Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  

 

Справочник электрика » Электротехнические устройства

Термоэлектрические генераторы электрической энергии

 

В материале рассказывается о принципах работы термоэлектрических генераторов и сферах их применения.

Термоэлектрические генераторы электрической энергииЛьвиная доля электроэнергии сейчас вырабатывается тепловыми электростанциями. Сжигая органическое топливо, на станциях через промежуточный теплоноситель (перегретый пар) приводятся в движение турбины электрогенераторов. Цепочка производства энергии сложная, опасная и дорогая. Но она позволяет создавать мощные блоки генерации электрической энергии с высоким КПД (коэффициентом полезного действия).

Есть ли альтернатива для более простого превращения тепла в электроэнергию? Физика говорит:”Да”. Техника говорит: “Пока нет”. О том, кто прав и какие трудности на пути преобразования тепла в энергию материал этой статьи. Способ непосредственного преобразования тепла в электрический ток известен еще с 1821 года, когда было открыто явление термоэлектричества, известное сегодня как эффект Зеебека.

При нагреве контакта двух разных металлов на концах проводников возникает разность потенциалов, а при их замыкании по цепи начинает протекать ток. Физики быстро разобрались, что величина тока прямо зависит от типа материалов, разности температур холодного и горячего спаев металла, теплопроводности и удельного сопротивления металлов. Большая разность температур и высокая проводимость увеличивают величину тока, в то время как высокая теплопроводность ослабляет эффект.

После длительных попыток создать термоэлектрический генератор (ТЭГ), используя металлы, в том числе и благородные, от этой идеи отказались. Металлы обладают малым удельным сопротивлением, что позволяет разнести пространственно холодный и горячий спай, но высокая теплопроводность, и, соответственно, подток тепла извне, снижают эффективность элементов. Результирующий КПД элементов ТЭГ, изготовленных из металлов, не превышает 1-2%. Про эффект надолго забыли, а спаи разнородных металлов нашли применение только в измерительной технике. Это знакомые термопары, предназначенные для измерения температур.

Термоэлектрические генераторы электрической энергииПервые практические конструкции ТЭГ появились только перед второй мировой войной. Русский ученый Иоффе предложил использовать вместо пары разнородных металлов полупроводники с разным типом проводимости. В этом случае разность потенциалов и мощность элементов ТЭГ возросла в сотни раз. Первый генератор ТЭГ-1 начали выпускать в 1942 году, и он получил название “Партизанский котелок”. Установленный на костре, генератор вырабатывал мощность от 2 до 4 Вт, достаточную для питания простого радиоприемника.

Сегодня потомки первого генератора служат геологам, туристам, и просто жителям отдаленных районов. Мощность таких генераторов небольшая – от 2 до 20 Вт. Более мощные (от 25 до 500 Вт) генераторы устанавливают на магистральных газопроводах для питания контрольно-измерительной аппаратуры или катодной защиты труб. Генераторы с мощностью 1 кВт и более питают аппаратуру метеостанций, но требуют высокотемпературных источников тепла: например, газа.

Об экзотических генераторах, преобразующих тепло радиоактивного распада непосредственно в электроэнергию, много говорить не приходится – слишком узкая сфера применения и деликатная информация. Известно только, что отдельные спутники в космосе оснащались подобными установками для бесперебойного электроснабжения аппаратуры.

В качестве примера современных изделий рассмотрим параметры термогенератора типа В25-12. Выходная электрическая мощность его составляет 25Вт при напряжении 12В. Рабочая температура горячей зоны – не более 400 градусов, вес до 8,5 кг, цена в районе 15000 рублей. Такие генераторы (обычно не менее 2) используются совместно с отопительным газовым котлом для обогрева помещений.

По такому же принципу сейчас разрабатываются более мощные модели ТЭГ мощностью 200 Вт. В тандеме с газовым котлом отопления коттеджей они обеспечивают электроэнергией не только автоматику котла и насоса для циркуляции воды, но и бытовые приборы и освещение.

Не смотря на свою простоту и надежность (отсутствуют движущиеся элементы), ТЭГ так и не получили широкого распространения. Причина тому – крайне низкая эффективность, не превышающая 5-7% даже для полупроводниковых материалов. Фирмы, которые разрабатывают подобные генераторы, изготавливают их небольшими партиями под заказ. Отсутствие массового спроса приводит к высоким ценам на продукцию.

Изменить ситуацию могло бы появления новых материалов для термопреобразователей. Но пока науке похвастать нечем: самые лучшие образцы ТЭГ так и не смогли перешагнуть рубеж 20% КПД. Несколько потешными в этой ситуации выглядят рекламные проспекты на ТЭГ, где декларируется эффективность более 90%. Может, пришло время ученым поучиться у ретивых коммивояжеров?




Статьи близкие по теме:
  • Что такое полупроводник
  • ДГУ fg wilson
  • Термоэлектрические преобразователи (термопары)
  • Термосопротивления
  • Работа и конструктивные особенности современных типов ВЭС



  • Внимание! Перепечатка (полная или частичная) материалов сайта "Школа для электрика", включая распространение на бумажных носителях, без письменного разрешения администратора сайта запрещена.

    Школа для электрика | Основы электротехники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электромонтажные работы | Пусконаладочные работы | Эксплуатация электрооборудования

    Моя профессия электрик

    Школа для электрика - сайт для электриков, людей, имеющих электротехническое образование, стремящихся к знаниям и желающих совершенствоваться и развиваться в своей профессии.
    Электроэнергетика и электротехника, промышленное электрооборудование.

    Кабельные муфты IEK