Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Рекуперация тепла с использованием термоэлектрических материалов: перспективы и альтернативы
10 мая 2022
Количество просмотров: 563
Комментарии к статье: 2


Рекуперация тепла с использованием термоэлектрических материалов: перспективы и альтернативы

Что такое рекуперация

Под словом «рекуперация» понимают процесс возвращения энергии для обеспечения возможности ее дальнейшего использования по назначению. Без применения рекуперации потери всегда будут значительными, тогда как с применением рекуперации часть энергии потенциальных потерь можно использовать повторно. Таким образом КПД системы в целом будет повышен, а расход ресурса станет более экономным.

Простой пример рекуперации — рекуперация тепла в системе вентиляции помещения:

  • холодный воздух с улицы входит в систему приточной вентиляции, где его необходимо подогреть;

  • если подогревать этот воздух только электрическим нагревателем, то расход энергии получится излишним.

Можно поступить мудрее - подогревать холодный уличный воздух еще и через теплообменник теплом от воздуха, который движется через вытяжную вентиляцию из помещения на улицу. Таким образом реализуется рекуперация тепла системы отопления, которое без рекуперации в системе вентиляции просто выпускалось бы на улицу без какой-либо пользы.

Кроме вентиляции можно привести еще много примеров бытовых и промышленных систем, где тепло традиционно выбрасывается без всякой пользы: тепло сточных вод, тепло выхлопных дымовых газов, тепло работающих двигателей, станков, генераторов, компрессоров и т. д.

Помимо рекуперации тепловой энергии без преобразования ее в другие виды энергии, принципиально возможна и рекуперация ее с преобразованием в электрическую форму. Рассмотрим эту возможность более подробно.

Первый в мире термоэлектрический генератор для утилизации отработанного тепла промышленных предприятий

Первый в мире термоэлектрический генератор для утилизации отработанного тепла промышленных предприятий - компания Alphabet Energy из Калифорниии, выпустила E1, первый промышленный термоэлектрический генератор, преобразующий отработанное тепло в электричество. 

Термоэлектрические преобразователи

Напомним, что для преобразования тепловой энергии напрямую в электрическую энергию, используются термоэлектрические генераторы на базе термоэлектрических материалов, таких как: теллурид висмута, теллурид свинца, теллурид сурьмы, селенид висмута, селенид сурьмы, теллурид германия, моносульфид самария, селенид гадолиния, станнид магния, силицид магния.

Устройство термоэлектрического преобразователя

Суть преобразования тепла в электричество зиждется в них на эффекте Зеебека, который заключается в том, что градиент температуры в месте соединения двух разнородных проводников приводит к движению носителей заряда между холодной и горячей областями, что и приводит к возникновению разности потенциалов.

На сегодняшний день нет доступного термоэлектрического материала, который бы позволил обеспечить эффективное прямое преобразование тепла в электричество, поскольку КПД распространенных термоэлектрических преобразователей находится в лучшем случае в районе 20%.

Тем не менее разработки и поиски новых материалов не стоят на месте. Необходимо добиться высокого КПД преобразования, высокой термо-ЭДС, при этом материал должен быть тугоплавким, а его теплопроводность — небольшой, кроме того материал не должен быть токсичным, как те же селен, свинец, теллур или висмут.

Да, плутониевые термоэлектрические генераторы питают космические аппараты в удаленных регионах Солнечной системы. Но что же на самой Земле?

Существующие альтернативы

Прежде всего в таких системах заинтересованы производители автомобилей. КПД бензинового двигателя внутреннего сгорания составляет 35%, а две трети энергии топлива, сжигаемого для нужд ДВС, теряется в форме тепла.

Куда уходит это тепло? Его впустую рассеивает система охлаждения. 100 кВт составляет мощность среднего двигателя, значит более 50 кВт уходит в атмосферу форме тепла. Не является ли это непростительной расточительностью?

Уже существуют автомобильные системы рекуперации тепла на базе парогенераторов, в которых тепло от системы утилизации выхлопных газов разогревает воду, и далее уже пар под давлением направляется на турбину электрогенератора, либо в систему быстрого прогрева двигателя, либо же мощность передается непосредственно на привод коленвала. В среднем 15%, но практически - до 30% топлива удается сэкономить благодаря такой системе. Некоторые производители автомобилей их устанавливают.

Перспективы ТЭГ для целей рекуперации

Однако ученые не теряют оптимизма. В Московском институте электронной техники (МИЭТ) уже работают над созданием новейших многослойных термоэлектрических генераторов на базе кремний-германиевых нанокомпозитных материалов.

Многослойный термоэлектрический генератор

По словам разработчиков, их модели многослойных высокотемпературных термоэлектрических генераторов будут работать с такой разностью температур, что самая холодная часть преобразователя сможет иметь температуру в 20 градусов, тогда как самая горячая - 900 градусов. Так что есть надежда, что и с помощью термоэлектрических материалов в скором будущем мы сможем получить более эффективные системы для рекуперации тепла.

Смотрите также:

Эффективное преобразование тепла в электричество с помощью термогенераторов GMZ Energy

Термоэлектрический материал с упорядоченно расположенными нанотрубками

Как устроены и работают термоэлектрические холодильники, их достоинства и недостатки





Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Эффективное преобразование тепла в электричество с помощью термогенераторов ...
  • Термоэлектрический материал с упорядоченно расположенными нанотрубками
  • Термоэлектрические генераторы (Бернштейн А. С)
  • Рекуперация электрической энергии и ее использование
  • Как устроены и работают термоэлектрические холодильники, их достоинства и н ...
  • Термоэлектрический эффект и охлаждение, эффект Пельтье
  • Отопление и обогрев кондиционером загородного дома - особенности, достоинст ...
  • Эффект Пельтье: магическое действие электрического тока
  • Способы преобразования солнечной энергии и их КПД
  • Термоэлектрический модуль Пельтье - устройство, принцип действия, характери ...
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

      Комментарии:

    #1 написал: Эдуард | [цитировать]

    Отличная публикация, актуальная информация очень востребована в нашей сфере.  

      Комментарии:

    #2 написал: Николай | [цитировать]

    Цена на ископаемое топливо, сопровождаемая растущим осознанием экологических проблем, связанных с глобальным потеплением, привела к всплеску научной деятельности по выявлению и разработке экологически безопасных источников электроэнергии. В этом смысле прямое преобразование энергии термоэлектрическими устройствами, использующими остаточное тепло в качестве источника тепла, могло бы помочь решить энергетические проблемы современного общества. Термоэлектрический преобразователь представляет собой твердотельную тепловую машину, в которой носителями заряда являются рабочее тело, позволяющее осуществлять прямое преобразование теплового потока в электрическую энергию. Такие устройства технологически привлекательны тем, что не имеют подвижных частей, бесшумны, универсальны и очень надежны. В последние годы исследования термоэлектрических материалов сосредоточены на разработке систем термоэлектрической генерации, предназначенных для оптимизации низкотемпературных систем рекуперации отработанного тепла, которые могли бы генерировать полезную электроэнергию из различных источников тепла, таких как тело человека, автомобили и промышленные предприятия. Если эволюция термоэлектрических материалов позволит улучшить термоэлектрические характеристики, в ближайшем будущем эти устройства будут способствовать сокращению использования ископаемого топлива и, как следствие, уменьшению последствий глобального потепления.

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки



    Copyright © 2009-2022 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.