Elektrárna - Power plant engineering

Typické chladicí věže jaderné elektrárny

Elektrárna nebo elektrárna je divizí energetika, a je definován jako "technika a technologie požadované pro Výroba z centrální stanice elektrická energie."[1] Tato oblast je zaměřena na výrobu energie pro průmyslová odvětví a komunity, nikoli pro výrobu energie pro domácnost. Tento obor je interdisciplinární obor s využitím teoretického základu obou mechanické a elektrotechnika. Inženýrský aspekt řízení elektrárny se vyvinul s technologií a stal se postupně komplikovanějším. Zavedení jaderná technologie a pokrok dalších existujících technologií umožnil vytváření moci více způsoby a ve větším měřítku, než bylo dříve možné. Přiřazení různých typů inženýrů k návrhu, konstrukci a provozu nové elektrárny závisí na typu budovaného systému, například na tom, zda se jedná o fosilní palivo. tepelná elektrárna, jaderná elektrárna, vodní elektrárna nebo solární elektrárna.

Dějiny

Stanice Pearl Street 1882

Inženýrství elektráren začalo svou činnost v 18. století, kdy jednotlivé továrny zajišťovaly malé systémy elektrická energie. Původně jediný zdroj energie pocházel z DC, nebo stejnosměrný proud, systémy.[2] I když to bylo vhodné pro podnikání, elektřina nebyla pro většinu veřejného orgánu přístupná. Během těchto časů uhlí pohánělo Parní motor bylo nákladné provozovat a neexistoval způsob, jak by se energie mohla přenášet na vzdálenosti. Vodní elektřina byla jednou z nejvyužívanějších forem výroby energie jako vodní mlýny lze použít k vytvoření energie pro přenos do malých měst.[2]

To nebylo až do zavedení AC, nebo střídavý proud, energetické systémy což umožnilo vznik elektráren, jak je známe dnes. Střídavé systémy umožňovaly přenos energie na větší vzdálenosti, než umožňovaly stejnosměrné systémy, a tak bylo možné vytvářet velké elektrárny. Jedním z předků dálkového přenosu energie byl Lauffen do frankfurtské elektrárny která trvala 109 mil.[3] Lauffen-Frankfurt předvedl jak třífázový výkon lze efektivně použít k přenosu energie na velké vzdálenosti.[3][4] Třífázová energie byla potomky let výzkumu v distribuci energie a Lauffen-Frankfurt byl první výstavou, která ukázala svůj skutečný potenciál pro budoucí mě = ": 0" />

Inženýrské znalosti potřebné k provádění těchto úkolů vyžadují pomoc v několika oblastech strojírenství, včetně mechanických, elektrických, jaderný a stavební inženýři. Když elektrárny vznikaly a přicházely, inženýrské úkoly potřebné k vytvoření těchto zařízení spočívaly hlavně ve strojních, stavebních a elektrických inženýrech.[2] Tyto disciplíny umožňovaly plánování a výstavbu elektráren. Když však byly vytvořeny jaderné elektrárny, zavedlo jaderné inženýry, aby provedli výpočty nezbytné k zachování bezpečnostních standardů.[5]

Hlavní zásady

První zákon termodynamiky

Jednoduše řečeno, první zákon termodynamiky tvrdí, že energie nelze vytvořit ani zničit; výkon však lze převést z jedné formy energie na jinou formu energie. To je zvláště důležité při výrobě energie, protože výroba energie téměř ve všech typech elektráren závisí na použití a generátor.[4] K převodu se používají generátory mechanická energie do elektrické energie; například, větrné turbíny využívají velkou lopatku připojenou k hřídeli, který při otáčení generátorem otáčí. Generátor poté vytváří elektřinu v důsledku interakce vodiče v magnetickém poli. V tomto případě je mechanická energie generovaná větrem přeměněna prostřednictvím generátoru na elektrickou energii. Většina elektráren spoléhá na tyto přeměny při vytváření využitelné elektrické energie.[6]

