Termoelektra. Pirma dalis: iš laužo miške ne tik šiluma, bet ir elektra!
(5)
Termoelektra, tai šiluminės energijos konvertavimas į elektros energiją. Šiandien šis elektros energijos gavimo būdas nėra taip populiarinamas kaip Saulės, vėjo, vandenilio energetika, nes šilumą versti elektra nėra efektyvu ir atrodytų netikslinga apie tai kalbėti, bet... Elektros energija labai palankiai virsta šilumine energija, tačiau šiluminę energiją paversti elektros energija yra sudėtinga, nes čia visu savo stiprumu koją kiša antrasis termodinamikos dėsnis, nurodantis kad savaime tvarka gali virsti į netvarką, bet ne atvirkščiai (entropija – netvarkos matas savaime negali mažėti).
Elektros energija susijusi su tvarkingu elektringų dalelių judėjimu, šiluminė energija - su netvarkingu. Tvarka lengvai virsta netvarka, tačiau netvarka taip lengvai nevirsta į tvarką. Todėl termoelektriniuose reiškiniuose naudingumo koeficientai visada bus maži ir nereikia tikėtis, kad termoelektra bus kada naudojama pilnai aprūpinti namų ūkius, automobilių varikliams ar kitose srityse kur reikalingos didelės elektros energijos sąnaudos.
Tai vist tik kodėl termoelektra? Atsakymai būtų du: 1) yra daug atvejų kur šiluma yra vienintelis galimas (arba bent jau patogiausias) elektros gavimo būdas; 2) daug kur šiluma tiesiog iššvaistoma, o galėtų tuo pačiu generuoti elektros energiją (tegul ir nedaug).
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia
tik entuziazmo.
Pirmojo atsakymo iliustracijai galima pateikti tokį pavyzdį: štai esate žygyje kur kalnuose, miške, žūklėje, medžioklėje ar šiaip gyvenate atokiame rajone toli nuo civilizacijos, kūrenate laužą, bet norite naudotis kompiuteriu, mobiliu telefonu, muzikiniu centru (aišku gelbsti akumuliatorių baterijos, bet ir jas reikia kažkur įkrauti) ar šiaip apšviesti savo aplinką. Tada pasinaudojate tokiu prietaisu kaip parodyta 1 pav. Šis termoelektrinis konvertorius generuoja 12 W galią esat 12 V įtampai. Pilnai pakanka minėtoms reikmėms. II pasaulinio karo ir pokario laikotarpiu SSSR teritorijoje buvo gaminami priedai prie žibalinės lempos radijo imtuvams maitinti. Tada dar radijo imtuvai buvo lempiniai ir reikėdavo nemažos galios, o elektros tinklų atokesniuose rajonuose nebuvo. Ir štai spendimas, žr. 2 pav.
Antrojo atsakymo pavyzdys būtų toks: pagalvokime apie namo centrinį šildymą. Kūrenasi katilas, šildo vandenį, vanduo cirkuliuoja radiatoriais. Cirkuliacijai reikia cirkuliacinio siurblio, o siurblį suka elektros variklis prijungtas prie elektros tinklų. Gerai kol gerai, o jei audra, nutrūksta elektros tiekimas (ypač kaimo vietovėse kur elektros linijos eina per miškus), tada nepaisant šalčių tenka gesinti katilą, nes be cirkuliacijos jis tiesiog susprogs. Tai kodėl negalėtų ta pati katilo šiluma gaminti elektros energiją siurblio varikliui sukti, ir ne tik dėl audros, o tiesiog dėl ekonomiškumo? Juk panaudojame tą pačia šiluma kuri išeis tiesiog per kaminą.
Galima prigalvoti ir kitų pavyzdžių, pvz., kodėl mūsų kūno šiluma negalėtu gaminti elektros energijos mobiliam telefonui, delniniam kompiuteriui, fotoaparatui, USB ausinukui ir t.t? Juk kiek būna problemų kai išsenka akumuliatorių baterijos. Taigi atsiveria labai plačios termoelektros galimybės.
Automobiliuose taip pat pradedama naudoti termoelektra - išmetamųjų dujų sukuriamą karštį paverčiant elektros energija. Sumontavus termoelektrinius generatorius (TEG) į pirmuosius eksperimentinius automobilius buvo pastebėta, kad kuro sąnaudos sumažėjo nuo 8 iki 12%. Kuras buvo sutaupomas, nes automobilio varikliui buvo sumažinta našta sukant mažesnį elektros generatorių ir trūkstamą elektros energiją kompensuojant termoelektrinio generatoriaus sukurta energija. Termoelektriniai generatoriai yra montuojami išmetamųjų dujų sistemos pradžioje, siekiant sumažinti energijos nuostolius, žr. 4 pav.
Taigi, termoelektra – praktiškai pritaikoma energijos rūšis net ir šiais laikais. Tad Lietuvos ir pasaulio mokslininkai intensyviai tyrinėja šio reiškinio pritaikomumo galimybes, tačiau apie tai – sekančioje straipsnio dalyje.
Prof. habil.dr. Arvaidas Galdikas Fizikos katedra, Matematikos ir gamtos mokslų fakultetas (buvęs Fundamentaliųjų mokslų fakultetas) Kauno technologijos universitetas