Как добыть электричество из тепла без турбин: секрет термопары
Любой источник тепла можно превратить в источник электроэнергии – без паровых котлов, турбин и прочих громоздких сооружений.
Теги:
Нетленка
Энергетика
Как известно, основная часть электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого сырья. Полученное при этом тепло используется, например, для образования пара, который крутит турбину, присоединенную к генератору. Таким образом, главным методом получения электричества является непрямое преобразование тепла, сопряженное с весьма существенными энергетическими потерями. «На производство 1 ватта полезной энергии в среднем тратится около 5 ватт тепла, из которых 4 уходят на разогрев окружающей среды. Если бы нам удалось хотя бы незначительно уменьшить эти потери, это означало бы огромную экономию топлива и существенное снижение выбросов углекислого газа», — поясняет Арунава Майумдар из Калифорнийского университета в Беркли.
Между тем метод прямого преобразования тепла в электроэнергию известен аж с первой половины XIX века, когда Томас Зеебек установил, что избирательное нагревание (или охлаждение) точки контакта двух проводников, имеющих различные химические свойства, сопровождается появлением электродвижущей силы (термо-ЭДС). Попросту говоря, на противоположных концах проводников возникает напряжение, а если их замкнуть, в цепи начнет течь электрический ток. Именно на этом принципе работает термопара — нехитрый прибор, применяемый для измерений температуры. Простейшая термопара состоит из двух стержней разного металла, спаянных на одном конце. По изменению напряжения на противоположных концах стержней можно судить об изменении температуры в точке их соединения.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Попытки приспособить феномен термо-ЭДС для получения электричества предпринимались неоднократно. Соответствующие устройства, называемые термоэлектрическими конверторами, довольно активно разрабатывались в течение последних 50-ти лет и даже нашли свое применение в некоторых областях промышленности.
Однако для массового производства электроэнергии они явно непригодны. Во-первых, КПД подобных преобразователей не поднимается выше 7%, в то время как у паровых турбин это показатель достигает 20%. А главное — эффективной термопаре требуются редкие металлы — висмут, теллурий, платина и др. Это обстоятельство делает термоэлектрические конверторы очень дорогими и весьма непрактичными устройствами.
Однако специалисты из Калифорнийского университета сумели получить эффект термо-ЭДС с помощью искусственно синтезированной органической молекулы, соединяющей два металлических проводника. По мнению ученых, это означает настоящий прорыв в преобразовании тепла в электричество: органика очень дешева и проста в производстве. В ходе экспериментов ученые соединяли пары золотых проводников через прослойки из трех различных органических соединений — бензен-дитиола, дибензен-дитиола и трибензен-дитиола. Затем один из проводников начинали нагревать для создания разницы в температурах. На каждый градус разницы исследователи регистрировали рост напряжения в 8,7 мкВ для первого, 12,9 мкВ для второго, и 14,2 мкВ для третьего соединения, соответственно.
Максимальная разница температур, достигнутая в ходе тестов, составила всего 30О по Цельсию.
«Эти цифры могут показаться не слишком значительным, однако они вполне доказывают правильность нашей концепции. Органическое термоэлектричество сделало свой первый шаг,» — заявил Прамод Редди (Pramod Reddy), один из участников исследования. В ближайшее время ученые намереваются протестировать ряд других органических соединений и металлов, чтобы добиться более выраженного эффекта термо-ЭДС.
Читайте также: «Электричество из водорослей», «Шумная энергия».
Как получить электричество в природных условиях
Домой Выживание Как получить электричество в природных условиях
Пользу, а иногда и необходимость электричества недооценить сложно. Особенно в чрезвычайных условиях. Вам может понадобиться подзарядить рацию, фонарик или мобильный телефон. В данной статье мы расскажем о способах альтернативного получения электроэнергии из подручных материалов.
Содержание
Деревья
Для практически любого простейшего способа получения электричества без подключения к уже имеющейся электрической сети, обязательно понадобятся гальванические элементы, а именно два металла, которые в паре образуют разнополярные анод и катод соответственно.
