Karena perkembangan teknologi produksi dan memburuknya situasi lingkungan secara signifikan di banyak wilayah di dunia, umat manusia dihadapkan pada masalah dalam menemukan sumber energi baru. Di satu sisi, jumlah energi yang dihasilkan harus mencukupi untuk pengembangan produksi, ilmu pengetahuan dan sektor publik; di sisi lain, produksi energi tidak boleh menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan.
Rumusan pertanyaan ini mengarah pada pencarian apa yang disebut sumber energi alternatif – sumber yang memenuhi persyaratan di atas. Melalui upaya ilmu pengetahuan dunia, banyak sumber seperti itu telah ditemukan, saat ini kebanyakan dari mereka sudah kurang lebih digunakan secara luas. Kami mempersembahkan kepada Anda gambaran singkat tentang mereka:
Energi matahari
Pembangkit listrik tenaga surya secara aktif digunakan di lebih dari 80 negara dan sedang mengalami transformasi energi matahari ke listrik. Ada cara yang berbeda transformasi seperti itu dan, karenanya, berbagai jenis pembangkit listrik tenaga surya. Stasiun yang paling umum adalah yang menggunakan konverter fotolistrik (fotosel) yang digabungkan menjadi panel surya. Sebagian besar instalasi fotovoltaik terbesar di dunia berlokasi di Amerika Serikat.
Energi angin
Pembangkit listrik tenaga angin ( pembangkit listrik tenaga angin) banyak digunakan di AS, Cina, India, serta di beberapa negara Eropa Barat (misalnya, di Denmark, di mana 25% dari seluruh listrik dihasilkan dengan cara ini). Energi angin merupakan sumber yang sangat menjanjikan energi alternatif, banyak negara saat ini memperluas penggunaan pembangkit listrik jenis ini secara signifikan.
bahan bakar nabati
Keunggulan utama sumber energi ini dibandingkan jenis bahan bakar lainnya adalah ramah lingkungan dan terbarukan. Tidak semua jenis biofuel dianggap sebagai sumber energi alternatif: kayu bakar tradisional juga merupakan biofuel, namun sebenarnya bukan sumber alternatif energi. Biofuel alternatif dapat berupa padat (gambut, limbah kayu dan pertanian), cair (biodiesel dan biofuel minyak, serta metanol, etanol, butanol) dan gas (hidrogen, metana, biogas).
Energi pasang surut dan gelombang
Berbeda dengan pembangkit listrik tenaga air tradisional yang menggunakan energi aliran air, pembangkit listrik tenaga air alternatif belum tersebar luas. Untuk kelemahan utama pembangkit listrik tenaga pasang surut termasuk tingginya biaya konstruksi dan perubahan daya setiap hari, oleh karena itu disarankan untuk menggunakan pembangkit listrik jenis ini hanya sebagai bagian dari sistem tenaga yang juga menggunakan sumber energi lain. Keuntungan utamanya adalah keramahan lingkungan yang tinggi dan biaya produksi energi yang rendah.
Energi panas bumi
Untuk mengembangkan sumber energi ini digunakan pembangkit listrik tenaga panas bumi yang memanfaatkan energi air tanah bersuhu tinggi, serta gunung berapi. Saat ini, energi hidrotermal, yang menggunakan energi sumber air panas bawah tanah, lebih umum digunakan. Energi petrotermal, yang didasarkan pada penggunaan panas “kering” dari dalam bumi, saat ini masih kurang berkembang; masalah utamanya adalah profitabilitas yang rendah metode ini memperoleh energi.
Listrik atmosfer
(Kilatan petir di permukaan bumi paling banyak terjadi hampir bersamaan tempat yang berbeda planet)
Energi badai petir, berdasarkan penangkapan dan akumulasi energi petir, masih dalam tahap awal. Masalah utama energi badai petir adalah mobilitas front badai petir, serta kecepatan pelepasan listrik di atmosfer (petir), sehingga sulit untuk mengakumulasi energinya.
Tujuan artikel ini adalah untuk mengungkap esensi konsep “energi mekanik”. Fisika banyak menggunakan konsep ini baik secara praktis maupun teoritis.
Kerja dan Energi
Kerja mekanik dapat ditentukan jika gaya yang bekerja pada suatu benda dan perpindahan benda diketahui. Ada cara lain untuk menghitung kerja mekanik. Mari kita lihat sebuah contoh:
Gambar tersebut menunjukkan sebuah benda yang dapat berada dalam keadaan mekanis yang berbeda (I dan II). Proses peralihan suatu benda dari keadaan I ke keadaan II ditandai dengan pekerjaan mekanis, yaitu pada masa peralihan dari keadaan I ke keadaan II, benda dapat melakukan usaha. Saat melakukan kerja, keadaan mekanis suatu benda berubah, dan keadaan mekanis dapat dicirikan oleh satu kuantitas fisik - energi.
