Тепло, электричество и холод от одного энергогенератора — Энергетика и промышленность России — № 18 (158) сентябрь 2010 года — WWW.EPRUSSIA.RU
Газета «Энергетика и промышленность России» | № 18 (158) сентябрь 2010 года
Комбинированная технология тройного действияВ общем случае, система тригенерации представляет собой систему комбинированного производства тепла и электроэнергии, соединенную с одним или несколькими холодильными агрегатами.
Тепловая часть тригенерационной установки в своей основе имеет парогенератор с рекуперацией тепла, питание которого осуществляется за счет использования выхлопных газов первичного двигателя. Первичный двигатель, соединенный с генератором переменного тока, обеспечивает производство электрической энергии. Для охлаждения используется периодически возникающий избыток тепла.
Холодильные агрегаты адсорбционного типа, используемые для кондиционирования помещений и создания требуемой температуры в помещении.
В качестве рабочей жидкости в холодильных машинах такого типа используется вода (рабочая жидкость, охлажденная в адсорбционной машине, применяется не только в системе кондиционирования объекта, но и может расходоваться на технологические нужды).
Применение тригенерации
активно применяется в экономике, в частности в пищевой промышленности, где существует потребность в холодной воде для использования ее в технологических процессах. Например, в летний период пивоварни используют холодную воду для охлаждения и хранения готового продукта. На животноводческих фермах вода используется для охлаждения молока. Производители замороженной продукции круглогодично работают с низкими температурами.
Технология тригенерации дает возможность преобразовывать в холод до 80% тепловой мощности когенерационной установки, что значительно увеличивает суммарный КПД когенерационной установки и повышает коэффициент ее мощностных ресурсов.
Тригенерационная установка может быть использована круглогодично, вне зависимости от сезона.
Утилизированное тепло при тригенерации эффективно используется зимой для отопления, летом для кондиционирования помещений и для технологических нужд.
Особенно эффективно применение тригенерации в летний период, при образовании избытка тепла, вырабатываемого мини-ТЭЦ. Избыточное тепло направляется в адсорбционную машину для выработки охлажденной воды, используемой в системе кондиционирования. Данная технология позволяет экономить энергию, которая обычно потребляется системой принудительного охлаждения. В зимний период адсорбционная машина может быть отключена, если отсутствует необходимость в большом количестве охлажденной воды.
Таким образом, тригенерационная система позволяет на 100% использовать тепло, вырабатываемое мини-ТЭЦ.
Энергетическая эффективность и высокая экономичность
Оптимизация потребления энергии — важная задача, не только с точки зрения экономии энергоресурсов, но и с точки зрения экологии. На сегодняшний день энергосбережение является одной из наиболее актуальных проблем во всем мире.
При этом большинство современных технологий производства тепла приводят к высокой степени загрязнения атмосферы.
Тригенерация, при которой происходит комбинированное производство электрической, тепловой и холодильной энергии, является сегодня одной из наиболее эффективных технологий повышения энергетической эффективности и экологической безопасности мини-ТЭЦ.
Экономия энергоресурсов при использовании тригенерационных технологий достигает 60%.
Плюсы и минусы
По сравнению с традиционными технологиями охлаждения тригенерационная система имеет следующие преимущества:
- Тепло является источником энергии, что позволяет использовать избыточную тепловую энергию, которая обладает очень низкой себестоимостью;
- Произведенная электрическая энергия может быть подана в общую электросеть или использоваться для обеспечения собственных нужд;
- Тепло может быть использовано для обеспечения потребностей в тепловой энергии во время отопительного сезона;
- Требуют минимальных расходов на техобслуживание в связи с отсутствием в адсорбционных холодильных установках подвижных деталей, которые могли бы подвергаться износу;
- Бесшумная работа адсорбционной системы;
- Низкие эксплуатационные расходы и низкие затраты в течение всего срока службы;
- В качестве хладагента используется вода вместо веществ, разрушающих озоновый слой.
Адсорбционная система проста и надежна в использовании. Энергопотребление адсорбционной машины невелико, поскольку нет жидкостного насоса.
Однако у такой системы имеется и ряд недостатков: большие габариты и вес, а также относительно высокая стоимость, связанная с тем, что на сегодняшний день выпуском адсорбционных машин занимается ограниченное число производителей.
«ЭЛСО Энергогазмонтаж» — инновационные решения в области энергоснабжения
«ЭЛСО Энергогазмонтаж» (ЭГМ) предлагает комплексные решения энергосбережения, разрабатывает стратегии энергообеспечения объекта на самых ранних этапах осуществления инвестиционных проектов.
«ЭЛСО ЭГМ» — проектно-монтажная компания теплотехнического холдинга «ЭЛСО группа», занимается энергоснабжением промышленных и социальных объектов, осуществляет весь комплекс работ — от проектирования до введения объектов в эксплуатацию.
Компания «ЭЛСО ЭГМ» предлагает оптимальные современные решения, активно внедряя проверенные новые технологии.
Специалисты «ЭЛСО ЭГМ» имеют значительный опыт внедрения инновационных решений с использованием когенерационных и тригенерационных технологий.
Высокий профессионализм инженерного состава и разработка уникальных проектных решений позволяют специалистам компании решать задачи любой сложности по теплоснабжению любых объектов.
По вопросам проектирования и монтажа тригенерационных теплоэлектростанций обращайтесь в компанию по телефону: (812) 329-55-22 или электронной почте
Создан материал, превращающий тепло в электричество с рекордной эффективностью
Исследователи из Австрии, Японии и Китая представили термоэлектрический преобразователь с эффективностью почти в два раза выше существующих аналогов. Статья исследователей была опубликована в журнале Nature.
Термоэлектрические материалы могут преобразовывать тепло в электрическую энергию . Это связано с так называемым эффектом Зеебека: если существует разница температур между двумя концами такого материала, то он может создавать электрический ток в цепи, в которую включен.
Количество электрической энергии, которое может быть произведено при заданной разности температур, измеряется значением добротности ZT: чем выше этот показатель, тем лучше его термоэлектрические свойства.
Лучшие термоэлектрики на сегодняшний день имеют значение ZT от 2,5 до 2,8. Разработанный учеными новый материал в два раза превышает эти показатели: его ZT колеблется от 5 до 6. Этот рекордный композит представляет собой тонкие слои железа, ванадия, вольфрама и алюминия, нанесенные на кристалл кремния.
«Хороший термоэлектрический материал должен демонстрировать сильный эффект Зеебека, и он должен отвечать двум важным требованиям, которые очень трудно совместить, — подчеркивает один из исследователей, профессор Института физики твердого тела Венского технического университета Эрнст Бауэр. — С одной стороны, он должен как можно лучше проводить электричество, а с другой — как можно хуже переносить тепло. Это сложная задача, поскольку электропроводность и теплопроводность обычно тесно связаны».
Атомы в слоях этого материала расположены в регулярной гранецентрированной кубической решетке. Однако при нанесении тонкого слоя на кристалл кремния наблюдается удивительный эффект: их структура радикально меняется. Хотя атомы все еще имеют кубическую решетку, теперь она оказывается объемно-центрированной, и распределение различных типов атомов становится совершенно случайным. Эта смесь регулярности и нерегулярности расположения атомов также изменяет электронную структуру, которая определяет движение электронов в твердом теле.
