Електричество от отпадна топлина
May 19, 2011,greentech
Милиарди долари се пилеят всяка година във вид на отпадна топлина от различни индустриални процеси. Тя ефективно може да бъде трансформирана в електричество посредством технология, разработена в американската Oak Ridge National Laboratory.
Според Scott Hunter, ръководителят на екипа, високо ефективният конвертор на отпадна топлина може да се използва при охлаждане на електронни устройства, фотоволтаични клетки, компютри и големи индустриални системи, като същевременно се генерира електричество. Новата технология има потенциала да доведе до огромни енергийни спестявания.
50% от генерираното в Съединените щати електричество се пропилява като топлинни загуби. Така че оползотворяването на тези загуби има огромни възможности да спести пари на индустрията чрез повишаване на ефективността на производствата и да намали разходите за енергия, като междувременно спести отделянето на парникови газове.
Първоначално авторите на новото конвертиращо устройство считат, че то ще има приложение за охлаждането на високопроизводителни компютърни чипове, с което ще реши един голям проблем на производителите на супер-компютри. Тези мощни машини отделят огромни количества топлина, която трябва да бъде отведена и колкото по-ефективно е нейното отвеждане, толкова по-добре работят те. Ако част от тази топлина се преобразува отново в електричество, това е добре дошло за техните собственици.
Екипът на Hunter използва конзолни структури, които имат размер около един квадратен милиметър. Около 1000 такива конвертори могат да бъдат прикрепени върху площ от 1 квадратен инч от компютърен чип, фотоволтаична клетка или друго устройство, което генерира топлина. Въпреки, че един такъв конвертор генерира малко – от 1 до 10 миливата – използването на пакети от тях може да генерира значително количество електричество, с което да бъдат захранени различни сензорни системи, или пък да подпомогне активното охлаждане, като намали разходите за него.
В основата на конверторите стои
пироелектричният ефект, който се дължи на пироелектричните материали. Някои от тези материали са познати от векове. Първите опити да се използват за генериране на електричество датират от няколко десетилетия, но поради ниската ефективност на процеса – от 1 до 5% – те са били изоставени.
Но екипът на Hunter счита, че с използването на конзолни конвертори, които имат бърза реакция, може да се постигне ефективност на процеса от 10 до 30%, в зависимост от отделяната топлина. Освен това те са лесни за изработване чрез стандартни процеси в полупроводниковата индустрия.
„Бързият процес на топло-отдаване в пироелектричния материал е ключов за ефективността на преобразуване и генерираното електричество.“ – смятат от екипа на ORNL. Конверторите могат да генерират електричество от топлинни потоци с температурен градиент от няколко градуса до няколкостотин градуса.
В конвертиращото устройство се съдържа пироелектрична структура, която при нагряване или охлаждане генерира електричество. Конзолите са прикрепени към котва, която е фиксирана към елемент, който генерира отпадна топлина. Когато този елемент се нагрее, той нагрява и конзолата, която се огъва подобно на биметалните пластини, използвани в различни терморелета.
Краят на горещата конзола се допира до студена повърхност – „heat sink“, където бързо загубва своята топлина, което води до връщане на конзолата в изходното й положение в контакт с горещата повърхност. Тя отново се загрява и така процеса се повтаря отначало. Осцилирането на конзолата продължава, докато има разлика в температурата на двете повърхности.
По материали от:
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2011-05/drnl-oeh051611.php
