Kragopwekking

Kragopwekking is die proses waardeur elektrisiteit opgewek word uit ander vorme van energie.

Die fundamentele beginsels van kragopwekking is ontdek tydens die 1820's en vroeë 1830's deur die Britse wetenskaplike Michael Faraday. Sy vernaamste metode word steeds vandag gebruik: elektrisiteit word gegenereer deur die beweging van 'n spoel koperdraad, of skyf tussen die pole van 'n magneet.

Dit is ook die eerste stap vir die lewering van elektrisiteit na verbruikers. Die ander prosesse, kraggeleiding, kragverspreiding, bewaring en herwinning daarvan deur pomp-opgaarskemas, word ook normaalweg deur die elektrisiteitsvoorsieningsindustrieë verskaf.

Elektrisiteit word in die meeste gevalle by 'n kragsentrale deur elektro-meganiese generators opgewek, hoofsaaklik gedryf deur 'n hitte-enjin wat gestook word deur chemiese verbranding of kernsplyting, asook alternatiewe bronne soos kinetiese energie vanaf vloeiende water en wind. Daar bestaan ook 'n verskeidenheid ander tegnologieë wat gebruik word vir die opwekking van elektrisiteit, soos sonpanele en geotermiese krag.

Geskiedenis

Gesentraliseerde kragopwekking is moontlik gemaak nadat daar ontdek is dat wisselstroom kraggeleiding die vermoë het om elektrisiteit te vervoer teen 'n baie lae koste en oor wye afstande deur van transformators gebruik te maak om die spanning te wissel.

Elektrisiteit is deur sentrale kragstasies opgewek sedert 1881. Die eerste kragsentrales was gedryf deur water of steenkool, maar vandag word daar hoofsaaklik op steenkool, kernkrag, aardgas, hidroëlektrisiteit, en petroleum staatgemaak, met 'n klein hoeveelheid vanaf sonkrag , getykrag, windkrag, and geotermiese bronne.

Metodes vir die Opwekking van Elektrisiteit

Bronne van elektrisiteit in Frankryk vir 2006. Kernkrag was die hoofbron.

Bronne van elektrisiteit in the V.S.A. vir 2009. Fossielbrandstowwe (hoofsaaklik steenkool) was die grootste bron.

Daar is sewe fundamentele metodes waartydens elektriese energie direk vanaf ander energiebronne omgeskakel kan word:

• Statiese elektrisiteit, vanaf die fisiese skeiding en geleiding van lading (byvoorbeeld: weerlig);
• Elektromagnetiese induksie, waar 'n elektriese generator, dinamo of alternator kinetiese energie (energie van beweging) omskakel na elektrisiteit;
• Elektrochemie, die direkte omskakeling van chemiese energie na elektrisiteit, soos in 'n elektriese sel, brandstofsel of senuwee-impuls;
• Foto-elektriese effek, die omskakeling van lig na elektriese energie, soos waargeneem in sonpanele;
• Termo-elektriese effek, die direkte gebruik van temperatuurverskille vir omskakeling na elektrisiteit, byvoorbeeld die werking van termokoppels;
• Piëso-elektriese effek, die omskakeling van meganiese spanning na elektriese energie, byvoorbeeld die kristal in 'n sigaretaansteker; en
• Kernkrag omskakeling, die skep en versnelling van gelaaide deeltjies.

Statiese elektrisiteit was die eerste energiebron wat ontdek en ondersoek is. Die elektrostatiese generator word steeds in moderne toestelle, soos die Van de Graaff ontwikkelaar, gebruik. Elektrone word meganies geskei, en dan gelei sodat die elektriese potensiaal verhoog word.

Bykans alle kommersiële elektriese opwekking word verrig deur elektromagnetiese induksie, waartydens meganiese energie kragte 'n elektriese generator roteer. Daar is verskillende metodes om hierdie meganiese energie te ontwikkel, insluitend hitte-enjins, hidro-, wind- en getykragte.

Die direkte omskakeling van kernkrag na elektrisiteit deur beta-ontbinding word slegs op klein skaal gebruik. In 'n grootskaalse kernkragsentrale word die hitte gegenereer deur die kernreaksie eerder as bron gebruik vir 'n hitte-enjin. Dit dryf 'n generator, wat dan die meganiese energie omskakel na elektrisiteit deur magnetiese induksie te gebruik.

Die meeste kragopwekking word gedryf deur die hitte-enjin. Die verbranding van fossielbrandstowwe voorsien die meeste van die hitte na hierdie enjins, met 'n beduidende fraksie vanaf kernsplyting en sommige vanaf volhoubare bronne. Die moderne stoomturbine, uitgevind deur Sir Charles Parsons in 1884, genereer vandag omtrent 80 persent van die elektriese krag in die wêreld vanuit 'n verskeidenheid hittebronne.

Turbines

Groot damme soos die Three Gorges Dam in China kan groot hoeveelhede hidroëlektrisiteit opwek; dit sal 'n kapasiteit van 22,5 GW hê.