Теперь остается воткнуть в ближайшее дерево один из них, например алюминиевый стержень или железный гвоздь так, чтобы он полностью вошел через кору в сам ствол дерева, а другой элемент, например медную трубку, воткнуть в почву рядом, чтобы она вошла в землю на 15-20 см. Возможно даже между медной трубкой и алюминиевым стержнем возникнет напряжение в приблизительно 1 Вольт. Чем больше стержней вы вставите в дерево, тем лучше будет качество электроэнергии, добываемой таким способом. После окончания добычи электричества обязательно наведите порядок, замажьте поврежденные места на дереве смолой.
Фрукты
Апельсины, лимоны и другие цитрусовые, — все это идеальный электролит для выработки электричества в экстремальных условиях, особенно если экстремальная ситуация застала вас недалеко от экватора. Помимо уже известных алюминия и меди, можно использовать более эффективные золото и серебро если на вас или вашей спутнице остались украшения, доведя напряжение вашего электричества аж до 2 Вольт.
Если вы занимаетесь получением электроэнергии с целью освещения, то в качестве лампочки может служить стеклянная колба с кусочком обугленного бамбукового волокна в качестве нити накаливания. Эту кустарную нить накаливания использовал для первой лампочки в мире сам Эдиссон.
Вода
Если у вас есть медная проволока и фольга, получение электричества в этом случае, займёт минимум усилий. Наполняем несколько стаканов соленой водой и соединяем их медной проволокой, от стакана к стакану. На один конец каждого провода, соединяющего стаканы, должна быть намотана алюминиевая фольга. Соответственно чем больше проволоки и стаканов. тем выше ваши шансы! Такой тип устройства был изобретен еще в 18-м веке, он называется «Вольтов столб». Но в этом случае используются медно-цинковые элементы. Схема их изготовления показана ниже:
Картофель
Из клубней обычной картошки, тоже можно получить электричество , все что вам понадобится, это соль, зубная паста, провода и картофелина. Разрежьте её пополам ножом, через одну половинку проведите провода, в то время как в другой сделайте по центру углубление в форме ложки, после чего наполните её зубной пастой, смешанной с солью.
Соедините половинки картошки, причем провода должны контачить с зубной пастой, а их самих лучше зачистить. Все! Теперь вы можете при помощи вашего генератора электричества, зажигать костры от электрической искры.
Изготовление аккумулятора
Свинец и серная кислота уже не один десяток лет зарекомендовали себя как универсальный генератор электричества с превосходным качеством электроэнергии, использующийся повсеместно, например в аккумуляторах различных транспортных средств . Для этого вам понадобятся оба компонента, соединить которые нужно в керамической посуде (найти в экстремальных условиях глину и обжечь её не должно составить для вас труда, это относится и к стаканам в случае получения электричества из соленой воды). Если вопрос остался за серной кислотой, то получить её из серы, обжигая её при избытке кислорода и воды, не трудно. Если нет ни того ни другого, электричество принесет вам минерал «галенит» , который уже при температуре 327 градусов в смеси с углем расплавляется на серу и свинец.
Предыдущая статьяФонарь — тактика применения. Часть 3
Следующая статьяСъедобные корни и клубни. Часть 2: Растения на берегу
САМОЕ ПОПУЛЯРНОЕ
Загрузить больше
СВЕЖИЕ СТАТЬИ
НОВОСТИ
Центр данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение электроэнергии
Полностью электрические транспортные средства и подключаемые гибридные электромобили (PHEV), которые в совокупности называются электромобилями (EV), хранят электроэнергию в батареях для питания одного или нескольких электродвигателей. Аккумуляторы заряжаются в основном путем подключения к внешним источникам электроэнергии, произведенным из природного газа, ядерной энергии, угля, энергии ветра, гидроэнергетики и солнечной энергии.
Полностью электрические транспортные средства, а также PHEV, работающие в полностью электрическом режиме, не производят выбросов выхлопных газов. Однако существуют выбросы, связанные с большей частью производства электроэнергии в Соединенных Штатах.
Дополнительную информацию о местных источниках электроэнергии и выбросах см. в разделе «Выбросы».
Производство
По данным Управления энергетической информации США, в 2020 году большая часть электроэнергии в стране была произведена за счет природного газа, ядерной энергии и угля.
Электроэнергия также производится из возобновляемых источников, таких как ветер, гидроэнергетика, биомасса и геотермальная энергия. Вместе возобновляемые источники энергии произвели около 20% электроэнергии страны в 2020 году.
