Загрузка...Как преобразовать тепло в электрический ток
Как преобразовать тепло в электрический ток
Время работы Пн — Пт с 10 до 18 ч. Заявки на е-мейл: kibor@list.ru   Корзина пуста
/>+7 (495) 505-52-93
/>+8 (800) 511-48-52
e-mail: kibor@list.ru
125212, Москва, Головинское ш, д 1.
Термоэлектрические генераторы постоянного тока KIBOR предназначены для преобразования тепла в электричество. Мы представляем готовое решение по повышению общего кпд энергетической системы и утилизации избыточного тепла вырабатываемого в тепловых пунктах, котлах и котельных установках, ТЭЦ и ТЭС для выработки электроэнергии, что и позволяет реализовать когенерационные установки.
Термоэлектрический модуль KIBOR электрической мощностью 500 Вт/48 В
Цена 135 000 руб
Основные технические параметры:
Выходная электрическая мощность 500 W
Размеры (Д x Ш x В) 460×400×965 мм
Выходное постоянное напряжение 48 В
Выходной ток 12 А
Внутреннее сопротивление 4,0 Ом
Напряжение холостого хода 96 В
Входная температура и скорость потока (масло) 280℃ 0,25m³ /ч
Температура охлаждения (вода) 30℃ 0,5m³/ч
Диаметр коллектора 1 дюйм
Вес 72,5 кГ
Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR преобразует бросовую тепловую энергию
высокотемпературные термоэлектрический генератор постоянного тока
в полезную электрическую. Термоэлектрический преобразователь KIBOR состоит из девяти
среднетемпературный преобразователь термоэлектрический
металлических секций. Через 3 секции циркулирует горячее масло, через 6 секций прокачивается
генератор термоэлектрический модуль цена
вода для охлаждения. В задней части модуля находится металлический резервуар с горячим
когенерационные установки цена
маслом. Выходные провода цвет: плюс – красный, минус — черный. Термоэлектрический
когенерационные установки малой мощности
преобразователь может генерировать более 500 Вт если источником тепла является температура более 280℃.
ДОСТОИНСТВА. Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR:
+ Необслуживаемые системы со сроком службы не менее 10 лет.
+ Круглосуточная выработка электроэнергии.
ОТЗЫВЫ Термоэлектрические генераторы постоянного тока KIBOR
ЗАПРОСЫ, ВОПРОСЫ, ОТВЕТЫ, НОВОСТИ
1. Для каких тепловых станций подходят термоэлектрические генераторы постоянного тока?
— термоэлектрические генераторы подходят для всех типов тепловых станций, где есть температура более 350°С, например: газовые теплостанции, на угле, газотурбинные теплоэлектростанции, бензиновые и дизельные мини электростанции, на биогазе и пеллетах, электростанции на топливных элементах и даже заводы по утилизации мусора (мусоросжигающие заводы), там где можно реализовать когенерационные установки.
2. Какие перспективы применения высокотемпературных среднетемпературных термоэлектрических генераторов постоянного тока?
— перспективно применение термоэлектрических генераторов постоянного тока для реализации когенерационных установок в автономных тепло электростанциях на дровах и опилках, ТЭЦ на угле, тепло электрогенераторах на пеллетах и торфе и других энергетических установках по утилизации древесных, бытовых и промышленных отходов.
3. Какой максимальный срок эксплуатации и есть ли скидки на термоэлектрические модули?
Эффективность термоэлектрических генераторов снижается через 10 лет на 5-10%, через 20 лет на 10-20%, через 30 лет снижение более 30%. Скидки на модули при заказе от 10 шт конечно есть!
4. Какие нормативные документы по энергосбережению?
— ФЗ РФ «О теплоснабжении» от 27 июля 2010 г. N 190
статья 3: Обеспечение приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии для организации теплоснабжения.
— ФЗ РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» статья 14
— Постановление Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2009 г. № 1225 «О требованиях к региональным и муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности».
Что такое термоэлектрический генератор?