Die Susquehanna Stoom-elektriese Kragsentrale, 'n kernkragsentrale wat kookwater gebruik.

Groot damme soos die Hooverdam kan wesenlike hoeveelhede hidroëlektriese krag voorsien; dit het 'n kapasiteit van 2,07 gigawatt.

'n Steenkoolkragsentrale in Laughlin, Nevada. Eienaars van hierdie aanleg het produksie gestaak nadat daar besluit is om nie in besoedelingsbeheertoerusting te belê nie.

Alle turbines word gedryf deur 'n vloeistof wat dien as 'n intermediêre energiedraer. Baie van die hitte-enjins soos hierbo genoem is turbines. Ander tipes turbines kan deur wind of vloeiende water gedryf word.

Bronne sluit die volgende in:

• Stoom – waar water vanaf die vloeistof fase omgesit word in die gas fase deur:
  • Kernsplyting,
  • Die verbranding van fossielbrandstowwe (steenkool, aardgas of petroleum). In oopsiklus-gasturbines word die turbines direk gedryf deur die gasse wat geproduseer word vanaf die verbranding van aardgas of olie. Gekombineerde siklus-gasturbines word gedryf deur beide stoom en aardgas. Laasgenoemde genereer krag deur die verbranding van aardgas in 'n gasturbine, wat dan die oortollige hitte gebruik vir die opwekking van elektrisiteit uit gegenereerde stoom. Hierdie tipe aanlegte se nuttigheidsgraad kan tot 60% bereik.
  • Hernubare bronne. Die stoom word gegenereer deur:
    • Biomassa
    • Die son as hittebron: paraboliese sontrôe en sonkragtorings konsentreer sonlig om 'n warmteoordragsvloeistof te verhit, wat vervolgens vir stoomopwekking gebruik word.
    • Geotermiese krag. Stoom onder druk vanuit die aarde word gebruik vir die drywing van 'n turbine, óf warm water verdamp 'n vloeistof – waar hierdie vloeistof teen 'n lae temperatuur kook – sodat die gevormde gas die turbine dryf.
• Ander hernubare bronne:
  • Water (hidroëlektrisiteit) – vloeiende water dryf turbine-lemme, soos geproduseer deur hidroëlektriese damme of vanaf getykrag.
  • Wind – Die meeste windturbines genereer elektrisiteit deur natuurlike wind te benut. Sommige sontorings gebruik kunsmatige wind wat in die skoorsteen veroorsaak word deur verhitting vanaf sonlig. Hierdie tipe word merendeels gesien as nog 'n vorm van termiese sonligenergie.

Suierenjins

Kleinskaalse elektriese kragopwekkers word dikwels aangedryf deur suierenjins wat diesel, biogas of aardgas verbrand. Dieselenjins word dikwels gebruik vir reserwe opwekking, gewoonlik teen lae spannings. Die meeste groot kragnetwerke gebruik egter ook dieselkragopwekkers, oorspronklik vir gebruik by noodgevalle in spesifieke dienste soos hospitale, waartydens krag na die netwerk gevoer word in spesifieke gevalle. Biogas word dikwels verbrand daar waar dit gegenereer word, byvoorbeeld afvalwater behandelingsaanlegte, met 'n suierenjin of 'n mikro-enjin ('n klein gasturbine).

Fotovoltaïese panele

Anders as die sonlig-warmtekonsentreerders wat bo genoem word, benut fotovoltaïese panele direkte sonlig vir die omskakeling na elektrisiteit. Met die gebruik van sonvolging meganismes en algoritmes kan die sonpanele voortdurend direk op die son gerig work en kan meer sonenergie ge-oes word. Alhoewel sonlig gratis en volop is, is sonkrag steeds gewoonlik duurder as grootskaalse, meganiesopgewekte elektrisiteit. Die rede hiervoor is die koste verbonde aan die panele. Lae nuttigheidsgraad silikonsonpanele het redelik in koste afgeneem, waarvan multi-verbinding selle met nuttigheidsgrade tot 30% deesdae kommersieel beskikbaar is. Eksperimentele stelsels het al 'n nuttigheidgraad van oor die 40% gedemonstreer. Tot onlangs is fotovoltaïese installasies merendeels gebruik in verafgeleë plekke waar daar geen toegang tot 'n kommersiële kragnetwerk is nie, of vir supplementêre doeleindes by residensiële wonings en besighede. Onlangse ontwikkeling van die vervaardingingseffektiwiteit, asook die fotovoltaïese tegnologie, gepaard met subsidies gedryf deur omgewingsbekommmernisse, het die ontplooiing van sonpanele dramaties versnel. Geïnstalleerde kapasiteit groei teen sowat 40% per jaar, gelei deur die toenames in Duitsland, Japan, Kalifornië en New Jersey.

Eksterne skakels

• Wikimedia Commons het meer media in die kategorie Kragopwekking.
• Power Technologies Energy Data Book
• [1] NOW on PBS: Power Struggle