Как преобразовать тепловую энергию в электрическую

Альтернативные источники электрической энергии промышленного применения

К неоспоримым достоинствам термоэлектрического прямого преобразования тепловой энергии в электрическую следует отнести отсутствие промежуточного звена, как, например, в работе тепловой или атомной электростанции, где тепловая энергия преобразуется в механическую, а затем механическая энергия преобразуется в электрическую. Также термоэлектрические генераторы (ТЭГ) обладают такими уникальными качествами, как полная автономность, высокая надежность, простота эксплуатации, бесшумность и долговечность.

Среди преимуществ, определяющих при выборе среди прочих приоритет термоэлектрического преобразования, во многих приложениях — это отсутствие движущихся частей и, как одно из следствий, отсутствие вибраций, а также необходимости применения жидкостей и/или газов под высоким давлением. (Преобразование происходит в самом термоэлектрическом веществе.

) Работоспособность не зависит от пространственного положения и наличия гравитации. ТЭГ можно применять при больших и малых перепадах температур. Последнее становится наиболее актуальным, если учесть, что до 90% сбрасываемой (отводимой) тепловой энергии на промышленных объектах и оборудовании выделяется при температуре поверхностей до +300 °С.

Термоэлектрическое преобразование универсально, оно допускает использование практически любых источников теплового потока, в том числе при малых перепадах температур, при которых применение иных способов преобразования невозможно в принципе.

Сферы применений ТЭГ крайне разнообразны: от энергообеспечения космических аппаратов, находящихся на удаленных от Солнца орбитах, питания оборудования газо- и нефтепроводов, морских навигационных систем до бытовых генераторных устройств, например в составе дровяной топочно-варочной печи, камина и котла.

Приведем несколько примеров практического применения ТЭГ:

• использование отводимого от двигателей (автомобильных, корабельных и др.) тепла;
• автономные источники питания электроэнергии для обеспечения работоспособности котельных, установок по переработке отходов и др.;
• источники питания для катодной защиты нефте- и газопроводов;
• автономное обеспечение энергией электронных блоков и насосов водяных котлов и мусоро­сжигательных установок;
• преобразование тепла природных источников (например, гео­термальных вод) в электрическую энергию;
• обеспечение питанием различных устройств телеметрии и автоматики на объектах, удаленных от линий электропередачи;
• обеспечение автономным питанием маломощных электронных устройств (беспроводные датчики) за счет накапливаемой энергии (Energy Harvesting), собираемой при наличии минимальных перепадов температур (менее 10 °С);
• получение электрической энергии на солнечных концентраторах за счет разности температур горячего и охлажденного теплоносителя в контуре.

Термоэлектрические генераторы промышленного применения

В качестве источника тепла для современных промышленных ТЭГ чаще всего применяют тепловую энергию, выделяемую при сжигании природного газа. Также используется тепловая энергия, отводимая от двигателей внутреннего сгорания, тепловая энергия пара, другие доступные источники тепла на промышленных объектах. Выходная мощность генераторов определяется типом и числом термоэлектрических модулей, входящих в состав генератора, а также конструкцией радиаторов.

Линейка выпускаемых компанией «Криотерм» ТЭГ промышленного назначения обеспечивает возможность получения электрической мощности от 2 до 200 Вт от одного генератора. Следует отметить, что производитель указывает выходную мощность для наихудших условий эксплуатации и среднестатистически можно ожидать результаты, превосходящие гарантированные в полтора раза и более.

При выполнении условий согласования можно суммировать вырабатываемую мощность от нескольких генераторов.

В упрощенном виде термоэлектрический генератор можно представить в виде металлической теплораспределительной пластины со стороны источника тепла, термо­электрического генераторного модуля (ТГМ) и охлаждающего радиатора, отводящего тепло, проходящее через модуль в окружающим среду и создающего необходимый для работы ТГМ перепад температур (рис. 1). Вся конструкция должна сжиматься с усилием, обеспечивающим надежную передачу тепла от источника в окружающую среду с одной стороны и не допускающей превышения допустимого усилия при тепловом расширении конструкции.

