Технико-экономическое обоснование устройства для автономного электроснабжения на основе эффекта Зеебека

NovaInfo 60, с.155-159, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Просмотров за месяц: 2

Аннотация

В статье приводится технико-экономическое обоснование устройства для автономного электроснабжения основанного на реализации эффекта Зеебека. Данный эффект возможен только при работе комплекса модулей Пельтье.

Ключевые слова

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, АВТОНОМНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ, МОЛУДЬ ПЕЛЬТЬЕ, ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА

Текст научной работы

Термоэлектрическая генерация является одним из перспективных, а в некоторых случаях единственно доступным способом прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. В таком преобразовании отсутствует промежуточное звено, как, например, в работе тепловой или атомной электростанции, где тепловая энергия преобразуется в механическую, а затем механическая энергия преобразуется в электрическую.

За последние десятилетия в разных промышленно развитых странах были разработаны, испытаны и поставлены на серийное производство термоэлектрические генераторы (ТЭГ) мощностью от нескольких микроватт до десятков киловатт. Большинство ТЭГ предназначены для так называемой «малой энергетики». Они обладают такими уникальными качествами, как полная автономность, высокая надежность, простота эксплуатации, бесшумность и долговечность. ТЭГ используются для энергоснабжения объектов, удаленных от линий электропередачи, а также при целом ряде условий, где они являются единственно возможным источником электрической энергии.

Развитие современной техники и технологий неразрывно связано с поиском новых источников энергии, в первую очередь — электрической. Основное требование — увеличить объем ее выработки, но в последнее время все большее внимание привлекает энергия, которая должна вырабатываться экологически чистым путем, должна быть возобновляемая и никак не связана с углеродом. Сегодня усилия многих ученых направлены на развитие «зеленой» энергетики. Не стало исключением и явление, открытое в 1821 году Т.И. Зеебеком (Th. J. Seebeck) и названное позже «Эффектом Зеебека». Эффект Зеебека, открытый в начале XIX века, актуален и в настоящее время. Возможности его применения неограничены. Множество лабораторий и исследовательских центров занимаются разработкой способов применения эффекта Пельтье (обратный эффекту Зеебека) и очень малая часть занимается исследованием эффектов Зеебека, Пельтье и Томсона, практических же приборов и устройств автономного электроснабжения на основе элементов Зеебека нет.

Оригинальность (новизна) данного устройства характеризуется следующими признакам: простота; доступность; экологически безопасное устройство; низкая себестоимость и высокая амортизация; не требует затрат источника питания; теория эффекта Зеебека никогда не применялась на практике для автономного электроснабжения жилого помещения.

Инновационный подход в данном проекте заключается в практической значимости применения обратного эффекта Пельтье — эффект Зеебека для автономного электроснабжения на примере жилого здания не требующего дополнительных энергозатрат, кроме себестоимости составляющих элементов данного устройства и работ, производящих их монтаж (рис. 1).

Проектное решение устройства автономного электроснабжения на основе элементов Зеебека
Рисунок 1. Проектное решение устройства автономного электроснабжения на основе элементов Зеебека

Установленная мощность для дома средняя 1,5÷2,0 кВт. Характеристика одного элемента, образующего модуль Пельтье (обратный принцип работы дает эффект Зеебека):

  • размер 40×40 мм или 0,04×0,04 м;
  • мощность 60 Вт;
  • стоимость 100 руб.

Количество элементов Пельтье: n=\frac{2000}{60}=33.

С учетом теплопотерь, неэффективности работы, вследствие малого перепада температур, принимаем КПД установки η = 10%, тогда количество термоэлектрических генераторных модулей для обеспечения нашей потребляемой средней мощности составит

N=n\cdot \eta=33\cdot 10=330

Стоимость термоэлектрических генераторных модулей определим

N\cdot 100=3300 руб

Определим площадь данного термоэлектрического модуля:

0,04\cdot 0,04\cdot 330=0,528 м2

В обоснование необходимой системы проводников, мы предлагаем использовать алюминиевые носители, которые устанавливаются над горизонтом и под грунтом на глубине 1,6 м — две системы:

0,525\cdot 1,6\cdot 2=1,6 м3.

Таким образом нам необходимо установить два радиатора по 0,8 м3, выражая в массе это составит около 14 кг алюминиевых листов (толщина которых может варьироваться от 1,2 мм до 9 мм), причем стоимость такого алюминия составит 108 руб/кг.