Energi adalah besaran fisika skalar dari segala bentuk gerak materi dan pilihan interaksinya.
Energi mekanik sama dengan apa?
Energi mekanik adalah besaran fisika skalar yang menentukan kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha.
SEBUAH = ∆E
Karena energi merupakan ciri keadaan suatu sistem pada suatu titik waktu tertentu, maka usaha merupakan ciri proses perubahan keadaan sistem.
Energi dan usaha mempunyai satuan pengukuran yang sama: [A] = [E] = 1 J.
Jenis energi mekanik
Energi bebas mekanik dibagi menjadi dua jenis: kinetik dan potensial.
Energi kinetik adalah energi mekanik suatu benda, yang ditentukan oleh kecepatan geraknya.
Ek = 1/2mv 2
Energi kinetik melekat pada benda yang bergerak. Ketika berhenti, mereka melakukan kerja mekanis.
Dalam sistem referensi yang berbeda, kecepatan benda yang sama pada waktu tertentu bisa berbeda. Oleh karena itu, energi kinetik merupakan besaran relatif; ditentukan oleh pilihan sistem acuan.
Jika suatu gaya (atau beberapa gaya pada saat yang sama) bekerja pada suatu benda selama gerakan, energi kinetik benda tersebut berubah: benda tersebut berakselerasi atau berhenti. Dalam hal ini, kerja gaya atau kerja resultan semua gaya yang diterapkan pada benda akan sama dengan selisih energi kinetik:
A = E k1 - E k 2 = ∆E k
Pernyataan dan rumus ini diberi nama - teorema tentang energi kinetik .
Energi potensial sebutkan energi yang ditimbulkan oleh interaksi antar benda.
Saat tubuh menimbang M dari atas H gaya gravitasilah yang melakukan pekerjaan tersebut. Karena usaha dan perubahan energi dihubungkan oleh suatu persamaan, kita dapat menuliskan rumusnya energi potensial benda di medan gravitasi:
Ep = mgh
Berbeda dengan energi kinetik ek potensi E hal mungkin punya nilai negatif, Kapan H<0 (misalnya, mayat tergeletak di dasar sumur).
Jenis energi potensial mekanik lainnya adalah energi regangan. Dikompresi ke jarak X pegas dengan kekakuan k mempunyai energi potensial (energi regangan):
E p = 1/2 kx 2
Energi deformasi telah banyak diterapkan dalam praktik (mainan), dalam teknologi - mesin otomatis, relai, dan lain-lain.
E = E p + Ek
Energi mekanik total benda menyebut jumlah energi: kinetik dan potensial.
Hukum kekekalan energi mekanik
Beberapa eksperimen paling akurat yang dilakukan pada pertengahan abad ke-19 oleh fisikawan Inggris Joule dan fisikawan Jerman Mayer menunjukkan bahwa jumlah energi dalam sistem tertutup tetap tidak berubah. Ia hanya berpindah dari satu tubuh ke tubuh lainnya. Studi-studi ini membantu menemukan hukum kekekalan energi:
Energi mekanik total suatu sistem benda yang terisolasi tetap konstan selama interaksi benda satu sama lain.
Berbeda dengan impuls yang tidak mempunyai bentuk ekuivalen, energi mempunyai banyak bentuk: mekanik, termal, energi gerak molekul, energi listrik dengan gaya interaksi muatan, dan lain-lain. Suatu bentuk energi dapat diubah menjadi bentuk energi lain, misalnya energi kinetik diubah menjadi energi panas pada saat proses pengereman mobil. Jika tidak ada gaya gesekan dan tidak ada panas yang dihasilkan, maka energi mekanik total tidak hilang, tetapi tetap konstan dalam proses pergerakan atau interaksi benda:
E = E p + E k = konstanta
Ketika gaya gesek antar benda bekerja maka terjadi penurunan energi mekanik, namun dalam hal ini tidak hilang tanpa bekas, melainkan berubah menjadi panas (internal). Jika suatu gaya luar melakukan usaha pada sistem tertutup, maka energi mekanik bertambah sebesar jumlah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut. Jika suatu sistem tertutup melakukan kerja pada benda luar, maka energi mekanik sistem tersebut berkurang sebesar jumlah kerja yang dilakukan oleh sistem tersebut.
Setiap jenis energi dapat diubah seluruhnya menjadi jenis energi lain yang sewenang-wenang.
Kata "energi" diterjemahkan dari bahasa Yunani sebagai "aksi". Kami menyebut orang energik yang bergerak aktif, melakukan banyak tindakan berbeda.