Рис. 1. Базовая конструкция термоэлектрического генератора

На рисунке видно, что сжатие обеспечивается с помощью резьбовых соединений и рессорной пружины. Пружины могут быть также иной конструкции, например витой или дисковой. Целью конструкции является обеспечение равномерности усилия сжатия в заданном интервале температур. Благодаря своей простоте базовая конструкция обладает высокой надежностью и долговечностью (срок службы может превышать 10 лет).

Универсальный термоэлектрический генератор Б4-М

Универсальный генератор Б4-М позволяет получать напряжение питания 12 В при установке на вертикальные горячие поверхности с температурой +250 °С и обеспечиваю­щие мощность теплового потока через генератор 300 Вт. Генератор обеспечивает непрерывную круглосуточную работу без постоянного наблюдения за его функционированием.

Степень защиты ТЭГ Б4-М от прикосновения к токоведущим частям, попадания твердых посторонних тел и жидкости — IP35 по ГОСТ 14254-96. Генератор предназначен для работы в помещении и на открытом воздухе при любой погоде. Генератор снабжен бронерукавом, служащим защитой проводов выходного напряжения от механических повреждений и перегрева (рис. 2).

На бронерукаве также установлен разъем выходного напряжения.

Рис. 2. Внешний вид и состав ТЭГ Б4-М (1 — рабочая поверхность; 2 — кожух; 3 — отверстия для крепежа; 4 — ребра радиатора; 5 — разъем подключения переходного устройства

В реальных условиях эксплуатации в силу ряда факторов достаточно сложно обеспечить постоянную температуру источника тепла. В этой связи для защиты от перегрева и повышения надежности генератор имеет встроенную тепловую защиту, предотвращающую выход из строя генератора при нагреве установочной поверхности до +300 °С. Основные технические характеристики ТЭГ Б4-М приведены в таблице 1.

В процессе проектирования систем с применением термоэлектричесих генераторов возникает вопрос: какими будут выходные параметры генератора при температурах ниже номинальной? На рис. 3 приведена зависимость выходной мощности генератора Б4-М на согласованной нагрузке от температуры источника тепла.

На графике видна область срабатывания тепловой защиты после роста температуры источника тепла свыше +260 °С, при котором происходит уменьшение теплового потока через термоэлектрический модуль и, как следствие, снижение вырабатываемой электрической мощности. Испытания производились при комнатной температуре, в условиях естественной конвекции.

Для нормальной работы ТЭГ Б4-М необходимо охлаждение радиатора, поэтому важно обеспечить свободное прохождение воздуха вдоль его ребер.

Эксплуатация генератора на открытом воздухе, как правило, дает лучшие результаты за счет присутствия дополнительного естественного обдува радиатора, при этом защищать генератор от дождя и снега необходимости нет, так как попадание влаги на радиатор дополнительно охлаждает его и, соответственно, увеличивает вырабатываемую мощность устройства. Для питания электронных устройств рекомендуется применять соответствующий стабилизатор напряжения.

Рис. 3. Типовые результаты испытаний генератора Б4-М

Термоэлектрический генератор ТЭГ-5

Модернизация инфраструктуры промышленных предприятий и внедрение современных систем энергоучета зачастую ограничены отсутствием электрического питания в местах установки различных приборов телеметрии и передачи данных. При этом во многих случаях в наличии есть паропровод.

Для получения источника электрической энергии от тепловой энергии пара служит термоэлектрический генератор ТЭГ-5 (рис. 4), устанавливаемый на паропроводах промышленных объектов и имеющий выходную мощность 5 Вт, гарантированную производителем для самых неблагоприятных сочетаний условий эксплуатации.

Основные технические характеристики приведены в таблице 2.

