Ջերմային էներգիայի վերածում էլեկտրական էներգիայի բարձր արդյունավետությամբ. մեթոդներ և սարքավորումներ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Ջերմային էներգիան առանձնահատուկ տեղ է գրավում մարդու գործունեության մեջ, քանի որ այն օգտագործվում է տնտեսության բոլոր ոլորտներում, ուղեկցում է արդյունաբերական գործընթացների մեծամասնությանը և մարդկանց ապրուստին։ Շատ դեպքերում թափոնների ջերմությունը կորցնում է անդառնալիորեն և առանց որևէ տնտեսական օգուտի: Այս կորցրած ռեսուրսն այլևս ոչինչ չարժե, ուստի այն նորից օգտագործելը կօգնի թե՛ էներգետիկ ճգնաժամը նվազեցնելու, թե՛ շրջակա միջավայրի պաշտպանությանը: Հետևաբար, ջերմությունը էլեկտրական էներգիայի փոխարկելու և թափոնները էլեկտրաէներգիայի վերածելու նոր եղանակներն այսօր ավելի արդիական են, քան երբևէ։

Էլեկտրաէներգիայի արտադրության տեսակները

Բնական էներգիայի աղբյուրները էլեկտրաէներգիայի, ջերմության կամ կինետիկ էներգիայի վերածելու համար պահանջվում է առավելագույն արդյունավետություն, հատկապես գազով և ածուխով աշխատող էլեկտրակայաններում՝ նվազեցնելու CO2 արտանետումները_{2: Փոխակերպման տարբեր եղանակներ կանջերմային էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի՝ կախված առաջնային էներգիայի տեսակներից:}

Էներգետիկ ռեսուրսներից ածուխը և բնական գազն օգտագործվում են այրման միջոցով էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար (ջերմային էներգիա), իսկ ուրանը՝ միջուկային տրոհման (միջուկային էներգիա)՝ գոլորշի տուրբին պտտելու համար գոլորշու էներգիան օգտագործելու համար: Լուսանկարում ներկայացված են 2017 թվականի էլեկտրաէներգիա արտադրող երկրների լավագույն տասնյակը։

Ջերմային էներգիան էլեկտրական էներգիայի փոխակերպման գործող համակարգերի արդյունավետության աղյուսակ.

	Էլեկտրաէներգիայի արտադրություն ջերմային էներգիայից	արդյունավետություն, %
1	Ջերմաէլեկտրակայաններ, CHP կայաններ	32
2	Ատոմակայաններ, ատոմակայաններ	80
3	Կոնդենսացիոն էլեկտրակայան, IES	40
4	Գազատուրբինային էլեկտրակայան, GTPP	60
5	Թերմիոնիկ փոխարկիչներ, TEC	40
6	Ջերմաէլեկտրական գեներատորներ	7
7	MHD էներգիայի գեներատորներ CHP-ի հետ միասին	60

Ջերմային էներգիան վերածելու մեթոդի ընտրությունէլեկտրականությունը և դրա տնտեսական նպատակահարմարությունը կախված են էներգիայի կարիքից, բնական վառելիքի առկայությունից և շինհրապարակի բավարարությունից: Արտադրության տեսակը տարբերվում է ամբողջ աշխարհում, ինչը հանգեցնում է էլեկտրաէներգիայի գների լայն շրջանակի:

Ավանդական էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերության հիմնախնդիրները

Ջերմային էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են ջերմային էլեկտրակայանները, ատոմակայանները, IES, գազատուրբինային էլեկտրակայանները, ջերմային էլեկտրակայանները, ջերմաէլեկտրական գեներատորները, MHD գեներատորները ունեն տարբեր առավելություններ և թերություններ: Էլեկտրական էներգիայի հետազոտական ինստիտուտը (EPRI) ցույց է տալիս բնական էներգիայի արտադրության տեխնոլոգիաների դրական և բացասական կողմերը՝ դիտարկելով այնպիսի կարևոր գործոններ, ինչպիսիք են էլեկտրաէներգիայի շինարարությունը և ծախսերը, հողը, ջրի պահանջները, CO արտանետումները_{2, թափոններ, մատչելիություն և ճկունություն։}

