli bude teplota v celom objeme rovnaká.
Definícia:Konvekčný prenos tepla - prestup tepla počas miešania viac zahriatych častíc média s menej zahriatymi.
Vo vyššie uvedenom príklade bol pohyb spôsobený rozdielom v hustote medzi horúcou a studenou časťou kvapaliny, takáto konvekcia sa nazýva prirodzená alebo voľná. Ak je pohyb spôsobený prevádzkou čerpadla alebo ventilátora, potom sa prúdenie nazýva nútené.
Konvekčná výmena tepla prebieha v plynoch rovnakým spôsobom ako v kvapalinách.
V mnohých moderných jadrových elektrárňach sa teplo z reaktora odvádza násilným čerpaním vody, plynu alebo tekutého kovu cez aktívnu zónu. Látka, ktorá pri zahrievaní odoberá teplo zo zdroja, sa nazýva nosič tepla.
Prestup tepla žiarením
Pokusy ukazujú, že výmena tepla medzi telesami je možná, aj keď sú vo vákuu bez toho, aby sa navzájom dotýkali. V takom prípade nie je možné vykonať vyššie opísané typy výmeny tepla. Ako v takom prípade prebieha prenos tepelnej energie?
Vyhrievané telo vysiela elektromagnetické vlny, ktoré sa, ako viete, môžu šíriť v bezvzduchovom priestore; menej zahrievané telo tieto vlny absorbuje a zahrieva sa.
Definícia: Prestup tepla žiarením je prenos tepelnej energie pomocou elektromagnetických vĺn.
V moderných jadrových elektrárňach je za normálnej prevádzky výmena tepla sálaním v porovnaní s konvekčnou výmenou tepla zanedbateľná.
Tepelný okruh
Po zvážení metód možnej výmeny tepla sa vráťme k otázke prenosu tepelnej energie v podmienkach jadrovej elektrárne alebo tepelnej elektrárne. Ako viete, na prevádzkových staniciach proces premeny zdrojovej energie na teplo prebieha nepretržite a v prípade ukončenia odvodu tepla dôjde k nevyhnutnému prehriatiu zariadenia. Preto je spolu so zdrojom potrebný spotrebiteľ tepelnej energie, ktorý bude teplo odoberať a buď ho premieňať na iné formy energie, alebo ho prenášať do iných systémov. Prenos tepla zo zdroja na spotrebiteľa sa uskutočňuje pomocou tepelného nosiča. Na základe vyššie uvedeného je možné znázorniť najjednoduchší tepelný okruh obsahujúci zdroj energie, spotrebiteľa energie a cesty chladiacej kvapaliny.
Existujú tri hlavné spôsoby premeny energie. Prvý z nich spočíva v získavaní tepelnej energie spaľovaním paliva (fosílneho alebo rastlinného pôvodu) a jeho spotrebou na priame vykurovanie obytných budov, škôl, podnikov atď. Druhá metóda spočíva v premene tepelnej energie obsiahnutej v palive na mechanické práce, napríklad pri použití produktov destilácie ropy na zabezpečenie pohybu rôznych zariadení, automobilov, traktorov, vlakov, lietadiel atď. Treťou metódou je premena tepla uvoľneného pri spaľovaní paliva alebo štiepení jadier na elektrickú energiu s jej následnou spotrebou alebo na výrobu teplo alebo vykonávať mechanické práce.
Elektrická energia sa tiež získava premenou energie padajúcej vody. Elektrická energia tak zohráva úlohu akéhosi sprostredkovateľa medzi zdrojmi energie a jej spotrebiteľmi (obr. 9.1). Rovnako ako prostredník na trhu zvyšuje ceny, tak aj spotreba energie vo forme elektriny zvyšuje ceny kvôli plytvaniu pri premene jedného druhu energie na iný. Zároveň je premena rôznych foriem energie na elektrickú energiu pohodlná, praktická a niekedy je to jediný možný spôsob, ako energiu skutočne spotrebovať. V niektorých prípadoch je jednoducho nemožné efektívne využívať energiu bez jej premeny na elektrickú energiu. Pred objavením elektriny sa energia padajúcej vody (vodná energia) využívala na zabezpečenie pohybu mechanických zariadení: spriadacích strojov, mlynov, píl a pod. Po premene vodnej energie na elektrickú sa rozsah aplikácie výrazne rozšíril, bolo možné ju spotrebovať v značných vzdialenostiach od zdroja. Napríklad štiepnu energiu jadier uránu nemožno použiť priamo bez jej premeny na elektrickú energiu.
