Энергичный шаг в энергетическое будущее

В скором времени, вместо прогулок за покупкой новых батареек, достаточно будет просто совершить прогулку — обувь с подзарядкой сделает свое дело.

Американские инженеры, возглавляемые Томом Крупенкиным, предложили очередной вариант устройства, превращающий механическую энергию в электрическую. В полной мере заменить зарядные устройства оно не сможет, однако сильно увеличит промежуток времени между подзарядками различных гаджетов.

Исследования показали, что в процессе ходьбы при шаге рассеивается 20 Вт мощности в виде тепла, поиском способов извлечения и накопления которого и занимаются разработчики. Правда, пока высокой эффективности достичь не удалось — специалисты смогли генерировать от нескольких микроватт до всего лишь сотен милливатт — для портативных электронных устройств этого недостаточно.

Один из способов решения данной задачи заключается в использовании обыкновенного электростатического конденсатора, накапливающего заряд и состоящего из двух плоских тонких электродов, установленных параллельно друг другу с разделяющим их слоем диэлектрика. Один электрод аккумулирует положительные, другой — отрицательные заряды, количество же зарядов, которые способен накопить конденсатор, зависит от свойств этих электродов, а также от толщины и свойств диэлектрика. При сдавливании конденсатора и уменьшении расстояния между электродами (обкладками) возрастает напряжение и увеличивается емкость, а в цепи, связанной с обкладками, возникает необходимый электрический ток. Когда внешнее давление прекращается, система автоматически возвращается в изначальное состояние.

            Ключевым моментом этого подхода является то, что при уменьшении расстояния между обкладками и увеличении емкости конденсатора соответственно растет напряжение и эффективность подобного генератора.

Но из-за поверхностных неровностей обкладок, находящихся под деформирующим давлением, достигнуть минимального расстояния для наиболее эффективного получения энергии очень сложно: обычно оно составляет примерно микрометр, чего крайне недостаточно.

Исходя из этого, команда Крупенкина решила заменить один твердотельный электрод проводящей жидкостью. Для этого они нанесли капли жидкости на плоский проводник, на который поместили другой тонкий проводник, покрытый изолятором толщиной в 10-50 нм — этой величиной и ограничилось расстояние между электродами конденсатора. При давлении на верхнюю обкладку создается приличное напряжение — по расчетам инженеров, для конденсатора площадью, равной площади ноги среднего размера, таким способом можно будет получать до 2 Вт энергии, что в несколько раз больше других аналогичных систем. Это означает, что полная подзарядка стандартного мобильника потребует двухчасовой прогулки.

Вдохновленные результатами разработки, авторы устройства основали компанию InStep NanoPower с целью коммерциализации новой технологии. В настоящее время они создают рабочий прототип генератора для помещения его в подошву обуви, который обещают продемонстрировать примерно через два года.

Запись Энергичный шаг в энергетическое будущее впервые появилась altern-energy.com.ua.

IBM ведет работу над новыми аккумуляторами для электромобилей

Компания IBM поведала о своей очередной разработке, благодаря которой электромобили смогут увеличить продолжительность своей работы. Речь идет о литий-воздушных аккумуляторных батареях, работа над которыми еще не закончена. Специалисты IBM полагают, что аккумуляторы, изготовленные по этой технологии, будут обладать запасом энергии, в тысячу раз превосходящим запас энергии у литий-ионных батарей. Это, в свою очередь, позволит электромобилям преодолевать не 170, а 850 км.

Движущей силой в литий-воздушных аккумуляторах будет служить воздух. В химическое взаимодействие с ним будут вступать ионы лития и углерод, в результате чего в аккумуляторе будет формироваться мощный поток энергии. Во время работы аккумулятор будет «дышать», вбирая в себя воздух и перерабатывая его в электроэнергию. Больше воздуха – больше энергии, и наоборот.

Рабочее название проекта − Battery 500. К сожалению, конструкторам пока не удалось добиться химической устойчивости таких батарей. Основная сложность заключается в том, что при частой перезарядке эти батареи быстро выходят из строя. А потому говорить о массовом производстве таких аккумуляторах и их повсеместном распространении пока не приходится. И все же надо отдать должное специалистам IBM.

Полученные в ходе проведенного ими анализа электрохимических процессов результаты показали, что причина неустойчивости батарей таится во взаимодействии кислорода и проводящего раствора. Раствор этот отвечает за транспортировку ионов лития от электрода к электроду. Вступая в химическую реакцию с ионами, кислород взаимодействует и с раствором. Именно это и служит главной причиной столь быстрого истощения батареи.

К решению проблемы были подключены исследователи из разных уголков планеты. В том числе сотрудники центра Almaden laboratories (Калифорния), специалисты лаборатории в Цюрихе (Швейцария). Совместные усилия не прошли даром. Учеными был выявлены электролиты, химическое взаимодействие которых с кислородом исключено. Таким образом, разработки батареи будущего вовсе не застопорились – они уверенно движутся вперед. Планируется, что уже в 2013 г. миру будет представлен работоспособный прототип этой батареи. И если исследования будут продолжены в том же ритме, то, вероятно, уже к 2020 г. на рынок будет выпущена коммерческая модель литий-воздушного аккумулятора.

Запись IBM ведет работу над новыми аккумуляторами для электромобилей впервые появилась altern-energy.com.ua.

Определение мощности домашней электростанции

Для создания определенного уровня комфортности на даче или же в загородном доме, куда невозможно провести воздушную линию электропередач, люди все чаще используют домашние электростанции.

