elektrický generátor je zařízení, které převádí formu energie na elektřinu. Existuje mnoho různých typů generátorů elektřiny. Většina světové elektřiny je z generátorů, které jsou založeny na vědec Michael Faraday objevil v roce 1831, že pohybující se magnet uvnitř cívky drátu dělá (indukuje) elektrický proud v drátu., Vyrobil první generátor elektřiny nazvaný Faraday disk, který pracuje na tomto vztahu mezi magnetismem a elektřinou a který vedl k návrhu elektromagnetických generátorů, které dnes používáme.
elektromagnetické generátory používají elektromagnet-magnet vyrobený elektřinou – ne tradiční magnet. Základní elektromagnetický generátor má řadu izolovaných cívek drátu, které tvoří stacionární válec—nazývaný stator-obklopující elektromagnetický hřídel-nazývaný rotor., Otáčením rotoru dochází k toku elektrického proudu v každé části drátěné cívky, která se stává samostatným elektrickým vodičem. Proudy v jednotlivých sekcích se kombinují a vytvářejí jeden velký proud. Tento proud je elektřina, která se pohybuje od generátorů přes elektrické vedení ke spotřebitelům. Elektromagnetické generátory poháněné kinetickými (mechanickými) hlavními hybateli představují téměř veškerou výrobu elektřiny v USA.
generátory poháněné turbínou
většina americké a světové výroby elektřiny pochází z elektrických elektráren, které používají turbínu k pohonu generátorů elektřiny., V turbínovém generátoru tlačí pohyblivá kapalina-voda, pára, spaliny nebo vzduch—řadu lopatek namontovaných na hřídeli rotoru. Síla kapaliny na lopatkách se otáčí / otáčí hřídelem rotoru generátoru. Generátor zase převádí mechanickou (kinetickou) energii rotoru na elektrickou energii. Různé typy turbín patří parní turbíny, spalovací (plynové) turbíny, vodní turbíny a větrné turbíny.,
Parní turbíny jsou použity pro generování většina světové elektřiny a jejich podíl na 48% AMERICKÉ elektřiny v roce 2019. Většina parních turbín má kotel, ve kterém je spáleno palivo pro výrobu horké vody a páry ve výměníku tepla a pára pohání turbínu, která pohání generátor. Jaderné reaktory používají jaderné palivové tyče k výrobě páry. Solární tepelné elektrárny využívají sluneční energii k výrobě páry. Z top 10 USA, elektrické elektrárny v roce 2019 mají 9 parní turbíny poháněné jadernou energií, uhlím a zemním plynem.
Spalovací plynové turbíny, které jsou podobné proudové motory, spalování plynných nebo kapalných paliv na výrobu horké plyny se obrátit na lopatky v turbíně.
parní a spalovací turbíny mohou být provozovány jako samostatné generátory v jednom cyklu nebo kombinovány v sekvenčním kombinovaném cyklu. Systémy kombinovaného cyklu používají spaliny z jedné turbíny k výrobě více elektřiny v jiné turbíně. Většina systémů kombinovaného cyklu má pro každou turbínu samostatné generátory., V systémech kombinovaných cyklů s jedním hřídelem mohou obě turbíny řídit jeden generátor. Další informace o různých typech elektráren s kombinovaným cyklem. V roce 2019 dodávaly elektrárny s kombinovaným cyklem asi 33% americké výroby elektřiny.
v Kombinaci tepla a elektřiny (CHP) rostliny, které mohou být označovány jako cogenerators, využití tepla, které je přímo přeměněn na elektrickou energii v parní turbíny, spalovací turbíny nebo spalovacího motoru, generátoru tepla pro průmyslové procesy nebo pro vytápění i ohřev vody., Většina největších závodů CHP ve Spojených státech je v průmyslových zařízeních, jako jsou celulózy a papírny, ale používají se také na mnoha vysokých školách, univerzitách a vládních zařízeních. CHP a elektrárny s kombinovaným cyklem jsou nejúčinnějšími způsoby, jak převést jedno palivo na užitečnou energii.