Для производства электроэнергии турбогенераторная установка преобразует механическую энергию в электрическую. В случае природного газа, угля, ядерного деления, биомассы, нефти, геотермальной и солнечной энергии производимое тепло используется для создания пара, который приводит в движение лопасти турбины. В случае ветряной и гидроэнергетики лопасти турбины приводятся в движение непосредственно потоками ветра и воды соответственно. Солнечные фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество с помощью полупроводников.
Количество энергии, производимой каждым источником, зависит от сочетания видов топлива и источников энергии, используемых в вашем регионе. Чтобы узнать больше, см. раздел о выбросах. Узнайте больше о производстве электроэнергии от Управления энергетической информации Министерства энергетики США.
Передача и распределение электроэнергии
Электричество в Соединенных Штатах часто перемещается на большие расстояния от генерирующих мощностей до местных распределительных подстанций по передающей сети протяженностью почти 160 000 миль высоковольтных линий электропередачи. Генерирующие объекты обеспечивают электроэнергию в сеть при низком напряжении, от 480 вольт (В) на малых генерирующих объектах до 22 киловольт (кВ) на более крупных электростанциях. Как только электроэнергия выходит из генерирующего объекта, напряжение увеличивается или «повышается» с помощью трансформатора (типовой диапазон от 100 кВ до 1000 кВ), чтобы минимизировать потери мощности на больших расстояниях.
По мере того, как электроэнергия передается по сети и поступает в районы нагрузки, напряжение понижается трансформаторами подстанции (диапазон от 70 кВ до 4 кВ). Чтобы подготовиться к подключению клиентов, напряжение снова снижается (бытовые потребители используют 120/240 В; коммерческие и промышленные потребители обычно используют 208/120 В или 480/277 В).
Электрические транспортные средства и мощность электрической инфраструктуры
Полностью электрические транспортные средства и подключаемые гибридные электромобили представляют собой растущий спрос на электроэнергию, что может оказать негативное воздействие на энергосистему. Хотя эти новые нагрузки вряд ли истощат большую часть наших существующих генерирующих ресурсов, высокие совпадающие пики зарядки электромобилей в концентрированных местах могут вызвать нагрузку на близлежащее распределительное оборудование. Усовершенствованное планирование сети и решения, такие как интеллектуальное управление зарядкой, будут важны для обеспечения того, чтобы существующая электрическая инфраструктура могла безопасно поддерживать районы со значительным увеличением спроса, связанного с электромобилями, в зависимости от того, когда, где и на каком уровне мощности транспортные средства заряжаются.
Спрос на электроэнергию растет и падает в зависимости от времени суток и времени года. Мощности по производству, передаче и распределению электроэнергии должны быть в состоянии удовлетворить спрос в периоды пикового использования; но большую часть времени инфраструктура электроснабжения не работает на полную мощность. В результате электромобилям вряд ли потребуется увеличение пропускной способности сети.
Согласно исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, существующая электроэнергетическая инфраструктура США имеет достаточную мощность для удовлетворения около 73% энергетических потребностей легковых автомобилей страны. Согласно моделям развертывания, разработанным исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), разнообразие электрических нагрузок домашних хозяйств и нагрузок электромобилей должно способствовать внедрению и росту рынка электромобилей по мере расширения сетей «умных сетей». Сети интеллектуальных сетей обеспечивают двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его клиентами, а также наблюдение за линиями электропередачи с помощью интеллектуальных счетчиков, интеллектуальных приборов, возобновляемых источников энергии и энергосберегающих ресурсов.
Сети интеллектуальных сетей могут обеспечивать возможность мониторинга и защиты жилой распределительной инфраструктуры от любых негативных воздействий из-за повышенного спроса на электроэнергию для транспортных средств, поскольку они способствуют зарядке в непиковые периоды и снижают затраты для коммунальных служб, операторов сетей и потребителей.
Анализ NREL также продемонстрировал потенциал синергии между электромобилями и распределенными источниками возобновляемой энергии. Например, маломасштабные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи на крыше, могут как обеспечивать чистую энергию для транспортных средств, так и снижать спрос на распределительную инфраструктуру за счет выработки электроэнергии рядом с точкой потребления. Чтобы коммунальные предприятия могли в полной мере реализовать преимущества этих технологий, необходимо внедрить интеллектуальное управление зарядкой, чтобы влиять на зарядку электромобилей.