EPRI-ի արդյունքներն ընդգծում են, որ էներգիայի արտադրության տեխնոլոգիաները դիտարկելիս գոյություն չունի միակողմանի մոտեցում, սակայն բնական գազը դեռ ավելի շատ շահում է, քանի որ այն մատչելի է շինարարության համար, ունի էլեկտրաէներգիայի ցածր գին, արտադրում է ավելի քիչ արտանետումներ, քան ածուխ. Այնուամենայնիվ, ոչ բոլոր երկրներին է հասանելի առատ և էժան բնական գազ։ Որոշ դեպքերում բնական գազի հասանելիությունը վտանգված է աշխարհաքաղաքական լարվածության պատճառով, ինչպես եղավ Արևելյան Եվրոպայում և Արևմտյան Եվրոպայի որոշ երկրներում:

Վերականգնվող էներգիայի տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են քամինտուրբինները, արևային ֆոտովոլտային մոդուլները արտադրում են արտանետվող էլեկտրաէներգիա: Այնուամենայնիվ, նրանք հակված են շատ հող պահանջելու, և դրանց արդյունավետության արդյունքները անկայուն են և կախված են եղանակից: Ջերմության հիմնական աղբյուրը ածուխն ամենախնդրահարույցն է։ Այն առաջատար է CO արտանետումներով_{2, պահանջում է շատ մաքուր ջուր հովացուցիչ նյութը սառեցնելու համար և զբաղեցնում է մեծ տարածք կայանի կառուցման համար:}

Նոր տեխնոլոգիաները նպատակ ունեն նվազեցնել էներգիայի արտադրության տեխնոլոգիաների հետ կապված մի շարք խնդիրներ: Օրինակ՝ գազային տուրբինները՝ զուգորդված պահեստային մարտկոցի հետ, ապահովում են արտակարգ իրավիճակների պահուստավորում՝ առանց վառելիքի այրման, և ընդհատվող վերականգնվող ռեսուրսների հետ կապված խնդիրները կարող են մեղմվել՝ ստեղծելով մատչելի լայնածավալ էներգիայի պահեստավորում: Այսպիսով, այսօր չկա ջերմային էներգիան էլեկտրաէներգիայի վերածելու մեկ կատարյալ միջոց, որը կարող է ապահովել հուսալի և ծախսարդյունավետ էլեկտրաէներգիա՝ շրջակա միջավայրի վրա նվազագույն ազդեցությամբ:

ՋԷԿ

ՋԷԿ-ում պինդ վառելիքի (հիմնականում ածուխի) այրման միջոցով ջրի տաքացումից ստացված բարձր ճնշման և բարձր ջերմաստիճանի գոլորշին պտտվում է գեներատորին միացված տուրբինը։ Այսպիսով, այն փոխակերպում է իր կինետիկ էներգիան էլեկտրական էներգիայի: ՋԷԿ-ի շահագործվող բաղադրիչները՝

1. Կաթսա գազի վառարանով.
2. Գոլորշի տուրբին.
3. Գեներատոր.
4. կոնդենսատոր.
5. Սառեցման աշտարակներ.
6. Շրջանառու ջրի պոմպ.
7. Սնուցման պոմպջուրը կաթսայի մեջ։
8. Հարկադիր արտանետման երկրպագուներ.
9. բաժանիչներ.

ՋԷԿ-ի բնորոշ դիագրամը ներկայացված է ստորև:

Գոլորշի կաթսան օգտագործվում է ջուրը գոլորշու վերածելու համար: Այս գործընթացն իրականացվում է վառելիքի այրման արդյունքում ջեռուցվող խողովակներում ջուր տաքացնելով: Այրման գործընթացները շարունակաբար իրականացվում են վառելիքի այրման պալատում՝ դրսից օդի մատակարարմամբ:

Գոլորշի տուրբինը փոխանցում է գոլորշու էներգիան գեներատորը շարժելու համար: Բարձր ճնշմամբ և ջերմաստիճանով գոլորշին հրում է լիսեռի վրա տեղադրված տուրբինի շեղբերն այնպես, որ այն սկսում է պտտվել։ Այս դեպքում տուրբին մտնող գերտաքացած գոլորշու պարամետրերը իջեցվում են մինչև հագեցած վիճակ։ Հագեցած գոլորշին մտնում է կոնդենսատոր, և պտտվող ուժն օգտագործվում է գեներատորը պտտելու համար, որն արտադրում է հոսանք: Այսօրվա գրեթե բոլոր գոլորշու տուրբինները կոնդենսատորի տիպի են։