Fosílne palivá sa na rozdiel od vodných zdrojov dlho používali iba na vykurovanie a osvetlenie, a nie na činnosť rôznych mechanizmov. Palivové drevo a uhlie a často sušená rašelina sa spaľovali na vykurovanie obytných budov, verejných a priemyselných budov. Uhlie sa navyše používalo a používa na tavenie kovov. Uhoľný olej získaný destiláciou uhlia sa nalial do žiaroviek. Až po vynáleze parného stroja v 18. storočí. bol skutočne odhalený potenciál tohto fosílneho paliva, ktoré sa stalo zdrojom nielen tepla a svetla, ale aj pohybu rôznych mechanizmov a strojov. Objavili sa parné lokomotívy, parné člny poháňané uhlím. Na začiatku XX storočia. uhlie sa začalo spaľovať v kotloch elektrární na výrobu elektriny.
Fosílne palivá dnes hrajú mimoriadne dôležitú úlohu. Poskytuje teplo a svetlo, je jedným z hlavných zdrojov elektrickej energie a mechanickej energie pre zabezpečenie obrovskej flotily mnohých strojov a prístrojov odlišné typy doprava. Nemalo by sa zabúdať, že fosílne organické suroviny sú spotrebované vo veľkom množstve chemickým priemyslom na výrobu najrôznejších užitočných a cenných výrobkov.
Elektrické stroje sú rozdelené do dvoch hlavných typov podľa účelu: elektrické generátory a elektrické motory... Generátory sú určené na výrobu elektrickej energie a elektrické motory sú určené na pohon dvojíc kolies lokomotív, otáčanie hriadeľov ventilátorov, kompresorov atď.
V elektrických strojoch prebieha proces premeny energie. Generátory premieňajú mechanickú energiu na elektrickú. To znamená, že na to, aby generátor fungoval, je potrebné natočiť jeho hriadeľ pomocou nejakého druhu motora. Napríklad na dieselovej lokomotíve je generátor poháňaný naftovým motorom, v tepelnej elektrárni parnou turbínou, vo vodnej elektrárni vodnou turbínou. Elektrické motory naopak premieňajú elektrickú energiu na mechanickú. Preto, aby motor fungoval, musí byť pripojený vodičmi k zdroju elektrickej energie alebo, ako sa hovorí, musí byť zahrnutý v elektrickej sieti.
Princíp činnosti každého elektrického stroja je založený na využití javov elektromagnetickej indukcie a výskytu elektromagnetických síl pri interakcii vodičov s prúdom a magnetickým poľom. Tieto javy sa vyskytujú počas činnosti generátora aj elektromotora. Preto často hovoria o režimy prevádzky generátora a motora elektrických strojov.
V točivých elektrických strojoch sú do procesu premeny energie zapojené dve hlavné časti: kotva a induktor s vlastnými vinutiami, ktoré sa navzájom pohybujú. Induktor vytvára v stroji magnetické pole; e je indukovaná vo vinutí kotvy. atď. s. a vznikne prúd. Pri interakcii prúdu vo vinutí kotvy s magnetickým poľom sa vytvárajú elektromagnetické sily, prostredníctvom ktorých sa realizuje proces premeny energie v stroji.
Princíp činnosti elektrického generátora. Najjednoduchší elektrický generátor je slučka rotujúca v magnetickom poli (obr. 67, a). V tomto generátore je otáčkou 1 vinutie kotvy. Induktormi sú permanentné magnety 2, medzi ktorými sa otáča kotva 3. Keď sa slučka otáča s určitou frekvenciou otáčania, jej strany (vodiče) pretínajú magnetické silové čiary toku Théb, každý vodič indukuje napr. atď. s. e... S prijatým na obr. 67 a smer otáčania kotvy napr. atď. s. vo vodiči umiestnenom pod južným pólom, podľa pravidla pravá ruka smeruje od nás a e.m.f. vo vodiči umiestnenom pod severným pólom - smerom k nám. Ak pripojíte prijímač elektrickej energie 4 k vinutiu kotvy, potom bude elektrický prúd i tiecť v uzavretom okruhu. Vo vodičoch vinutia kotvy bude prúd I smerovaný rovnakým spôsobom ako napr. atď. s. e.