Так принято называть устройство, позволяющее преобразовать тепловую энергию в электрическую. Следует уточнить, что термин «Тепловая» не совсем точен, поскольку тепло, это способ передачи, а не отдельный вид энергии. Под данным определением подразумевается общая кинетическая энергия молекул, атомов и других структурных элементов, из которых состоит вещество.
Несмотря на то, что на ТЭС сжигается топливо для получения электричества, ее нельзя отнести к ТЭГ. На таких станциях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую, а она уже в электрическую. То есть, топливо сжигается для получения из воды пара, который вращает турбину электрического генератора.
Схема работы ТЭС
Исходя из выше изложенного, следует уточнить, что ТЕГ должен генерировать электроэнергию без промежуточных преобразований.
Морская вода
Запасы соленой воды на планете просто огромны, поэтому ученые решили разработать электростанцию, которая будет работать на данном ресурсе. Единственная электрическая станция была построена в Европе фирмой Starkraft. Электрическая энергия добывается по технологии использования осмоса. Если говорить простым языком, происходит смешивание соленой и пресной воды, что приводит к образованию энергии из-за увеличения энтропии жидкостей. Данная энергия необходима для приведения в действие гидротурбин электрогенераторов.
Этот способ не такой эффективный, как атомные электростанции, но он не наносит большого вреда окружающей среде.
10. Топливные элементы
Топливный элемент, который принимает водород и кислород в качестве входных данных
Теплопередача: зависит от типа топливного элемента
Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию. При работе топливного элемента значительная часть входной энергии используется для выработки электрической энергии, а оставшаяся часть преобразуется в тепловую энергию в зависимости от типа топливного элемента.
Тепло, получаемое в ходе этого процесса, используется для повышения энергоэффективности. Теоретически топливные элементы являются гораздо более энергоэффективными, чем обычные процессы: если отработанное тепло улавливается в когенерационной схеме, эффективность может достигать 90%.
Генератор постоянного тока
Получение постоянного тока происходит благодаря неподвижным магнитным катушкам возбуждения, при этом ток генерируется во вращающихся катушках ротора. Концы активных сторон присоединяются к изолированным полукольцам. Так как полукольца вращаются с токогенерирующим контуром, работа генератора возможна только благодаря неподвижным контактам-щёткам. Они попеременно касаются одного и второго полукольца – так полярность остаётся неизменной.
Что такое электричество
Электричество существует благодаря частицам, имеющим электрические заряды. Заряды есть во всяком веществе — ведь атомные ядра имеют положительный заряд, а вокруг них обращаются отрицательно заряженные электроны (см. статью «Атомы и молекулы«). Обычно атом электрически нейтрален, но когда он отдает свои электроны другим атомам, он обретает положительный заряд, а атом, получивший дополнительные электроны, заряжен отрицательно. Трением можно сообщить некоторым предметам электрический заряд, называемый статическим электричеством. Если потереть воздушный шар о шерстяной джемпер, часть электронов перейдет с джемпера на шар, и тот приобретет положительный заряд. Джемпер теперь заряжен положительно, и шарик прилипает к нему, так как противоположные заряды притягиваются друг к другу. Между заряженными телами действуют электрические силы, и тела с противоположными (положительными и отрицательными) зарядами притягивают друг друга. Предметы с одинаковыми зарядами, напротив, отталкиваются. В генераторе Ван-де-Граафа при трении резиновой ленты о валик возникает значительный статический заряд. Если человек дотронется до купола, его волосы встанут дыбом.
В некоторых веществах, например в металлах, электроны могут свободно передвигаться. Когда что-то приводит их в движение, возникает поток электрических зарядов, называемый током. Проводники — это вещества, способные проводить, электрический ток. Если вещество не проводит ток, его называют изолятором. Дерево и пластмасса — изоляторы. В целях изоляции электрический выключатель помещают в пластмассовый корпус. Провода, как правило, делают из меди и покрывают пластиком для изоляции.