Электрический заряд движется через материал особыми порциями — фермионами Вейля — безмассовыми частицами, переносящими возмущение кристаллической решетки и электроны. С другой стороны, колебания решетки, которые переносят тепло из мест с высокой температурой в места с низкой температурой, замедляются из-за неравномерностей в кристаллической структуре. Поэтому теплопроводность материала уменьшается.
Новый материал, по словам ученых, настолько эффективен, что его можно было бы использовать для обеспечения энергией датчиков или даже небольших компьютерных процессоров.
Вместо того чтобы подключать небольшие устройства к кабелям, они могли бы генерировать свое собственное электричество из перепадов температур.
эффективный способ производства электрической и тепловой энергии
Знаете ли вы, что:
Когенерация — это одновременное производство электрической и тепловой энергии. При такой технологии потери энергии при сжигании топлива снижаются в два раза.
Германия установила цель удвоить объем энергии, получаемой в комбинированном цикле, с 12,5% до 25% к 2020 году.
В Великобритании применяются финансовые стимулы и гранты наряду с государственной поддержкой когенерации.
С 1980 года ВВП Дании вырос на 50%, но энергопотребление не увеличилось благодаря энергоэффективности. Развитие когенерации способствовало возросшей энергонезависимости, развитию энергетического машиностроения.
Благодаря развитию теплоэлектроцентралей в Швеции выбросы углекислого газа сократились на 60%, двуокиси серы — на 80%, окиси азота — на 95%.
Стокгольм назвали экологической столицей Европы.
В России отпуск тепла от комбинированных ТЭЦ за 20 лет сократился в 1,5 раза. Стоимость тепловой энергии для жителей г. Копейска в полтора раза выше, чем для жителей г. Челябинска, потому что в Копейске тепло производится только котельными.
Потребляя тепло от эффективных комбинированных станций, мы экономим потребление природного топлива и делаем тепло дешевле. Каждый житель, пользующийся теплом от ТЭЦ, также помогает производить более дешевую электроэнергию не только для себя, но и для энергосистемы страны!
Когенерация: разумно, экономично, надежно
Комбинированные ТЭЦ — надежный источник электроэнергии и тепла. ТЭЦ имеют низкий уровень отказов оборудования, резервное и аварийное топливоснабжение.
Парогазовый цикл — самая передовая технология производства тепла и электричества на ТЭЦ. Эффективность сжигания топлива может превышать 90%. Нагрузка на экологию значительно снижается. «Фортум» производит тепло и электричество с уважением к окружающей среде!
Получать тепло можно как от комбинированных ТЭЦ, так и от котельных.
Что надежнее и выгоднее? Оценивая перспективу, посчитайте, сколько придется платить за тепло сейчас и в будущем?
Квартальные или домовые котельные — это автономные источники, которые производят только тепло, выбрасывая половину полезной энергии топлива в атмосферу.
Кроме стоимости топлива и электроэнергии, собственник оплачивает эксплуатацию автономной котельной, как правило — содержание газопровода и другой инфраструктуры к ней.
Вибрация, фоновый шум, дымовые выхлопы… Часто ли архитекторы и строители предусматривают такие последствия крышных и дворовых котельных?
Теплофикация — централизованное теплоснабжение на основе комбинированной выработки тепла и электричества на ТЭЦ — обеспечивает комфорт, безопасность и увеличивает стоимость объектов недвижимости.
Строительство современных и экономичных котельных оправдано только там, где нет возможности получать тепло от источников когенерации — эффективных ТЭЦ.
Экономия ресурсов снижает платежи за тепло
Оборудование ТЭЦ позволяет производить тепло при одновременной выработке электричества и разделять затраты на производство между видами энергии, делая каждый из них дешевле.
При совместном производстве тепла и электричества потери энергии при сжигании топлива снижаются в два раза. Сокращая сжигание газа и угля, мы сокращаем количество вредных выбросов в атмосферу.
Эффективное использование топлива для совместной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ позволяет снизить стоимость тепловой энергии до 40% по сравнению с самой лучшей котельной.
Совместное производство тепла и электрической энергии — ТЭЦПотеря энергии при сжигании топлива 10-20% | Производства только тепла — котельныеПотеря энергии при сжигании топлива ~ 48% |
«Мы производим тепло для 2 000 000 человек и заботимся о том, чтобы в Вашем доме всегда было комфортно»
Электричество из тепла | АРГУМЕНТ
Версия для печатиТермоэлектрические генераторы могут работать десятки лет, используя только тепло, которое в современной технике в основном расходуется без всякой эффективности.
Область Томбо — огромный кратер на Плутоне, заполненный кристаллическим азотом, пишет Тиждень. На фотографиях она немного светлее окружающего ландшафта и из-за характерной формы названа сердцем Плутона. Одна из самых узнаваемых фотографий уходящего десятилетия, сделанная в июле 2015 года аппаратом New Horizons, который питается благодаря термоэлектрическому эффекту. По сути, он получает электрическое напряжение из тепла.
В тему: Автоматическая межпланетная станция New Horizons передала снимки с изображением Плутона
Персонаж Мэтта Дэймона в фильме «Марсианин» нашел аппарат Pathfinder. Двигатель марсохода с несколькими граммами плутония-238 все еще работал, и герой использовал его для установления связи с Землей. Сам марсоход питался через солнечную батарею. Он весил всего 10 кг, тогда как более совершенный Curiosity, запущенный в 2011 году, уже имел массу 899 кг.
Солнечного света на Марсе мало для питания такого большого аппарата, к тому же из-за пылевых бурь марсоход мог не получать и той энергии. Curiosity собирал научные данные и постил селфи в Twitter благодаря радиоизотопному термоэлектрическому генератору (РИТЭГ), который в начале миссии обеспечивал мощность 125 Вт.
РИТЭГ изобрели в 1954 году работники Маундовской лаборатории Кен Джордан и Джон Бьорден. Эта лаборатория была частью американских научных мощностей, которые использовали для разработки ядерного оружия во времена холодной войны. Генератор переводил тепло, образовавшееся в результате распада радиоактивного элемента, в электроэнергию благодаря термоэлектрическому эффекту. Перспективное изобретение взяли на вооружение сначала военные, а затем и исследователи NASA. Такие генераторы питали миссии Pioneer 10 и Pioneer 11, оба Voyager, New Horizons. Voyager работают уже 42 года, они пересекли границу Солнечной системы и стали самыми отдаленными искусственными объектами в истории человечества, а их генераторы, как предполагается, будут работать до 2025 года, когда тепла из-за уменьшения массы плутония-238 станет мало.
Термоэлектрический эффект, который лежит в основе работы РИТЭГ, открыл еще в 1822 году Томас Зеебек. Он спаял пластины из висмута и меди, а нагрев место контакта — заметил отклонение стрелки компаса вблизи него. Так ученый изобрел термопару — цепь из спаянных с одного конца проводников, которые замыкаются на измерительном приборе. Контакты держат при различных температурах, и между ними возникает электрическое напряжение. Чем больше нагрет горячий контакт термопары, то оно выше. Эти приборы просты и чаще всего их используют для измерения температур в диапазоне свыше 2000 градусов.