Կոնդենսատորները գոլորշին ջրի վերածելու սարքեր են: Գոլորշին հոսում է խողովակներից դուրս, իսկ հովացման ջուրը՝ խողովակների ներսում։ Այս դիզայնը կոչվում է մակերեսային կոնդենսատոր: Ջերմության փոխանցման արագությունը կախված է հովացման ջրի հոսքից, խողովակների մակերեսի մակերեսից և ջրի գոլորշու և հովացման ջրի ջերմաստիճանի տարբերությունից: Ջրային գոլորշիների փոփոխության գործընթացը տեղի է ունենում հագեցած ճնշման և ջերմաստիճանի պայմաններում, այս դեպքում կոնդենսատորը գտնվում է վակուումի տակ, քանի որ հովացման ջրի ջերմաստիճանը հավասար է արտաքին ջերմաստիճանին, կոնդենսատային ջրի առավելագույն ջերմաստիճանը մոտ է արտաքին ջերմաստիճանին:

Գեներատորը փոխակերպում է մեխանիկականըէներգիան էլեկտրաէներգիայի մեջ: Գեներատորը բաղկացած է ստատորից և ռոտորից: Ստատորը բաղկացած է պատյանից, որը պարունակում է կծիկներ, իսկ մագնիսական դաշտի պտտվող կայանը բաղկացած է միջուկից, որը պարունակում է կծիկ։

Ըստ արտադրվող էներգիայի տեսակի՝ ՋԷԿ-երը բաժանվում են կոնդենսացիոն IES-ների, որոնք արտադրում են էլեկտրաէներգիա և համակցված ջերմաէլեկտրակայաններ, որոնք համատեղ արտադրում են ջերմություն (գոլորշու և տաք ջուր) և էլեկտրաէներգիա։ Վերջիններս բարձր արդյունավետությամբ ջերմային էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու հատկություն ունեն։

Ատոմակայաններ

Ատոմային էլեկտրակայանները օգտագործում են միջուկային տրոհման ժամանակ արձակված ջերմությունը ջուրը տաքացնելու և գոլորշի արտադրելու համար: Գոլորշին օգտագործվում է մեծ տուրբիններ պտտելու համար, որոնք արտադրում են էլեկտրաէներգիա։ Տրոհման ժամանակ ատոմները բաժանվում են՝ ձևավորելով ավելի փոքր ատոմներ՝ ազատելով էներգիա։ Գործընթացը տեղի է ունենում ռեակտորի ներսում։ Դրա կենտրոնում գտնվում է ուրան 235 պարունակող միջուկը: Ատոմակայանների համար վառելիքը ստացվում է ուրանից, որը պարունակում է 235U (0,7%) իզոտոպ և չտրոհվող 238U (99,3%)::

Միջուկային վառելիքի ցիկլը արդյունաբերական քայլերի շարք է, որը ներգրավված է միջուկային էներգիայի ռեակտորներում ուրանից էլեկտրաէներգիայի արտադրության մեջ: Ուրանը համեմատաբար տարածված տարր է, որը հանդիպում է ամբողջ աշխարհում։ Այն արդյունահանվում է մի շարք երկրներում և վերամշակվում՝ նախքան որպես վառելիք օգտագործելը։

Էլեկտրաէներգիայի արտադրության հետ կապված գործունեությունը ընդհանուր առմամբ կոչվում է միջուկային վառելիքի ցիկլ՝ ատոմակայաններում ջերմային էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու համար: ՄիջուկայինՎառելիքի ցիկլը սկսվում է ուրանի արդյունահանմամբ և ավարտվում միջուկային թափոնների հեռացմամբ: Օգտագործված վառելիքը որպես միջուկային էներգիայի տարբերակ վերամշակելիս դրա քայլերը իսկական ցիկլ են ձևավորում:

Ուրանի-պլուտոնիումի վառելիքի ցիկլ

Ատոմակայաններում օգտագործման համար վառելիք պատրաստելու համար իրականացվում են վառելիքի տարրերի արդյունահանման, վերամշակման, փոխակերպման, հարստացման և արտադրության գործընթացներ: Վառելիքի ցիկլ՝

1. Ուրանի 235-ի այրում.
2. խարամ - 235U և (239Pu, 241Pu) 238U-ից։
3. 235U-ի քայքայման ժամանակ դրա սպառումը նվազում է, և էլեկտրաէներգիա արտադրելիս 238U-ից ստացվում են իզոտոպներ։