Впервые статическое электричество обнаружили древние греки более 2000 лет назад. Сейчас статическое электричество используется для получения фотокопий, факсов, распечаток на лазерных принтерах. Отраженный зеркалом лазерный луч создает на барабане лазерного принтера точечные статические заряды. Тонер притягивается к этим точкам и прижимается к бумаге.
Молния
Молнию вызывает статическое электричество, накапливающееся в грозовой туче в результате трения капелек воды и кристалликов льда, друг о друга. При трении друг о друга и о воздух капли воды и кристаллики льда приобретают заряд. Положительно заряженные капли собираются в верхней части тучи, а внизу накапливается отрицательный заряд. Большая искра, называемая лидером молнии, устремляется к земле, к точке, имеющей противоположный заряд. Перед возникновением лидера разность потенциалов в верхней и нижней областях тучи может составить до 100 млн. вольт. Лидер вызывает ответный разряд, устремляющийся тем же путем от земли к туче. Воздух внутри этого разряда в пять раз горячее поверхности Солнца — он нагревается до 33 000 °С. Разогретый разрядами молнии воздух быстро расширяется, создавая воздушную волну. Мы воспринимаем ее как гром.
Электрический ток
Электрический ток — это поток заряженных частиц, перемещающихся из области высокого электрического потенциала в область низкого потенциала. Частицы приводит в движение разность потенциалов, которая измеряется в вольтах. Для протекания тока между двумя точками необходима непрерывная «дорога» — цепь. Между двумя полюсами батарейки существует разность потенциалов. Если соединить их в цепь, возникнет ток. Сила тока зависит от разности потенциалов и сопротивления элементов цепи. Все вещества, даже проводники, оказывают току некоторое сопротивление и ослабляют его. Единица силы тока названа ампером (А) в честь французского ученого Андре-Мари Ампера (1775 — 1836).
Для разных устройств нужен ток разной силы. Электроприборы, например лампочки, превращают электрическую энергию тока в другие формы энергии, в тепло и свет. Эти устройства могут быть включены в цепь двумя способами: последовательно и параллельно. В последовательной цепи ток проходит по всем компонентам по очереди. Если один из компонентов перегорает, цепь размыкается и ток пропадает. В параллельной цепи ток идет по нескольким путям. Если один компонент цепи выходит из строя, по другой ветви ток идет по-прежнему.
Батареи
Батарея — это хранилище химической энергии, которую можно превратить в электричество. Наиболее типичная батарея, используемая в обиходе, называется сухим элементом. В ней находится электролит (вещество, содержащее способные двигаться заряженные частицы). В результате химической реакции противоположные заряды разделяются и двигаются к противоположным полюсам батарейки. Ученые обнаружили, что жидкость в теле мертвой лягушки действует как электролит и проводит электрический ток.
Алессандро Вольта (1745-1827) создал первую в мире батарею из стопки картонных дисков, пропитанных кислотой, и пропитанных кислотой, и проложенных между ними цинковых и медных дисков. В его честь единица напряжение названа вольтом. Батарейка в 1,5 В называется элементом. Большие батареи состоят из нескольких элементов. Батарея в 9 В содержит 6 элементов. Сухие элементы называют первичными элементами. Когда компоненты электролита израсходуются, срок службы батарейки заканчивается. Вторичные элементы — это батареи, которые можно перезаряжать. Автомобильный аккумулятор — вторичный элемент. Он подзаряжается током, произведенным внутри машины. Солнечная батарея превращает энергию Солнца в электрическую. При освещении солнечным светом слоев кремния электроны в них начинают двигаться, создавая разность потенциалов между слоями.
Фотовольтаика: солнечная электроэнергия
Более тридцати лет я занимаюсь разработкой новых материалов и приборов для преобразования света в электричество, последние двадцать лет — в Национальном центре солнечной энергии в Университете Бен-Гуриона в Израиле. При этом основная часть моих научных интересов находится в области прямого преобразования с помощью полупроводниковых солнечных батарей, или так называемых фотоэлектрических модулей (photovoltaics). В таких приборах слой полупроводника поглощает свет, в результате чего рождаются свободные электронно-дырочные пары и разделяются, если есть встроенное электрическое поле. Таким образом можно генерировать электрический ток, только в данном случае не переменный, а постоянный. И поскольку мы используем преимущественно переменный ток и в промышленности, и в быту, то ставится дополнительный прибор — инвертор, который преобразует переменный ток в постоянный.