Термоэлектрический модуль на основе бумаги из нанотрубок
Обратное эффекту Зеебека явление исследовали в 1830-х Жан Пельтье и Эмилий Ленц. Последний располагал каплю воды у контакта висмута и сурьмы и наблюдал, что с ней происходит, если прикладывать напряжение к металлам.
Эффект Зеебека объясняется несколькими физическими принципами. В результате повышения температуры в одном из проводников электроны (или «дыры» — носители заряда в полупроводниках, если их используют для термопары) становятся подвижными и передвигаются в зону с меньшей температурой. Нагретый конец цепи становится положительно заряженным, а холодный из-за миграции электронов — отрицательно заряженным, между концами термопары появляется электрическое напряжение. Также у материалов разные энергии Ферми — это наибольшая энергия, которую имеют электроны при нулевой температуре. В зоне спая они выравниваются, и нагрев одного из металлов приводит к тому, что электроны, занимающие больший энергетический уровень, движутся в зону с меньшим потенциалом, и через термопару проходит ток. В эффекте Пельтье электроны должны преодолеть разность потенциалов в спайке термопары.
Термоэлектрический эффект позволяет непосредственно превратить тепло в электрическую энергию. При обычном способе получения энергии на тепловых или атомных электростанциях энергия топлива превращается в тепловую. Вследствие, например, испарения воды она превращается в механическую энергию в турбине, а турбина уже запускает генератор электрической энергии. Именно отсутствие подвижной части — турбины — и делает термоэлектрические батареи такими надежными, что они могут работать в космосе десятки лет.
В тему: 10 технологий изменят наш мир в ближайшее время
Кроме получения энергии в экстремальных условиях устройства на основе термоэлектриков используют в системах охлаждения: бытовых холодильниках и промышленных холодильных системах. Автомобильные компании испытывают термоэлектрические генераторы: от 60% тепла, которое генерируют двигатели внутреннего сгорания, тратится впустую.
Превращение его части в электрическую энергию позволит уменьшить использование топлива до 10%. Термоэлектрические микромодули применяют в микроэлектронике. Они работают даже при разнице температур всего 10 градусов. Некоторые компании предлагают термоэлектрическую зарядку для смартфонов для туристов — подпитывается она от обычного костра. Разработанный во время Второй мировой войны в Ленинграде термоэлектрический котелок работал благодаря разности температур между кипятившейся водой (100°С) и очагом (300-400°С). Такие котелки использовали партизаны и разведчики, чтобы заряжать рации и вести радиопередачи из глухих лесов.
Типичная термопара. Один спай поддерживается при высокой температуре T1, а другой присоединен к измерительному устройству при низкой температуре T2
Требования к термоэлектрическим материалам достаточно высоки. Они должны одновременно хорошо проводить ток и плохо — тепло. Редкое сочетание, ведь эти два свойства тесно связаны. То, насколько хорошо такие материалы превращают тепло в электрическую энергию, характеризуется коэффициентом ZT. Лучшие соединения на основе теллурида висмута имеют ZT в интервале от 2,5 до 2,8. Около 300 лабораторий по всему миру работает над повышением коэффициента, в частности в черновицком Институте термоэлектричества НАНУ. В ноябре в журнале Nature вышла статья ученых из Венского технологического института, которые изобрели материал с рекордными термоэлектрическими свойствами. Тонкая пленка из сплава железа, ванадия, алюминия и вольфрама показывает термоэлектрический коэффициент до 6. По мнению руководителя проекта профессора Эрнста Байера, она пригодится для устройств интернета вещей. В сложных системах из многих объединенных устройств трудно провести питание ко всем элементам, поэтому у каждого из них должен быть собственный источник энергии. Например, из термоэлектрической пленки.
Так как висмут и теллур довольно редкие материалы, к тому же токсичные, им ищут замену. Перспективный термоэлектрик — селенид олова. В 2013 году ученые показали, что при температуре выше 500°С он может конвертировать 20% тепла в электроэнергию.
То есть генерирует 20 Вт энергии от тепла мощностью 100 Вт. При такой температуре в материале меняется кристаллическая структура, что приводит к уменьшению теплопроводности, а вот электрические свойства остаются те же: он идеально подходит под два условия хорошего термоэлектрика. В этом году исследователи из Германии установили, что большое давление (около 100 тыс. атмосфер) обеспечивает такой же эффект в селениде олова и при комнатной температуре. В перспективе это поможет заменить редкие висмут и теллур на распространенные материалы.
В тему: Ткань и одежда будущего
Исследователи из Института материаловедения в Барселоне, вписавшись в тренд на экологически безопасные материалы, изобрели в этом году термоэлектрическую «бумагу». Она максимально экологична, «выращивается» в лаборатории бактериями, которые помещают в наполненную сахаром и углеродными нанотрубками среду. «Бумага» стабильна до 250°С и гибкая. В своей статье в журнале Energy & Environmental Science ученые продемонстрировали, как она работает даже при сильной деформации.
Поиск термоэлектриков с большим коэффициентом ZT — среди основных задач современного материаловедения. Если удастся найти дешевые заменители теллурида висмута с лучшими свойствами, термоэлектрики станут одним из двигателей развития микроэлектроники, а также альтернативных источников энергии. Ведь термоэлектрические генераторы могут работать десятки лет, используя только тепло, которое в современной технике в основном расходуется без всякой эффективности.
—
Олег Фея, опубликовано в издании Тиждень
Перевод: Аргумент
В тему:
Энергия тепла и холода: зачем нужны термоэлектрики | Мнения
Такого же типа устройства могут быть использованы в ЖКХ. Если в доме имеются нагревательные системы, значит есть и условия для создания разницы температур. А термоэлектрические материалы уже преобразуют избыточную часть тепла в дополнительное электричество.
Правда, пока они это делают с очень малым КПД (6–7%).
Но и этого может хватить для обеспечения энергией телевизора или компьютера.
Термоэлектрические материалы были открыты довольно давно. Сначала немецкий ученый Томас Иоганн Зеебек обнаружил взаимосвязь между теплом и электричеством. Затем термоэлектрические явления более подробно изучил французский физик Жан Пельтье. Сумма законов Зеебека и Пельтье послужила основой для первого экспериментального наблюдения термоэлектрического эффекта. Его в середине XIX века произвел российский физик Эмилий Христианович Ленц. Он взял спай из проволок висмута и сурьмы, поместил на него каплю воды, пропустил электричество, и капля замерзла.
С тех пор прошло довольно много времени, прежде чем термоэлектрические материалы нашли практическое применение. Произошло это благодаря нашему соотечественнику академику Абраму Федоровичу Иоффе, который еще в 1940-е годы высказал идею, что термоэлектрические материалы из очень тяжелых элементов могут быть достаточно эффективны для применения.
Иоффе предложил два соединения: теллурид висмута и теллурид свинца. Свои работы он опубликовал на рубеже 1940-1950-х годов, после чего началось развитие исследований в области термоэлектрических материалов с целью создать своего рода отрасль промышленности, которая эти термоэлектрические материалы будет выпускать.
