Възобновяемите енергийни източници стават все по-важни, тъй като светът се стреми да намали зависимостта си от изкопаеми горива и да се бори с изменението на климата. Сред различните технологии за възобновяема енергия магнитите и магнитните полета играят решаваща роля за преобразуването на кинетичната енергия от природни източници в използваема електрическа енергия. В тази статия ще бъде разгледана ролята на магнитите и магнитните полета в системите за възобновяема енергия с акцент върху вятърните турбини и хидроелектрическите генератори, както и върху нововъзникващите приложения в системите за енергия от приливи и отливи.
Вятърни турбини
Вятърните турбини са един от най-разпространените и добре познати примери за системи за възобновяема енергия, които използват магнити и магнитни полета. Основният принцип на вятърната турбина е превръщането на кинетичната енергия на вятъра в механична енергия, която след това се преобразува в електрическа енергия от генератор.
Роторът на вятърната турбина се състои от лопатки, прикрепени към централна главина, която е свързана с вал. Вятърът упражнява сила върху лопатките, като ги кара да се въртят. Въртящият се вал е свързан с генератор, който обикновено е разположен в основата на кулата на турбината.
Генераторът във вятърната турбина е отговорен за преобразуването на механичната енергия от въртящия се вал в електрическа енергия. Във вятърните турбини се използват два основни типа генератори: асинхронни (или индукционни) и синхронни. И двата вида генератори разчитат на магнити и магнитни полета, за да функционират.
Асинхронните генератори, известни още като индукционни генератори, използват принципа на електромагнитната индукция за преобразуване на механичната енергия в електрическа. Тези генератори се състоят от статор (неподвижната част) и ротор (въртящата се част). Статорът има намотки от проводник, навити около него, а роторът е изработен от проводящ материал, например мед или алуминий.
Когато роторът се върти в магнитното поле на статора, той индуцира променлив ток (AC) в намотките на статора. След това този променлив ток се преобразува в използваема форма от инвертор, преди да бъде подаден към мрежата. Магнитното поле в асинхронните генератори се създава от постоянни магнити или от електромагнити, които се възбуждат от генерирания ток.
Синхронните генератори, от друга страна, използват различен принцип за преобразуване на механичната енергия в електрическа. Тези генератори имат статор и ротор, подобно на асинхронните генератори. Роторът в синхронния генератор обаче е навит с намотки от проводници и се захранва с постоянен ток.
Когато роторът се върти в магнитното поле на статора, той генерира променлив ток в намотките на статора. Основната разлика между синхронните и асинхронните генератори се състои в начина, по който те регулират изходното напрежение и честотата. Синхронните генератори разчитат на система за управление, за да поддържат постоянен постоянен ток в намотките на ротора, което от своя страна им позволява да поддържат постоянно изходно напрежение и честота.
Магнитните полета както в асинхронните, така и в синхронните генератори са от съществено значение за ефективното преобразуване на механичната енергия в електрическа. Силата и ориентацията на тези магнитни полета определят работата на генератора, включително фактори като изходно напрежение, изходен ток и ефективност.
Хидроелектрически генератори
Хидроелектрическите генератори, подобно на вятърните турбини, преобразуват кинетичната енергия в електрическа. В този случай кинетичната енергия се получава от потока вода, обикновено от преградена река или язовир. Хидроелектрическите генератори също могат да бъдат класифицирани като асинхронни или синхронни генератори, в зависимост от специфичната им конструкция и работа.
В една типична хидроенергийна система водата се отвежда от водоизточник, например река или язовир, чрез мрежа от канали или тръби, наречени "кошове". Водата, която преминава през шахтите, притежава кинетична енергия, дължаща се на нейната