Вот тут-то они и сталкиваются с вечным и животрепещущим вопросом, какой мощности станции будет достаточно для своего комфортного существования. Давайте попробуем рассмотреть, каким именно образом определяется эта самая мощность.

Казалось бы, чего проще, сложить потребляемые мощности всех электрических приборов, имеющихся в доме, согласно указанных в их технических описаниях. Однако такой путь заранее обречен на провал.

Дело в том, что все бытовые электроприборы подразделяются на два больших класса: те, которые обладают активным сопротивлением, и те, которые имеют реактивное сопротивление (индуктивное или емкостное).

В качестве примера приборов, потребляющих активную мощность, можно назвать обычные лампочки накаливания, электроплиты, нагревательные приборы, утюги и тому подобные, активно преобразующие электроэнергию в тепло.

Реактивными приборами можно определить те, которые в своем устройстве имеют конденсаторы и катушки индуктивности, например, люминесцентные лампы, кухонная аппаратура, холодильники, пылесосы, дрели и прочие приборы с электродвигателем. Именно в них часть активной энергии расходуется на другое, нецелевое использование, например, на создание электромагнитных полей. Для того чтобы оценить степень реактивности прибора применяют величину, которая называется коэффициентом активной мощности и обозначается, как cosφ.

В паспортах электроприборов обычно указывают потребляемую ими активную мощность и их cosφ. Но потребители чаще всего обращают внимание только первый параметр. А совершенно зря, например, при cosφ = 0,8 ваш прибор будет потреблять мощности на 20% больше заявленной.

Кроме того, сама ваша домашняя электростанция будет также иметь свой собственный cosφ, который тоже следует учесть. А еще при расчете мощности станции следует принять во внимание наличие высоких пусковых токов, которые необходимы для того, чтобы ввести ее в штатный режим работы. И хотя этот момент чаще всего не превышает долей секунды, однако следует заранее уточнить, сможет ли электростанция осилить эту перегрузку, которая может превысить номинальную в 7-9 раз.

Не забывайте, что многие производители в своих каталогах указывают мгновенную максимальную мощность приборов, а их реальная величина будет на десятки процентов ниже.

Запись Определение мощности домашней электростанции впервые появилась altern-energy.com.ua.

Экологически чистые электростанции

В современном мире электроэнергия производится двумя основными способами. Либо путем сжигания топлива нагревается вода и из нее получается пар, и работает паровая турбина, либо строятся большие плотины и сила падающей воды вращает турбины. Второй способ представляется экологически чистым, но его недостаток в том, что запасы гидроэлектроэнергии распределены в мире очень неравномерно. Целые огромные страны практически ее лишены, в других она находится далеко от промышленных центров. Первый же способ, к которому в сущности относятся также и атомные станции, имеет очевидные недостатки с точки зрения экологии.

Поэтому разработка технологий получения электроэнергии без загрязнения окружающей среды ведется давно и упорно во всех странах мира.

Любой электродвигатель может являться генератором и наоборот. Это очень удачно. На этом принципе и построена работа всех электростанций. Мы каким-то образом вращаем генератор и он производит ток.

Первая и самая старая идея возникает из аналогии с мельницей. Существовали водяные и ветряные мельницы. Если существуют ГЭС, то должны быть и ветряные ЭС. Идея отличная, но реализация упирается в то, что электроэнергию очень трудно запасать. В отличии от воды ветер дует нестабильно. Мельница может позволить себе работать с перебоями, но кому нужен источник электроэнергии, который то работает то нет?

Поэтому, несмотря на простоту идеи, для ее реализации понадобились десятилетия. Современный ветряные АЭС строятся в США, Испании, Мексике, в тех странах где есть обширные пустынные регионы. Это огромные поля сверхвысотных ветряков, на высоте ветер более постоянен, а сама система ветряков снабжена сложной системой электронного контроля, позволяющей поддерживать стабильную выдачу электроэнергии. Тем не менее, мощности этих электростанций пока очень далеки от желаемого.

Электростанции, работающие на энергии прилива наиболее успешно развиваются в Австралии. Это плавучие здания высотой в несколько этажей, большая часть которых находится под водой. Конструктивно получается как бы небольшая плавучая ГЭС с плотиной внутри здания. Верхний этаж собирает волну во время прилива, в самом низу находится турбина.

Геотермальные установки разрабатываются в Калифорнии. Трубы, проложенные по подземным скважинам глубокого бурения, прогоняют воду. Там она нагревается сама собой за счет внутреннего тепла земли. И дальше полученный пар используется как в обычной ТЭЦ. Получается тепловая электростанция без топлива.

Совершенно отдельным направлением является разработка солнечных батарей. Здесь нет никаких движущихся частей. Энергия солнца преобразуется непосредственно в электрический ток.

Солнечную энергию очень эффективно используют растения, — у нас перед глазами прекрасный пример, — она работает постоянно и ее запасы огромны. Теоретически солнечная батарея представляет собой идеальный вариант переносной миниэлектростанции. Ее мощность можно выбирать и изменять в зависимости от потребностей. К сожалению, на практике энергия, получаемая на единицу площади батареи слишком мала. Большие солнечные батареи используются в тепличных хозяйствах, сейчас активно пытаются строить дома с замкнутым циклом на солнечных батареях. К сожалению, расход энергии в таких домах приходится тщательно лимитировать и они пока подходят разве что энтузиастам.

Запись Экологически чистые электростанции впервые появилась altern-energy.com.ua.