Для того чтобы определить, насколько велика эффективность тех или иных термоэлектрических материалов, нужна была система измерения. И тогда придумали такую безразмерную величину, которая называется «добротность термоэлектрического материала». Она учитывает эффект передачи носителей заряда и эффект передачи носителей тепла в одном соединении.
Для соединений, предложенных академиком Иоффе, величина добротности составила примерно 0,6. Благодаря усилиям по легированию, допированию этих соединений, они за довольно короткое время были доведены до большей эффективности, равной уже 0,9, и началось промышленное производство.
С тех пор все попытки улучшить эффективность термоэлектрического материала были бесплодными, пока в середине 90-х годов XX века новую идею не выдвинул Слэк, американский физик из Ренселеровского политехнического университета. Он сказал, что раз огромную роль играют два процесса: транспорта носителей зарядов, то есть электронов или дырок, и транспорта фононов, то есть транспорта тепла, — то нужно создать такое соединение, в котором эти два типа транспорта будут разделены. И он придумал концепцию с названием «фононное стекло — электронный кристалл».
На базе этой концепции, которая уточнялась, видоизменялась (превратившись в «фононную жидкость и электронный кристалл»), в течение последних 15 лет были созданы новые термоэлектрические материалы. У каждого из них есть свои плюсы и минусы, но, если суммировать все, что мы имеем на сегодняшний день, то для того чтобы создать холод под действием электричества, нет ничего лучше теллурида висмута. А вот для того чтобы создавать электричество под действием температур в диапазоне 200-600 градусов, были найдены новые соединения.
Вопрос в том, как довести эти соединения до промышленных технологий.
Чем эти новые соединения интересны? Например, они не содержат такого элемента, как теллур, который является одним из самых редких элементов на Земле. А до сих пор без теллура не обходится производство ни одного термоэлектрического материала. То есть появилась возможность заменить его на более доступные вещества: железо, медь, сурьму, никель, серу, селен.
Появились и новые направления использования термоэлектрических материалов. Еще в 50-е — начале 60-х годов XX века их стали использовать в космосе. Идея заключалась в том, что тепло, необходимое для работы термоэлектрического материала, должен дать радиоактивный источник. Были созданы такие устройства, в которых образец плутония, саморазогреваясь, давал достаточно тепла для того, чтобы на автономных системах — спутниках, космических объектах — работали термоэлектрические материалы и давали бортовое питание.
Сегодня мы хорошо понимаем, что использование радиоактивных материалов небезопасно и уж никак нельзя перенести этот опыт на то, что мы называем объектами народного хозяйства или объектами быта — безопасность здесь превыше всего.
Тем не менее, существуют идеи использования альтернативных источников тепла (например, инфракрасного излучения Солнца) для работы термоэлектрических материалов и преобразования тепловой энергии в электрическую.
На сегодняшний день ведется много разработок по всему миру, в том числе в МГУ и питерском Физтехе. Они показывают, что идеи, выдвинутые Слэком в середине 1990-х годов, все еще живы, и на их основе можно создать новые термоэлектрические материалы с более высоким КПД.
Уровень развития термоэлектрических разработок пока таков, что весь рынок составляет порядка $6 млрд в год, и его сильного увеличения пока не предвидится. Тем не менее, эффективность термоэлектрического материала, как материала, который работает, по сути дела, автономно, обеспечивая небольшое, но заметное замещение углеводородных источников энергии, нельзя сбрасывать со счетов.
CHP — Eesti Gaas
Комбинированное производство энергии
CHP (Combined Heat and Power, cogeneration) или совместное производство электричества и тепла – это процесс, в котором из одного оборудования выдается одновременно два вида энергии: электричество и тепло.
В отличие от классической электростанции, при которой в ходе производства электроэнергии возникшее тепло выходит в окружающую среду, тепло, возникшее в совместном производстве используется для потребления в технологических процессах, для подогрева бытовой воды и для отопления помещений, экономя как топливо, так и деньги.
Преимуществом совместного производства является высокий коэффициент полезного действия 85-96% в процессе преобразования энергии. Это обеспечивает как более дешёвое производство и эффективное использование топлива, так и меньшее загрязнение. Локальное производство обеспечивает также прочность снабжения и уменьшает риск, что потребители могут остаться без электроэнергии и тепловой энергии
Предлагаемое со стороны Eesti Gaas оборудование для совместного производства работает на моторе внутреннего сгорания и использует в качестве топлива природный газ или биогаз. Также при желании предлагаем для станций совместного производства решения, работающие на топливе CNG и LNG: эффективные и дружественные для окружающей среды газовые моторы EC Power с номинальной мощностью 6-20 kWel и газовые моторы Sokratherm с мощностью 50-530 kW.
Предлагаемое со стороны Eesti Gaas оборудование для совместного производства работает на моторе внутреннего сгорания и использует в качестве топлива природный газ или биогаз. Также при желании предлагаем для станций совместного производства решения, работающие на топливе CNG и LNG: эффективные и дружественные для окружающей среды газовые моторы EC Power с номинальной мощностью 6-20 kWel и газовые моторы Sokratherm с мощностью 50-530 kW.
Решения «под ключ»
К целесообразности строительства станции совместного производства необходимо подходить индивидуально. При сотрудничестве с клиентом мы выясняем потребление зданием энергии и осуществляем на его основе расчеты для выбора станции совместного производства с подходящей мощностью вместе с финансовым планом, из которого клиент с легкостью получит обзор об экономии.
С помощью необходимых знаний и умений мы проектируем и строим для клиента полное решение станции совместного производства, концентрируясь на качестве и способности работать устойчиво. Также обеспечиваем необходимые согласования для проектировочной и строительной деятельности и позже для оперирования станции совместного производства.
Вдобавок предлагаем с помощью партнеров по сотрудничеству полную услугу по обслуживанию станции совместного производства, обеспечивая этим, чтобы оборудование было обслужено правильно и регулярно в соответствии с требованиями.
Свяжитесь с нами
- Клиент связывается
- Составление финансового плана
- Заключение договора
- Проектировочные условия и проектирование
- Разрешение на строительство и строительство
- Разрешение на эксплуатацию и передача станции клиенту
- Регулярное осуществление работ по обслуживанию
Учёные из США и Кореи предложили решение для преобразования отработанного тепла в электричество
Группа ученых из Северо-Западного университета и Сеульского национального университета в Корее продемонстрировала высокоэффективный термоэлектрический материал, который может достаточно эффективно превращать тепло в электричество. Сегодня при получении электричества из ископаемого топлива в виде «мусорного» тепла теряется свыше 65 % энергии. Улавливать это тепло и получать из него электричество — это нешуточная экономия и забота об экологии.
Источник изображения: Northwestern University
Материаловеды из Северо-Западного университета в штате Иллинойс разработали перспективный термоэлектрический материал в виде монокристаллического соединения селенида олова (SnSe). Проблемой оставалась высокая хрупкость монокристаллической формы соединения, что затрудняло практическое использование находки. В то же время значительно более устойчивая и пластичная поликристаллическая форма соединения оказалась не подходящей для термоэлектрического преобразования. Выяснилось, что в поликристаллическом виде селенид олова обладает высокой теплопроводностью, что нивелирует замечательные термоэлектрические характеристики материала.
