Объяснение электричества Как генерируется электричество
Также в Энергия и окружающая среда объяснили
Невозобновляемые источники
Нефть и нефтепродукты
Бензин
Дизельное топливо
Топочный мазут
Закрывать
Также в Описание нефти и нефтепродуктов
Закрывать
Также в Бензин объяснил
Закрывать
Также в Дизельное топливо объяснил
Закрывать
Также в Объяснение мазута
Углеводородные газообразные жидкости
Природный газ
Каменный уголь
Ядерный
Закрывать
Также в Объяснение углеводородных газообразных жидкостей
Закрывать
Также в Объяснение природного газа
Закрывать
Также в Уголь объяснил
Закрывать
Также в Ядерное объяснение
Возобновляемые источники
Возобновляемая энергия
Гидроэнергетика
Биомасса
Биотопливо
Закрывать
Также в Объяснение возобновляемых источников энергии
Закрывать
Также в Гидроэнергетика объяснила
Закрывать
Также в Объяснение биомассы
Закрывать
Также в Биотопливо объяснил
Ветер
геотермальная
Солнечная
Закрывать
Также в Ветер объяснил
Закрывать
Также в Геотермальное объяснение
Закрывать
Также в Солнечное объяснение
Вторичные источники
Электричество
Водород
Закрывать
Также в Электричество объяснил
Закрывать
Также в Водород объяснил
Электрический генератор — это устройство, которое преобразует форму энергии в электричество. Существует множество различных типов генераторов электроэнергии. Большая часть производства электроэнергии в мире производится генераторами, которые основаны на открытии ученого Майкла Фарадея в 1831 году о том, что перемещение магнита внутри катушки с проводом создает (индуцирует) электрический ток, протекающий по проводу. Он создал первый генератор электричества, названный диском Фарадея, который работал на этой взаимосвязи между магнетизмом и электричеством и привел к разработке электромагнитных генераторов, которые мы используем сегодня.
В электромагнитных генераторах используется электромагнит — магнит, создаваемый электричеством, а не традиционный магнит. Базовый электромагнитный генератор состоит из ряда изолированных катушек провода, которые образуют неподвижный цилиндр, называемый статором, окружающий электромагнитный вал, называемый ротором.Вращение ротора вызывает протекание электрического тока в каждой секции катушки с проволокой, которая становится отдельным электрическим проводником. Токи в отдельных секциях объединяются в один большой поток. Этот ток представляет собой электричество, которое движется от генераторов по линиям электропередач к потребителям. Электромагнитные генераторы с кинетическим (механическим) приводом тягачи приходится почти все производство электроэнергии в США.
Генераторы с турбинным приводом
Большая часть электроэнергии в США и мире вырабатывается на электростанциях, использующих турбина для привода электрогенераторов. В турбогенераторе движущаяся жидкость — вода, пар, дымовые газы или воздух — толкает ряд лопастей, установленных на валу ротора. Сила жидкости на лопастях вращает/вращает вал ротора генератора. Генератор, в свою очередь, преобразует механическую (кинетическую) энергию ротора в электрическую энергию. Различные типы турбин включают паровые турбины, турбины внутреннего сгорания (газовые), гидроэлектрические турбины и ветряные турбины.
Паровые турбины используются для выработки большей части электроэнергии в мире, и в 2021 году на их долю приходилось около 45% производства электроэнергии в США. Большинство паровых турбин имеют котел, в котором топливо сжигается для производства горячей воды и пара в теплообменнике, и пар приводит в действие турбину, которая приводит в действие генератор. Атомные энергетические реакторы используют ядерные топливные стержни для производства пара. Солнечные тепловые электростанции и большинство геотермальных электростанций используют паровые турбины. Большинство крупнейших электростанций США используют паровые турбины.
Газовые турбины внутреннего сгорания, похожие на реактивные двигатели, сжигают газообразное или жидкое топливо для производства горячих газов, вращающих лопасти турбины.
Паровые турбины и турбины внутреннего сгорания могут работать как автономные генераторы в одном цикле или объединены в последовательный комбинированный цикл. В системах с комбинированным циклом выхлопные газы одной турбины используются для выработки большего количества электроэнергии в другой турбине.Большинство систем с комбинированным циклом имеют отдельные генераторы для каждой турбины. В одновальных системах с комбинированным циклом обе турбины могут приводить в действие один генератор. Узнайте больше о различных типах электростанций с комбинированным циклом. В 2021 году электростанции с комбинированным циклом обеспечили около 33% чистой выработки электроэнергии в США.
Теплоэлектростанции (ТЭЦ), которые можно назвать когенераторы, использовать тепло, которое не преобразуется напрямую в электричество в паровой турбине, турбине внутреннего сгорания или генераторе с двигателем внутреннего сгорания, для промышленного технологического тепла или для нагревания помещений и воды. Большинство крупнейших ТЭЦ в Соединенных Штатах находятся на промышленных объектах, таких как целлюлозно-бумажные комбинаты, но они также используются во многих колледжах, университетах и государственных учреждениях. ТЭЦ и электростанции с комбинированным циклом являются одними из наиболее эффективных способов преобразования горючего топлива в полезную энергию.
