Энергетическое проектирование

Электростанция , сокращенно ТПТЛ , является отраслью энергетики и определяется как техника и технология, необходимые для производства электростанции. ^[1] Technique ориентирован на производство электроэнергии для промышленности и общества, а не только для производства электроэнергии в домашних условиях. Эта область представляет собой область дисциплины, использующую теоретические основы машиностроения и электротехники . Инженерные аспекты производства электроэнергии развиваются вместе с технологиями и становятся все более и более сложными. Внедрение ядерных технологий и другие существующие технологические достижения позволили создавать энергию более широкими способами и в больших масштабах, чем это было возможно раньше. Назначение инженеров разных типов для проектирования, строительства и эксплуатации новых электростанций в зависимости от типа строящейся системы, например, от того, работает ли она на ископаемом топливе , ядерной, гидроэнергетике или солнечной энергии.

История

Производство электростанций зародилось в 1800-х годах, когда отдельные заводы использовали небольшие системы для обеспечения электроэнергией . Первоначально единственным источником энергии были системы постоянного тока . ^[2] Хотя это подходило для бизнеса, электричество было недоступно для большей части государственных учреждений. В то время эксплуатация парового двигателя, работающего на угле , была дорогостоящей, и не было возможности передавать энергию на расстояния. Гидроэлектроэнергия была одной из наиболее используемых форм производства электроэнергии, поскольку водяные мельницы можно было использовать для производства электроэнергии для передачи в небольшие города. ^[2]

Только с появлением переменного тока или переменного тока , систем которые позволили создать электростанции, какими мы их знаем сегодня. Системы переменного тока позволяли передавать энергию на большие расстояния, чем позволяли системы постоянного тока, и, таким образом, можно было создать большие электростанции. Одним из прародителей передачи электроэнергии на большие расстояния была электростанция Лауффен-Франкфурт, протяженность которой составляла 109 миль. ^[3] Лауффен-Франкфурт продемонстрировал, как трехфазную мощность для передачи энергии на большие расстояния. можно эффективно применять ^[3]^[4] Трехфазное электричество стало результатом многолетних исследований в области распределения электроэнергии, и выставка в Лауффене-Франкфурте стала первой выставкой, продемонстрировавшей его реальный потенциал для будущего me=":0" />

Инженерные знания, необходимые для выполнения этих задач, требуют помощи специалистов из нескольких областей техники, включая инженеров-механиков, электротехников, атомщиков и инженеров-строителей . Когда только появились электростанции, инженерные задачи, необходимые для создания этих объектов, в основном состояли из инженеров-механиков, инженеров-строителей и электриков. ^[2] Эти дисциплины позволили планировать и строить электростанции. Но когда были созданы атомные электростанции, инженеры-ядерщики начали выполнять расчеты, необходимые для соблюдения стандартов безопасности. ^[5]

Руководящие принципы

Первый закон термодинамики

Проще говоря, первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена; однако мощность может быть преобразована из одной формы энергии в другую форму энергии. Это особенно важно в производстве электроэнергии, поскольку производство электроэнергии почти на всех типах электростанций зависит от использования генератора . ^[4] Генераторы используются для преобразования механической энергии в электрическую; например, в ветряных турбинах используется большая лопасть, соединенная с валом, который вращает генератор при вращении. Затем генератор вырабатывает электричество за счет взаимодействия проводника в магнитном поле. В этом случае механическая энергия, вырабатываемая ветром, преобразуется с помощью генератора в электрическую энергию. Большинство электростанций полагаются на эти преобразования для создания полезной электроэнергии. ^[6]

Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия закрытой системы никогда не может уменьшаться. Поскольку закон касается электростанций, он предписывает, чтобы тепло перетекало от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой (устройство, в котором вырабатывается электричество). ^[4] Этот закон особенно актуален для тепловых электростанций которые получают энергию от сгорания топлива , . ^[1]

Типы электростанций

Все электростанции созданы с одной целью: производить электроэнергию максимально эффективно. Однако по мере развития технологий менялись и источники энергии, используемые на электростанциях. ^[1] Внедрение более возобновляемых/устойчивых форм энергии привело к увеличению количества усовершенствований и созданию некоторых электростанций. ^[1]

Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию, используя силу воды для вращения генераторов. Их можно разделить на три разных типа; водохранилище, отвод и насосное хранилище. ^[7] Водохранилище и водозаборные гидроэлектростанции работают одинаково: каждая из них предполагает создание барьера, препятствующего потоку воды с неконтролируемой скоростью, а затем контроль скорости потока воды, проходящей через турбины, для выработки электроэнергии на идеальном уровне. Инженеры-гидравлики отвечают за расчет скорости потока и другие объемные расчеты, необходимые для приведения генераторов в соответствие со спецификациями инженеров-электриков. ^[8] Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции работают аналогичным образом, но работают только в часы пик спроса на электроэнергию. В спокойные часы вода перекачивается в гору, а в часы пик сбрасывается и течет с высокой точки на низкую для вращения турбин. ^[9] Инженерные знания, необходимые для оценки производительности гидроаккумулирующих электростанций, очень похожи на знания водохранилищ и отводных электростанций.

