En elektrisk generator är en anordning som omvandlar en form av energi till el. Det finns många olika typer av elgeneratorer. De flesta av världens elproduktion är från generatorer som är baserade på forskare Michael Faradays upptäckt 1831 att flytta en magnet inuti en trådspole gör (inducerar) en elektrisk ström att strömma i tråden., Han gjorde den första elgeneratorn som kallas en Faraday disk, som arbetar på detta förhållande mellan magnetism och el och som ledde till utformningen av de elektromagnetiska generatorer som vi använder idag.
elektromagnetiska generatorer använder en elektromagnet—en magnet som produceras av el—inte en traditionell magnet. En grundläggande elektromagnetisk generator har en serie isolerade spolar av tråd som bildar en stationär cylinder—kallad en stator—som omger en elektromagnetisk axel—kallad en rotor., Att vrida rotorn gör ett elektriskt strömflöde i varje sektion av trådspolen, som blir en separat elektrisk ledare. Strömmarna i de enskilda sektionerna kombineras för att bilda en stor ström. Denna ström är den el som rör sig från generatorer genom kraftledningar till konsumenter. Elektromagnetiska generatorer som drivs av kinetiska (mekaniska) prime movers står för nästan alla amerikanska elproduktion.
turbindrivna generatorer
de flesta av USA och världen elproduktion är från elektriska kraftverk som använder en turbin för att driva elgeneratorer., I en turbingenerator skjuter en rörlig vätska—vatten, ånga, förbränningsgaser eller luft—en serie blad monterade på en rotoraxel. Kraften av vätskan på bladen snurrar / roterar rotoraxeln hos en generator. Generatorn omvandlar i sin tur Rotorns mekaniska (kinetiska) energi till elektrisk energi. Olika typer av turbiner inkluderar ångturbiner, förbränning (gas) turbiner, vattenkraftverk och vindturbiner.,
ångturbiner används för att generera majoriteten av världens elektricitet och de stod för cirka 48% av den amerikanska elproduktionen 2019. De flesta ångturbiner har en panna där ett bränsle bränns för att producera varmt vatten och ånga i en värmeväxlare, och ångan driver en turbin som driver en generator. Kärnreaktorer använder kärnbränslestänger för att producera ånga. Solvärmekraftverk använder solenergi för att producera ånga. Av topp 10 USA, elektriska kraftverk i 2019, 9 har ångturbiner som drivs av kärnenergi, kol och naturgas.
Förbränningsgasturbiner, som liknar jetmotorer, bränna gasformiga eller flytande bränslen för att producera heta gaser för att vrida bladen i turbinen.
ång-och förbränningsturbiner kan användas som fristående generatorer i en enda cykel eller kombineras i en sekventiell kombinerad cykel. Kombinerade cykelsystem använder förbränningsgaser från en turbin för att generera mer el i en annan turbin. De flesta kombinerade cykelsystem har separata generatorer för varje turbin., I enaxliga kombinerade cykelsystem kan båda turbinerna driva en enda generator. Läs mer om olika typer av kombinerade cykelkraftverk. I 2019 levererade kraftverk med kombinerad cykel cirka 33% av den amerikanska elproduktionen.
kraftvärmeverk, som kan kallas kraftvärmeverk, använder den värme som inte direkt omvandlas till el i en ångturbin, förbränningsturbin eller en förbränningsmotor för industriell processvärme eller för rumsuppvärmning och vattenuppvärmning., De flesta av de största kraftvärmeverk i USA är på industrianläggningar som massa-och pappersbruk, men de används också på många högskolor, universitet och statliga anläggningar. Kraftvärmeverk och kombinerade kraftverk är de mest effektiva sätten att omvandla ett enda bränsle till användbar energi.
vattenkraftverk använder kraften av rörligt vatten för att snurra turbinblad för att driva en generator. De flesta vattenkraftverk använder vatten som lagras i en reservoar eller avleds från en flod eller ström. Dessa konventionella vattenkraftverk stod för cirka 7% av USA, elproduktion 2019. Vattenkraftverk med pumpad Lagring använder samma typer av vattenkraftverk som konventionella vattenkraftverk använder, men de betraktas som ellagringssystem (se nedan). Andra typer av vattenkraftverk som kallas hydrokinetiska turbiner används i tidvattenkraft och vågkraftssystem. Läs mer om olika typer av vattenkraftverk.
vindkraftverk använder kraften i vinden för att flytta bladen på en rotor för att driva en generator. Det finns två allmänna typer av vindkraftverk: horisontell axel (den vanligaste) och vertikala axelturbiner., Vindkraftverk var källan till cirka 7% av USA: s elproduktion i 2019.
geotermiska kraftverk använder geotermiska resurser för att driva elektriska generatorer.
Ocean thermal energy conversion (otec) system använder en temperaturskillnad mellan havsvatten på olika djup för att driva en turbin för att producera el. Det finns en demonstration otec system i Hawaii.
andra typer av generatorer
det finns många olika typer av elgeneratorer som inte använder turbiner för att generera el., De vanligaste i bruk idag är solceller (PV) system och förbränningsmotorer.
solceller omvandlar solljus direkt till elektricitet. De används för att driva enheter så små som armbandsur och kan anslutas tillsammans i paneler som är sammankopplade i matriser för att driva enskilda hem eller bilda stora kraftverk. PV kraftverk är nu en av de snabbast växande källorna till elproduktion runt om i världen.,
förbränningsmotorer, såsom dieselmotorer, används över hela världen för elproduktion, inklusive i många avlägsna byar i Alaska. De används också ofta för mobil strömförsörjning på byggarbetsplatser och för akut eller backup strömförsörjning för byggnader och kraftverk. Dieselmotorgeneratorer kan använda en mängd olika bränslen, inklusive petroleumdiesel, biomassabaserade flytande bränslen och biogas, naturgas och propan., Små förbränningsmotor generatorer drivs med bensin, naturgas eller propan används ofta av byggpersonal och hantverkare och för akut strömförsörjning för bostäder.
andra typer av elgeneratorer inkluderar bränsleceller, Stirling-motorer (används i solvärmeparaboliska diskgeneratorer) och termoelektriska generatorer .
| 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., |
| solceller | alla typer | Sol | 1,7% |
| Andra3 | olika | 0,6% | |
| lagringssystem4 | olika | 0.1% |
1inkluderar generatorer vid kraftverk (kraftverk med minst en megawatt elproduktionskapacitet.
2naturgas är den viktigaste energikällan (99%) för kraftverk med kombinerad cykel.
3andra källor inkluderar förbränningsmotorer, bränsleceller och binärcykelturbiner.,
4lagringssystem inkluderar hydropumpad Lagring, elektrokemiska batterier, svänghjul, andra. Produktion från lagringssystem nettas ut ur den totala årliga elproduktionen för att undvika dubbelräkning av laddningskällor för energilagring.
Källa: U.S. Energy Information Administration (EIA), Form MKB-923 kraftverk Verksamheten Rapport, 2019
Senast uppdaterad: November 9, 2020