Druhý zákon termodynamiky

The druhý zákon termodynamiky konceptualizuje, že entropie uzavřeného systému se nikdy nemůže snížit. Protože se zákon týká elektráren, stanoví, že teplo má proudit z těla při vysoké teplotě do těla při nízké teplotě (zařízení, ve kterém se vyrábí elektřina).[4] Tento zákon je zvláště relevantní tepelné elektrárny které odvozují svoji energii z spalování a palivo zdroj.[1]

Druhy elektráren

Všechny elektrárny jsou vytvářeny se stejným cílem: vyrábět elektrickou energii co nejúčinněji. Jak se však technologie vyvíjela, vyvinuly se také zdroje energie používané v elektrárnách.[1] Zavedení více obnovitelných / udržitelných forem energie způsobilo zvýšení zlepšení a vytvoření některých elektráren.[1]

Vodní elektrárny

Vodní přehrada

Vodní elektrárny generovat energii pomocí síly vody k otáčení generátorů. Lze je rozdělit do tří různých typů; zabavení, odklon a přečerpání.[7] Zabavení a odklonění vodní elektrárny fungují podobně v tom, že každá zahrnuje vytvoření bariéry, která brání toku vody nekontrolovatelnou rychlostí, a poté řízení průtoku vody procházející turbínami za účelem výroby elektřiny na ideální úrovni. Výpočet průtoků a další objemové výpočty nutné k zapnutí generátorů podle specifikací elektrotechniků mají na starosti strojní inženýři. Přečerpávací vodní elektrárny pracují podobným způsobem, ale fungují pouze ve špičce poptávky po energii. V klidných hodinách je voda čerpána do kopce, poté je ve špičkách uvolňována, aby proudila z vysoké do nízké nadmořské výšky, aby otočila turbíny.[8] Inženýrské znalosti potřebné k posouzení výkonu přečerpávacích vodních elektráren jsou velmi podobné znalostem vodních elektráren a nádrží.

Tepelné elektrárny

Uhlí se tlačí do uhelné elektrárny

Tepelné elektrárny jsou rozděleny do dvou různých kategorií; ty, které vyrábějí elektřinu spalováním paliva, a ty, které vyrábějí elektřinu spalovačem. Běžným příkladem tepelné elektrárny, která vyrábí elektřinu spotřebou paliva, je jaderná elektrárna. Jaderné elektrárny používají a jaderný reaktor zahřátím, aby se voda změnila na páru.[1] Tato pára je posílána turbínou, která je připojena k elektrickému generátoru pro výrobu elektřiny. Jaderné elektrárny tvoří 20% z Americká výroba elektřiny.[9] Dalším příkladem elektrárny na spalování paliv je uhelná elektrárna. Uhelné elektrárny generovat 50% dodávek elektřiny ve Spojených státech.[9] Uhelné elektrárny fungují podobně jako jaderné elektrárny v tom, že teplo ze spalujícího uhlí pohání parní turbínu a elektrický generátor.[1] V tepelné elektrárně pracuje několik typů inženýrů. Strojní inženýři udržují výkon tepelných elektráren a zároveň udržují elektrárny v provozu.[10] Jaderný inženýr obecně řeší palivovou účinnost a likvidaci jaderného odpadu; v jaderných elektrárnách však pracují přímo s jaderným zařízením.[11] Elektrotechnici se zabývají zařízením na výrobu energie i výpočty.[12]

Solární elektrárny

Solární pole

Solární elektrárny získávají energii ze slunečního světla, které je přístupné prostřednictvím fotovoltaika (PV). Fotovoltaické panely nebo solární panely, jsou konstruovány pomocí fotovoltaických článků, které jsou vyrobeny z oxid křemičitý materiály, které uvolňují elektrony, když se zahřívají tepelnou energií slunce. Nový tok elektronů generuje elektřinu v buňce.[13] I když jsou fotovoltaické elektrárny účinnou metodou výroby elektřiny, po deseti letech vyhoří, a proto je nutné je vyměnit; jejich účinnost, náklady na provoz a nedostatek hluk /fyzikální znečišťující látky učinit z nich jednu z nejčistších a nejméně nákladných forem energie.[1] Solární elektrárny vyžadují práci mnoha aspektů inženýrství; elektrotechnici jsou zvláště důležití při konstrukci solárních panelů a jejich připojení do sítě, počítačoví inženýři kódují samotné články, aby bylo možné účinně a efektivně vyrábět elektřinu, a stavební inženýři hrají velmi důležitou roli při určování oblastí, kde jsou solární elektrárny schopné nasbírejte nejvíce energie.[10]

Větrné elektrárny

Větrná elektrárna

Větrné elektrárny, známé také jako větrné turbíny, získávají svou energii z větru připojením generátoru k lopatkám ventilátoru a pomocí rotačního pohybu způsobeného vítr k napájení generátoru.[14] Poté je generovaná energie přiváděna zpět do energetické sítě. Větrné elektrárny lze realizovat na velkých otevřených plochách pevniny nebo na velkých vodních plochách, jako jsou oceány; jednoduše se spoléhají na to, že jsou v oblastech, které zažívají značné množství větru.[1] Technicky jsou větrné turbíny formou solární energie, protože se spoléhají na tlakové rozdíly způsobené nerovnoměrným ohřevem zemské atmosféry.[14] Větrné turbíny získávají znalosti od mechanických, elektrických a stavebních inženýrů. Znalost dynamiky tekutin pomocí mechanických inženýrů je zásadní pro stanovení životaschopnosti míst pro větrné turbíny.[15] Elektrotechnici zajišťují možnost výroby a přenosu energie.[12] Stavební inženýři jsou důležití při konstrukci a využívání větrných turbín.[16]

Vzdělávání

Inženýrství elektráren pokrývá široké spektrum inženýrských oborů. Pole může získávat informace od mechanických, elektrických, jaderných a stavebních inženýrů.

Mechanické

Strojní inženýři práce na údržbě a ovládání strojů, které slouží k napájení elektrárny.[11] Pro práci v této oblasti vyžadují strojní inženýři bakalářský titul v oboru Inženýrství a licence, které úspěšně absolvují zkoušku Professional Engineering Exam (PE) a Fundamental Engineering Exam (FE). Strojní inženýři mají další role, které je třeba vzít v úvahu na základě jejich kariéry. Při práci v tepelných elektrárnách se strojní inženýři starají o to, aby těžké stroje, jako jsou kotle a turbíny, pracovaly v optimálním stavu a aby se neustále generovala energie.[11] Strojní inženýři také pracují s provozem závodu. V jaderných a hydraulických elektrárnách inženýři pracují na zajištění údržby těžkých strojů a preventivní údržby.

Elektrický

Elektrotechnici pracovat s elektrickými spotřebiči a současně zajistit, aby elektronické přístroje a spotřebiče fungovaly ve společnosti a na úrovni státu.[12] Vyžadují licence pro složení zkoušky Professional Engineering (PE) a Fundamental Engineering Exam (FE). Je také výhodné, aby měli bakalářský titul schválený Akreditační rada Engineering and Technology, Inc. (ABET) a zkušenosti v terénu před získáním pozice na základní úrovni.

Jaderná

Jaderní inženýři vyvíjet a zkoumat metody, stroje a systémy týkající se záření a energie v subatomárních úrovních.[11] Vyžadují zkušenosti na místě a bakalářský titul v oboru strojírenství. Tito inženýři pracují v jaderných elektrárnách a pro práci v elektrárně vyžadují licence pro praxi. Vyžadují pracovní zkušenosti, složení odborné inženýrské zkoušky (PE), základní technické zkoušky (FE) a titulu z Akreditační rada pro strojírenství a technologie, Inc. (ABET) schválená škola.[11] Jaderní inženýři pracují s nakládáním s jaderným materiálem a provozem jaderné elektrárny. Tyto operace mohou sahat od nakládání s jadernými odpady, experimentů s jadernými materiály a konstrukce jaderného zařízení.[17]

Civilní

Stavební inženýři se zaměřuje na stavbu, výdaje a stavbu elektrárny.[18] Stavební inženýři vyžadují složení odborné inženýrské zkoušky (PE), základní technické zkoušky (FE) a titulu z Akreditační rada Engineering and Technology, Inc. (ABET) schválená škola.[18] Pracují na zajištění struktury elektrárny, umístění a designu a bezpečnosti elektrárny.

Sdružení

I když existuje mnoho rozdílů mezi výše uvedenými inženýrskými disciplínami, všechny pokrývají materiál související s teplo nebo přenos elektřiny. Získání titulu z NAVÁDĚT akreditovaná škola v kterékoli z těchto disciplín je nezbytná pro získání titulu elektrárenský inženýr.[19] Existuje také mnoho asociací, ke kterým se mohou kvalifikovaní inženýři připojit, včetně Americká společnost strojních inženýrů (ASME) Ústav elektrických a elektronických inženýrů (IEEE) a Americká společnost energetických inženýrů (ASOPE).

Pole

Provoz a údržba elektrárny spočívá v optimalizaci účinnosti a výkonu elektráren a zajištění dlouhodobého provozu.[20] Tyto elektrárny jsou velkého rozsahu a používají se k zásobování energií pro komunity a průmysl. Jednotlivé generátory elektrické energie pro domácnost nejsou zahrnuty.[1]

Návrh elektrárny spočívá v návrhu nových systémů elektrárny.[4] Existuje mnoho typů elektráren a každý typ vyžaduje pro vybudování moderního systému specifické odborné znalosti a interdisciplinární týmovou práci.[1]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j Weisman, Joel (1985). Moderní rostlinné inženýrství. Englewood Cliffs, New Jersey 07632: Prentice-Hall, Inc. ISBN  0-13-597252-3.CS1 maint: umístění (odkaz)
  2. ^ A b C Centrum, Copyright 2014 Edison Tech. „Historie elektrifikačních míst“. www.edisontechcenter.org. Citováno 2018-04-18.
  3. ^ A b Center, Copyright 2015 Edison Tech. „Lauffen to Frankfurt 1891“. www.edisontechcenter.org. Citováno 2018-04-18.
  4. ^ A b C d „Co jsou elektrárny?“. Brighthub Engineering. Citováno 2018-04-18.
  5. ^ „Co je to jaderné inženýrství?“. Živá věda. Citováno 2018-04-20.
  6. ^ „Jak funguje elektřina“. Jak věci fungují. 2004-05-28. Citováno 2018-04-20.
  7. ^ "Typy vodních elektráren | Oddělení energetiky". www.energy.gov. Citováno 2018-04-18.
  8. ^ USGS, Howard Perlman. „Hydroelectric Power: How it works, USGS Water-Science School“. water.usgs.gov. Citováno 2018-04-18.
  9. ^ A b "Klasifikace tepelné elektrárny". Citováno 2018-04-18.
  10. ^ A b Wagner, Vivian. „Inženýři, kteří pracují se solárním systémem“. Houston Chronicle. Citováno 20. dubna 2018.
  11. ^ A b C d E „Jaderní inženýři“. CollegeGrad. Citováno 20. dubna 2018.
  12. ^ A b C „Co dělá elektrotechnik?“. Sokanu. Citováno 20. dubna 2018.
  13. ^ „Solární energie má výhody jako zdroj alternativní energie“. 2009-10-09. Citováno 2018-04-18.
  14. ^ A b „Jak fungují větrné turbíny? | Oddělení energetiky“. www.energy.gov. Citováno 2018-04-18.
  15. ^ „Strojní inženýr“. Energetická účinnost a obnovitelná energie. Citováno 20. dubna 2018.
  16. ^ „Co dělá stavební inženýr?“. Sokanu. Citováno 20. dubna 2018.
  17. ^ „Co dělají jaderní inženýři“. Bureau of Labor Statistics. 13. dubna 2018. Citováno 20. dubna 2018.
  18. ^ A b "Stavební inženýři". Americký úřad pro statistiku práce. 13. dubna 2018. Citováno 20. dubna 2018.
  19. ^ „Jak se stát provozovatelem elektrárny: Průvodce kariérou“. Study.com. Citováno 2018-04-18.
  20. ^ "Elektrárna". english.spbstu.ru. Citováno 2018-04-03.

Brighthub Engineering. Citováno 2018-04-18.

externí odkazy