Վառելիքի ձողերի արժեքը VVR-ի համար կազմում է արտադրված էլեկտրաէներգիայի արժեքի մոտավորապես 20%-ը:

Մոտ երեք տարի ուրանը ռեակտորում անցկացնելուց հետո, օգտագործվող վառելիքը կարող է անցնել օգտագործման այլ գործընթացի, ներառյալ ժամանակավոր պահեստավորումը, վերամշակումը և վերամշակումը մինչև թափոնների հեռացումը: Ատոմային էլեկտրակայաններն ապահովում են ջերմային էներգիայի ուղղակի փոխակերպումը էլեկտրական էներգիայի: Ռեակտորի միջուկում միջուկային տրոհման ժամանակ արտազատվող ջերմությունն օգտագործվում է ջուրը գոլորշու վերածելու համար, որը պտտում է շոգետուրբինի շեղբերները՝ գեներատորները մղելով էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։

Գոլորշին սառչում է՝ վերածվելով ջրի առանձին կառուցվածքում՝ հովացման աշտարակ կոչվող էլեկտրակայանում, որն օգտագործում է լճակներից, գետերից կամ օվկիանոսից ջուրը՝ գոլորշու էներգիայի շղթայի մաքուր ջուրը սառեցնելու համար: Սառեցված ջուրն այնուհետև նորից օգտագործվում է գոլորշի արտադրելու համար:

Ատոմակայաններում էլեկտրաէներգիայի արտադրության տեսակարար կշիռը համեմատիրենց տարբեր տեսակի ռեսուրսների արտադրության ընդհանուր հաշվեկշիռը որոշ երկրների և աշխարհի համատեքստում` ստորև ներկայացված լուսանկարում:

Գազատուրբինային էլեկտրակայան

Գազատուրբինային էլեկտրակայանի շահագործման սկզբունքը նման է շոգետուրբինային էլեկտրակայանի աշխատանքի սկզբունքին։ Միակ տարբերությունն այն է, որ շոգետուրբինային էլեկտրակայանը օգտագործում է սեղմված գոլորշի տուրբինն պտտելու համար, մինչդեռ գազատուրբինային էլեկտրակայանը գազ է օգտագործում։

Դիտարկենք գազատուրբինային էլեկտրակայանում ջերմային էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու սկզբունքը։

Գազատուրբինային էլեկտրակայանում օդը սեղմվում է կոմպրեսորում: Այնուհետեւ այս սեղմված օդը անցնում է այրման խցիկով, որտեղ առաջանում է գազ-օդ խառնուրդը, սեղմված օդի ջերմաստիճանը բարձրանում է։ Այս բարձր ջերմաստիճանի, բարձր ճնշման խառնուրդն անցնում է գազատուրբինով։ Տուրբինում այն կտրուկ ընդլայնվում է՝ ստանալով բավականաչափ կինետիկ էներգիա՝ տուրբինը պտտելու համար։

Գազատուրբինային էլեկտրակայանում սովորական են տուրբինային լիսեռը, փոփոխականը և օդային կոմպրեսորը: Տուրբինում առաջացած մեխանիկական էներգիան մասամբ օգտագործվում է օդը սեղմելու համար։ Գազի տուրբինային էլեկտրակայանները հաճախ օգտագործվում են որպես հիդրոէլեկտրակայանների պահեստային օժանդակ էներգիայի մատակարար: Այն օժանդակ էներգիա է արտադրում հիդրոէլեկտրակայանի գործարկման ժամանակ։

Գազատուրբինային էլեկտրակայանի առավելություններն ու թերությունները

Դիզայնգազատուրբինային էլեկտրակայանը շատ ավելի պարզ է, քան շոգետուրբինային էլեկտրակայանը: Գազատուրբինային էլեկտրակայանի չափերը ավելի փոքր են, քան շոգետուրբինային էլեկտրակայանը: Գազատուրբինային էլեկտրակայանում չկա կաթսայի բաղադրիչ, և, հետևաբար, համակարգը ավելի քիչ բարդ է: Չի պահանջվում գոլորշի, կոնդենսատոր կամ հովացման աշտարակ:

