Начнем с одной уже основательно забытой советской разработки середины прошлого века. Вы помните старинные керосиновые лампы, которые когда-то имелись в каждой семье? У такой лампы был грушеобразный стеклянный плафон с длинной трубкой для вытяжки дыма. Так вот, в конце 1950-х годов советские изобретатели попытались использовать такие керосиновые лампы для генерации… электроэнергии. Конечно, электричества на «выходе» получалось совсем немного, но его вполне хватало для работы маленького радиоприемника.
Как мы понимаем, электричество вырабатывалось с помощью термоэлектрических элементов. Они собирались в отдельный блок, который стыковался с этой самой вытяжной трубкой на плафоне керосинки. Тепло, выделяемое при горении керосина, становилось источником выработки электричества. Казалось бы, не ахти какое важное изобретение, но оно, несомненно, обладало серьезным потенциалом. В конце концов, указанную модель можно было с успехом масштабировать. Ведь здесь принципиальное значение имела сама попытка получать электроэнергию непосредственно из тепла. А ведь источников такого тепла в стране было полным полном, учитывая, что в каждом частном доме имелись не только керосиновые лампы, но и дровяные печи.
А что, если такую печь – по примеру керосинки – оснастить термоэлектрическими элементами? И вот уже обычная деревенская печка работает в режиме когенерации, вырабатывая одновременно и тепло, и электричество. И неважно, что электричества получалось не так уж много. Принципиально, что вы его получаете, так сказать, попутно, не затрачивая дополнительных топливных ресурсов. А это значит, что энергия здесь практически не теряется, не утекает бесполезно в трубу. Стало быть, КПД такой печи будет почти стопроцентным.
К сожалению, в СССР эта идея не получила серьезного развития, несмотря на весьма интересный опыт. Однако об этом опыте неожиданно вспомнили сегодня, когда борьба за экономное использование ресурсов вышла на первое место. Это касается как развитых стран, так и стран третьего мира, где до сих пор пользуются дровяными печами, несмотря на то, что дровишки в наше время «кусаются». Как повысить КПД этих нехитрых приспособлений, все еще использующихся для обогрева жилищ и приготовления пищи? Один из вариантов действий как раз и предполагает включение в конструкцию печи термоэлектрических модулей, которые почему-то оказались «в тени» у более раскрученных в наши дни фотоэлектрических панелей.
Как устроен термоэлектрический модуль? Он состоит из рядов полупроводниковых элементов в форме «столбиков», соединенных между собой металлическими полосками и зажатых между двумя керамическими пластинами, не пропускающими электрический ток, но проводящими тепло. По форме это такой компактный «прямоугольник», напоминающий толстую облицовочную плитку. Если прикрепить термоэлектрический модуль к поверхности даже самой обычной дровяной печи, то он будет производить электроэнергию всякий раз, когда вы ее нагреваете. В настоящее время выходная мощность таких модулей варьируется от трех до 19 Ватт. Подобно солнечным панелям, термоэлектрические модули можно последовательно соединять для получения необходимого уровня мощности (естественно, эта мощность будет соизмерима площади нагреваемой поверхности печи). И точно так же, как в случае с солнечными панелями, электроэнергию не обязательно потреблять сразу, напрямую. При необходимости ее можно накапливать с помощью аккумуляторов, и использовать по мере надобности.
Как мы уже сказали выше, термоэлектрические генераторы актуальны для многих стран, включая страны третьего мира, где подобные печи – явление широко распространенное. По сию пору примерно 1 300 миллионов домохозяйств бедных стран не имеют доступа к электрической энергии, зато продолжают пользоваться обычными печами. В свое время мы писали о том, что эту проблему пытались решить через распространение фотоэлектрических панелей. Согласно расчетам, в отдельные районы дешевле и проще завести солнечные панели, чем тянуть туда провода.
Однако некоторые специалисты считают более целесообразным сделать акцент на термоэлектрических модулях или же использовать и то, и другое. Как мы сказали, даже в самых бедных семьях используются обычные печи. Причем, ежедневно (для приготовления пищи и нагрева воды). Поэтому, если топливо в любом случае используется, то почему бы не использовать его более эффективно, получив еще и электрическую энергию в качестве некоего «бонуса»? В такой комбинации КПД термоэлектрического модуля не будет иметь решающего значения (он, надо сказать, сам по себе невысок). Ведь речь идет о затратах на топливо. И пусть на выработку электроэнергии уходит не более пяти процентов тепловой энергии, оставшиеся 95 процентов, в любом случае, совершат полезную работу. Так мы получаем упомянутый выше стопроцентный КПД. То есть, энергетических потерь здесь практически нет.