vodní turbíny používají sílu pohybující se vody k otáčení lopatek turbíny k napájení generátoru. Většina vodních elektráren používá vodu uloženou v nádrži nebo odkloněnou od řeky nebo potoka. Tyto konvenční vodní elektrárny představovaly asi 7% USA., výroba elektřiny v roce 2019. Přečerpávací vodní elektrárny používají stejné typy vodních turbín, které používají konvenční vodní elektrárny ,ale jsou považovány za systémy skladování elektřiny (viz níže). Jiné typy vodních turbín nazývané hydrokinetické turbíny se používají v systémech přílivové energie a vlnové energie. Další informace o různých typech vodních turbín.
větrné turbíny používají sílu ve větru k pohybu lopatek rotoru k napájení generátoru. Existují dva obecné typy větrných turbín: horizontální osa (nejběžnější) a turbíny s vertikální osou., Větrné turbíny byly zdrojem asi 7% americké výroby elektřiny v roce 2019.
geotermální elektrárny používají geotermální zdroje k pohonu elektrických generátorů.
systémy přeměny tepelné energie oceánu (OTEC) používají teplotní rozdíl mezi oceánskou vodou v různých hloubkách k napájení turbíny k výrobě elektřiny. Na Havaji je demonstrační systém OTEC.
jiné typy generátorů
existuje mnoho různých typů generátorů elektřiny, které nepoužívají turbíny k výrobě elektřiny., Nejčastěji se dnes používají solární fotovoltaické (fotovoltaické) systémy a spalovací motory.
solární fotovoltaické články přeměňují sluneční světlo přímo na elektřinu. Používají se k napájení zařízení tak malých jako náramkové hodinky a mohou být spojeny dohromady v panelech, které jsou spojeny dohromady v polích pro napájení jednotlivých domů nebo tvoří velké elektrárny. Fotovoltaické elektrárny jsou nyní jedním z nejrychleji rostoucích zdrojů výroby elektřiny na celém světě.,
spalovací motory, jako jsou dieselové motory, se používají po celém světě pro výrobu elektřiny, včetně mnoha odlehlých vesnic na Aljašce. Jsou také široce používány pro mobilní napájení na staveništích a pro nouzové nebo záložní napájení budov a elektráren. Generátory dieselových motorů mohou používat různé druhy paliv, včetně ropné nafty, kapalných paliv na bázi biomasy a bioplynu, zemního plynu a propanu., Malé generátory spalovacích motorů poháněné benzínem, zemním plynem nebo propanem běžně používají stavební čety a obchodníci a pro nouzové napájení domů.
Mezi další typy generátorů elektřiny patří palivové články, Stirlingovy motory (používané v solárních termálních parabolických generátorech) a termoelektrické generátory .
| Generator | Plant type | Main fuel/energy source | Share of annual electricity generation |
|---|---|---|---|
| Steam turbine | Single cycle | All sources | 47.7% |
| Coal | 23.3% | ||
| Nuclear | 19.6% | ||
| Natural gas | 2.6% | ||
| Biomass (1.1%); Others (1.,1%) | 2.2% | ||
| Multiple | Combined cycle | Natural gas2 | 32.7% |
| Combustion turbine | 20.9% | ||
| Steam turbine | 10.4% | ||
| Dual/single shaft | 1.4% | ||
| Combustion gas turbine | Single cycle | Natural gas2 | 3.3% |
| Wind turbine | All types | Wind | 7.1% |
| Hydroelectric turbine | Conventional | Water | 7.,0% |
| Fotovoltaické | Všechny typy | Solární | 1.7% |
| Others3 | Různých | 0.6% | |
| Skladování systems4 | Různých | 0.1% |
1Includes generátory na utility-scale elektráren (elektrárny s alespoň jeden megawatt kapacity výroby elektrické energie.
2přírodní plyn je hlavním zdrojem energie (99%) pro elektrárny s kombinovaným cyklem.
3další zdroje zahrnují spalovací motory, palivové články a turbíny s binárním cyklem.,
4storage systémy zahrnují Hydro-čerpané skladování, elektrochemické baterie, setrvačníky, další. Výroba ze skladovacích systémů je započtena z celkové roční výroby elektřiny, aby se zabránilo dvojímu počítání nabíjecích zdrojů pro skladování energie.
zdroj: US Energy Information Administration (EIA), Form EIA-923 Power Plant Operations Report, 2019
Poslední aktualizace: 9. Listopadu 2020