Հզոր գազատուրբինային էլեկտրակայանների նախագծումը և կառուցումը շատ ավելի հեշտ և էժան է, կապիտալ և գործառնական ծախսերը շատ ավելի քիչ են, քան նմանատիպ շոգետուրբինային էլեկտրակայանի արժեքը:

Գազատուրբինային էլեկտրակայանում մշտական կորուստները զգալիորեն ավելի քիչ են, քան շոգետուրբինային էլեկտրակայանը, քանի որ շոգետուրբինում կաթսայատան էլեկտրակայանը պետք է անընդհատ աշխատի, նույնիսկ երբ համակարգը բեռ չի մատակարարում ցանցին:. Գազատուրբինային էլեկտրակայանը կարող է գործարկվել գրեթե ակնթարթորեն։

Գազատուրբինային էլեկտրակայանի թերությունները.

1. Տուրբինում առաջացած մեխանիկական էներգիան օգտագործվում է նաև օդային կոմպրեսորը վարելու համար:
2. Քանի որ տուրբինում արտադրվող մեխանիկական էներգիայի մեծ մասն օգտագործվում է օդային կոմպրեսորը վարելու համար, գազատուրբինային էլեկտրակայանի ընդհանուր արդյունավետությունը այնքան բարձր չէ, որքան համարժեք շոգետուրբինային էլեկտրակայանը:
3. Գազատուրբինային էլեկտրակայանում արտանետվող գազերը խիստ տարբերվում են կաթսայից:
4. Տուրբինի փաստացի մեկնարկից առաջ օդը պետք է նախապես սեղմվի, ինչը պահանջում է լրացուցիչ էներգիայի աղբյուր գազատուրբինային էլեկտրակայանը գործարկելու համար:
5. Գազի ջերմաստիճանը բավականաչափ բարձր էգազատուրբինային էլեկտրակայան։ Սա հանգեցնում է համակարգի ավելի կարճ ծառայության, քան համարժեք գոլորշու տուրբինը:

Իր ցածր արդյունավետության պատճառով գազատուրբինային էլեկտրակայանը չի կարող օգտագործվել կոմերցիոն էներգիայի արտադրության համար, այն սովորաբար օգտագործվում է օժանդակ էներգիա մատակարարելու այլ սովորական էլեկտրակայաններին, ինչպիսիք են հիդրոէլեկտրակայանները::

Թերմիոնիկ փոխարկիչներ

Դրանք կոչվում են նաև թերմիոնիկ գեներատոր կամ ջերմաէլեկտրական շարժիչ, որն ուղղակիորեն ջերմությունը վերածում է էլեկտրականության՝ օգտագործելով ջերմային արտանետում: Ջերմային էներգիան կարող է շատ բարձր արդյունավետությամբ փոխակերպվել էլեկտրական էներգիայի՝ ջերմաստիճանից առաջացած էլեկտրոնների հոսքի գործընթացի միջոցով, որը հայտնի է որպես ջերմիոնային ճառագայթում:

Թերմիոնային էներգիայի փոխարկիչների աշխատանքի հիմնական սկզբունքն այն է, որ էլեկտրոնները գոլորշիանում են տաքացված կաթոդի մակերեսից վակուումում և այնուհետև խտանում ավելի սառը անոդի վրա: 1957 թվականի առաջին գործնական ցուցադրությունից ի վեր տերմիոնային էներգիայի փոխարկիչները օգտագործվել են ջերմության տարբեր աղբյուրների հետ, բայց դրանք բոլորը պահանջում են շահագործում բարձր ջերմաստիճաններում՝ 1500 Կ-ից բարձր: Մինչդեռ ջերմային էներգիայի փոխարկիչների շահագործումը համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում (700 K - 900 Կ) հնարավոր է, պրոցեսի արդյունավետությունը, որը սովորաբար կազմում է > 50%, զգալիորեն կրճատվում է, քանի որ կաթոդից մեկ միավոր տարածքի վրա արտանետվող էլեկտրոնների թիվը կախված է ջեռուցման ջերմաստիճանից:

Սովորական կաթոդային նյութերի համար, ինչպիսիք ենմետաղների և կիսահաղորդիչների նման, արտանետվող էլեկտրոնների թիվը համաչափ է կաթոդի ջերմաստիճանի քառակուսիին: Այնուամենայնիվ, վերջերս կատարված ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ջերմության ջերմաստիճանը կարող է կրճատվել մեծության կարգով՝ օգտագործելով գրաֆենը որպես տաք կաթոդ: Ստացված տվյալները ցույց են տալիս, որ գրաֆենի վրա հիմնված կաթոդային թերմիոնիկ փոխարկիչը, որն աշխատում է 900 Կ-ում, կարող է հասնել 45% արդյունավետության::