Рис. 4. Генератор ТЭГ-5: сверху габаритные размеры; внизу внешний вид

 Термоэлектрический генератор на газовом топливе ТЭГ-15

Термоэлектрический генератор на газовом топливе ТЭГ-15 (рис. 5) предназначен для получения электрической энергии для питания аппаратуры учета расхода газа путем преобразования тепловой энергии сжигания газового топлива в электрическую. Генератор успешно эксплуатируется на газораспределительных пунктах и обеспечивает автономное питание систем сбора и передачи информации, независимое от внешних источников электрической энергии.

Рис. 5. Термоэлектрический генератор ТЭГ-15 на газораспределительных пунктах

Применение термоэлектрических генераторов на газовом топливе позволяет снизить затраты, исключив необходимость подключения к линиям электроснабжения пунктов размещения измерительной и передающей аппаратуры.

Генераторы снабжены аккумуляторными батареями и устройством контроля заряда и работы устройства. Как указано в таблице 3, номинальная мощность генератора составляет 15 Вт. Этой мощности достаточно для питания современных электронных приборов учета расхода и параметров газа.

В случае необходимости получения большей мощности или резервирования генераторы могут каскадироваться.

Термоэлектрический генератор ГТГ-200

ГТГ-200 (рис. 6) является автономным источником электроэнергии, работающим на природном газе, пропане или пропан-бутановой смеси. Применяется для комплектации автономных источников питания (АИП) мощностью 200–2000 Вт.

Рис. 6. Устройство термоэлектрического генератора ГТГ-200

Высокая вырабатываемая генератором мощность определяется применением в нем среднетемпературных термоэлектрических генераторных модулей серии Mars, обеспечивающих выходную мощность до 45 Вт (базовый вариант 40 Вт) и предназначенных для применения совместно с источником тепла с температурой +530 °С и мощностью теплового потока 650 Вт. Основные параметры этого генераторного модуля приведены в таблице 4, внешний вид на рис. 7, нагрузочная характеристика на рис. 8.

Рис. 7. Среднетемпературный генераторный модуль серии Mars

Гарантийный срок эксплуатации генераторного модуля серии Mars составляет 10 лет.

Рис. 8. Типовая вольт-амперная характеристика генераторного модуля Mars

Генераторы термоэлектрические ГТГ-200 применяются в качестве необслуживаемых автономных источников электроэнергии постоянного тока и тепла в составе независимых автономных источников энергопитания для станций катодной защиты газопроводов от коррозии, питания изолированных от стационарного электроснабжения узлов учета, питания средств автоматики, телемеханики и технологической связи магистральных газопроводов. Генераторы работают на природном или сжиженном газе. Для управления работой термоэлектрического генератора ГТГ-200 в составе автономного источника питания применяется блок стабилизации напряжения и управления, предназначенный для:

• стабилизации и ограничения зарядного напряжения аккумуляторных батарей;
• включения и отключения электромагнитного клапана подачи газа в генератор;
• подачи напряжения на высоковольтный блок для электроискрового «поджига» газовой горелки генератора;
• контроля вырабатываемой генератором мощности;
• обеспечения параллельной работы нескольких генераторов.

Условия эксплуатации генератора ГТГ-200:

• климатическое исполнение О;
• категория размещения 2 по ГОСТ 15150-69;
• температура окружающего воздуха –50+50 °С;
• относительная влажность воздуха до 98%.

Основные параметры прибора приведены в таблице 5, а внешний вид с воздуховодом и газоотводящей трубой — на рис. 9.

Рис. 9. Внешний вид генератора ГТГ-200

Заключение

Рассмотренные термоэлектрические генераторы промышленного назначения были разработаны для решения задач альтернативного электрического питания различных приборов и устройств.

В процессе разработки и испытаний на объектах были учтены особенности эксплуатации, пожелания заказчиков.

Применение современных узлов и компонентов, в первую очередь высокоэффективных термоэлектрических генераторных модулей компании «Криотерм», позволило обеспечить высокую надежность серийно выпускаемых термоэлектрических генераторов промышленного применения.