Energi dalam fisika
Dan jika dalam kehidupan kita dapat mengevaluasi energi seseorang terutama berdasarkan konsekuensi aktivitasnya, maka dalam fisika energi dapat diukur dan dipelajari dengan berbagai cara. Teman atau tetangga Anda yang ceria kemungkinan besar akan menolak mengulangi tindakan yang sama tiga puluh hingga lima puluh kali ketika Anda tiba-tiba terpikir untuk menyelidiki fenomena energinya.
Namun dalam fisika, Anda dapat mengulangi hampir semua eksperimen sebanyak yang Anda suka, melakukan penelitian yang Anda perlukan. Begitu pula dengan studi energi. Para ilmuwan penelitian telah mempelajari dan memberi label banyak jenis energi dalam fisika. Ini adalah energi listrik, magnet, atom dan sebagainya. Namun sekarang kita akan membahas tentang energi mekanik. Dan lebih khusus lagi tentang energi kinetik dan potensial.
Energi kinetik dan potensial
Mekanika mempelajari pergerakan dan interaksi benda satu sama lain. Oleh karena itu, merupakan kebiasaan untuk membedakan dua jenis energi mekanik: energi akibat pergerakan benda, atau energi kinetik, dan energi akibat interaksi benda, atau energi potensial.
Dalam fisika, ada aturan umum yang menghubungkan energi dan usaha. Untuk mencari energi suatu benda, perlu dicari usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut ke keadaan tertentu dari nol, yaitu keadaan yang energinya nol.
Energi potensial
Dalam fisika, energi potensial adalah energi yang ditentukan oleh posisi relatif benda-benda atau bagian-bagian tubuh yang berinteraksi. Artinya, jika suatu benda diangkat ke atas tanah, maka ia mempunyai kemampuan untuk melakukan suatu usaha sambil jatuh.
Dan nilai yang mungkin dari usaha ini akan sama dengan energi potensial benda di ketinggian h. Untuk energi potensial rumusnya ditentukan dengan skema sebagai berikut:
A=Fs=Ft*h=mgh, atau Ep=mgh,
dimana Ep adalah energi potensial tubuh,
m berat badan,
h adalah tinggi badan dari atas tanah,
g percepatan jatuh bebas.
Selain itu, posisi apa pun yang nyaman bagi kita dapat diambil sebagai posisi nol benda, tergantung pada kondisi percobaan dan pengukuran yang dilakukan, tidak hanya pada permukaan bumi. Bisa berupa permukaan lantai, meja, dan sebagainya.
Energi kinetik
Dalam kasus ketika suatu benda bergerak di bawah pengaruh gaya, ia tidak hanya dapat, tetapi juga melakukan suatu usaha. Dalam fisika, energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat geraknya. Ketika suatu benda bergerak, ia mengeluarkan energi dan melakukan usaha. Untuk energi kinetik rumusnya dihitung sebagai berikut:
A = Fs = mas = m * v / t * vt / 2 = (mv^2) / 2, atau Eк = (mv^2) / 2,
dimana Ek adalah energi kinetik benda,
m berat badan,
v kecepatan tubuh.
Dari rumus tersebut jelas bahwa semakin besar massa dan kecepatan suatu benda maka semakin tinggi pula energi kinetiknya.
Setiap benda mempunyai energi kinetik atau energi potensial, atau keduanya sekaligus, seperti misalnya pesawat terbang.
Energi(dari bahasa Yunani energeie - aksi, aktivitas) adalah ukuran kuantitatif umum dari pergerakan dan interaksi semua jenis materi. Ini adalah kemampuan untuk melakukan usaha, dan usaha dilakukan ketika gaya fisik (tekanan atau gravitasi) bekerja pada suatu benda. Kerja adalah energi dalam tindakan.
Energi panas Ini banyak digunakan dalam industri modern dan kehidupan sehari-hari dalam bentuk energi uap, air panas, dan produk pembakaran bahan bakar.
Energi listrik merupakan salah satu jenis energi tercanggih karena sejumlah keunggulannya.
Energi listrik adalah bentuk energi paling bersih dan dapat diperoleh dari berbagai sumber primer (misalnya batu bara, minyak, gas, tenaga air, dan energi nuklir). Energi listrik memiliki sejumlah keunggulan yang tidak dapat disangkal dibandingkan jenis turunan energi lainnya - kemampuan untuk memperoleh hampir semua jumlah energi baik dari elemen seukuran kepala korek api maupun dari turbogenerator dengan kapasitas lebih dari 1000 MW, kesederhanaan komparatif dari transmisinya dari jarak jauh dan kemudahan konversi menjadi energi jenis lain. Masalah utamanya adalah penyimpanannya.