Poďme zistiť, prečo je pre rotáciu kotvy v magnetickom poli potrebné vynaložiť mechanickú energiu získanú z naftového motora alebo turbíny (hnacieho stroja). Ako bolo stanovené v kapitole II, keď prúd I prechádza vodičmi umiestnenými v magnetickom poli, na každý vodič pôsobí elektromagnetická sila F. 67 a smer prúdu podľa pravidla ľavej ruky bude sila F smerovaná doľava pôsobiť na vodič umiestnený pod južným pólom a sila F smerovaná doprava bude pôsobiť na vodič umiestnený pod severným pólom. Tieto sily vytvárajú spolu elektromagnetický moment M smerujúci v smere hodinových ručičiek.
Berúc do úvahy obr. 67, ale je zrejmé, že elektromagnetický moment M, ktorý vzniká, keď generátor vydáva elektrickú energiu, je smerovaný v opačnom smere ako je rotácia vodičov, ide teda o brzdný momentsa snaží spomaliť rotáciu kotvy generátora. Aby sa zabránilo zastaveniu kotvy, je potrebné na hriadeľ kotvy priviesť vonkajší krútiaci moment M vn, ktorý je opačný k momentu M a jeho veľkosť sa rovná. Berúc do úvahy trenie a iné vnútorné straty v stroji, musí byť vonkajší krútiaci moment väčší ako elektrický
magnetický moment M vytvorený prúdom zaťaženia generátora. Preto, aby sa pokračovalo v normálnej činnosti generátora, je potrebné dodávať mu mechanickú energiu z vonkajšej strany - otáčať jeho kotvu akýmkoľvek motorom 5.
Pri absencii záťaže (s otvoreným externým obvodom generátora) je generátor v pokojovom režime. V takom prípade sa od nafty alebo turbíny vyžaduje iba také množstvo mechanickej energie, ktoré je nevyhnutné na prekonanie trenia a na vyrovnanie ďalších strát vnútornej energie v generátore. So zvýšením zaťaženia generátora, to znamená ním dodávaného elektrického výkonu P el, sa zvyšuje prúd i prechádzajúci vodičmi vinutia kotvy a brzdný moment M, ktorý z neho vzniká. Preto sa mechanický výkon P mx, z ktorého musí generátor dostávať, dieselovým motorom alebo turbínou pokračovať v normálnej prevádzke.
Čím viac elektrickej energie teda spotrebujú napríklad elektromotory naftového rušňa z generátora dieselového lokomotívy, tým viac mechanickej energie odoberie z naftového motora, ktorý ho otáča, a tým viac paliva sa musí dodať do naftového motora.
Z vyššie uvedených prevádzkových podmienok elektrického generátora vyplýva, že je preň charakteristický:
náhoda v smere prúdu i a e. d) s e vo vodičoch vinutia kotvy; to znamená, že stroj vydáva elektrickú energiu;
vznik elektromagnetického brzdného momentu M zameraného proti otáčaniu kotvy; z toho vyplýva potreba stroja prijímať mechanickú energiu zvonka.
Princíp elektromotora. Elektromotor je v zásade navrhnutý rovnako ako generátor. Najjednoduchším elektromotorom je závit 1 (obr. 67.6), ktorý sa nachádza na kotve 3, ktorá sa otáča v magnetickom poli pólov 2. Vodiče závitovky tvoria vinutie kotvy. Ak pripojíte cievku k zdroju elektrickej energie, napríklad k elektrickej sieti 6, potom začne každý z jej vodičov tiecť elektrický prúd i. Tento prúd, interagujúci s magnetickým poľom pólov, vytvára elektromagnetické sily F. Ako je znázornené na obr. 67, b, na smer prúdu na vodiči umiestnenom pod južným pólom bude pôsobiť sila F smerovaná doprava a sila F smerovaná doľava bude pôsobiť na vodič ležiaci pod severným pólom. Výsledkom kombinovaného pôsobenia týchto síl je elektromagnetický krútiaci moment M nasmerovaný proti smeru hodinových ručičiek, ktorý poháňa kotvu s vodičom do rotácie s určitou frekvenciou n. Ak spojíte hriadeľ kotvy s akýmkoľvek mechanizmom alebo zariadením 7 (dvojkolesie dieselového alebo elektrického rušňa, obrábacieho stroja atď.) .), potom elektrický motor uvedie toto zariadenie do rotácie, t.j. dodá mu mechanickú energiu. V takom prípade bude externý moment M vn vytvorený týmto zariadením namierený proti elektromagnetickému momentu M.