Как утверждают специалисты, термоэлектрические модули имеют те же достоинства, что и фотоэлектрические панели. Они позволяют наращивать мощность посредством соединения, они не требуют особого обслуживания, не имеют движущихся механических деталей, работают бесшумно и имеют длительный срок эксплуатации. Но при этом у них есть дополнительные преимущества, которые отсутствуют у солнечных панелей.
Несмотря на то, что термоэлектрические модули менее эффективны с точки зрения «производительности», их работа никак не зависит ни от погоды, ни от времени суток. То есть они более надежны в том смысле, что вы вырабатываете электричество именно тогда, когда оно вам нужнее всего. Что особенно важно: синхронизация выработки электричества с выработкой тепла соответствует привычному ритму жизни нормального домохозяйства, особенно в северных широтах. Как правило, растопка печей и котлов в наших домах совпадает с пиками потребления электроэнергии. Что касается солнечных панелей, то их работа обычно не совпадает с этими пиками. Если брать наши широты, то здесь работа термоэлектрических генераторов активизируется в зимнее время, когда параллельно возрастает потребность в электрическом освещении (из-за сокращения светлого времени суток). Солнечные панели, наоборот, больше вырабатывают электроэнергии летом (в этом случае их целесообразнее использовать для кондиционирования помещений, чем для освещения).
У термоэлектрических модулей есть и другие преимущества. Так, их проще устанавливать, поскольку они, в отличие от солнечных панелей, не требуют специальных дополнительных конструкций. Учитывая режим их работы, нет никакой необходимости подключаться к общей сети. Всё это дает нам ощутимую экономию, а значит, делает такую выработку электрической энергии более дешевой, чем в случае с фотовольтаикой.
И, наконец, термоэлектрические модули достаточно легко поддаются вторичной переработке. В данном случае мы не говорим о кремниевой «начинке». С ней особых проблем нет. Главная проблема переработки солнечных панелей заключается в том, что они содержат много пластика. Что касается термоэлектрических модулей, то они пластика не содержат вообще.
В общем, плюсы очевидны. Насколько эта тема будет поддержана в будущем, сказать не беремся. Масштабных проектов она не предполагает. Тем не менее, она вполне «напрашивается» для частных домохозяйств. Дачники и владельцы индивидуальных домов, где используется печное или газовое отопление, вполне могли бы оценить достоинства подобных систем. Скажем, если вы регулярно топите дровами свою баню, то почему бы там не обеспечить освещение с помощью такой вот автономной термоэлектрической генерации? То же самое касается отопления дома. В настоящее время уже разрабатываются термоэлектрические системы для газовых котлов и для котлов на древесных гранулах. Попутная выработка электроэнергии для освещения дома (напомним, что в наших широтах котлы разогревают ранним утром и вечером, когда отсутствует солнечный свет) была бы весьма кстати. Возможно, электрической энергии вы будете получать совсем немного. Но лишней она в любом случае не будет. Допустим, если в конструкцию дома входит мини-теплица (пусть даже пара контейнеров с зеленью на подоконнике), то полученное электричество можно использовать для зимней подсветки растений.
Еще раз отметим, что пока данная тема не является мейнстримной. Тем не менее, работа в этом направлении идет. И мы вполне можем рассчитывать на то, что после снижения ажиотажа вокруг солнечной генерации появится интерес к альтернативным вариантам. Кстати, сибирские ученые, участвующие в проекте «Экодом», также рассматривают варианты термоэлектрической генерации, когда тепло от печей и котлов параллельно используется для выработки электроэнергии. Правда, здесь акцент сделан на двигателе внешнего сгорания (двигатель Стирлинга), вращающем электрогенератор. Такие двигатели уже производятся в нашей стране (о чем мы писали). В то же время термоэлектрические модули также не сбрасываются со счетов. В общем, тема в любом случае развивается, хоть и неспешно, но зато без хайпа и популизма.
Андрей Колосов
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии