Máy Phát Nhiệt điện: đồng Vị Phóng Xạ Và Các Loại Khác. Nguyên Lý Hoạt động Của Máy Phát Năng Lượng Dùng Trong Công Nghiệp. Thiết Bị Của Họ

2024 Tác giả: Beatrice Philips | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 06:03

Các nhà máy nhiệt điện được thế giới công nhận là lựa chọn rẻ nhất để tạo ra năng lượng. Nhưng có một giải pháp thay thế cho phương pháp này, thân thiện với môi trường - máy phát nhiệt điện (TEG).

Nó là gì?

Máy phát nhiệt điện là thiết bị có nhiệm vụ biến đổi nhiệt năng thành điện năng bằng cách sử dụng hệ thống các phần tử nhiệt.

Khái niệm năng lượng "nhiệt" trong ngữ cảnh này được hiểu không hoàn toàn chính xác, vì nhiệt chỉ có nghĩa là một phương pháp chuyển đổi năng lượng này.

TEG là một hiện tượng nhiệt điện lần đầu tiên được minh họa bởi nhà vật lý người Đức Thomas Seebeck vào những năm 20 của thế kỷ 19 . Kết quả nghiên cứu của Seebeck được hiểu là điện trở trong một mạch bằng hai vật liệu khác nhau, nhưng toàn bộ quá trình diễn ra chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Thiết bị và nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy phát nhiệt điện hay còn được gọi là máy bơm nhiệt dựa trên sự biến đổi nhiệt năng thành điện năng sử dụng các phần tử nhiệt của chất bán dẫn được mắc song song hoặc nối tiếp.

Trong quá trình nghiên cứu, một hiệu ứng Peltier hoàn toàn mới đã được tạo ra bởi một nhà khoa học người Đức , điều này chỉ ra rằng các vật liệu hoàn toàn khác nhau của chất bán dẫn trong quá trình hàn có thể phát hiện sự khác biệt về nhiệt độ giữa các điểm bên của chúng.

Nhưng bạn hiểu cách thức hoạt động của hệ thống này như thế nào? Mọi thứ khá đơn giản, một khái niệm như vậy dựa trên một thuật toán nhất định: khi một trong các phần tử được làm mát, và phần còn lại được làm nóng, thì chúng ta sẽ nhận được năng lượng của dòng điện và điện áp. Đặc điểm chính để phân biệt phương pháp cụ thể này với phần còn lại là tất cả các loại nguồn nhiệt có thể được sử dụng ở đây ., bao gồm bếp, đèn, lửa mới tắt gần đây hoặc thậm chí là một chiếc tách chỉ có trà đã rót. Yếu tố làm mát thường là không khí hoặc nước thông thường.

Làm thế nào để các máy phát nhiệt này hoạt động? Chúng bao gồm các pin nhiệt đặc biệt, được làm từ vật liệu dẫn điện và các bộ trao đổi nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau của các điểm nối nhiệt.

Sơ đồ mạch điện có dạng như sau: cặp nhiệt điện của chất bán dẫn, chân hình chữ nhật của độ dẫn điện loại n và p, các tấm kết nối bằng hợp kim nóng và lạnh, cũng như tải trọng cao.

Trong số các khía cạnh tích cực của mô-đun nhiệt điện, khả năng sử dụng tuyệt đối trong mọi điều kiện được lưu ý ., kể cả khi đi bộ đường dài, và bên cạnh đó, việc di chuyển dễ dàng. Hơn nữa, không có bộ phận chuyển động nào trong chúng, có xu hướng bị hao mòn nhanh chóng.

Và những nhược điểm bao gồm chi phí thấp, hiệu suất thấp (khoảng 2-3%), cũng như tầm quan trọng của một nguồn khác sẽ cung cấp sự giảm nhiệt độ hợp lý.

Cần lưu ý rằng các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu các triển vọng cải thiện và loại bỏ tất cả các sai sót trong việc thu nhận năng lượng theo cách này … Các thí nghiệm và nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các loại pin nhiệt hiệu quả nhất sẽ giúp tăng hiệu quả sử dụng.

Tuy nhiên, khá khó để xác định mức độ tối ưu của các phương án này, vì chúng chỉ dựa trên các chỉ số thực tế mà không có cơ sở lý thuyết.

Xem xét tất cả những bất cập, cụ thể là sự thiếu hụt về vật liệu cho hợp kim nhiệt, thì khó có thể nói về một bước đột phá trong tương lai gần.

Có giả thuyết cho rằng ở giai đoạn hiện tại, các nhà vật lý sẽ sử dụng một phương pháp công nghệ mới để thay thế các hợp kim bằng những hợp kim hiệu quả hơn, riêng với sự ra đời của công nghệ nano . Hơn nữa, tùy chọn sử dụng các nguồn phi truyền thống là có thể. Vì vậy, tại Đại học California, một thí nghiệm đã được thực hiện trong đó pin nhiệt được thay thế bằng một phân tử nhân tạo tổng hợp, hoạt động như một chất kết dính cho các chất bán dẫn cực nhỏ bằng vàng. Theo các thí nghiệm đã tiến hành, rõ ràng chỉ có thời gian mới trả lời được hiệu quả của nghiên cứu hiện tại.

Tổng quan về loại

Tùy thuộc vào các phương pháp tạo ra điện, nguồn nhiệt và tất cả các máy phát nhiệt điện có một số loại tùy thuộc vào các loại phần tử cấu tạo liên quan.

Nhiên liệu . Nhiệt thu được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, là than, khí đốt tự nhiên và dầu, cũng như nhiệt thu được khi đốt cháy các nhóm pháo hoa (ô rô).

Máy phát nhiệt điện nguyên tử , trong đó nguồn là nhiệt của lò phản ứng nguyên tử (uranium-233, uranium-235, plutonium-238, thorium), thường ở đây bơm nhiệt là giai đoạn chuyển đổi thứ hai và thứ ba.

Máy phát điện mặt trời tạo ra nhiệt từ các thiết bị truyền thông năng lượng mặt trời mà chúng ta đã biết trong cuộc sống hàng ngày (gương, thấu kính, ống dẫn nhiệt).

Các nhà máy tái chế tạo ra nhiệt từ tất cả các nguồn, dẫn đến giải phóng nhiệt thải (khí thải và khói lò, v.v.).

Đồng vị phóng xạ nhiệt lượng thu được từ sự phân rã và phân tách của các đồng vị, quá trình này được đặc trưng bởi tính không kiểm soát được của chính sự phân tách, và kết quả là chu kỳ bán rã của các nguyên tố.

Máy phát điện nhiệt điện Gradient dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ mà không có bất kỳ sự can thiệp nào từ bên ngoài: giữa môi trường và địa điểm thí nghiệm (thiết bị được trang bị đặc biệt, đường ống công nghiệp, v.v.) sử dụng dòng điện khởi động ban đầu. Loại máy phát nhiệt điện nhất định đã được sử dụng với việc sử dụng năng lượng điện thu được từ hiệu ứng Seebeck để chuyển đổi thành nhiệt năng theo định luật Joule-Lenz.

Các ứng dụng

Do hiệu suất thấp, máy phát nhiệt điện được sử dụng rộng rãi nơi không có lựa chọn nào khác cho các nguồn năng lượng, cũng như trong các quá trình bị thiếu nhiệt đáng kể.

Bếp củi với máy phát điện

Thiết bị này được đặc trưng bởi sự hiện diện của một bề mặt tráng men, một nguồn điện, bao gồm cả lò sưởi. Sức mạnh của thiết bị như vậy có thể đủ để sạc thiết bị di động hoặc các thiết bị khác sử dụng ổ cắm bật lửa cho ô tô . Dựa trên các thông số, có thể kết luận rằng máy phát điện có khả năng hoạt động mà không cần điều kiện bình thường, cụ thể là không có khí đốt, hệ thống sưởi và điện.

Máy phát nhiệt điện công nghiệp

BioLite đã giới thiệu một mô hình mới để đi bộ đường dài - bếp di động không chỉ hâm nóng thức ăn mà còn có thể sạc thiết bị di động của bạn. Tất cả điều này có thể thực hiện được là nhờ máy phát nhiệt điện được tích hợp trong thiết bị này.

Thiết bị này sẽ phục vụ bạn một cách hoàn hảo trên những chuyến đi bộ đường dài, câu cá hay bất cứ nơi nào xa xôi với mọi điều kiện của nền văn minh hiện đại. Công việc của máy phát điện BioLite được đặc trưng bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu, được truyền tuần tự dọc theo các bức tường và tạo ra điện. Điện thu được sẽ cho phép bạn sạc điện thoại hoặc chiếu sáng đèn LED.

Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ

Ở chúng, nguồn năng lượng là nhiệt, được hình thành do sự phân hủy các nguyên tố vi lượng. Chúng cần nguồn cung cấp nhiên liệu liên tục, vì vậy chúng có ưu thế hơn hẳn các loại máy phát điện khác . Tuy nhiên, nhược điểm đáng kể của chúng là trong quá trình vận hành cần phải tuân thủ các quy tắc an toàn, vì có bức xạ từ các vật liệu bị ion hóa.

Mặc dù thực tế là việc tung ra các máy phát điện như vậy có thể nguy hiểm, kể cả đối với tình hình môi trường, việc sử dụng chúng là khá phổ biến. Ví dụ, Không chỉ có thể xử lý chúng trên Trái đất, mà còn trong không gian . Được biết, máy phát đồng vị phóng xạ được sử dụng để sạc các hệ thống định vị, thường xuyên nhất là ở những nơi không có hệ thống thông tin liên lạc.

Nguyên tố vi lượng nhiệt

Pin nhiệt hoạt động như một bộ chuyển đổi và thiết kế của chúng được tạo thành từ các dụng cụ đo điện được hiệu chuẩn theo độ C. Sai số trong các thiết bị như vậy thường tương đương với 0,01 độ . Nhưng cần lưu ý rằng các thiết bị này được thiết kế để sử dụng trong phạm vi từ mức tối thiểu của độ không tuyệt đối đến 2000 độ C.

Máy phát nhiệt điện gần đây đã trở nên phổ biến rộng rãi khi làm việc ở những nơi khó tiếp cận, hoàn toàn không có hệ thống thông tin liên lạc. Các địa điểm này bao gồm Không gian, nơi các thiết bị này ngày càng được sử dụng nhiều hơn làm nguồn cung cấp năng lượng thay thế trên các phương tiện không gian.

Cùng với sự phát triển của tiến bộ khoa học công nghệ cũng như nghiên cứu chuyên sâu về vật lý, việc sử dụng máy phát nhiệt điện trong các phương tiện để thu hồi nhiệt năng đang ngày càng phổ biến nhằm xử lý các chất được tách ra từ hệ thống khí thải của ô tô.