Poďme zistiť, prečo sa elektrická energia spotrebuje počas otáčania kotvy elektromotora pracujúceho pod záťažou. Ako sa zistilo, keď sa vodiče kotvy otáčajú v magnetickom poli, indukuje sa e v každom vodiči. d. s, ktorého smer určuje pravidlo pravej ruky; preto s vyznačeným na obr. 67, b smer otáčania e. atď. s. e, indukovaná vo vodiči umiestnenom pod južným pólom, bude smerovať preč od nás a e. atď. s. e, indukovaná vo vodiči umiestnenom pod severným pólom bude smerovať k nám. Obr. 67, b je zrejmé, že napr. atď. s. To znamená, že tie indukované v každom vodiči sú namierené proti prúdu i, to znamená, že bránia jeho priechodu cez vodiče.
Aby prúd i naďalej prechádzal cez vodiče kotvy rovnakým smerom, to znamená, aby elektromotor naďalej normálne pracoval a vyvíjal požadovaný krútiaci moment, je potrebné na tieto vodiče priviesť vonkajšie napätie U, smerujúce k e. atď. s. a väčšie ako celkový e. atď. s. E indukovaná vo všetkých sériovo zapojených vodičoch vinutia kotvy. Preto je potrebné dodávať elektrickú energiu do elektromotora zo siete.
Pri absencii záťaže (externý brzdný moment pôsobiaci na hriadeľ motora) spotrebuje elektrický motor malé množstvo elektrickej energie z externého zdroja (sieť) a prechádza ním malý voľnobežný prúd. Táto energia sa používa na pokrytie vnútorných strát energie v stroji.
So zvyšujúcim sa zaťažením sa zvyšuje prúd spotrebovaný elektromotorom a vyvíjaný elektromagnetický krútiaci moment. V dôsledku toho zvýšenie mechanickej energie vydávanej elektromotorom pri zvýšení záťaže automaticky spôsobí zvýšenie elektrickej energie, ktorú odoberá zo zdroja.
Z vyššie uvedených prevádzkových podmienok elektromotora vyplýva, že je preň charakteristický:
zhoda v smere elektromagnetického momentu M a frekvencie otáčania n; toto charakterizuje návrat mechanickej energie strojom;
vzhľad vinutí kotvy vo vodičoch e. atď. s. e, namierené proti prúdu i a vonkajšiemu napätiu U. Z toho vyplýva, že je potrebné, aby stroj prijímal elektrickú energiu zvonku.
Princíp reverzibility elektrických strojov. Vzhľadom na princíp činnosti generátora a elektromotora sme zistili, že sú usporiadané rovnako a že pri ich prevádzke existuje veľa spoločného. Proces premeny mechanickej energie na elektrickú v generátore a elektrickej energie na mechanickú v motore je spojený s indukciou napr. atď. s. vo vodičoch vinutia kotvy rotujúcich v magnetickom poli a výskyt elektromagnetických síl v dôsledku interakcie magnetického poľa a vodičov s prúdom. Rozdiel medzi generátorom a elektromotorom spočíva iba vo vzájomnom smere napr. d) s prúdom, elektromagnetickým krútiacim momentom a rýchlosťou.
Ak zhrnieme uvažované procesy prevádzky generátora a elektrického motora, je možné ustanoviť princíp reverzibility elektrických strojov. Podľa tohto princípu akýkoľvek elektrický stroj môže pracovať ako generátor a elektrický motor a prepínať z režimu generátora do režimu motora a naopak.