Էլեկտրոնների թերմիոնային արտանետման գործընթացի սխեմատիկ դիագրամը ներկայացված է լուսանկարում։

TIC հիմնված է գրաֆենի վրա, որտեղ Tc-ն և Ta-ն համապատասխանաբար կաթոդի և անոդի ջերմաստիճանն են: Թերմիոնային արտանետման նոր մեխանիզմի հիման վրա հետազոտողները ենթադրում են, որ գրաֆենի վրա հիմնված կաթոդային էներգիայի փոխարկիչը կարող է իր կիրառումը գտնել արդյունաբերական թափոնների ջերմության վերամշակման մեջ, որը հաճախ հասնում է 700-ից մինչև 900 Կ ջերմաստիճանի միջակայքի::

Լյանգի և Էնգի կողմից ներկայացված նոր մոդելը կարող է օգտակար լինել գրաֆենի վրա հիմնված էներգիայի փոխարկիչի դիզայնին: Պինդ վիճակում էլեկտրաէներգիայի փոխարկիչները, որոնք հիմնականում ջերմաէլեկտրական գեներատորներ են, սովորաբար անարդյունավետ են աշխատում ցածր ջերմաստիճանի տիրույթում (7%-ից պակաս արդյունավետություն):

Ջերմաէլեկտրական գեներատորներ

Թափոնների էներգիայի վերամշակումը հանրաճանաչ թիրախ է դարձել հետազոտողների և գիտնականների համար, ովքեր նորարարական մեթոդներ են առաջարկում այս նպատակին հասնելու համար: Ամենահեռանկարային ոլորտներից են նանոտեխնոլոգիայի վրա հիմնված ջերմաէլեկտրական սարքերը, որոնքկարծես էներգիա խնայելու նոր մոտեցում լինի: Ջերմության ուղղակի փոխակերպումը էլեկտրականության կամ էլեկտրականությունը ջերմության հայտնի է որպես ջերմաէլեկտրականություն՝ հիմնված Պելտիերի էֆեկտի վրա: Ավելի ստույգ, էֆեկտն անվանվել է երկու ֆիզիկոսների՝ Ժան Պելտիերի և Թոմաս Զեբեքի պատվին:

Պելտիերը հայտնաբերել է, որ հոսանքն ուղարկվում է երկու տարբեր էլեկտրական հաղորդիչների, որոնք միացված են երկու հանգույցներում, կհանգեցնի մի հանգույցի տաքացմանը, մինչդեռ մյուս հանգույցը սառչում է: Պելտիերը շարունակեց իր հետազոտությունը և պարզեց, որ ջրի մի կաթիլը կարող է սառչել բիսմուտ-անտիմոնի (BiSb) հանգույցում՝ պարզապես փոխելով հոսանքը: Պելտիերը նաև հայտնաբերեց, որ էլեկտրական հոսանք կարող է հոսել, երբ ջերմաստիճանի տարբերությունը դրվում է տարբեր հաղորդիչների միացման վրա:

Ջերմաէլեկտրականությունը էլեկտրաէներգիայի չափազանց հետաքրքիր աղբյուր է, քանի որ ջերմային հոսքն ուղղակիորեն էլեկտրականության փոխակերպելու ունակությամբ է: Այն էներգիայի փոխարկիչ է, որը մեծ մասշտաբային է և չունի շարժական մասեր կամ հեղուկ վառելիք, ինչը հարմար է այն գրեթե ցանկացած իրավիճակի համար, որտեղ շատ ջերմություն է վատնում, սկսած հագուստից մինչև խոշոր արդյունաբերական օբյեկտներ::

Կիսահաղորդչային ջերմազույգ նյութերում օգտագործվող նանոկառուցվածքները կօգնեն պահպանել լավ էլեկտրական հաղորդունակությունը և նվազեցնել ջերմային հաղորդունակությունը: Այսպիսով, ջերմաէլեկտրական սարքերի արդյունավետությունը կարող է աճել նանոտեխնոլոգիայի վրա հիմնված նյութերի օգտագործման միջոցով՝օգտագործելով Peltier էֆեկտը: Նրանք ունեն բարելավված ջերմաէլեկտրական հատկություններ և արևային էներգիայի լավ կլանման կարողություն։