Стоимость алюминиевых листов для изготовления радиатора составит с учетом среднерозничной торговли 110 руб/кг

110\cdot 14\cdot 2=3080 руб.

Таким образом система автономного электроснабжения на основе эффекта Зеебека составит:

3300+3080=6380 руб.

Для обеспечения ее работы необходимо проложить электрические кабели, от установки к жилому дому с электроизоляцией, обеспечить безопасность работы модулей Пельтье — изоляционный короб, и теплоизоляция выводящих на поверхность земли элементов, монтажные работы.

С учетом выбранных материалов:

1. Теплоизоляция — утеплитель «Лайт Баттс» 1000×600×50 мм 600 руб/упаковка, необходимо 3 упаковки: 600\cdot 3=1800 руб.

Защита теплоизоляции на поверхности: оцинкованный лист с покраской — 300 руб.

2. Короб для изоляции ТЭГ — 3 оцинкованных листа с покраской — 900 руб.

3. Электрокабель — 10 метров — 360 руб.

Защита электрокабеля — 500 руб.

Таким образом суммируя затраты по себестоимости данного автономного устройства до его работы необходимо затратить:

6380+1800+300+900+360+500=10240 руб

Полученная сумма еще раз подтверждает низкую себестоимость и высокую амортизацию.

Данный исследовательский проект нашел практическое применение эффекта Зеебека в создании устройства для автономного электроснабжения на примере жилого здания. Предлагаемое техническое решение устройства автономного электроснабжения на основе эффекта Зеебека позволяет выработать требуемую электрическую энергию без дополнительных затрат, система устройства дешевая, не требует затрат энергии и других видов топлива, проста, доступна, эффективна.

Читайте также

Список литературы

  1. Шостаковский, П. Термоэлектрические источники альтернативного электропитания. / П. Шостаковский. // Новые технологии. - 2010. № 12. - С. 131-138.
  2. Кропотова Н.А. Аналитический обзор аналогов автономного электроснабжения. // NovaInfo.Ru, 2017. - №58, - Т. 4. – С. 88-93.Баукин, В.Е. 3. Оптимизация параметров термоэлектрических генераторов большой мощности / В.Е. Баукин, А.П. Вялов, И.А. Гершберг, Г.К. Муранов и др. // Термоэлектрики и их применение. Доклады VIII Межгосударственного семинара (ноябрь 2002 г.). СПб: ФТИ, 2002.
  3. Тахистов, Ф.Ю. Оптимизация параметров термоэлектрического генераторного модуля с учетом эффективности теплообмена на сторонах модуля. // Доклады XI Межгосударственного семинара (ноябрь 2008 г.). СПб: ФТИ, 2008.
  4. Пучков П.В. Магнитожидкостное уплотнение подшипника качения. / П.В. Пучков, А.В. Топоров, Н.А. Кропотова, И.А. Легкова. // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции «Наука и образование в социокультурном пространстве современного общества». В 3-х частях. - Смоленск. 2016. С. 33-35.
  5. Разумов А.А. Оценка потребления количества теплоты в бакелизаторах при изготовлении абразивных изделий на бакелитовой связке. Технологические приемы экономии энергии при термообработке. / А.А. Разумов, Н.А. Кропотова. // Сборник статей по материалам III всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Пожарная безопасность: проблемы и перспективы». ИВИ ГПС МЧС России. – Иваново, 2012. С. 312-314.
  6. Киселев В.В. К вопросу защиты металлоконструкций от теплового потока при пожаре. / В.В. Киселев, Н.А. Кропотова, А.А. Покровский, А.Н. Мальцев, И.А. Легкова. // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции «Наука 21 века: открытия, инновации, технологии». 2016. С. 75-76.
  7. Крылов Е.Н. Расчет селективности при нитровании алкилбензолов в трифторуксусной кислоте. / Е.Н. Крылов, Н.А. Жирова. //
  8. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - Иваново, 2007. Т. 50. № 1. С. 10-15.

Цитировать

Кропотова, Н.А. Технико-экономическое обоснование устройства для автономного электроснабжения на основе эффекта Зеебека / Н.А. Кропотова. — Текст : электронный // NovaInfo, 2017. — № 60. — С. 155-159. — URL: https://novainfo.ru/article/11493 (дата обращения: 08.06.2023).

Поделиться