Penggunaannya lebih efisien dibandingkan bahan bakar fosil, karena memiliki keunggulan yang terkenal: kebersihan, kemudahan pengelolaan, dan ketersediaan. Listrik dapat digunakan jauh lebih efisien dan lebih tepat sasaran dibandingkan energi bahan bakar yang dibakar. Sistem pemanas listrik dicirikan oleh efisiensi teknis yang tinggi dan, meskipun biaya energinya lebih tinggi dibandingkan sumber energi lainnya, sistem ini lebih ekonomis karena biaya pengoperasian yang lebih rendah.
Energi listrik dan panas dihasilkan oleh:
- panas pembangkit listrik berbahan bakar fosil (CHP) yang menggunakan uap air dalam turbin – (unit turbin uap – STU), produk pembakaran – (unit turbin gas – GTU), kombinasinya – (unit uap dan gas – CCGT);
- hidrolik pembangkit listrik tenaga listrik (HPP) yang memanfaatkan energi aliran air jatuh, arus, dan pasang surut;
- atom pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) yang menggunakan energi peluruhan nuklir.
Pembangkit listrik tenaga panas dan nuklir. Diagram khas pembangkit listrik tenaga panas dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Pembangkit listrik kondensasi turbin uap dan pembangkit listrik dan panas gabungan (CHP) dengan gabungan pembangkit listrik dan panas.
Berdasarkan jenis energi yang dihasilkan:
pembangkit listrik termal , hanya menghasilkan listrik - pembangkit listrik kondensasi (CPS);
· pembangkit listrik termal yang menghasilkan energi listrik dan panas - gabungan pembangkit listrik dan panas (CHP).
Berdasarkan jenis mesin kalor:
· pembangkit listrik dengan turbin uap - pembangkit listrik tenaga panas turbin uap dan pembangkit listrik tenaga nuklir;
· pembangkit listrik dengan turbin gas - pembangkit listrik tenaga panas turbin gas;
· pembangkit listrik dengan unit siklus gabungan - pembangkit listrik termal siklus gabungan;
Pembangkit listrik tenaga panas (TPP) menghasilkan listrik sebagai hasil konversi energi panas yang dilepaskan ketika bahan bakar fosil (batubara, minyak, gas) dibakar.
Ketel dengan air dipasang di ruang mesin pembangkit listrik termal.
Saat bahan bakar terbakar, air di dalam boiler memanas hingga beberapa ratus derajat dan berubah menjadi uap.
Uap di bawah tekanan memutar bilah turbin, yang selanjutnya memutar generator.
Generator menghasilkan arus listrik.
Arus listrik memasuki jaringan listrik dan mengalir melaluinya ke pabrik, sekolah, rumah, dan rumah sakit.
Transmisi listrik dari pembangkit listrik melalui saluran listrik dilakukan pada tegangan 110-500 kilovolt, jauh lebih tinggi daripada tegangan generator.
Peningkatan tegangan diperlukan untuk mentransmisikan listrik dalam jarak jauh.
Maka tegangan perlu diturunkan kembali ke tingkat yang nyaman bagi konsumen.
Konversi tegangan terjadi pada gardu listrik dengan menggunakan trafo.
Dan panas dalam bentuk air panas berasal dari pembangkit listrik termal melalui pipa pemanas.
menara pendingin- alat untuk mendinginkan air di pembangkit listrik dengan udara atmosfer.
Ketel uap- unit tertutup untuk menghasilkan uap di pembangkit listrik dengan memanaskan air. Air dipanaskan dengan membakar bahan bakar.
Saluran listrik- saluran listrik. Dirancang untuk mentransmisikan listrik. Bedakan antara saluran listrik overhead (kabel yang direntangkan di atas tanah) dan saluran bawah tanah (kabel listrik).
Gambar 11 – Diagram skema TPP (a) dan CHP (b)
Saat ini, di pembangkit listrik tenaga panas dan pembangkit listrik tenaga panas gabungan, bersama dengan unit turbin uap (STU), unit gas siklus gabungan (CCGT) yang beroperasi sesuai skema gabungan semakin tersebar luas.
Pada CCGT tahap pertama dengan turbin gas, gas alam digunakan sebagai sumber energi utama dan fluida kerja, dan hasil pembakaran sebagai fluida kerja sekunder. Pada tahap kedua, sumber energinya adalah gas buang turbin, dan fluida kerjanya adalah uap yang dihasilkan dalam pembangkit uap dengan bantuannya.
Pembangkit listrik tenaga nuklir.
Pembangkit listrik tersebut beroperasi dengan prinsip yang sama dengan pembangkit listrik tenaga panas, tetapi menggunakan energi yang diperoleh selama peluruhan radioaktif untuk pembangkitan uap. Bijih uranium yang diperkaya digunakan sebagai bahan bakar.
Beras. 12. Diagram skema pembangkit listrik tenaga nuklir.
Dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga panas dan air, pembangkit listrik tenaga nuklir memiliki keunggulan yang serius: membutuhkan bahan bakar yang sedikit, tidak mengganggu sistem hidrologi sungai, dan tidak mengeluarkan gas pencemar ke atmosfer. Proses utama yang terjadi di pembangkit listrik tenaga nuklir adalah fisi terkendali uranium-235, yang melepaskan sejumlah besar panas. Bagian utama dari pembangkit listrik tenaga nuklir adalah reaktor nuklir, yang berperan untuk mempertahankan reaksi fisi yang berkelanjutan.
Bahan bakar nuklir - bijih yang mengandung 3% uranium 235; itu mengisi tabung baja panjang - elemen bahan bakar (batang bahan bakar). Jika banyak batang bahan bakar ditempatkan berdekatan, reaksi pemisahan akan dimulai. Agar reaksi dapat dikendalikan, batang kendali disisipkan di antara batang bahan bakar; dengan mendorongnya masuk dan keluar, Anda dapat mengontrol laju peluruhan uranium-235. Kompleks batang bahan bakar tetap dan pengatur bergerak adalah reaktor nuklir. Panas yang dihasilkan reaktor digunakan untuk merebus air dan menghasilkan uap, yang menggerakkan turbin pembangkit listrik tenaga nuklir untuk menghasilkan listrik.
33. Konversi energi matahari menjadi energi panas dan listrik. Tenaga angin dan tenaga air.
Kegunaan utama energi matahari adalah pasokan panas. Untuk konversi langsung energi matahari menjadi panas, instalasi pemanas matahari (SHS) telah dikembangkan dan digunakan secara luas dalam praktik untuk berbagai keperluan (pasokan air panas, pemanas dan pendingin udara di perumahan, umum, gedung resor kesehatan, pemanas air di kolam renang kolam dan berbagai proses produksi pertanian).
Menurut ahli meteorologi di Republik Belarus, 150 hari dalam setahun berawan, 185 hari berawan sebagian, dan 30 hari cerah, dan jumlah total jam sinar matahari di Belarus mencapai 1.200 jam di utara negara itu dan 1.300 di selatan. .
Pembangkit listrik tenaga surya adalah struktur yang terdiri dari banyak kolektor surya yang berorientasi ke arah Matahari. Setiap kolektor mentransmisikan energi matahari ke cairan pendingin, yang setelah berubah menjadi uap, dikumpulkan dari semua kolektor di pembangkit listrik pusat dan disuplai ke turbin generator listrik.
Gambar 13 - Urutan penerima radiasi matahari
untuk meningkatkan efektivitas dan biaya
Elemen utama dari sistem pemanas surya adalah penerima di mana radiasi matahari diserap dan energi ditransfer ke cairan. Gambar 13 secara skematis menunjukkan berbagai pilihan penerima energi surya. Pengalaman pengoperasian instalasi ini menunjukkan bahwa dalam sistem pasokan air panas tenaga surya, 40-60% dari kebutuhan tahunan bahan bakar organik dapat diganti, tergantung pada area lokasi, ketika air dipanaskan hingga 40...60 °C.
a) perairan terbuka di permukaan bumi; b) tangki terbuka, diisolasi secara termal dari tanah; c) tangki hitam; d) tangki hitam dengan bagian bawah berinsulasi panas; e) pemanas hitam tertutup,
f) pemanas aliran logam dengan penutup kaca;
g) pemanas aliran logam dengan dua penutup kaca; h) sama, dengan permukaan selektif; i) sama dengan ruang hampa.
Pemanas udara adalah alat penerima yang memiliki permukaan serapan berwarna hitam berpori atau kasar yang memanaskan udara yang masuk, yang kemudian dialirkan ke konsumen.
Kolektor surya termasuk penerima, menyerap radiasi matahari, dan pusat, yaitu sistem optik yang mengumpulkan radiasi matahari dan mengarahkannya ke penerima. Konsentrator paling sering berupa cermin berbentuk parabola, di fokusnya terdapat penerima radiasi. Ia terus berputar, memberikan orientasi ke Matahari.
Konverter fotolistrik adalah perangkat yang pengoperasiannya didasarkan pada penggunaan efek fotolistrik, sebagai akibatnya, ketika suatu zat disinari dengan cahaya, elektron dilepaskan dari logam (emisi fotolistrik atau efek fotolistrik eksternal), muatan bergerak melintasi antarmuka logam. semikonduktor dengan berbagai jenis konduktivitas (efek fotolistrik gerbang), dan perubahan konduktivitas listrik (fotokonduktivitas). Metode konversi fotovoltaik energi matahari menjadi energi listrik digunakan untuk memberi daya pada konsumen dalam rentang daya yang luas: dari generator mini untuk jam tangan dan kalkulator dengan daya beberapa watt hingga pembangkit listrik pusat dengan daya beberapa megawatt.