Термосолнечная электростанция башенного типа в пустыне Негев в Израиле. Множество плоских зеркал вокруг башни (каждое из которых управляется по своей программе) концентрируют солнечный свет на приемник на вершине башни высотой 260 метров. Снимок сделан в момент, когда еще не все зеркала настроены на фокус-приемник. Поэтому виден второй фокус рядом с башней. Частицы влаги в воздухе испаряются, делая видимым конус концентрированного света
Альтернативой такому подходу может служить последовательное преобразование солнечного света сначала в тепло, а затем в электричество (thermo-solar generation). Концентрируемый до высокой интенсивности свет (с помощью так называемых солнечных концентраторов — зеркал или линз особой конструкции) испаряет жидкость, например воду. Полученный таким образом пар вращает турбину и создает переменный ток. Последний этап такого преобразования качественно не отличается от того, как работают электрогенераторы на обычных электростанциях, сжигающих для этого топливо (уголь, газ, нефтепродукты).
Сегодня фотовольтаика имеет гораздо более высокий КПД, что обеспечивает меньшую стоимость солнечного электричества (по сравнению с последовательной термосолнечной генерацией). Однако у этого способа есть недостаток: пока не разработаны способы эффективно и дешево запасать электричество в промышленных масштабах. У термосолнечных систем эффективность меньше, но зато есть возможность запасать полученное тепло в течение ночи. Последние несколько лет мы пытаемся разработать гибридную систему (photovoltaic-thermosolar), совмещающую высокий КПД фотоэлектрических панелей и возможность запасать тепло в гелиотермальной части такой системы. Сделать это не так просто, потому как эффективная работа термосолнечных систем требует нагрева пара до высоких температур — как минимум 300-400 °C. В то же время КПД большинства фотоэлектрических модулей падает с ростом температуры. Однако мы выяснили, что негативный температурный коэффициент КПД фотоэлектрических элементов падает с увеличением интенсивности света. Существует стандарт интенсивности доходящего до поверхности Земли солнечного излучения — одно «солнце». Это 1000 Вт/м2. Так вот, если мы концентрируем свет до тысячи солнц, то фотоэлектрические приборы становятся достаточно толерантны к увеличению температуры. Таким образом мы можем сделать высокоэффективный гибридный прибор с фотоэлектрической панелью. Свет, который не поглощен в ней, будет проходить дальше, приниматься нагревателем воды и создавать пар. При этом будет возможность запаса энергии.
Схема гибридной фотоэлектрическо-термосолнечной установки. Концентрированный свет фокусируется на поверхности высокоэффективного солнечного элемента, прямо под которым размещается гелиотермальный приемник
Гибридные установки
Электростанции, использующие одновременно солнечную энергию и энергию ветра, сегодня достаточно распространены. Но это не совсем гибрид. Дело в том, что ветровые установки нельзя поставить близко друг к другу: они просто не будут работать. Таким образом большое количество площади остается неиспользованным. Ее можно занять фотоэлектрическими батареями. С точки зрения использования площади такая станция может называться гибридом, но нужно понимать, что это два типа независимо работающих приборов.
Гибридная солнечно-ветровая электростанция
Разновидности фотоэлектрических устройств
Прямое преобразование энергии можно осуществлять разными способами — например, с помощью плоских солнечных батарей большой площади (flat panels), зафиксированных на поверхности земли, крышах домов и так далее. А можно собирать свет не фотоэлектрическими панелями, а уже упомянутыми солнечными концентраторами (solar concentrators) — зеркалами или линзами. Таким образом резко усиливается интенсивность света и уменьшается площадь дорогостоящих полупроводниковых преобразователей. Это так называемая концентраторная фотовольтаика (concentrator photovoltaics, CPV). Сегодня этот способ проигрывает из-за того, что стоимость плоских панелей на основе кристаллического кремния резко уменьшилась за последние несколько лет. И если говорить о масштабном производстве электроэнергии, то, безусловно, в выигрыше способ, преобразующий энергию за счет кремниевых батарей, которые лежат на крыше, в поле или где-то еще. Эта тенденция сохранится, видимо, и в ближайшем будущем.