Na objasnenie tejto situácie zvážte prevádzku jednosmerného elektrického stroja za rôznych podmienok. Ak je vonkajšie napätie U väčšie ako celkové e. atď. s. G. vo všetkých sériovo zapojených vodičoch vinutia kotvy potom bude prúd I prúdiť v tom, ktorý je uvedený na obr. 68 a smer a stroj budú fungovať ako elektromotory, ktoré budú spotrebovávať elektrickú energiu zo siete a dodávať mechanickú energiu. Ak však z akýchkoľvek dôvodov napr. atď. s. E bude väčšie ako vonkajšie napätie U, potom prúd I vo vinutí kotvy zmení svoj smer (obr. 68, b) a bude sa zhodovať s e. atď. s. E. V tomto prípade sa zmení aj smer elektromagnetického momentu M, ktorý bude smerovať proti frekvencii otáčania n. Zhoda v smere e. atď. s. E a prúd I znamená, že stroj začal dodávať sieti elektrickú energiu a vzhľad brzdného elektromagnetického momentu M naznačuje, že musí spotrebovávať mechanickú energiu zvonka. Preto keď sa napr. atď. s. E indukovaný vo vodičoch vinutia kotvy je väčší ako sieťové napätie U, stroj sa prepne z prevádzkového režimu motora do režimu generátora, t. J.< U машина работает двигателем, при Е > U - generátor.
Môže sa uskutočniť prevod elektrického stroja z režimu motora do režimu generátora rôzne cesty: zníženie napätia U zdroja, ku ktorému je pripojené vinutie kotvy, alebo zvýšenie e. atď. s. E vo vinutí kotvy.
Energia a jej druhy. Účel a použitie
Energia hrá dôležitú úlohu pri rozvoji ľudskej civilizácie. Spotreba energie má v priebehu času s akumuláciou informácií približne rovnaký charakter zmien. Objem vyrobených výrobkov úzko súvisí so spotrebou energie.
Podľa definície z fyzikálnych vied je energia schopnosť tela alebo systému tiel pracovať. Klasifikácie foriem a druhov energie sú rôzne. V každodennom živote sú najbežnejšie tieto druhy energie:
- elektrický
- mechanický
- interné
- elektromagnetické.
Vnútorná energia je chemická, tepelná, atómová. Je určená potenciálnou energiou interakcie medzi časticami, ktoré tvoria telo, alebo kinetickou energiou ich náhodného pohybu.
Energia získaná v dôsledku zmeny stavu pohybu hmotných bodov alebo telies sa nazýva kinetická. Kinetická energia zahŕňa tepelnú energiu v dôsledku pohybu molekúl a mechanická energia pohyby tela.
Definícia 1
Potenciálna energia je energia prijatá v dôsledku zmeny relatívnej polohy častí systému alebo polohy vo vzťahu k iným telesám. TO potenciálna energia zahŕňajú energiu hmôt, ktoré priťahuje zákon gravitácie, chemická energia a energia polohy homogénnych častíc.
Hlavným zdrojom energie je slnko. Chlorofyl v rastlinách vystavený slnečnému žiareniu rozkladá oxid uhličitý zo vzduchu na uhlík a kyslík. Uhlík sa hromadí v rastlinách.
Slnečná energia vyrába aj vodnú energiu. Slnečná energia odparuje vodu a dvíha paru do vyšších vrstiev atmosféry.
V dôsledku rôznych stupňov ohrievania slnečným žiarením Zeme sa na rôznych miestach vytvára vietor, ktorý sa používa vo veterných turbínach.
Poznámka 1
Energiu obsiahnutú v prírodných zdrojoch energie je možné previesť na mechanickú, elektrickú a chemickú. Táto energia sa nazýva primárna.
Tradičné typy primárnej energie sú:
- fosílne palivá - plyn, ropa, uhlie atď.
- vodná energia
- jadrové palivo - urán, tórium atď.
Poznámka 2
Energia získaná v dôsledku transformácie primárnej energie sa nazýva sekundárna energia. Patrí sem elektrina, energia teplej vody, otec atď.
V súčasnosti sa vyvíjajú metódy využívania netradičných zdrojov energie, ktoré zahŕňajú energiu slnka, vetra, zemského tepla, energiu morských vĺn a prílivu a odlivu. Uvedené zdroje energie sú obnoviteľné, sú šetrné k životnému prostrediu a pri ich používaní nedochádza k žiadnemu znečisťovaniu životného prostredia.