Источник: https://www.controlengrussia.com/apparatnye-sredstva/alternativny-e-istochniki-e-lektricheskoj-e-nergii-promy-shlennogo-primeneniya/

Energy Utilization | Hitachi Zosen Inova AG

Economical, Reliable and Efficient

Recovery of the energy content of waste is a key aspect of energy-from-waste. As this process is low in emissions and renewable to a great extent, it contributes to the reduction of greenhouse gases. Extracted energy is used in the way that best meets the needs of the client. We distinguish between three main concepts: Electric Power, Combined Heat and Power, and Combinded Cold and Power.

Electric Power  l  Combined Heat and Power  l  Combined Cold and Power

–

Electric Power

Proven and Reliable Base-Load Power

The electric power plant concept is well known, reliable and easy to operate. Superheated steam from the boiler drives a steam turbine connected to a generator. The electricity produced by the generator is fed into a public electricity network. Within the turbine the steam expands and cools down. Thereafter it is condensed in an air- or water-cooled condenser. To close the cycle, the condensate is pumped back to the boiler as feedwater and converted to steam again.

  Top

–

Combined Heat and Power

For Households and Industrial Facilities

Cogeneration, the simultaneous production of electric power and heat, offers high efficiency and maximum energy yield.

If there is beneficial use for heat, the steam cycle can be adjusted in various ways depending on the amount and temperature level of the required heat.

While a higher heat demand reduces electricity production, it increases the total energy efficiency of the complete plant. A completely redundant concept ensures safe and reliable supply of heat and power around the clock and throughout the year.

  Top

–

Combined Cold and Power

Feeding Public Electricity Networks

The combined heat and cold plant concept allows the use of heat in countries where rather air conditioning is required than heating. A completely redundant plant concept ensures a safe and reliable 24/7 supply of cold throughout the year. Superheated steam from the boiler drives a steam turbine connected to a generator. The electricity produced by the generator is fed into a public electricity network.

Part of the steam is extracted from the turbine at a higher pressure. It drives an adsorption chiller which converts the heat into cold water which can be supplied to consumers, e.g. via a district cooling network. The rest of the steam is completely expanded in the turbine and condensed in an air- or water-cooled condenser. The amount of extraction steam used for cooling can be varied according to demand.

  Top

sh: 1: —format=html: not found

Источник: http://www.hz-inova.com/cms/en/contact-subsidiaries/item/84-hitachi-zosen-inova-ag-copy/?page_id=258amp;lang=ru

������������� ���������, �������������� �������� ��������������,����������

Источник: http://www.energopech.ru/

Источники энергии

Прежде всего, стоит отметить, что ресурсом для солнечной энергетики служит энергия солнечного света. Преобразовать которую можно либо в электрическую или же в тепловую энергию. Делается это при помощи специальных установок.

Исходя и расчётов учёных, можно сделать вывод, что за неделю на поверхность земли с солнца попадает такое количество энергии, которое в несколько раз превышает количество энергии вырабатываемой различными источниками на земле.

Несомненно, солнечная энергетика, это отрасль подающие большие надежды, но всё-таки она имеет две стороны медали.

С плюсами более или мене всё ясно. Это всеобщая доступность и неисчерпаемость ресурса. То к минусам стоит отнести такие аспекты как:

• относительная зависимость от условий погоды и времени суток;
• необходимость использовать аккумуляторы при получении солнечной энергии;
• дороговизна оборудования при эксплуатации;
• перепады температур в сторону повышения на поверхности установок для сбора энергии солнечного света.

Читать далее

Энергия ветра

Обращаясь к этому источнику энергии, становится ясно, что ресурсы его неисчерпаемы и крайне велики. С точки зрения неисчерпаемости и экологичности, сильнейшие потоки воздуха обволакивающие нашу планету, таят в себя огромный энергопотенциал. Уместен вопрос, как такой перспективный источник как ветровая энергия не применяется на все 100%?

Известно, что употребление потоков воздушных масс в качестве неиссякаемого источника энергии началось ещё в Древнем Египте. ветряные установки использовали для доставки водных масс и переработки зерновых культур. Такой принцип действия сохранился и спустя века.

В Англии существует и исправно работает ветряная мельница, сооруженная в семнадцатом веке. А в нашей стране, по дореволюционным данным, функционировало порядка двух ста пятидесяти тысяч ветряных мельниц. В совокупности они выдавали около полутора миллионов киловатт энергии.

Применение подобных установок, позволяло обрабатывать до трёх миллиардов пудов зерна за год.

В наше же время ветроэнергетика применяется для получения электроэнергии. Это уже более сложный и трудоёмкий процесс, в котором задействовано множество различных компонентов.

Читать далее

Биоэнергетика

Растительный покров Земли составляет более 1800 млрд. т сухого вещества, что энергетически эквивалентно известным запасам энергии полезных ископаемых. Леса составляют около 68% биомассы суши, травяные экосистемы – примерно 16%, а возделываемые земли – только 8%.

Для сухого вещества простейший способ превращения биомассы в энергию заключается в сгорании – оно обеспечивает тепло, которое в свою очередь превращается в механическую или электрическую энергию. Что же касается сырого вещества, то в этом случае древнейшим и наиболее эффективным методом превращения биомассы в энергию является получение биогаза (метана).

Метановое «брожение», или биометаногенез, – давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Он был открыт в 1776 г. Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе.

Биогаз, получающийся в ходе этого процесса, представляет собой смесь из 65% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода (Н2S) и незначительных количеств азота, кислорода, водорода и закиси углерода. Болотный газ дает пламя синего цвета и не имеет запаха.

Его бездымное горение причиняет гораздо меньше неудобств людям по сравнению со сгоранием дров, навоза жвачных животных или кухонных отбросов. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м3 природного газа, 20,8 л нефти или 18,4 л дизельного топлива.

Читать далее

Термальная энергия

Сегодня повсеместно признано, что геотермальная энергия является одним из наиболее надежных видов возобновляемой альтернативной энергии в мире.

Тепло, которое круглосуточно выделяют земные недра, доступно для людей в любое время года и никак не зависит от ископаемых ресурсов топлива. Получение энергии из термальных источников земли является экологически чистым процессом и не наносит вреда окружающей среде.

При этом по оценкам геологоразведочных служб запасы геотермальных источников в 10-12 раз превосходят залежи органического топлива.

Термальные регионы существуют во многих областях мира. Эти зоны обычно расположены в местах наибольшей сейсмической активности там, где происходит подвижка тектонических плит и их разрывы. Поэтому наиболее перспективными в плане развития геотермальной энергетики считаются зоны вулканической активности.

Тепло, получаемое из недр планеты, может использоваться как для обогрева жилых домов и производственных помещений, теплиц непосредственно, так и для производства электрической энергии. В настоящий момент наиболее распространенной является практика прямого использования геотермального тепла из-за технической простоты.

Читать далее

Гидроэнергетика

Процесс использования энергии естественного движения, т.е. течения, водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды. До середины 19 в. для этого применялись водяные колеса, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращающегося вала.

Позднее появились более быстроходные и эффективные гидравлические турбины. До конца 19 в. энергия вращающегося вала использовалась непосредственно, например для размола зерна или для приведения в действие кузнечных мехов и молота.

В наши дни практически вся механическая энергия, создаваемая гидравлическими турбинами, преобразуется в электроэнергию.

Почти вся гидравлическая энергия представляет собой одну из форм солнечной энергии и поэтому относится к возобновляемым природным энергоресурсам. Под лучами солнца испаряется вода из озер, рек и морей. Образуются облака, идет дождь, и вода в конце концов возвращается в водные бассейны, т.е. туда, откуда испарилась.

С таким круговоротом воды в природе связаны колоссальные количества энергии. Географическая область умеренного климата высотой над уровнем моря около 2500 м и количеством осадков порядка 1000 мм/год теоретически могла бы непрерывно давать более 750 кВт с каждого квадратного километра площади.

Читать далее

Источник: https://www.cleanenergo.ru/istochniki-energii/