Выбор электрогенераторов, работающих от тепловой энергии и сравнение их характеристик
Электрификация своими руками
Почти сто лет назад в нашей стране прозвучала знаменитая фраза "коммунизм-это советская власть плюс электрификация всей страны". Увы, с той поры многое изменилось, пришлось отказаться от идеи строительства светлого коммунистического будущего, и смириться с мыслью, что электрификация всей страны порой не имеет никакого отношения к конкретным гражданам и их домам.
Сегодня, как и сто лет назад, многие загородные дома не имеют возможности подключения к электрическим сетям. Есть районы, где просто нет электричества, или имеющиеся сети работают на пределе, что не позволяет подключать новых потребителей. Решать проблемы электрификации приходится самостоятельно. К счастью, есть немало способов получения электрической энергии самостоятельно в условиях загородного дома.
Всем известны современные электрогенераторы, получившие широкое распространение в западных странах: ВЭУ и солнечные батареи. Но если "там" альтернативная энергетика развивается не потому что, "в доме нет света", а потому, что традиционные способы получения электричества приводят к загрязнению окружающей среды и истощению запасов энергоносителей, то у нас просто нет другого выхода.
Климатические особенности нашей страны таковы, что без электричества в загородном доме жить можно, а вот без тепла, нет. Можно просто замерзнуть, особенно если речь идет о зиме. По этой причине преобразование тепловой энергии, генерация которой является неотъемлемой частью жизни россиянина, в электрическую энергию, наиболее привлекательно и перспективно.
При этом основная задача максимально полезно использовать все полученное тепло и постараться не терять при этом ни одной калории.
Есть несколько способов…
Для преобразования тепловой энергии в электрическую можно использовать паровой двигатель, паровую турбину, термоэлектрические модули (элементы Пельтье) и двигатели Стирлинга.
Все они могут с успехом использоваться в загородном доме и быть основой автономной электрической сети. Выбор устройства, зависит от уровня технической подготовки хозяина дома и его тяги к приключениям, без которых работа с паром высокого давления просто невозможна.
Еще одним вариантом получения электричества из тепловой энергии является термотрон, но это устройство на сегодняшний день является, хоть и перспективным, но опытным образцом.
При более детальном рассмотрении этих предложений от перспективы получения электрической энергии путем преобразования пара нужно отказаться, это очень опасно. Более того, не стоит даже нагревать воду до температуры кипения, это часто приводит к ожогам. Если вам дорога собственная жизнь и жизнь ваших близких, не проводите в домашних условиях никаких опытов с паром. Обходите стороной различные мастер-классы по изготовлению электрогенератора из автомобильного двигателя и автомобильной турбины.
Зависимость давления пара от температуры кипения наглядно продемонстрирована на этом графике. Даже без сложных расчетов понятно, что с определенного момента даже небольшое повышение температуры приводит к резкому росту давления. С точки зрения получения электрической энергии это весьма перспективно, но контролировать процесс в домашних условиях невозможно.
Для примера, при температуре 150 градусов давление пара равно 5 атмосферам, а при 300 градусах, которые достичь, не так уж и сложно, давление пара уже 100 атмосфер.
Двигатель Стирлинга
По сути, двигатель Стирлинга ( или просто Стирлинг) это тепловая машина, рабочее тело которого находится в замкнутом объеме, увеличивается при нагревании и совершает при этом работу. Для нагрева рабочего тела может использоваться любой источник тепла, включая те, запас тепловой энергии которых, незначителен.
В качестве рабочего тела могут использоваться инертные газы, водород, воздух, фреоны и даже вода. Следует отметить, что жидкое рабочее тело позволяет делать двигатели Стирлинга малого размера и значительными величинами рабочего давления.
Расчет работы двигателя можно произвести, используя основное уравнение термодинамики, отражающее зависимость изменения давления газа при повышении его температуры
,
где
P - давление газа;
V - объём газа;
n - количество молей газа;
R - универсальная газовая константа;
Т - абсолютная температура
Работа двигателя Стирлинга совершается по определенному циклу, получившему название "цикла Стирлинга", более эффективного, чем широко распространенный цикл Карно.
На рисунке приведена диаграмма соотношения давления и объема цикла Стирлинга. Здесь также имеется четыре фазы, и два переходных периода, при которых происходит нагрев и охлаждение рабочего тела. Тепловая энергия поступает от внешнего источника тепла.
При нагреве происходит расширение, совершается работа, сопровождаемая охлаждением рабочего тела, что приводит к уменьшению объема. Затем вновь происходит нагрев и цикл повторяется.
Ниже приведены принципиальные модели двигателей Стирлинга, каждый из которых может быть использован для получения электрической энергии.
Как известно, для получения электрического тока достаточно обеспечить движение рамки в магнитном поле. Для этого рамка должна быть расположена перпендикулярно линиям магнитного поля. При этом должно быть изменение вектора магнитного поля.
Небольшая доработка двигателя Стирлинга сделает его прекрасным электрогенератором, работающим от любого источника тепла. Ниже приведен пример такого устройства.
Учитывая, что размер двигателя может быть совсем небольшим, а его конструкция достаточно простой, в перспективе можно было бы использовать это устройство постоянно, уменьшая при этом потери ненужные потери энергии.
Как пример: двигатель Стирлинга может быть вмонтирован в крышку кастрюли и при приготовлении пищи быть источником электроэнергии, количество которой вполне достаточно для зарядки пальчикового аккумулятора.
Стирлинг на практике
Несмотря на то, что двигатель Стирлинга является перспективной разработкой, с помощью которой уже преобразуется тепло в электрическую энергию на подводных лодках и других аналогичных объектах, в обычной жизни он не нашел широкого применения. Причина лишь в том, что сделать его самому можно лишь в виде демонстрационной модели, а пригодного для практического применения изделия в продаже пока нет.
Остается только термоэлектрический элемент…