С помощью южнокорейских коллег учёные из США смогли найти корень проблемы — он заключался в образовании оксидной плёнки на поверхности соединения. Учёные из Кореи смогли предложить и испытать техпроцесс, при котором кислород был исключён из цепочки химических реакций и селенид олова в поликристаллической форме был получен без примесей окислов.
Эффективность преобразования отработанного тепла в «чистом» поликристаллическом соединении селенида олова (добротность) составила примерно 3,1 ZT при температуре 783 К (510 ℃). Добротность — показатель коэффициента преобразования тепла в электричество — оказалась даже выше, чем у монокристаллического соединения.
Учёные отмечают, что производство нового материала можно запустить без каких-либо трудностей. Они рассчитывают, что термоэлектрические преобразователи на основе чистого поликристаллического селенида олова будут востребованы на энергоёмком производстве, например, при выплавке стали, и на крупнотоннажном транспорте, например, на морских судах большого водоизмещения.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Производство электроэнергии из отходящего тепла без использования редких элементов
До сих пор для производства генераторов, производящих электричество из тепла, требовался один из самых редких элементов на Земле: теллур. Профессор Габи Ширнинг с физического факультета Билефельдского университета, Германия; вместе с коллегами из Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница IFW в Дрездене, Германия; Университет Хьюстона, Техас, США; и Харбинский технологический институт, Китай; теперь показал, что есть другой способ и что такие генераторы могут быть сделаны из более экологичных материалов.Все материалы основаны на более доступных элементах, таких как магний и сурьма.
«Поиск альтернатив теллуру очень важен для применимости термоэлектроники», — говорит профессор Ширнинг. Она занимается исследованиями термоэлектрических материалов и устройств в группе «Тонкие пленки и физика наноструктур». Термоэлектрические генераторы преобразуют тепло — в первую очередь отходящее тепло, выделяемое в окружающую среду при производстве электроэнергии, — в электрическую энергию. При этом тепловая скорость носителей заряда при высоких температурах выше, чем при низких.Когда существует разница температур в термоэлектрических материалах, носители заряда перемещаются из более теплых областей в более холодные. В результате они генерируют полезное электрическое напряжение.
По словам Шёрнинга, эту технологию можно использовать для частичного использования отработанного тепла. «При сжигании ископаемого топлива большая часть производимой энергии теряется в виде отработанного тепла», — объясняет физик. «За счет выработки дополнительной электроэнергии из этого отходящего тепла, например, можно сократить выбросы парниковых газов.”
Подпишитесь на IO в Telegram!
Хотите вдохновляться 365 дней в году? Вот возможность. Мы предлагаем вам один «источник инноваций» в день в компактном сообщении Telegram. Семь дней в неделю, доставка около 20:00. CET. Прямо из нашей редакции. Подпишитесь здесь, это бесплатно!
Подписаться!Компоненты на основе магния и сурьмы
Отработанное тепло обычно бывает горячим, примерно до 250 градусов Цельсия. В этом диапазоне модули, изготовленные из материалов на основе теллура, эффективно преобразуют тепло в электричество.«Цель состоит в том, чтобы найти материалы, которые столь же эффективны, но в большем количестве в земной коре и, следовательно, менее дорогие, что увеличивает вероятность того, что технология станет востребованной», — говорит Ширнинг. Она и ее коллеги использовали для своего исследования химические соединения на основе элементов магния и сурьмы. «Уже давно известно, что такие соединения являются подходящими материалами для термоэлектроники. Однако до сих пор нельзя было показать, что их можно использовать также для создания действующих термоэлектрических устройств.Теперь нам это удалось ».
В своих исследованиях исследователи впервые синтезировали термоэлектрические материалы. Для этого все компоненты измельчали в мелкий порошок и прессовали под действием тепла. Затем они использовали эти материалы для изготовления модуля. Для этого д-р Пинцзюнь Ин и д-р Ран Хе из Института исследований твердого тела и материалов им. Лейбница IFW в Дрездене оптимизировали как синтез материалов, так и структуру, «чтобы устройство могло генерировать электрическую энергию как можно более эффективно, что зависит от например, о наслоении материала или геометрической структуре модуля », — поясняют они.Результатом исследования стало то, что устройства на основе магния были столь же эффективны, как и устройства на основе теллура.
Исследователи опубликовали результаты своей работы в журнале Nature Communications.
Чтобы узнать больше о преобразовании отходящего тепла в энергию, щелкните здесь.
преобразование отработанного тепла в электричество даже при небольших перепадах температур
Отработанное тепло, например, от систем отопления, обычно просто рассеивается. Он излишне нагревает подвальные помещения и их производственную среду, не принося никакой пользы.Однако устойчивое энергоснабжение включает включение этого отходящего тепла в энергоснабжение. Немецкие и японские ученые сделали большой шаг к цели преобразования избыточного тепла в электричество при низких перепадах температур.
Во многих технических процессах используется только часть подводимой энергии. Различное количество остатка покидает систему в виде остаточного тепла, которое, в свою очередь, само может быть использовано для выработки тепла или выработки электроэнергии, если оно не останется неиспользованным.Чем выше температура этого отходящего тепла, тем проще и экономичнее будет его утилизировать. Но есть также способ использовать низкотемпературные отходы тепла, а именно через термоэлектрические генераторы, которые преобразуют тепло непосредственно в электричество. Однако пока это создает проблему: термоэлектрические материалы дороги и иногда токсичны. Термоэлектрические генераторы также требуют больших перепадов температур для достижения относительно небольшого эффекта.
Термомагнитный вместо термоэлектрического
Но есть альтернатива.Еще в 19 веке исследователи представили первые концепции термомагнитных генераторов. Между тем, такие генераторы на основе сплавов, магнитные свойства которых сильно зависят от температуры, представляют собой многообещающую альтернативу термоэлектрическим генераторам. В этом случае изменяющаяся намагниченность в приложенной катушке индуцирует электрическое напряжение. Однако загвоздка в том, что электрическая мощность этих генераторов пока оставляет желать лучшего.
Подпишитесь на IO в Telegram!
Хотите вдохновляться 365 дней в году? Вот возможность.Мы предлагаем вам один «источник инноваций» в день в компактном сообщении Telegram. Семь дней в неделю, доставка около 20:00. CET. Прямо из нашей редакции. Подпишитесь здесь, это бесплатно!
Подписаться!Дополнительные статьи по использованию отходящего тепла
Ученым из Института технологии микроструктур (IMT) KIT и Университета Тохоку в Японии теперь удалось значительно увеличить электрическую мощность термомагнитных генераторов по отношению к их площади основания. «Благодаря результатам нашей работы, термомагнитные генераторы могут впервые составить конкуренцию известным термоэлектрическим генераторам», — говорит профессор Манфред Коль, руководитель исследовательской группы «Умные материалы и устройства» в IMT KIT.«Таким образом, мы значительно приблизились к цели преобразования отработанного тепла в электричество при небольшой разнице температур». Работа команды — тема обложки в текущем выпуске журнала исследований в области энергетики Joule.