Продолжаются попытки производить солнечные батареи не из дорогостоящих неорганических полупроводников, таких как кремний или арсенид галлия, а из чего-то совсем дешевого, например из органических материалов (проводящих полимеров, фуллеренов и тому подобного). Действительно, чтобы сделать солнечный кремниевый элемент, нужно получить очень чистый кремний, после чего вырастить дорогостоящий кристалл. Температура плавления и кристаллизации кремния — 1400 °C, то есть необходимо также потратить много энергии на нагревание. Полученный кристалл затем режется на пластины, из которых изготавливаются приборы, в то время как органический солнечный элемент можно просто напечатать на принтере при комнатной температуре. Несложно понять, что для этого требуется гораздо меньше энергии. Более того, органические солнечные элементы легко гнутся и принимают любую необходимую форму. Однако главным тормозом такого направления является то, что эти приборы очень нестабильны. Под действием света, воздуха и температуры их эффективность сильно падает. Для сравнения: кремниевые солнечные элементы сегодня имеют срок службы более 20 лет. Сейчас производство электричества с помощью кремниевых полупроводниковых солнечных батарей — это не мечта, а реальность на уровне производства терраватт электрической мощности с КПД порядка 20%.
Кремниевое направление победило за счет стабильности и высоких КПД. Рекордные значения КПД кремниевых солнечных элементов превышают 26% и практически подошли к теоретическому пределу. Что же дальше?
Солнечные элементы на основе перовскитов
Недавно было открыто семейство новых гибридных органическо-неорганических полупроводников на основе металл-галогенных перовскитов, а затем появились солнечные элементы на их основе. Так же, как и органические солнечные элементы, они могут быть получены из растворов, то есть напечатаны на принтере — в перспективе. При этом такие приборы уже сегодня демонстрируют гораздо более высокую эффективность, чем «органика». Первые солнечные элементы на основе перовскита, полученные в группе японского профессора Цутому Миясака (Tsutomu Miyasaka) в 2009 году, имели КПД меньше 4%, а сегодня он достиг 24%.
Перовскитные приборы можно также совместить с кремниевыми. У каждого полупроводникового материала есть так называемая ширина запрещенной зоны. Фотоны поглощаются только с энергией, которая больше этой ширины запрещенной зоны. Скажем, у кремния ширина запрещенной зоны — 1,1 эВ (электронвольт). Это означает, что кремниевые элементы поглощают только часть солнечного спектра, что ограничивает КПД. Кремниевый солнечный элемент активен в инфракрасной области спектра, а перовскитный — в ультрафиолетовой. Сегодня задача сотен, а может быть, и тысяч лабораторий по всему миру — создать так называемые тандемные (tandem) кремниево-перовскитные солнечные элементы, эффективно поглощающие солнечный свет в широком спектральном диапазоне. Если эта задача будет выполнена, реальны значения КПД преобразования в промышленном масштабе, превышающие 30%.
Главный недостаток этого материала в том, что он крайне нестабилен и быстро начинает деградировать. Чтобы разрешить данную проблему, нужно понять, почему происходит деградация. Один из механизмов нестабильности таких структур связан с ионным характером химических связей в этих материалах. Такую структуру достаточно легко разрушить — светом, теплом, взаимодействием с водой или кислородом воздуха.
С другой стороны, среди исследователей пока даже нет согласия, как количественно оценивать деградацию и стабильность таких приборов.
На мой взгляд, именно работы именно в этом направлении могут привести к революции в широкомасштабном производстве солнечного электричества. Если, конечно, они увенчаются успехом.
