Technologia energetyczna - Energy technology
Technologia energetyczna to interdyscyplinarna nauka inżynierska zajmująca się wydajnym, bezpiecznym, przyjaznym dla środowiska i ekonomicznym wydobyciem, konwersją, transportem, przechowywaniem i wykorzystaniem energii , ukierunkowaną na uzyskanie wysokiej wydajności przy jednoczesnym omijaniu skutków ubocznych dla ludzi, przyrody i środowisko.
Energia jest dla ludzi ogromną potrzebą, a jako rzadki zasób jest przyczyną konfliktów politycznych i wojen. Gromadzenie i wykorzystywanie zasobów energetycznych może być szkodliwe dla lokalnych ekosystemów i może mieć globalne skutki.
Energia to także zdolność do wykonywania pracy. Możemy czerpać energię z jedzenia. Energia może przybierać różne formy, takie jak kinetyczna, potencjalna, mechaniczna, cieplna, świetlna itp. Energia jest potrzebna jednostkom i całemu społeczeństwu do oświetlenia, ogrzewania, gotowania, biegania, przemysłu, obsługi transportu i tak dalej. Zasadniczo istnieją dwa rodzaje energii w zależności od źródła; 1. Odnawialne Źródła Energii 2. Nieodnawialne Źródła Energii
Dziedziny interdyscyplinarne
Jako nauka interdyscyplinarna Technologia energetyczna jest powiązana z wieloma interdyscyplinarnymi dziedzinami na różne, nakładające się sposoby.
- Fizyka dla termodynamiki i fizyki jądrowej
- Chemii dla paliwa , spalania , zanieczyszczenie powietrza , gazów spalinowych , baterii techniki i ogniwach paliwowych .
- Inżynieria elektryczna
- Inżynieria , często dla maszyn wykorzystujących energię płynów, takich jak silniki spalinowe , turbiny, pompy i sprężarki .
- Geografia dla energii geotermalnej i poszukiwania zasobów.
- Górnictwo , petrochemiczne i kopalne .
- Rolnictwo i leśnictwo , dla źródeł energii odnawialnej .
- Meteorologia dla energetyki wiatrowej i słonecznej .
- Wody i drogi wodne , dla elektrowni wodnych .
- Gospodarka odpadami , wpływ na środowisko.
- Transport , dla energooszczędnych systemów transportowych.
- Badania środowiskowe , służące do badania wpływu zużycia i produkcji energii na środowisko , przyrodę i zmiany klimatyczne .
- (Technologia Oświetlenia), do wnętrz i na zewnątrz Naturalne i sztuczne projektowanie oświetlenia, instalacje i oszczędność energii
- (Analiza kosztów/korzyści energii), dla prostego zwrotu kosztów i kosztów cyklu życia zalecanych środków efektywności energetycznej/ochrony
Inżynieria elektryczna
.jpg)
Elektroenergetyka zajmuje się wytwarzaniem i wykorzystaniem energii elektrycznej , co może wiązać się z badaniem maszyn takich jak generatory , silniki elektryczne i transformatory . Infrastruktura obejmuje podstacje i stacje transformatorowe , linie energetyczne i kabel elektryczny . Zarządzanie obciążeniem i zarządzanie energią w sieciach ma znaczący wpływ na ogólną efektywność energetyczną. Ogrzewanie elektryczne jest również szeroko stosowane i badane.
Termodynamika
Termodynamika zajmuje się podstawowymi prawami przemiany energii i jest zaczerpnięta z fizyki teoretycznej .
Energia cieplna i chemiczna
Energia cieplna i chemiczna przeplatają się z chemią i badaniami środowiskowymi . Spalanie wiąże się z wszelkiego rodzaju palnikami i silnikami chemicznymi , rusztami i spalarniami wraz z ich efektywnością energetyczną, zanieczyszczeniem i bezpieczeństwem eksploatacji.