Видение: использование отходящего тепла при температуре, близкой к комнатной
В качестве тонких пленок в термомагнитных генераторах магнитные интерметаллические соединения, известные как сплавы Гейслера, обеспечивают большое изменение намагниченности в зависимости от температуры и быструю теплопередачу. Исследователи объяснили, что это основа новой концепции резонансного самовозбуждения.По их словам, даже при небольшой разнице температур в устройствах могут возникать резонансные колебания, которые можно эффективно преобразовать в электричество.
Однако электрические характеристики отдельных устройств, по их словам, низкие, и масштабирование зависит в первую очередь от разработки материалов и конструкции. В своей работе над сплавом никель-марганец-галлий немецкие и японские исследователи обнаружили, «что толщина слоя сплава и площадь основания устройства влияют на электрические характеристики в противоположных направлениях.«Основываясь на этом открытии, они смогли увеличить электрическую мощность в 3,4 раза по сравнению с площадью основания. Для этого увеличили толщину слоя сплава с пяти до 40 микрометров.
В результате термомагнитные генераторы достигли максимальной электрической мощности 50 микроватт на квадратный сантиметр при изменении температуры всего на три градуса Цельсия. «Эти результаты открывают путь для разработки индивидуальных термомагнитных генераторов, подключенных параллельно, с возможностью использования избыточного тепла, близкого к комнатной температуре», — объясняет Коль.
Фото на обложке: Термомагнитные генераторы основаны на тонких магнитных пленках, свойства которых сильно зависят от температуры. © IMT / KIT
Системы тепловых насосов | Департамент энергетики
Для климата с умеренными потребностями в отоплении и охлаждении тепловые насосы являются энергоэффективной альтернативой печам и кондиционерам. Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для передачи тепла из прохладного помещения в теплое, делая прохладное пространство более прохладным, а теплое — теплее.Во время отопительного сезона тепловые насосы перемещают тепло из прохладного помещения в ваш теплый дом, а во время сезона охлаждения тепловые насосы перемещают тепло из прохладного дома в теплое помещение. Поскольку тепловые насосы перемещают тепло, а не генерируют тепло, они могут обеспечить эквивалентное кондиционирование помещения всего за четверть стоимости эксплуатации обычных нагревательных или охлаждающих приборов.
Есть три типа тепловых насосов: воздух-воздух, водоисточник и геотермальный. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.
Самым распространенным типом теплового насоса является тепловой насос с воздушным источником тепла, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Современные тепловые насосы могут снизить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическими нагревателями сопротивлением, такими как печи и обогреватели для плинтусов. Высокоэффективные тепловые насосы также осушают лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и большему комфорту охлаждения в летние месяцы. Тепловые насосы с воздушным источником тепла использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в регионах, которые испытывали длительные периоды отрицательных температур.Однако в последние годы технология тепловых насосов с воздушным источником тепла претерпела значительные изменения, и теперь они предлагают законную альтернативу обогреву помещений в более холодных регионах.
Для домов без воздуховодов тепловые насосы с воздушным источником также доступны в бесканальной версии, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, особый тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллер с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его с системами лучистого теплого пола в режиме обогрева.
Геотермальные (грунтовые или водные) тепловые насосы достигают более высокой эффективности за счет передачи тепла между вашим домом и землей или близлежащим источником воды.Хотя их установка и стоит дороже, геотермальные тепловые насосы имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют преимущества относительно постоянной температуры земли или воды. Геотермальные (или наземные) тепловые насосы имеют несколько основных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30-60%, контролировать влажность, прочные и надежные, и подходят для самых разных домов. Подходит ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Тепловые насосы, работающие на грунте или воде, могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем тепловые насосы, работающие на воздухе, и удовлетворенность клиентов системами очень высока.
Новым типом теплового насоса для бытовых систем является абсорбционный тепловой насос, также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло в качестве источника энергии и могут работать от самых разных источников тепла.
Для получения дополнительной информации об этих конкретных типах тепловых насосов перейдите по адресу:
Разработан самый эффективный в мире термоэлектрический материал
Приблизительно 90 процентов мировой электроэнергии вырабатывается за счет тепловой энергии. К сожалению, системы производства электроэнергии работают с КПД от 30 до 40 процентов, что означает, что около двух третей потребляемой энергии теряется в виде отработанного тепла.Несмотря на это, неэффективность существующих термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать отработанное тепло в электричество, означает, что их коммерческое использование ограничено. Теперь исследователи разработали термоэлектрический материал, который, по их утверждениям, является лучшим в мире для преобразования отработанного тепла в электричество, потенциально обеспечивая практический способ улавливания части энергии, которая в настоящее время теряется.
Новый материал на основе обычного теллурида полупроводников является экологически устойчивым и, как ожидается, преобразует от 15 до 20 процентов отходящего тепла в электричество.Исследовательская группа, состоящая из химиков, материаловедов и инженеров-механиков из Северо-Западного университета и Университета штата Мичиган, говорит, что материал демонстрирует термоэлектрическую добротность (или «ZT») 2,2, что, по их утверждениям, является самым высоким показателем на сегодняшний день.
Чем выше ZT материала, тем эффективнее он преобразует тепло в электричество. Хотя теоретического верхнего предела ZT нет, ни один из известных материалов не показывает ZT выше 3. Исследователи полагают, что ZT равен 2.2, новый материал достаточно эффективен для использования в практических приложениях и может привести к более широкому распространению термоэлектриков в промышленности.
«Наша система является самой эффективной термоэлектрической системой при любой температуре», — сказал Меркури Г. Канатзидис, руководивший исследованием. «Этот материал может преобразовывать тепло в электричество с максимально возможной эффективностью. На этом уровне есть реальные перспективы рекуперации высокотемпературного отходящего тепла и превращения его в полезную энергию».
Обладая огромным потенциалом у термоэлектриков для восстановления части тепловой энергии, которая в настоящее время теряется, они были в центре внимания многих исследований, которые показали, что в последние годы они значительно улучшились.Настолько, что марсоход Curiosity оснащен термоэлектрическими элементами из теллурида свинца, хотя его система имеет ZT только 1. BMW также тестирует системы для сбора тепла из выхлопных систем и двигателей внутреннего сгорания своих автомобилей.
Помимо улавливания части потерь тепла, выделяемого через выхлопную трубу транспортного средства, новый материал может использоваться в отраслях тяжелой промышленности, включая производство стекла и кирпича, нефтеперерабатывающие заводы, угольные и газовые электростанции, а также на крупных судах. и танкеры, где постоянно работают большие двигатели внутреннего сгорания.Такие применения считаются идеальными, поскольку температуры отходящего тепла в этих областях могут варьироваться от 400 до 600 градусов по Цельсию (от 750 до 1100 градусов по Фаренгейту), что является оптимальным вариантом для использования термоэлектриков.
Статья команды, описывающая разработку нового материала, опубликована в журнале Nature .
