Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)

  Установки прямого преобразования тепловой энергии. Рассмотренные выше теплосиловые установки преобразуют теплоту в механическую энергию, которая на электростанциях превращается в электроэнергию с помощью электромеханических генераторов либо затрачивается на движение в двигательных установках. Однако возможно непосредственное преобразование теплоты в электроэнергию с помощью так называемых установок прямого преобразования энергии. Наиболее перспективны установки с магнитогидродинамическим генератором (МГД-генератором). Термодинамический цикл электростанции с МГД-генератором, работающим на продуктах сгорания органического топлива, аналогичен циклу газотурбинной установки. В камеру сгорания подаются топливо и сжатый воздух, предварительно подогретый до возможно более высокой температуры либо обогащенный кислородом. Это необходимо, чтобы тем или иным способом получить теоретическую температуру горения топлива — около 3000 К. При такой температуре продукты сгорания, к которым добавляют некоторое количество ионизирующейся добавки — щелочной металл (чаще всего калий), переходят в состояние плазмы и становятся достаточно электропроводными. В канале МГД-генератора кинетическая энергия плазмы непосредственно преобразуется в электроэнергию в результате взаимодействия потока плазмы с неподвижным магнитным полем МГД-генератора. После генератора продукты сгорания тем или иным способом охлаждаются, очищаются от ионизирующейся присадки и сбрасываются в дымовую трубу. Мощность отдельных МГД-генераторов на продуктах сгорания составляет несколько десятков Мвт (1975). Так как температура газов после генератора очень велика (более 2000 К), рационально использовать МГД-установку в комплексе с обычной паротурбинной станцией. В этом случае теплота, отбираемая от газов, идёт на производство пара для паротурбинной установки. Кпд такой комбинированной установки может достигать 50—60%. Такое повышение кпд очень важно также с точки зрения уменьшения тепловых выбросов электростанций в окружающую среду. Так, если принять, что кпд тепловой электростанции составляет около 40%, то при увеличении кпд до 60% количество сбрасываемой теплоты уменьшится примерно в 2,3 раза (при одинаковой электрической мощности станций).

  Для малых энергетических установок специального назначения, например для бортовых источников электроэнергии космических кораблей, разрабатываются и находят применение термоэлектрические и термоэмиссионные установки прямого преобразования энергии. Термоэлектрический генератор (ТЭГ) состоит из двух полупроводниковых термоэлементов с разным типом проводимости — электронной и дырочной. С одного торца эти элементы соединяются между собой коммутационной пластиной, а к свободным их торцам присоединяются электрические контакты для подключения к внешней цепи. Если торцы (спаи) элементов поддерживать при различной температуре, то возникает термоэлектродвижущая сила, пропорциональная разности температур торцов. Когда цепь термоэлементов замкнута на внешнее сопротивление, в ней возникает электрический ток, при протекании которого в горячем спае начнёт поглощаться теплота, а в холодном — выделяться. Если пренебречь джоулевыми потерями в цепи (см. Джоуля-Ленца закон ) и перетоком теплоты теплопроводностью от горячего спая к холодному, то кпд термоэлемента окажется равным кпд цикла Карно для температур, соответствующих температурам спаев. Действительные значения кпд термоэлементов и составленных из них ТЭГ существенно меньше и достигают при разностях температур между спаями в 400—500 К в лучшем случае нескольких процентов. Этим, а также высокой стоимостью самих термоэлементов объясняется малая распространённость ТЭГ, несмотря на их крайнюю простоту и отсутствие каких-либо движущихся частей.

  Простейший термоэмиссионный преобразователь энергии (ТЭП) аналогичен двухэлектродной электронной лампе (диоду ). Если катод и анод лампы поддерживать при разных температурах, подводя к катоду теплоту и отводя её от анода, то электроны, вылетающие из катода в результате термоэлектронной эмиссии, устремятся к аноду, заряжая его отрицательно. Если анод и катод во внешней цени соединить через какое-либо сопротивление, то за счёт разности потенциалов во внешней цепи пойдёт ток. Если пренебречь необратимыми потерями, кпд ТЭП также близок к кпд соответствующего цикла Карно. Реальный же кпд ТЭП не более 7—8%, прежде всего из-за больших потерь теплоты излучением между катодом, имеющим температуру около 2000 К, и анодом — около 1000 К. ТЭГ и ТЭП представляют интерес в сочетании с ядерными источниками теплоты, образуя полностью статичные автономные источники электроэнергии.