Technologia oczyszczania spalin ma na celu zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza za pomocą różnych metod czyszczenia mechanicznego, termicznego i chemicznego. Technologia kontroli emisji to dziedzina inżynierii procesowej i chemicznej . Technologia kotłowa zajmuje się projektowaniem, budową i eksploatacją kotłów i turbin parowych (stosowanych również w energetyce jądrowej, patrz niżej), zaczerpniętych z mechaniki stosowanej i inżynierii materiałowej .
Konwersja energii ma związek z silnikami spalinowymi, turbinami, pompami, wentylatorami itd., które są wykorzystywane do transportu, energii mechanicznej i wytwarzania energii. Wysokie obciążenia termiczne i mechaniczne powodują obawy związane z bezpieczeństwem eksploatacji, które są rozwiązywane przez wiele dziedzin inżynierii stosowanej.
Energia nuklearna
Technologie jądrowe dotyczy elektrowni atomowej produkcji z reaktorów jądrowych , wraz z przetwarzania paliwa jądrowego i składowania odpadów promieniotwórczych, z wykorzystaniem stosowanych fizyki jądrowej , chemii jądrowej i promieniowania nauki.
Wytwarzanie energii jądrowej od kilkudziesięciu lat budzi w wielu krajach kontrowersje polityczne, ale energia elektryczna wytwarzana w wyniku rozszczepienia jądrowego ma znaczenie ogólnoświatowe. Istnieją duże nadzieje, że technologie termojądrowe pewnego dnia zastąpią większość reaktorów jądrowych, ale jest to nadal obszar badawczy fizyki jądrowej .
Energia odnawialna
Energia odnawialna ma wiele gałęzi.
Energia słoneczna
- Energia fotowoltaiczna pobiera energię elektryczną z promieniowania słonecznego przez ogniwa słoneczne , lokalnie lub w dużych elektrowniach fotowoltaicznych i wykorzystuje technologię półprzewodnikową .
- Ogrzewanie słoneczne wykorzystuje panele słoneczne, które gromadzą ciepło ze światła słonecznego do ogrzewania budynków i wody.
- Energia słoneczna wytwarza energię elektryczną poprzez konwersję ciepła słonecznego.
Moc wiatru
Turbiny wiatrowe przekształcają energię wiatru w energię elektryczną, łącząc wirujący wirnik z generatorem. Turbiny wiatrowe czerpią energię z prądów atmosferycznych i są projektowane z wykorzystaniem aerodynamiki oraz wiedzy zaczerpniętej z inżynierii mechanicznej i elektrycznej. Wiatr przechodzi przez aerodynamiczne łopaty wirnika, tworząc obszar o wyższym ciśnieniu i obszar o niższym ciśnieniu po obu stronach łopaty. Siły podnoszenia i oporu powstają w wyniku różnicy ciśnienia powietrza. Siła nośna jest silniejsza niż siła oporu; dlatego wirnik, który jest połączony z generatorem, obraca się. Energia jest następnie tworzona w wyniku zmiany siły aerodynamicznej na obrót generatora.
Uznawana za jedno z najbardziej wydajnych źródeł energii odnawialnej, energia wiatrowa staje się coraz bardziej istotna i wykorzystywana na świecie. Energetyka wiatrowa nie zużywa wody do produkcji energii, co czyni ją dobrym źródłem energii dla obszarów ubogich w wodę. Energię wiatrową można by również wytwarzać, nawet jeśli klimat zmieni się zgodnie z obecnymi przewidywaniami, ponieważ opiera się wyłącznie na wietrze.
Geotermalna
Głęboko w Ziemi znajduje się warstwa stopionej skały, która wytwarza ekstremalne ciepło, zwana magmą. Bardzo wysokie temperatury z magmy ogrzewają pobliskie wody gruntowe. Istnieją różne technologie, które zostały opracowane w celu skorzystania z takiego ciepła, na przykład zastosowanie różnych typów elektrowni (suchych, błyskowych lub binarnych), pomp ciepła lub studni. Te procesy wykorzystania ciepła obejmują infrastrukturę, która w takiej czy innej formie ma turbinę, która jest napędzana gorącą wodą lub wytwarzaną przez nią parą. Wirująca turbina, połączona z generatorem, wytwarza energię. Nowsza innowacja polega na zastosowaniu płytkich systemów z zamkniętą pętlą, które pompują ciepło do i z konstrukcji, wykorzystując stałą temperaturę gleby o głębokości około 3 metrów.