Источник: Северо-Западный университет
Преобразование солнечной энергии в электричество и тепло
Инновационная технология, которая преобразует солнечную энергию в тепловую энергию для электричества и тепла, дает впечатляющие результаты в рамках демонстрации ESTCP в Форт Карсон, Колорадо.Расширение использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, является ключом к снижению энергопотребления и выбросов углекислого газа, а также к повышению энергетической безопасности на военных объектах.
Министерство обороны (DoD) тратит около 4 миллиардов долларов в год на энергоснабжение объектов и является крупнейшим потребителем энергии в стране. Чтобы снизить этот спрос, Министерство обороны поставило цель производить или обеспечивать 25 процентов своих потребностей в энергии из возобновляемых источников к 2025 году, включая требования по производству 30 процентов горячей воды в новых и отремонтированных федеральных зданиях из солнечных источников.
В рамках проекта ESTCP Солнечная ТЭЦ — комбинированное производство тепла и электроэнергии с использованием системы концентрированной солнечной энергии Infinia (EW-201145) , Infinia Corporation демонстрирует возможности технологии комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) Infinia PowerDish, которая позволяет и тепловая и электрическая энергия будет вырабатываться с коэффициентом преобразования, прогнозируемым на уровне 70 процентов, что намного превосходит то, что можно сделать с помощью стандартной распределенной солнечной энергии. Демонстрация в Форт-Карсон включает установку и интеграцию солнечной энергетической системы с нагрузками в здании (тепловую и электрическую), сбор данных о производительности за один год для количественной оценки теплопередачи и реакции системы здания, а также проведение анализа рентабельности для установления реалистичного представление жизненного цикла и затрат на внедрение технологии.
Концентрированная солнечная энергосистема Infinia использует надежный свободнопоршневой двигатель Стирлинга (FPSE) с параболической тарелкой, который вырабатывает 3 кВт электрической мощности (кВт-экв) и 7 кВт тепловой мощности (кВт). Тарелка солнечного концентратора, интегрированная в систему, фокусирует солнечную энергию в полезную высокотемпературную тепловую энергию для обеспечения эффективного FPSE Infinia, производя совместимую с сетью электроэнергию переменного тока, а также тепло, которое можно использовать для отопления помещений и горячего водоснабжения.
Этой зимой Infinia PowerDish была доставлена в Форт Карсон и установлена на предприятии по переработке опасных отходов.В настоящее время система вырабатывает около 21 кВтч электроэнергии ежедневно, а годовое производство электроэнергии оценивается примерно в 5 500 кВтч. Эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую составляет в среднем 20 процентов, а пиковая эффективность превышает 24 процента. Система также вырабатывает около 55 кВтч тепловой энергии ежедневно, а годовое производство тепловой энергии оценивается примерно в 16 000 кВтч.
Помимо достигнутой высокой эффективности преобразования, технология Infinia CHP является адаптируемой, мобильной и масштабируемой.Приведенная стоимость за кВтч для этой технологии ниже, чем для традиционно раздельных гелиотермических и гелиоэлектрических систем, и она предлагает альтернативу дизельным генераторным установкам. Развертывание во всех операциях Министерства обороны, как внутри страны, так и в театре, предлагает единую технологию использования возобновляемых источников энергии, которая обеспечивает как тепло, так и электроэнергию, и обещает значительно снизить потребность в дорогостоящих поставках дизельного топлива.
Ссылки по теме
Новый сплав превращает тепло напрямую в электричество — Electric Choice
Исследователи из Университета Миннесоты успешно изготовили новый сплав под названием Ni45Co5Mn40Sn10, который преобразует тепло в электричество.Сплав состоит из мультиферроидных композитов, таких как никель, кобальт, марганец и олово. Мультиферроидные металлы обладают редкими, уникальными магнитными и электрическими свойствами, проявляя более одного ферроидного свойства в одной фазе преобразования.
Ni45Co5Mn40Sn10 в стабильном, нетронутом состоянии представляет собой немагнитный материал, который становится сильно магнитным при воздействии высокой температуры. На видео ниже исследователи из Университета Миннесоты показывают, как Ni45Co5Mn40Sn10 сначала представляет собой немагнитный материал, а затем внезапно становится сильно магнитным по мере нагрева металла.Когда это происходит, он перепрыгивает на постоянный магнит. Это представляет собой прямое преобразование тепла в кинетическую энергию. Когда этот металл становится сильно магнитным, он вводит электричество в прикрепленную катушку. По словам исследователей из Университета Миннесоты, «этот процесс включает поглощение тепла, вызванное быстрыми преобразованиями между твердыми состояниями, которые, в свою очередь, производят электричество. Он способен преобразовывать отходящее тепло, выделяемое из выхлопных труб автомобилей или кондиционеров, непосредственно в электричество.? Нажмите ниже, чтобы увидеть этот сплав в действии.
Новый сплав превращает тепло в электричество
Ni45Co5Mn40Sn10 преодолел свое первое препятствие в лаборатории, сведя к минимуму процесс гистерезиса, который представляет собой потерю тепловой энергии при ее преобразовании в электричество. Минимизируя потери тепла, ученые Университета Миннесоты смогли улавливать и сохранять тепловую энергию этого процесса; доказывая, что ненужная энергия может быть преобразована в электричество. По словам Ричарда Джеймса, главы исследовательской группы и профессора аэрокосмической техники и механики в UM.«Это исследование очень многообещающее, потому что оно представляет совершенно новый метод преобразования энергии, который раньше никогда не применялся». Он добавил: «Это также самый« зеленый »способ производства электричества, поскольку он использует отходящее тепло для производства электричества без углекислого газа».
Сегодня более половины мировой энергии производится за счет ископаемого топлива, и при этом теряется много тепловой энергии. Достижение низкого гистерезиса предполагает высокую эффективность при использовании этого нового сплава, что делает его практичным для многих приложений.Очевидным применением будет установка в выхлопных трубах транспортных средств и механизмов. Многие автопроизводители по всему миру уже работают над устройствами, которые могут преобразовывать горячий выхлоп автомобиля в полезную электроэнергию. Материал также может использоваться на электростанциях с когенерационными платформами, которые предназначены для комбинированной теплоэнергетики или даже в качестве генератора геотермальной энергии. Геотермальная энергия присутствует при очень низкой температуре и требует огромного количества энергии для преобразования пара в электричество.Этот сплав потенциально может способствовать использованию геотермальной энергии, что делает его эффективным и удобным источником для крупномасштабных операций.
Следующим шагом будет проведение обширных исследований и разработок для изучения практических применений, эффективных производственных возможностей, ограничений свойств сплава и производительности этой новой системы преобразования энергии. Кроме того, мы надеемся, что они придумают более короткое название, пока они это делают.
Использование отходящего тепла для производства электроэнергии
1.Активируйте предыдущие знания учащихся.
