Ученые из Уральского государственного технического университета под руководством профессора Сергея Щеклеина разработали установку, которая может преобразовывать так называемую низкопотенциальную тепловую энергию в электричество.
Ресурсы Земли небезграничны и поэтому одна из основных задач энергосбережения сегодня — заставить человека задуматься о том, как использовать такие источники энергии, о которых раньше никто и не вспоминал. Ученые из Уральского государственного технического университета под руководством профессора Сергея Щеклеина разработали установку, которая может преобразовывать так называемую низкопотенциальную тепловую энергию в электричество. Низкопотенциальное тепло, например, несет вода или пар, у которых сравнительно невысокая температура — 80—120 оС. Для целей энергетики обычно применяют более высокие температуры — 400—600 оС.
Вода при температуре близкой к кипению обычно считается недостаточно горячей для производства электроэнергии. В свою установку уральские ученые встроили специальные преобразователи, в которых мембрана, на которую давит низкотемпературный (около 100 оС) пар, может генерировать электрический ток.
Подобные устройства, по замыслу авторов изобретения, могут найти применение на производствах, в которых сбрасываются горячие сточные воды. Обычно энергия стоков полностью теряется. Использование их тепла — энергосберегающая технология, которая позволит экономить электричество.
Кроме того, много низкопотенциального тепла образуется в автомобилях, и, возможно, эти устройства тоже перспективны как источники питания, дополнительные к автомобильным аккумуляторам.
Принцип действия установки, разработанной уральскими учеными, — в использовании так называемых паровых снарядов, которые образуются в узких вертикальных каналах. Кипение жидкости в частично заполненной водой трубке сопровождается периодическим образованием крупных пузырей — паровых снарядов. Давление в пузырях на 5—10% выше, чем в окружающей среде. Энергию этого давления и используют для получения электроэнергии. Преобразовать избыточное давление парового снаряда в электричество ученые решили с помощью электретных приборов. В них стоит чувствительная мембрана (диафрагма), в ней от деформации под давлением возникает разность потенциалов до 20 В и протекает электрический ток.
Образование паровых снарядов — это циклический процесс и, соответственно, преобразованием их энергии в электричество получают переменный ток, который, однако, далек от того стандарта в 50 Гц, к которому привык потребитель.
Поэтому ученые предложили преобразовывать его в постоянный ток, а потом запасать электроэнергию с помощью так называемых ионисторов или супер-конденсаторов. Особенность этих источников энергии в том, что они более гибки, чем аккумуляторы: они более быстро заряжаются, им можно задавать режим быстрой разрядки. В отличие от аккумуляторов, у которых это снижает срок службы, они могут заряжаться при любых токах, главное — не превышать максимально допустимое напряжение. Ученые из Екатеринбурга считают, что эта гибкость позволит потребителям преобразовывать энергию в соответствии с условиями, необходимыми для их работы. Ионисторы надежно сохраняют заряд в течение долгого времени, а число циклов заряда-разряда может достигать 100 000.
КПД устройства по утилизации низкопотенциального тепла разработчики оценивают в 5—6 процентов, а рабочие напряжения в 2—10 В. Больших КПД здесь достичь трудно — слишком низка температура воды и пара. Но авторы полагают, что для потребителей небольших токов они вполне подходят.