Солнечная энергия для транспорта
У солнечного излучения есть несколько недостатков с точки зрения его преобразования в электричество. На Землю падает свет достаточно малой мощности — как уже упоминалось, всего 1000 Вт/м2. Грубо говоря, если КПД солнечной батареи — 20%, то с квадратного метра такой панели можно произвести всего лишь 200 Вт. Вырабатываемая мощность прямо пропорциональна площади. Поэтому, скажем, делать автомобили или самолеты на солнечных элементах достаточно тяжело. Мощности, полученной от панелей, не хватит на нормальную работу двигателей. Такие машины должны обладать непомерно большими крыльями, чтобы собирать необходимое количество света.
Поскольку мы пришли к тому, что площади самолета или машины недостаточно для их функционирования, то возникает потребность производства топлива с помощью энергии солнца (solar fuels). Исследования в этом направлении, безусловно, перспективны. В то же время сейчас есть большой интерес к электромобилям. Мы не хотим, чтобы машины сжигали бензин и производили CO2, поскольку это вредно с точки зрения экологии. Стоит, однако, задуматься, откуда мы возьмем столько электроэнергии, чтобы подзаряжать батареи, если все машины будут ездить на электродвигателях. Для этого нужно построить новые станции и сжигать больше угля, газа, нефти. Поэтому, безусловно, широкомасштабное внедрение электромобилей должно идти нога в ногу с расширением солнечной энергетики.
О транспортировке энергии
У южных стран больше солнечной радиации, а у северных — меньше. Но при этом все-таки разделение солнечного излучения на Земле гораздо более демократично, чем разделение, например, источников углеводородов. Могу поделиться интересным примером международного сотрудничества в этой области. С 2012 года я являюсь членом Международного экспертного совета при Национальной комиссии по науке и технологическому развитию Чили (Panel of experts for National Commission of Scientific and Technological Research in Chile, CONICYT). На севере Чили есть высокогорная пустыня Атакама, где уровень солнечной радиации один из самых высоких на нашей планете. При этом там производят медь, которая является одним из главных экономических источников страны, а население живет чрезвычайно бедно: еще недавно там практически не было чистой воды. И они стали внедрять солнечное фотоэлектричество, стали мировым лидером по скорости внедрения таких систем. В определенный момент чилийцы достигли перепроизводства электроэнергии. Тогда появилась идея продавать ее за границу. Наиболее удобны в этом отношении соседние Аргентина и Перу. Но с Аргентиной у них есть политические разногласия, исторические обиды друг на друга, а в Перу, оказывается, самое дешевое производство электричества. Тогда была реализована интересная идея: чилийцы днем продают солнечное электричество в Перу, а ночью покупают дешевую перуанскую электроэнергию.
Если когда-нибудь будут открыты высокотемпературные сверхпроводники, эффективно функционирующие при комнатной температуре, то можно будет передавать электроэнергию без потерь. Пока же транспортировка электричества на большие расстояния ограничена. Одно из возможных технологических решений связано с вышеупомянутой возможностью запаса и транспортировки солнечного топлива, например водорода, получаемого электролизом или фотоэлектролизом воды. В последнем случае мы приближаемся к возможности искусственного фотосинтеза (artificial photosynthesis).
Существует также идея создать на геостационарных орбитах солнечную станцию и производить солнечное электричество в космосе. Чем это хорошо? Во-первых, мощность солнечного света там на 30% больше, чем на Земле, потому как немалое количество солнечного света поглощается нашей атмосферой. Во-вторых, там постоянный по времени спектр солнечного света. Электричество, произведенное в космосе с помощью фотоэлектрических батарей, может питать, например, лазер или генератор микроволнового излучения, которые будут посылать монохроматический свет или микроволновое излучение в любую точку Земли. Здесь, на Земле, их будут принимать солнечные батареи или антенны для преобразования микроволнового излучения. КПД преобразования монохроматического света может быть чрезвычайно высоким — до 80%. Такие проекты хотя и продолжают финансироваться рядом государственных космических агентств и частных компаний, но до сих пор остаются скорее в области фантастики — прежде всего из-за высокой стоимости транспортировки грузов на орбиту.