Спросите учащихся, что они чувствуют внизу или по бокам ноутбука, который был включен в течение некоторого времени. Обсудите, как тепло, которое они чувствуют, означает потерю эффективности; некоторая часть электроэнергии тратится впустую при преобразовании в тепловую энергию. Спросите: Как изменилось бы общее количество энергетических ресурсов, необходимых для работы портативного компьютера в течение часа, если бы меньшее количество ресурсов было преобразовано в тепловую энергию? Что, если бы вы могли улавливать и использовать тепловую энергию? Расширите обсуждение на бытовые приборы, которые выделяют тепло, например сушилку или духовку.Спросите: Вы когда-нибудь хотели выйти из кухни в жаркий день, когда духовка включена? Какие преимущества могли бы быть, если бы это отработанное тепло (тепловая энергия) можно было бы улавливать и использовать для обогрева вашего дома или воды? Как это поможет сберечь энергию? Объясните, что промышленные операции, такие как производство и производство электроэнергии, могут производить большое количество отработанного тепла. Улавливание отходящего тепла — это способ перепрофилировать и использовать отходящее тепло.
2. Изучите и обсудите диаграмму, показывающую улавливание отходящего тепла.
Спроецируйте диаграмму улавливания отходящего тепла для просмотра учащимися. Используйте диаграмму, чтобы описать, как отходящее тепло может улавливаться от промышленного процесса, такого как стекловаренная печь, и использоваться для нагрева воды для создания пара. Затем этот пар можно использовать для вращения турбины и выработки электроэнергии. Пар также можно было бы использовать для приведения в действие другого механического процесса на заводе или для предварительного нагрева воды, поэтому для нагрева воды до требуемой температуры потребовалось бы меньше энергии из других источников.Отработанное тепло можно также использовать для непосредственного обогрева фабрики. Объясните, что когенерация — это тип улавливания отработанного тепла, который использует потерянную тепловую энергию термоэлектрических электростанций для преднамеренного производства как электроэнергии, так и полезного тепла из одного источника. Когенерация может повысить эффективность электростанции с 30 до 80 процентов.
3. Дайте студентам обзор задачи подкаста с тематическим исследованием.
Объясните, что учащиеся проведут исследование, чтобы узнать больше о различных способах улавливания отработанного тепла и его использования в различных условиях.Раздайте копии рабочего листа «Примечания по улавливанию отходящего тепла» и задайте следующие исследовательские вопросы: Что такое отходящее тепло? Как в промышленных процессах выделяется отходящее тепло? Каково основное влияние отходящего тепла на окружающую среду? Как улавливать отходящее тепло и преобразовывать его в электричество? Как промышленность может использовать отходящее тепло с когенерационной технологией? Объясните, что, исследуя эти вопросы, студенты будут определять конкретный пример технологии улавливания отходов, которую они позже будут использовать в качестве темы подкаста.
4. Смоделируйте стратегии поиска и попросите студентов провести исследования в Интернете.
Разделите учащихся на небольшие группы. Попросите каждую группу просмотреть вопросы исследования и убедиться, что они понимают, что задает каждый вопрос. Затем попросите каждую группу составить список ключевых слов, которые можно использовать при исследовании вопросов. Попросите группы поделиться своими результатами с классом и составить общий список возможных условий поиска. Попросите учащихся просмотреть основной список и добавить любые синонимы или связанные условия поиска, которые, по их мнению, могут быть полезны.Попросите их определить, какие поисковые запросы они могли бы использовать вместе при поиске, чтобы увеличить свои шансы на получение хорошего результата. Отобразите страницу поиска для всего класса и введите одно или несколько условий поиска. Прокрутите результаты поиска на первом экране и смоделируйте, как классифицировать каждый из них как потенциально полезный или непригодный для запроса, в зависимости от того, что вы можете сказать по заголовку и видимому описанию на странице поиска. Затем смоделируйте, как оценить каждую потенциально полезную ссылку, щелкнув ссылку, чтобы определить, кто создал ресурс, оценить профессионализм и авторитет веб-сайта и выявить любые врожденные предубеждения.Введите другой набор из одного или нескольких условий поиска и попросите учащихся оценить результаты в своих небольших группах. Как только вы почувствуете, что учащиеся понимают, как использовать условия поиска и оценивать результаты поиска, предложите им начать исследования в своих небольших группах. Попросите их использовать рабочий лист «Примечания по улавливанию тепла», чтобы ответить на вопросы исследования. Напомните учащимся о необходимости найти полезные и авторитетные ресурсы. Поощряйте студентов отмечать любые потенциальные тематические исследования во время исследования. Когда учащиеся завершат свое исследование, обсудите полученные результаты в классе.
5. Представьте задачу подкаста.
Объясните, что группы теперь сосредоточатся на конкретном примере места, в котором отработанное тепло используется для выработки электроэнергии, отопления, охлаждения и / или выполнения другой работы. Объясните, что они создадут подкаст, который будет использовать этот пример для описания и объяснения улавливания и использования отходящего тепла. Распространите Рубрику подкастов и ознакомьтесь с ней со студентами. Включите подкаст Future Tense, Nova, National Geographic News или Natural Selections или любой другой подкаст по вашему выбору.Попросите каждого учащегося делать заметки о том, что они считают успешным или неуспешным, когда они слушают. Включите хотя бы один дополнительный подкаст, снова попросив учащихся отметить успехи и недостатки. Попросите учащихся поделиться своими заметками с классом и составить для класса список лучших практик и подводных камней для подкастов.
6. Попросите учащихся определить свой пример и создать подкаст.
Попросите учащихся выбрать из предоставленного списка тематических исследований или определить своего кандидата для тематического исследования из своего местного региона или из своих более ранних исследований.Утвердите все тематические исследования, прежде чем студенты приступят к работе. Попросите каждую группу прочитать о проекте по улавливанию отходящего тепла, который они используют в качестве примера, отметив важные моменты. Попросите учащихся составить план, в котором рассматриваются важные моменты, которые они хотят высказать по поводу улавливания отходящего тепла, используя конкретные примеры из своего тематического исследования, чтобы проиллюстрировать эти моменты. Когда студенты составят план, попросите их распределить рабочую нагрузку между членами группы. Попросите учащихся написать сценарий своего подкаста и определить место проведения своего тематического исследования с помощью MapMaker Interactive.Студенты должны связаться с вами на этом этапе для обратной связи, прежде чем записывать свой подкаст.
7. Попросите учащихся записать свой подкаст.
Студенты могут записывать свой подкаст на компьютер с помощью любого приложения для записи звука (например, Audacity), а затем загружать запись в любую программу для создания подкастов (например, AudioBoo). В зависимости от того, какую программу подкастинга вы используете, студенты также могут записывать свой подкаст непосредственно в программу через микрофон компьютера или даже телефон.Когда группы закончат запись своих подкастов, попросите каждую группу использовать «Рубрику подкастов» для рецензирования подкаста другой группы. Напомните им о необходимости дать конкретный конструктивный отзыв.
8. Попросите учащихся опубликовать свои подкасты с помощью MapMaker Interactive.
Попросите учащихся отредактировать свои подкасты на основе отзывов коллег и записать свою окончательную версию. Затем попросите все группы использовать MapMaker Interactive, чтобы отметить избранные места своих подкастов на карте США.Каждая группа должна поставить маркер в соответствующее место для своего тематического исследования и использовать инструмент метки, чтобы пронумеровать и назвать тематическое исследование. Затем учащиеся могут использовать инструмент надписей для создания нумерованного списка в левой нижней части экрана карты.