Гидроэлектрические турбины используют силу движущейся воды, чтобы вращать лопасти турбины для питания генератора. Большинство гидроэлектростанций используют воду, хранящуюся в водохранилище или отводимую из реки или ручья. Эти обычные гидроэлектростанции на них приходилось около 6% производства электроэнергии в США в 2021 году. На гидроаккумулирующих электростанциях используются те же типы гидротурбин, что и на обычных гидроэлектростанциях, но они считаются системами накопления электроэнергии (см. Ниже). Другие типы гидроэлектрических турбин, называемые гидрокинетическими турбинами, используются в системах приливной и волновой энергетики. Узнайте больше о различных типах гидроэлектростанций.
Ветряные турбины используют энергию ветра для перемещения лопастей ротора, чтобы привести в действие генератор. Существует два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью (наиболее распространенные) и с вертикальной осью. Ветряные турбины были источником около 9% производства электроэнергии в США в 2021 году.
Системы преобразования тепловой энергии океана (OTEC) используют разницу температур океанской воды на разных глубинах для питания турбины для производства электроэнергии.
Другие типы генераторов
Существует множество различных типов генераторов электроэнергии, которые не используют турбины для выработки электроэнергии. Наиболее распространенными сегодня являются солнечные фотоэлектрические (PV) системы и двигатели внутреннего сгорания.
Солнечные фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Они используются для питания таких небольших устройств, как наручные часы, и могут быть соединены вместе в панели, которые соединены вместе в массивы для питания отдельных домов или формирования крупных электростанций. Фотоэлектрические (PV) электростанции в настоящее время являются одним из самых быстрорастущих источников производства электроэнергии во всем мире. В Соединенных Штатах фотоэлектрические электростанции были источником около 3% от общего объема производства электроэнергии в 2021 году.
Двигатели внутреннего сгорания, такие как дизельные двигатели, используются во всем мире для производства электроэнергии, в том числе во многих отдаленных деревнях на Аляске. Они также широко используются для мобильного электроснабжения на строительных площадках и для аварийного или резервного электроснабжения зданий и электростанций. Дизель-генераторы могут использовать различные виды топлива, включая дизельное топливо, жидкое топливо на основе биомассы и биогаз, природный газ и пропан. Небольшие генераторы с двигателем внутреннего сгорания, работающие на бензине, природном газе или пропане, обычно используются строительными бригадами и торговцами, а также для аварийного электроснабжения домов.
Системы накопления энергии для производства электроэнергии включают в себя гидронасосное хранилище, хранилище сжатого воздуха, электрохимические батареи и маховики. Эти системы хранения энергии используют электричество для зарядки хранилища или устройства, и количество электроэнергии, которое они могут предоставить, меньше, чем количество, которое они используют для зарядки.Таким образом, чистая выработка электроэнергии от систем хранения считается отрицательной, чтобы избежать двойного учета использования электроэнергии для зарядки системы хранения.
| Генератор | Тип растения | Основной источник топлива/энергии | Доля годовой выработки электроэнергии |
|---|---|---|---|
| Паровая турбина | Одиночный цикл | Все источники | 45.3% |
| Каменный уголь | 21.6% | ||
| Ядерный | 18.9% | ||
| Природный газ | 2.4% | ||
| биомасса (1,0%); Другие (1,3%) | 2.3% | ||
| Несколько | Комбинированный цикл | Природный газ 2 | 32.8% |
| Турбина внутреннего сгорания | 20.7% | ||
| Паровая турбина | 10.5% | ||
| Двойной/одинарный вал | 1.6% | ||
| Газовая турбина внутреннего сгорания | Одиночный цикл | Природный газ 2 | 3.4% |
| Ветряная турбина | Все типы | Ветер | 9.2% |
| Гидроэлектрическая турбина | Общепринятый | Вода | 6.1% |
| Фотогальванический | Все типы | Солнечная | 2.7% |
| Другие 3 | Различный | 0.5% | |
| Системы хранения 4 | Различный | -0.1% |
Источник данных: Управление энергетической информации США (EIA), Форма EIA-923 Отчет о работе электростанции, 2021 г.
Примечание. Сумма промежуточных итогов может не равняться итогу из-за независимого округления отдельных рядов данных.
1 Включая генераторы на электростанциях мощностью не менее одного мегаватта электроэнергии.
2 Природный газ является основным источником энергии (99%) для электростанций комбинированного цикла.
3 Другие источники включают двигатели внутреннего сгорания, топливные элементы и турбины с бинарным циклом.
4 Системы хранения включают гидронасосное хранилище, электрохимические батареи, хранилище сжатого воздуха и маховики. Генерация от систем хранения вычитается из общего годового производства электроэнергии, чтобы избежать двойного учета источников зарядки накопителей энергии.
Последнее обновление: 9 ноября 2022 г., самые последние данные доступны на момент обновления.