Ջերմաէլեկտրականության կիրառում՝

1. Էներգիայի մատակարարներ և սենսորներ տիրույթներում:
2. Այրվող յուղի լամպ, որը կառավարում է հեռահաղորդակցության անլար ընդունիչը:
3. Փոքր էլեկտրոնային սարքերի կիրառում, ինչպիսիք են MP3 նվագարկիչները, թվային ժամացույցները, GPS/GSM չիպերը և իմպուլսաչափերը մարմնի ջերմությամբ:
4. Արագ սառեցվող նստատեղեր շքեղ մեքենաներում։
5. Մաքրեք տրանսպորտային միջոցների թափոնների ջերմությունը՝ այն վերածելով էլեկտրականության:
6. Վերափոխեք գործարանների կամ արդյունաբերական օբյեկտների թափոնների ջերմությունը լրացուցիչ էներգիայի:
7. Արևային ջերմաէլեկտրականները կարող են ավելի արդյունավետ լինել, քան ֆոտոգալվանային բջիջները էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար, հատկապես այն տարածքներում, որտեղ արևի լույսն ավելի քիչ է:

MHD էներգիայի գեներատորներ

Մագնետոհիդրոդինամիկական էներգիայի գեներատորները արտադրում են էլեկտրականություն շարժվող հեղուկի (սովորաբար իոնացված գազի կամ պլազմայի) և մագնիսական դաշտի փոխազդեցության միջոցով։ 1970 թվականից ի վեր MHD հետազոտական ծրագրեր են իրականացվել մի քանի երկրներում՝ հատուկ ուշադրություն դարձնելով ածուխի օգտագործմանը որպես վառելիք:

MHD տեխնոլոգիայի արտադրության հիմքում ընկած սկզբունքը նրբագեղ է: Սովորաբար, էլեկտրահաղորդիչ գազը արտադրվում է բարձր ճնշման տակ հանածո վառելիքի այրման միջոցով: Այնուհետև գազն ուղղվում է մագնիսական դաշտի միջով, ինչի արդյունքում դրա ներսում գործում է էլեկտրաշարժիչ ուժ՝ ինդուկցիայի օրենքի համաձայն:Ֆարադեյ (19-րդ դարի անգլիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Մայքլ Ֆարադեյի անունը):

MHD համակարգը ջերմային շարժիչ է, որը ներառում է գազի ընդլայնումը բարձր ճնշումից մինչև ցածր ճնշումը նույն ձևով, ինչպես սովորական գազատուրբինային գեներատորում: MHD համակարգում գազի կինետիկ էներգիան ուղղակիորեն վերածվում է էլեկտրական էներգիայի, քանի որ թույլատրվում է ընդլայնվել։ MHD-ի գեներացման նկատմամբ հետաքրքրությունը սկզբնապես առաջացավ այն բացահայտումից, որ պլազմայի փոխազդեցությունը մագնիսական դաշտի հետ կարող է տեղի ունենալ շատ ավելի բարձր ջերմաստիճաններում, քան հնարավոր է պտտվող մեխանիկական տուրբինում::

Ջերմային շարժիչների արդյունավետության առումով սահմանափակող կատարումը սահմանվել է 19-րդ դարի սկզբին ֆրանսիացի ինժեներ Սադի Կարնոյի կողմից: MHD գեներատորի ելքային հզորությունը իր ծավալի յուրաքանչյուր խորանարդ մետրի համար համաչափ է գազի հաղորդունակության արդյունքին, գազի արագության քառակուսուն և մագնիսական դաշտի ուժի քառակուսին, որով անցնում է գազը: Որպեսզի MHD գեներատորները աշխատեն մրցունակ, լավ կատարողականությամբ և ողջամիտ ֆիզիկական չափսերով, պլազմայի էլեկտրական հաղորդունակությունը պետք է լինի 1800 K-ից բարձր ջերմաստիճանի միջակայքում (մոտ 1500 C կամ 2800 F):

MHD գեներատորի տեսակի ընտրությունը կախված է օգտագործվող վառելիքից և կիրառությունից: Աշխարհի շատ երկրներում ածխի պաշարների առատությունը նպաստում է էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար MHD ածխածնային համակարգերի զարգացմանը: