Перспективные способы преобразования электрической энергии
3.1. Термоэлектрические генераторы
Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) являются устройствами, в которых происходит непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую.
Принцип работы ТЭГ основан на эффекте Зеебека, который состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных материалов, при разных температурах контактов этих материаловпротекает электрический ток.
Физическая природа термоэлектрического эффекта состоит в том, что средняя энергия свободных электронов различна в разных проводниках и по-разному растет с увеличением температуры. В проводниках, имеющих продольный перепад температур, возникает направленный поток электронов от горячего спая к холодному. При этом у холодного спая образуется избыток отрицательных зарядов, у горячего - избыток положительных. Поток электронов будет более интенсивным в тех проводниках, у которых концентрация электронов больше. Если использовать проводники с разной концентрацией электронов и поддерживать разную температуру спаев, на концах термоэлемента появится термоЭДС.
Для достижения стабильной работы батарея герметизирована металлической кассетой, заполненной аргоном.
КПД современных полупроводниковых ТЭГ превышает 10 % и ведутся интенсивные исследования по созданию полупроводников, способных работать при высоких температурах.
Термоэлектрические генераторы обладают принципиальными преимуществами перед другими источниками электропитания:
|
|
|
• имеют длительный срок службы, практически неограниченный срок хранения при полной готовности к работе, не требуют специального обслуживания;
• термобатареи устойчивы в работе, дают стабильное напряжение, не критичны к режимам короткого замыкания и холостого хода;
• ввиду отсутствия движущихся частей термоэлектрические генераторы полностью бесшумны в работе, что дает им преимущество перед машинными источниками постоянного напряжения.
3.2. Магнитогидродинамические генераторы
Магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор) представляет собой энергетическую установку, в которой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрическую энергию. Название «магнитогидродинамический генератор» связано с тем, что область науки, изучающая взаимодействие между магнитным полем и токопроводящими жидкостями или газами, называется магнитогидродинамикой.
Принцип работы МГД-генератора основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому, в проводнике, движущемся в магнитном поле, индуктируется ЭДС. Так как ЭДС индуктируется в любом проводнике - твердом, жидком или газообразном, возможно практическое создание энергетической установки, в которой проводником является само рабочее тело. Прямое (непосредственное) преобразование энергии составляет главную особенность МГД-генератора, отличающую его от генераторов электромашинных.
|
|
|
Рабочими телами МГД-генераторов могут служить электролиты, жидкие металлы и ионизованные газы. В современных МГД- генераторах рабочим телом преимущественно служит газообразный проводник − плазма, носителями зарядов в котором являются в основном свободные электроны и положительные ионы, отклоняющиеся в магнитном поле от траектории, по которой газ двигался бы в отсутствие поля.
Отличительной особенностью МГД-генераторов является также возможность получения больших мощностей в одном агрегате − 500-1000 МВт и сочетания их с паросиловыми блоками такой же мощности.
Для работы МГД-генератора необходимо создавать сильное магнитное поле, которое может быть получено пропусканием огромных токов по обмоткам. Поэтому в качестве таких проводников целесообразно использовать сверхпроводящие материалы.
Перспективны МГД-генераторы с ядерными реакторами, используемыми для нагревания газов и их термической ионизации.
|
|
|
3.3. Электрохимические способы преобразования энергии
Одним из наиболее перспективных способов получения электроэнергии является электрохимический способ преобразования химической энергии, который осуществляется в химических источниках тока (ХИТ).
ХИТ как источники электрической энергии имеют ряд преимуществ: они обладают высоким КПД преобразования энергии (до 90 %), не имеют подвижных, подверженных износу частей, бесшумны в работе, малочувствительны к вибрации и изменению температуры, экологически безвредны, полностью автономны.
К химическим источникам тока относят гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы.
Гальваническими элементами называют устройства для прямого преобразования химической энергии заключенных в них реагентов в электрическую.
Простейший аккумулятор должен иметь два электрода – анод и катод, помещенных в электролит, который обеспечивает обмен ионами между электродами.
Наиболее распространенным типом восстанавливаемых электрохимических элементов является свинцовый (кислотный) аккумулятор, который широко используется в автомобилях.срок службы 2-3 года
Другим распространенным типом аккумуляторных батарей являются аккумуляторы, у которых в качестве электролита вместо кислоты используется щелочь.большой срок службы (до 10 лет), высокая механическая прочность, отсутствие необходимости замены реагентов.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 546; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!