Коммунальные предприятия, производители транспортных средств, производители зарядного оборудования и исследователи работают над тем, чтобы электромобили плавно интегрировались в электрическую инфраструктуру США.
Некоторые коммунальные службы предлагают более низкие тарифы в непиковое время, чтобы стимулировать зарядку жилых транспортных средств, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Транспортные средства и многие типы зарядного оборудования (также известного как оборудование для питания электромобилей или EVSE) можно запрограммировать на отсрочку зарядки до непикового времени. «Умные» модели даже способны связываться с сетью, агрегаторами нагрузки или владельцами объектов/домов, позволяя им автоматически взимать плату, когда спрос на электроэнергию и цены на нее оптимальны; например, когда цены самые низкие, соответствующие местным потребностям распределения (таким как температурные ограничения) или соответствующие возобновляемым источникам энергии.
Различные методы производства электроэнергии
Группа системного анализа ДОМ
Дополнительные сведения об энергии
Для чего мы используем энергию?
Различные методы производства электроэнергии
Для чего мы используем энергию?
Различные методы производства электроэнергии
Существуют различные методы производства электроэнергии в зависимости от видов энергии.
Среди энергетических ресурсов уголь и природный газ используются для производства электроэнергии путем сжигания (тепловая энергия), урана путем деления ядер (ядерная энергия), для использования их тепла для кипячения воды и вращения паровой турбины.
Среди возобновляемых источников энергии солнечный свет непосредственно преобразуется в электричество (фотогальваника), энергия вращения ветра преобразуется в электричество (энергия ветра), вращение водяного колеса проточной водой для выработки (гидроэлектростанции). Магматическое тепло кипит подземные воды, чтобы вращать паровую турбину для генерации (геотермальная энергия).
Продолжается непрерывное развитие технологий для преобразования энергии ресурсов или возобновляемых источников энергии в электричество с меньшими потерями. Также важно для работы электростанции проводить техническое обслуживание или обучение операторов.
Тепловая энергия
Производство электроэнергии с использованием пылеугольного топлива в настоящее время является основным методом производства электроэнергии с использованием угля.
Уголь измельчается до мелкого порошка и сжигается в котле. Тепло в котле превращает воду в пар. Давление пара вращает паровую турбину, и генератор вырабатывает электричество.
Электростанция комбинированного цикла сначала вырабатывает газ путем сжигания топлива в сжатом воздухе.
Давление газа приводит во вращение газовую турбину и генератор вырабатывает электричество.
Кроме того, тепло отработавших газов газовой турбины используется для кипячения воды для производства пара, который вращает турбину для производства.
Комбинированный цикл комплексной газификации угля (IGCC) газифицирует топливный уголь в газификаторе. Газифицированное топливо сжигается в сжатом воздухе для получения газа. Давление газа вращает газовую турбину для выработки электроэнергии. Кроме того, тепло выхлопных газов газовой турбины используется для кипячения воды в пар для выработки электроэнергии.
Международное сравнение эффективности производства тепловой энергии
Международное сравнение эффективности производства тепловой энергии (ископаемое топливо).
Угольные электростанции в Японии достигают наивысшей эффективности, производя больше электроэнергии при меньшем количестве топлива. Несмотря на то, что эффективность генерации может быть повышена за счет использования мощностей (или технологий) по выработке электроэнергии с новейшей и самой высокой эффективностью, важно проводить техническое обслуживание установки, а также поддерживать или повышать качество эксплуатации.
Атомная энергия
Легкая вода означает нормальную воду, противоположную тяжелой воде. Тепло вырабатывается ядерным делением в активной зоне реактора, а затем вызывает кипение воды с образованием пара. Пар используется для вращения турбины для выработки электроэнергии, затем охлаждается в конденсаторе морской водой и снова превращается в жидкую воду. Затем эта вода возвращается в активную зону реактора.
Легкая вода означает нормальную воду, противоположную тяжелой воде. Тепло вырабатывается ядерным делением в активной зоне реактора, но нагретая вода перед кипением подавляется за счет приложения высокого давления.