Tenaga angin adalah bidang teknologi yang menggunakan energi angin untuk menghasilkan energi, dan perangkat yang mengubah energi angin menjadi bentuk energi mekanik, listrik, atau termal yang berguna disebut pembangkit listrik tenaga angin(turbin angin), atau turbin angin, dan bersifat otonom
Energi angin telah digunakan dalam instalasi mekanis seperti pabrik dan pompa air selama berabad-abad. Setelah kenaikan tajam harga minyak pada tahun 1973, minat terhadap instalasi semacam itu meningkat tajam. Sebagian besar instalasi yang ada dibangun pada akhir tahun 70an - awal tahun 80an pada tingkat teknis modern dengan penggunaan ekstensif pencapaian terbaru di bidang aerodinamika, mekanika, dan mikroelektronika untuk pemantauan dan pengendalian. Turbin angin dengan kapasitas mulai dari beberapa kilowatt hingga beberapa megawatt diproduksi di Eropa, Amerika Serikat, dan belahan dunia lainnya. Sebagian besar instalasi ini digunakan untuk menghasilkan listrik, baik dalam sistem tenaga terpadu maupun dalam mode otonom.
Salah satu syarat utama ketika merancang turbin angin adalah memastikan perlindungannya dari kehancuran akibat hembusan angin acak yang sangat kuat. Di setiap wilayah, rata-rata setiap 50 tahun sekali terjadi angin dengan kecepatan 5-10 kali lebih tinggi dari rata-rata, sehingga turbin angin harus dirancang dengan margin keamanan yang besar. Daya desain maksimum turbin angin ditentukan untuk kecepatan angin standar tertentu, biasanya diambil sebesar 12 m/s.
Pembangkit listrik tenaga angin terdiri dari kincir angin, generator arus listrik, struktur untuk memasang kincir angin pada ketinggian tertentu dari permukaan tanah, dan sistem untuk mengontrol parameter listrik yang dihasilkan tergantung pada perubahan kekuatan dan kecepatan angin. dari putaran roda.
Turbin angin diklasifikasikan berdasarkan dua karakteristik utama: geometri roda angin dan posisinya relatif terhadap arah angin. Jika sumbu putar kincir angin sejajar dengan aliran udara, maka pemasangannya disebut aksial horizontal, jika tegak lurus disebut aksial vertikal.
Prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga angin adalah sebagai berikut. Roda angin, menerima energi angin, berputar melalui sepasang roda gigi bevel dan, menggunakan poros vertikal yang panjang, mentransfer energinya ke poros transmisi horizontal bawah dan kemudian melalui sepasang roda gigi bevel kedua dan penggerak sabuk ke generator listrik atau mekanisme lainnya.
Karena masa tenang tidak dapat dihindari, untuk menghindari gangguan pasokan listrik, turbin angin harus memiliki baterai energi listrik atau diparalelkan, dalam keadaan tenang, dengan jenis pembangkit listrik lainnya.
Program energi Republik Belarus hingga tahun 2010 memberikan arahan utama penggunaan sumber daya energi angin dalam waktu dekat untuk digunakan sebagai penggerak unit pompa dan sebagai sumber energi untuk motor listrik. Aplikasi ini ditandai dengan persyaratan minimal untuk kualitas energi listrik, yang memungkinkan penyederhanaan dan pengurangan biaya pembangkit listrik tenaga angin secara signifikan. Penggunaannya dalam kombinasi dengan pembangkit listrik tenaga air kecil untuk memompa air dianggap sangat menjanjikan. Penggunaan pembangkit listrik tenaga angin untuk mengangkat air, pemanas air listrik dan pasokan listrik ke konsumen otonom diperkirakan meningkat menjadi 15 MW dari kapasitas terpasang pada tahun 2010, yang akan menghemat 9 ribu ton bahan bakar per tahun.
Pembangkit listrik tenaga air.
Pembangkit listrik tenaga air merupakan cabang ilmu pengetahuan dan teknologi dalam pemanfaatannya air yang menggerakkan energi(biasanya sungai) untuk menghasilkan energi listrik dan terkadang mekanik. Ini adalah bidang energi terbarukan yang paling berkembang.
Pembangkit listrik tenaga air adalah kompleks dari berbagai struktur dan peralatan, yang penggunaannya memungkinkan untuk mengubah energi air menjadi listrik. Struktur hidrolik menyediakan konsentrasi aliran air yang diperlukan, dan proses lebih lanjut dilakukan dengan menggunakan peralatan yang sesuai.
Pembangkit listrik tenaga air dibangun di sungai dengan membangun bendungan dan waduk.