Energia wodna
Energia wodna czerpie energię mechaniczną z rzek, fal oceanicznych i pływów . Inżynieria lądowa i wodna służy do nauki i budowania zapór , tuneli , dróg wodnych i przybrzeżnych poprzez zarządzanie zasobami hydrologii i geologii . Turbina wodna o niskiej prędkości obracana przez przepływającą wodę może zasilać generator elektryczny do produkcji energii elektrycznej.
Bioenergia
Bioenergia zajmuje się pozyskiwaniem, przetwarzaniem i wykorzystaniem biomasy uprawianej w produkcji biologicznej, rolnictwie i leśnictwie, z której elektrownie mogą czerpać spalane paliwo. Etanol , metanol (oba kontrowersyjne) lub wodór do ogniw paliwowych można uzyskać z tych technologii i wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej.
Technologii wspomagających
Pompy ciepła i magazynowanie energii cieplnej to klasy technologii, które mogą umożliwić wykorzystanie odnawialnych źródeł energii , które w innym przypadku byłyby niedostępne ze względu na zbyt niską temperaturę do wykorzystania lub odstęp czasowy między momentem, kiedy energia jest dostępna, a momentem, kiedy jest potrzebna. Podnosząc temperaturę dostępnej odnawialnej energii cieplnej, pompy ciepła mają dodatkową właściwość wykorzystywania mocy elektrycznej (lub w niektórych przypadkach mechanicznej lub cieplnej) poprzez wykorzystanie jej do pozyskiwania dodatkowej energii ze źródła niskiej jakości (takiego jak woda morska, woda jeziorna, ziemi, powietrza lub ciepła odpadowego z procesu).
Technologie magazynowania ciepła umożliwiają przechowywanie ciepła lub zimna przez okresy od godzin lub nocy do okresu międzysezonowego i mogą obejmować magazynowanie energii jawnej (tj. poprzez zmianę temperatury medium) lub energii utajonej (tj. poprzez zmiany fazy medium , np. między wodą a błotem pośniegowym lub lodem). Krótkoterminowe magazyny ciepła mogą być wykorzystywane do redukcji szczytów w sieciach ciepłowniczych lub systemach dystrybucji energii elektrycznej. Rodzaje odnawialnych lub alternatywnych źródeł energii, które można włączyć, obejmują energię naturalną (np. gromadzoną przez kolektory słoneczno-termiczne lub suche chłodnie kominowe wykorzystywane do gromadzenia zimowego chłodu), energię odpadową (np. z urządzeń HVAC, procesów przemysłowych lub elektrowni) lub nadwyżki energii (np. sezonowo z projektów hydroenergetycznych lub okresowo z farm wiatrowych). Społeczność Drake Landing Solar Community (Alberta, Kanada) jest przykładem. Odwiertowe magazynowanie energii cieplnej pozwala gminie pozyskiwać 97% całorocznego ciepła z kolektorów słonecznych na dachach garaży, z czego większość ciepła zbierana jest latem. Rodzaje magazynów energii jawnej obejmują izolowane zbiorniki, skupiska otworów wiertniczych w podłożach od żwiru po podłoże skalne, głębokie warstwy wodonośne lub płytko wyłożone doły, które są izolowane od góry. Niektóre typy magazynów są w stanie magazynować ciepło lub zimno pomiędzy przeciwległymi porami roku (szczególnie, jeśli są bardzo duże), a niektóre aplikacje magazynowe wymagają zastosowania pompy ciepła . Ciepło utajone jest zwykle magazynowane w zbiornikach lodowych lub tak zwanych materiałach przemiany fazowej (PCM).