V procese spotreby energie od jej dodávky spotrebiteľom sa rozlišuje päť stupňov:
- Získavanie energetických zdrojov. Jedná sa o ťažbu paliva a jeho obohacovanie, koncentráciu tlaku vody pomocou hydraulických konštrukcií atď.
- Prevod vyťažených zdrojov energie do špeciálnych zariadení, ktoré ju transformujú. Vykonáva sa to pozemnou a vodnou dopravou, ako aj plynovodom, ropou, vodou atď.
- V tomto štádiu sa primárna energia premieňa na sekundárnu energiu, ktorá je najoptimálnejšia pre konkrétne podmienky. Najčastejšie ide o elektrickú a tepelnú energiu.
- Prenos a distribúcia premenenej energie
- Spotreba energie
Premena energie
Konverzia energie sa uskutočňuje pomocou rôznych energetických konvertorov. Takéto prevádzače sú špeciálne zariadenia určené na premenu prírodnej energie na formu, ktorá je vhodná na použitie.
Jedným z typov prevodníkov, ktoré sú účinné, sú tepelné čerpadlá. Sú chladničkou podobné zariadenie s mrazničkou ponorenou v mori.
Prevodníky slnečnej energie sú pre niektoré časti sveta dostatočne účinné. Pre kozmické lode sa používajú konvertory slnečnej energie. Energia týchto prvkov je dostatočná na udržanie prevádzkyschopnosti zariadení umiestnených na kozmickej lodi.
Hlavným účelom premeny termionickej energie je výroba elektriny na použitie v odľahlých oblastiach, vo vesmíre a pod vodou. Pri vývoji takého prevodníka nastáva rad problémov:
- regulácia a údržba požadovaného vákua
- vývoj korózne odolného plášťa krytu prevodníka a ďalších.
Termionické konvertory dobre fungujú s jadrovým reaktorom. TPP, HPP, JE
Nie všetky typy zdrojov energie sú pohodlné a dajú sa použiť. Najrozšírenejšou, najpohodlnejšou a najdostupnejšou formou energie sú ropa, plyn a voda. Pred niekoľkými desaťročiami k nim bola pridaná jadrová energia.
Tepelné elektrárne premieňajú tepelnú energiu uvoľnenú pri spaľovaní paliva na elektrickú energiu. Spomedzi týchto elektrární tvoria hlavnú časť elektrárne s parnými turbínami. Využívajú tepelnú energiu v generátore na výrobu vysokotlakovej pary, ktorá poháňa rotor parnej turbíny spojený s rotorom elektrického generátora.
Vo vodných elektrárňach sa energia prúdenia vody premieňa na elektrinu. Vodná elektráreň sa skladá z reťazca štruktúr, ktoré koncentrujú vodné toky a vytvárajú tlak, a energetické zariadenie, ktoré premieňa energiu tlaku vody na mechanickú energiu a mechanická energia sa premieňa na elektrickú energiu. Hydraulické zdroje. V porovnaní s palivom a energiou sú obnoviteľné.
V jadrových elektrárňach je výrobcom energie jadrový reaktor. Jadrové elektrárne pracujú s jadrovým palivom, ktorého zásoby prevyšujú zásoby fosílneho paliva.
Pomocou veterných elektrární sa veterná energia premieňa na elektrinu. Priemerná ročná rýchlosť vetra v mnohých oblastiach je 6 m / s, čo umožňuje efektívne využiť tento spôsob premeny energie.
Prílivová energia využíva prílivovú energiu Svetového oceánu. Nevýhodou tejto metódy sú vysoké náklady na výstavbu a nerovnomerná výroba energie.
Slnečná energia využíva slnečné žiarenie na svoju premenu na elektrickú energiu. K tomu je nainštalovaná solárna batéria, ktorej základom sú fotobunky.
Geotermálne elektrárne premieňajú vnútorné teplo Zeme na elektrinu. Na vybudovanie takejto elektrárne sú potrebné špeciálne geologické podmienky, ktoré obmedzujú použitie tejto metódy premeny energie.
Bioenergia využíva baktérie na recykláciu organických zlúčenín - odpadu a zvyškov.