Pada pembangkit listrik tenaga air, energi kinetik air yang jatuh digunakan untuk menghasilkan listrik. Turbin dan generator mengubah energi air menjadi energi mekanik dan kemudian menjadi listrik. Turbin dan generator dipasang di bendungan itu sendiri atau di dekatnya.
Beras. 14. Diagram skema pembangkit listrik tenaga air.
Apa konsep “energi” yang sering kita gunakan? "Energi" (Yunani ενεργια - aksi, aktivitas) adalah ukuran kuantitatif umum dari berbagai bentuk gerak materi. Pada umumnya, konsep energi, gagasan tentang energi, adalah buatan dan diciptakan khusus sebagai hasil pemikiran kita tentang dunia di sekitar kita. Berbeda dengan materi yang dapat dikatakan ada, energi merupakan buah pemikiran manusia, “penemuan”-nya, dibangun sedemikian rupa sehingga mampu menggambarkan berbagai perubahan di dunia sekitar dan sekaligus berbicara tentang dunia. keteguhan, kekekalan yang -apa yang disebut energi. Untuk besaran fisis ini, istilah “gaya hidup” yang diperkenalkan oleh I. Newton telah digunakan sejak lama. Untuk pertama kalinya dalam sejarah, Robert Mayer memasukkan arti “energi” ke dalam konsep “kekuatan hidup” bahkan tanpa mengucapkan kata ini dalam artikelnya “Remarks on the force of inanimate nature,” yang diterbitkan pada tahun 1842. Istilah khusus "energi" diperkenalkan pada tahun 1807 oleh fisikawan Inggris Thomas Young dan menunjukkan besaran yang sebanding dengan massa dan kuadrat kecepatan suatu benda yang bergerak. Istilah “energi” dalam pengertian modern diperkenalkan ke dalam ilmu pengetahuan oleh William Thomson (Lord Kelvin) pada tahun 1860.
Energi memanifestasikan dirinya dalam berbagai bentuk pergerakan materi yang memenuhi seluruh ruang kosmik. Sifat yang melekat pada semua jenis energi dan menyatukannya adalah kemampuan setiap jenis energi untuk berubah, dalam kondisi tertentu, menjadi jenis lain dalam rasio kuantitatif yang ditentukan secara ketat. Nama properti ini - "hukum kekekalan dan transformasi energi" - diperkenalkan ke dalam sirkulasi ilmiah oleh F. Engels, yang memungkinkan untuk mengukur semua jenis energi dalam satuan yang sama. Joule diambil sebagai satuan (1 J = 1 H m = 1 kg m 2 / s 2). Pada saat yang sama, untuk mengukur jumlah panas, satuan "lama" digunakan - 1 kal (kalori), untuk mengukur energi mekanik - nilai 1 kgm = 9,8 J, energi listrik - 1 kW h = 3,6 MJ, sedangkan 1 J = 1 W s.
Hampir semua jenis energi yang dibahas dalam termodinamika teknis, kecuali panas, mewakili energi gerak terarah. Dengan demikian, energi mekanik memanifestasikan dirinya dalam pergerakan benda yang dapat diamati secara langsung yang memiliki arah tertentu dalam ruang (pergerakan gas melalui pipa, penerbangan proyektil, rotasi poros, dll.). Energi listrik memanifestasikan dirinya dalam pergerakan laten elektron sepanjang konduktor (arus listrik). Energi panas dinyatakan dalam gerak kacau molekuler dan intramolekul, mewakili energi gerak kacau atom dan molekul suatu zat. Energi panas gas memanifestasikan dirinya dalam gerakan vibrasi, rotasi, dan translasi molekul, yang secara konstan mengubah kecepatannya dalam besaran dan arahnya. Dalam hal ini, setiap molekul dapat bergerak secara acak di seluruh volume gas. Dalam benda padat, energi panas memanifestasikan dirinya dalam getaran molekul dan atom relatif terhadap posisi yang ditentukan oleh struktur kristal suatu zat dalam cairan, dalam getaran dan pergerakan molekul atau kompleksnya. Oleh karena itu, perbedaan mendasar antara energi panas dan jenis energi lainnya adalah bahwa energi tersebut merupakan energi gerak kacau dan bukan gerak terarah. Akibatnya, transformasi energi panas menjadi segala jenis energi gerak terarah memiliki ciri khas tersendiri, yang kajiannya merupakan salah satu tugas utama termodinamika teknis.
Setiap benda di keadaan mana pun secara bersamaan dapat memiliki jenis energi yang berbeda, termasuk energi termal, mekanik, listrik, kimia, intranuklir, serta energi potensial dari berbagai medan fisik (gravitasi, magnet, listrik). Jumlah semua jenis energi yang dimiliki suatu benda adalah energi totalnya.
