Характеристики современных ТЭ

№ п/п	Параметр	Тип топливного элемента
Водно-щелочной	Твердо-полимерный	Фосфорно- кислый	Высокотемпературные
с карбонатным расплавом	твердо-оксидный
	Достигнутая мощность, кВт: за рубежом в России		10	нет	1
	КПД электрич-й	50…60	50…65
	КПД общий	50…60	50…70	60…65
	Ресурс, час

Термоэлектрические генераторы. Термоэлектрическое преобразование энергии основано на возникновении тока в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных материалов (рис.3.65), когда поддерживается разность температур их контактов (спаев). Возникающая ЭДС пропорциональна разности температур спаев Т₁ – Т₂.

Рис. 3.65. Схема термоэлектрического генератора (ТЭГ)

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) представляют собой полупроводниковые термопары и предназначены для прямого преобразования тепловой энергии в ЭЭ. Область использования – малые автономные источники энергии. Они используются в передвижных АЭУ, питающих труднодоступные объекты (автоматические метеостанции, морские маяки и т.п.). Для питания электронных устройств небольшой мощности применяют радиоизотопные ТЭГ, использующие энергию a-и b - частиц. Торможение этих частиц в веществе сопровождается выделением тепла.

Достоинства ТЭГ: большой срок службы, высокая надежность, стабильность параметров, вибростойкость. Недостатки: невысокие относительные энергетические показатели: удельная масса 10÷15 кг/кВт, поверхностная плотность мощности 10 кВт/м² (на единицу поперечного сечения элемента), объемная плотность мощности 200÷400 кВт/м³ и сравнительно низкий КПД преобразования энергии (5÷8%).

Термоэмиссионное преобразование энергии основано на явлении термоэлектронной эмиссии – испускании электронов нагретыми металлами. Плотность тока эмиссии возрастает с увеличением температуры. Если сблизить в вакууме две металлические поверхности с разными температурами, то за счет разности их токов эмиссии через зазор и внешнюю нагрузку R потечет результирующий ток. Тепловая энергия, подведенная к горячему электроду, частично преобразуется в ЭЭ. Оставшаяся часть отводится от холодного электрода. С целью компенсации пространственного заряда, создаваемого электронами, в зазор вводятся ионы цезия. В качестве источников тепла в ТЭП успешно используются энергия ядерных реакций. На рис. 3.66 показана конструкция изотопного ТЭП для космических установок. Источником тепла служит a – активный изотоп, имеющий плотность тепловыделения 17 Вт/г. Для получения мощности в 25 Вт при КПД 10% генератору требуется около 20 г окиси актиния Ac₂O₃.

Рис.3.66.Схема изотопноготермоэмиссионного преобразователя:

1 – капсула с изотопом; 2 – катод; 3 –анод; 4 – тепловая труба; 5 – ребра холодильника-радиатора; 6 – резервуар с цезием; 7 – тепловой экран

Накопители энергии

Технико-экономические показатели электростанции тем выше, чем плотнее график электрической нагрузки энергосистемы. Это связано с тем, что пуск, останов и регулирование мощности агрегатов электростанций (особенно угольных КЭС) связан с дополнительными расходами топлива. Для уплотнения графиков нагрузки энергосистем используются накопители энергии. Накопление энергии осуществляется в часы минимума нагрузки энергосистемы.

Различают следующие виды накопителей энергии: 1) механические (кинетические, динамические, потенциальные); 2) химические; 3) тепловые; 4) электромагнитные. Сравнительные характеристики накопителей энергии приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7