Тепловые электростанции

Тепловые электростанции делятся на две разные категории; те, которые производят электричество путем сжигания топлива, и те, которые производят электричество с помощью первичного двигателя. Типичным примером тепловой электростанции, которая производит электроэнергию за счет потребления топлива, является атомная электростанция. Атомные электростанции используют тепло ядерного реактора для превращения воды в пар. ^[1] Этот пар направляется через турбину, которая соединена с электрогенератором для выработки электроэнергии. На атомные электростанции приходится 20% производства электроэнергии в Америке . ^[10] Другим примером электростанции, сжигающей топливо, является угольная электростанция . Угольные электростанции производят 50% электроэнергии США. ^[10] Угольные электростанции работают аналогично атомным электростанциям: тепло горящего угля приводит в действие паровую турбину и электрогенератор. ^[1] На теплоэлектростанции работают несколько типов инженеров. Инженеры-механики поддерживают работоспособность тепловых электростанций, поддерживая станции в рабочем состоянии. ^[11] Инженер-ядерщик обычно занимается вопросами топливной эффективности и утилизации ядерных отходов; однако на АЭС работают напрямую с ядерным оборудованием. ^[12] Инженеры-электрики занимаются энергетическим оборудованием, а также расчетами. ^[13]

Солнечные электростанции

Солнечные электростанции получают энергию из солнечного света, который становится доступным благодаря фотоэлектрическим элементам (PV). Фотоэлектрические панели, или солнечные панели , построены с использованием фотоэлектрических элементов, которые изготовлены из кремнеземных материалов, которые выделяют электроны, когда они нагреваются тепловой энергией Солнца. Новый поток электронов генерирует электричество внутри клетки. ^[14] Хотя фотоэлектрические батареи являются эффективным методом производства электроэнергии, они перегорают через десять лет и, следовательно, их необходимо заменять; однако их эффективность, стоимость эксплуатации и отсутствие шума / физических загрязнителей делают их одним из самых чистых и наименее дорогих видов энергии. ^[1] Солнечные электростанции требуют работы многих инженерных аспектов; инженеры-электрики играют особенно важную роль в создании солнечных панелей и подключении их к сети, инженеры-компьютерщики кодируют сами элементы, чтобы можно было эффективно и результативно производить электроэнергию, а инженеры-строители играют очень важную роль в определении областей, где солнечные электростанции могут использоваться. собрать как можно больше энергии. ^[11]

Ветровые электростанции

Ветровые электростанции , также известные как ветряные турбины, получают энергию от ветра, подключая генератор к лопастям вентилятора и используя вращательное движение, вызванное ветром, для питания генератора. ^[15] Затем полученная мощность возвращается в электросеть. Ветроэнергетические установки могут быть установлены на больших открытых пространствах суши или на больших водоемах, таких как океаны; они полагаются на то, что находятся в районах со значительным ветром. ^[1] Технически ветряные турбины представляют собой разновидность солнечной энергии, поскольку они полагаются на перепады давления, вызванные неравномерным нагревом атмосферы Земли. ^[15] Ветровые турбины требуют знаний от инженеров-механиков, электриков и инженеров-строителей. Знание гидродинамики, полученное с помощью инженеров-механиков, имеет решающее значение для определения жизнеспособности мест для ветряных турбин. ^[16] Инженеры-электрики гарантируют, что выработка и передача электроэнергии возможны. ^[13] Инженеры-строители играют важную роль в строительстве и использовании ветряных турбин. ^[17]

Образование

Электростанция охватывает широкий спектр инженерных дисциплин. В этой области можно запрашивать информацию у инженеров-механиков, химиков, электриков, атомщиков и инженеров-строителей.

Механический

Инженеры-механики занимаются обслуживанием и контролем оборудования, которое используется для питания электростанции. ^[12] Чтобы работать в этой области, инженерам-механикам требуется степень бакалавра инженерных наук и лицензия, сдающая как профессиональный инженерный экзамен (PE), так и фундаментальный инженерный экзамен (FE). У инженеров-механиков есть дополнительные роли, которые необходимо учитывать в зависимости от их карьеры. Работая на тепловых электростанциях, инженеры-механики следят за тем, чтобы тяжелое оборудование, такое как котлы и турбины, работало в оптимальном состоянии и постоянно вырабатывалось электричество. ^[12] Инженеры-механики также работают на заводе. На атомных и гидроэлектростанциях инженеры следят за исправностью тяжелой техники и ее профилактическим обслуживанием.

Электрический

Инженеры-электрики работают с электроприборами, следя за тем, чтобы электронные приборы и приборы работали с удовлетворением на уровне компании и штата. ^[13] Им требуются лицензии, сдающие как профессиональный инженерный экзамен (PE), так и фундаментальный инженерный экзамен (FE). Также желательно, чтобы они имели степень бакалавра, утвержденную Советом по аккредитации инженеров и технологий, Inc. (ABET), и опыт работы на местах, прежде чем получить должность начального уровня.

Ядерный

Инженеры-ядерщики разрабатывают и исследуют методы, машины и системы, касающиеся излучения и энергии на субатомных уровнях. ^[12] Они требуют опыта работы на местах и степени бакалавра технических наук. Эти инженеры работают на атомных электростанциях, и им требуются лицензии для практики во время работы на электростанции. Им требуется опыт работы, сдача профессионального инженерного экзамена (PE), фундаментального инженерного экзамена (FE) и степень школы, одобренной Советом по аккредитации Engineering and Technology, Inc (ABET). ^[12] Инженеры-ядерщики занимаются обращением с ядерными материалами и эксплуатацией атомной электростанции. Эти операции могут варьироваться от обращения с ядерными отходами, экспериментов с ядерными материалами и проектирования ядерного оборудования. ^[18]

Гражданский

Инженеры-строители сосредоточены на строительстве электростанции, расходах и строительстве. ^[19] Инженерам-строителям необходимо сдать профессиональный инженерный экзамен (PE), фундаментальный инженерный экзамен (FE) и получить степень Советом по аккредитации Engineering and Technology, Inc. (ABET). школы, утвержденной ^[19] Они работают над проверкой конструкции электростанции, ее местоположения, а также конструкции и безопасности электростанции.

Ассоциации

Хотя между вышеупомянутыми инженерными дисциплинами существует множество различий, все они охватывают материалы, связанные с передачей тепла или электроэнергии. Получение степени в аккредитованной школе ABET по любой из этих дисциплин необходимо для того, чтобы стать инженером электростанции. ^[20] Существует также множество ассоциаций, к которым могут присоединиться квалифицированные инженеры, в том числе Американское общество инженеров-механиков (ASME), Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Американское общество инженеров-энергетиков (ASOPE).

Поля

Эксплуатация и техническое обслуживание электростанций заключается в оптимизации эффективности и выходной мощности электростанций и обеспечении долгосрочной эксплуатации. ^[21] Эти электростанции имеют большие масштабы и используются для снабжения электроэнергией населенных пунктов и промышленности. Индивидуальные бытовые электрогенераторы не включены. ^[1]

Проектирование электростанции состоит из проектирования новых систем электростанции. ^[4] Существует много типов электростанций, и каждый тип требует определенного опыта, а также междисциплинарной командной работы для создания современной системы. ^[1]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Вейсман, Джоэл (1985). Modernpowerplant00weis Современное проектирование предприятий . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632: Prentice-Hall, Inc. ISBN 0-13-597252-3 . {{cite book}}: Проверять |url= значение ( справка ) CS1 maint: местоположение ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с Центр, Copyright 2014 Edison Tech. «История мест электрификации» . www.edisontechcenter.org . Проверено 18 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б Центр, Copyright 2015 Edison Tech. «Лауффен во Франкфурт 1891» . www.edisontechcenter.org . Проверено 18 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Что такое электростанции?» . Брайтхаб Инжиниринг . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ «Что такое ядерная инженерия?» . Живая наука . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Как работает электричество» . Как все работает . 28 мая 2004 г. Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Типы гидроэлектростанций | Министерство энергетики» . www.energy.gov . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ Чедвик, Эндрю; Морфетт, Джон; Бортвик, Мартин (01 мая 2021 г.), «Вычислительная гидравлика» , Гидравлика в гражданском и экологическом строительстве , Шестое издание. | Абингдон, Оксон ; Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 2021.: CRC Press, стр. 485–522, ISBN. 978-1-003-02683-9 , получено 3 августа 2024 г. {{citation}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
^ Геологическая служба США, Говард Перлман. «Гидроэлектроэнергия: как это работает, Школа водных наук Геологической службы США» . www.water.usgs.gov . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Классификация тепловых электростанций» . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б Вагнер, Вивиан. «Инженеры, работающие с солнечной энергией» . Хьюстонские хроники . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Инженеры-ядерщики» . КолледжГрад . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Чем занимается инженер-электрик?» . Сокану . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Солнечная энергия имеет преимущества как источник альтернативной энергии» . 09.10.2009. Архивировано из оригинала 17 февраля 2017 года . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Как работают ветряные турбины? | Министерство энергетики» . www.energy.gov . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ «Инженер-механик» . Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Чем занимается инженер-строитель?» . Сокану . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Чем занимаются инженеры-ядерщики» . Бюро статистики труда . 13 апреля 2018 года . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Инженеры-строители» . Бюро статистики труда США . 13 апреля 2018 года . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Как стать оператором электростанции: Карьерное руководство» . Study.com . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ «Энергетическое машиностроение» . english.spbstu.ru . Проверено 03 апреля 2018 г.

Брайтхаб Инжиниринг. Проверено 18 апреля 2018 г.

Внешние ссылки

[:02-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Вейсман, Джоэл (1985). Modernpowerplant00weis Современное проектирование предприятий . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632: Prentice-Hall, Inc. ISBN 0-13-597252-3 . {{cite book}}: Проверять |url= значение ( справка ) CS1 maint: местоположение ( ссылка )

[:4-2] Jump up to: ^а ^б ^с Центр, Copyright 2014 Edison Tech. «История мест электрификации» . www.edisontechcenter.org . Проверено 18 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[:0-3] Jump up to: ^а ^б Центр, Copyright 2015 Edison Tech. «Лауффен во Франкфурт 1891» . www.edisontechcenter.org . Проверено 18 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[:1-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Что такое электростанции?» . Брайтхаб Инжиниринг . Проверено 18 апреля 2018 г.

[5] «Что такое ядерная инженерия?» . Живая наука . Проверено 20 апреля 2018 г.

[6] «Как работает электричество» . Как все работает . 28 мая 2004 г. Проверено 20 апреля 2018 г.

[7] «Типы гидроэлектростанций | Министерство энергетики» . www.energy.gov . Проверено 18 апреля 2018 г.

[8] Чедвик, Эндрю; Морфетт, Джон; Бортвик, Мартин (01 мая 2021 г.), «Вычислительная гидравлика» , Гидравлика в гражданском и экологическом строительстве , Шестое издание. | Абингдон, Оксон ; Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 2021.: CRC Press, стр. 485–522, ISBN. 978-1-003-02683-9 , получено 3 августа 2024 г. {{citation}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )

[9] Геологическая служба США, Говард Перлман. «Гидроэлектроэнергия: как это работает, Школа водных наук Геологической службы США» . www.water.usgs.gov . Проверено 18 апреля 2018 г.

[:2-10] Jump up to: ^а ^б «Классификация тепловых электростанций» . Проверено 18 апреля 2018 г.

[Wagner-11] Jump up to: ^а ^б Вагнер, Вивиан. «Инженеры, работающие с солнечной энергией» . Хьюстонские хроники . Проверено 20 апреля 2018 г.

[:6-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Инженеры-ядерщики» . КолледжГрад . Проверено 20 апреля 2018 г.

[:5-13] Jump up to: ^а ^б ^с «Чем занимается инженер-электрик?» . Сокану . Проверено 20 апреля 2018 г.

[14] «Солнечная энергия имеет преимущества как источник альтернативной энергии» . 09.10.2009. Архивировано из оригинала 17 февраля 2017 года . Проверено 18 апреля 2018 г.

[:3-15] Jump up to: ^а ^б «Как работают ветряные турбины? | Министерство энергетики» . www.energy.gov . Проверено 18 апреля 2018 г.

[16] «Инженер-механик» . Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии . Проверено 20 апреля 2018 г.

[17] «Чем занимается инженер-строитель?» . Сокану . Проверено 20 апреля 2018 г.

[18] «Чем занимаются инженеры-ядерщики» . Бюро статистики труда . 13 апреля 2018 года . Проверено 20 апреля 2018 г.

[:7-19] Jump up to: ^а ^б «Инженеры-строители» . Бюро статистики труда США . 13 апреля 2018 года . Проверено 20 апреля 2018 г.

[20] «Как стать оператором электростанции: Карьерное руководство» . Study.com . Проверено 18 апреля 2018 г.

[:13-21] «Энергетическое машиностроение» . english.spbstu.ru . Проверено 03 апреля 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]