Energi panas, kimia, dan intranuklir merupakan bagian dari energi internal tubuh. Semua jenis energi lain yang terkait dengan pergerakan suatu benda, serta energi potensial medan fisik eksternal, termasuk dalam energi eksternalnya. Misalnya, energi eksternal proyektil terbang di zona aksi gaya gravitasi akan menjadi jumlah kinetiknya E k dan energi potensial medan gravitasi E p.g. Jika gas atau cairan bergerak dalam aliran terus menerus di dalam pipa, maka energi eksternalnya juga ikut menyala mendorong energi, kadang-kadang dipanggil energi tekananE pr.
Oleh karena itu, energi eksternal adalah jumlahnya
E dalam n = E k + Σ E p i + E p r, di mana E p i adalah energi potensial medan ke-i (magnet, elektrostatik, dll.).
Energi dalam suatu benda U dapat direpresentasikan sebagai terdiri dari dua bagian: energi panas dalam UT dan U 0 - energi nol internal suatu benda yang didinginkan secara kondisional hingga suhu nol mutlak:
kamu=kamu 0 +kamu .
Energi panas internal adalah bagian dari total energi internal suatu benda yang berhubungan dengan pergerakan kacau termal molekul dan atom dan dapat dinyatakan melalui suhu benda dan parameter lainnya. Karena suhu benda nyata hanya mencerminkan sebagian energi panas internalnya, perubahan energi panas internal juga dapat terjadi pada suhu benda yang konstan. Contohnya adalah proses penguapan, peleburan, sublimasi, di mana terjadi transformasi fasa dan derajat keacakan gerak molekul berubah.
Jadi, energi total suatu benda dalam kasus umum dapat direpresentasikan sebagai jumlah nol internal U 0 , termal internal U T , energi kinetik eksternal E k, total energi potensial eksternal Σ E pi dan energi dorong E p : E = U 0 +U T +E k + Σ E pi +E p r .
Masing-masing komponen energi total ini, dalam kondisi tertentu, dapat diubah menjadi satu sama lain. Misalnya, dalam reaksi kimia terjadi konversi timbal balik dari U 0 menjadi U T . Jika reaksinya eksotermik, maka sebagian energi nol diubah menjadi panas. Energi titik nol dari zat yang dihasilkan ternyata lebih kecil dari energi awal - terjadi “pelepasan panas”. Dalam reaksi endotermik, fenomena sebaliknya diamati: energi nol meningkat karena penurunan energi panas - terjadi “penyerapan panas”.
Dalam proses yang tidak berhubungan dengan perubahan komposisi kimia suatu zat, energi titik nol tidak berubah dan tetap konstan. Dalam kondisi ini, hanya energi panas internal yang berubah. Hal ini memungkinkan kita untuk memperhitungkan dalam berbagai persamaan perhitungan hanya perubahan energi panas internal, yang selanjutnya kita sebut saja energi dalam U. Jika benda homogen bermassa m memiliki energi dalam U, maka energi dalam 1 kg ini tubuh adalah u=U/m.
Besarannya disebut energi dalam tertentu dan diukur dalam J/kg.
Energi kinetik luar (J) adalah energi gerak translasi suatu benda secara keseluruhan dan dinyatakan dengan rumus
E к =mw 2 /2, dimana m – berat badan, kg; w – kecepatan gerakan, m/s.
Energi potensial eksternal sebagai energi aksi terarah medan statis dapat dinyatakan dalam kemungkinan kerja setiap medan dari posisi tertentu hingga nol. Jadi, energi potensial medan gravitasi dinyatakan sebagai produk gaya gravitasi mg benda ini dan tingginya H di atas nol acuan:
Di sini ketinggian H mewakili koordinat yang sesuai.
Energi dorong E p adalah energi tambahan suatu zat yang timbul dalam sistem karena pengaruh bagian lain dari sistem terhadapnya, yang mencoba mendorong zat tersebut keluar dari bejana yang ditempati. Jadi, ketika gas (atau uap) mengalir melalui pipa atau saluran apa pun dalam kondisi aliran kontinu, setiap kilogram gas ini, selain energi kinetik dan potensial internal dan eksternal, memiliki energi dorong tambahan yang dibawa oleh dirinya sendiri:
E pr.
=p υ ,
dimana p – tekanan spesifik; υ – volume spesifik (volume 1 kg massa suatu zat).
Untuk gas, uap, dan cairan dalam suatu aliran, nilai p υ (atau pV untuk m kg zat) menentukan bagian integralnya
energi. Oleh karena itu, untuk zat yang mengalir terus menerus, parameter penentunya bukan lagi energi dalam U, melainkan jumlah U+pV=I, yang disebut entalpi.
Untuk 1 kg zat i =u+ p υ, dimana i dalam J/kg. Energi i yang sama dimiliki oleh 1 kg gas yang berada di dalam silinder ketika dipindahkan oleh piston.
