Энергетика завтрашнего дня - Электроэнергия

Основным видом энергии, необходимым и наиболее удобным для обеспечения жизни и деятельности современного общества, является электрическая энергия.
В самом деле, электроэнергия необходима для освещения, для работы радио, телевидения, рентгеновской аппаратуры, разнообразной аппаратуры связи и многих других потребителей. Наконец, электроэнергия является наиболее удобным видом для преобразования в механическую работу. Ее легко передавать на различные расстояния, а электрические двигатели могут быть созданы самых различных типов, размеров, мощностей и назначений, с очень высоким к. п. д. и с удобно регулируемым числом оборотов.
Возьмите морской флот. Многие корабли и суда являются турбо- или дизель-электроходами. Это значит, что энергия топлива по обычной схеме тепловой установки преобразуется во вращательное движение вала генератора, который вырабатывает электроэнергию. Электроэнергия от генераторов подводится к электродвигателям, преобразующим ее снова в механическую работу вращения гребного винта.
Такое дополнительное преобразование энергии вводят из-за того, что тепловые двигатели получаются более экономичными и легкими, если они имеют большое число оборотов. Но как гребные винты кораблей, так и колеса наземного транспорта могут работать только при ограниченном числе оборотов, во много раз меньшем, чем развивают двигатели. Поэтому между двигателем, с одной стороны, и колесом или винтом — с другой, требуется поставить какое-то устройство, снижающее число оборотов. Иногда для этой цели используют обычную зубчатую передачу, а иногда применяют электрическую передачу. Последняя хороша также тем, что позволяет быстро развивать значительную мощность и резко изменять режим работы энергетической установки. А такое свойство совершенно необходимо, например, для энергетической установки ледокола.
Как видите, и на транспорте выгодно получать из топлива электроэнергию, которую очень просто использовать для вращения колес локомотива или гребных винтов морского гиганта!
Таким образом, задачи, которые стоят перед энергетикой, можно примерно сформулировать следующим образом: найти методы преобразования различных видов энергии в электрическую, которые позволяли бы производить такие преобразования без излишних промежуточных превращений энергии, с наиболее возможной экономичностью и при наиболее простом конструктивном оформлении преобразующих устройств.
Оказывается, наука может указать нам ряд методов, которые позволяют преобразовать некоторые виды энергии прямо в электроэнергию. Но часть таких методов еще не вышла из стадии научных исследований и поэтому в настоящее время не представляет практического интереса.
Для многих отраслей техники, в том числе и для флота, практический интерес представляют следующие способы прямого получения электроэнергии: термоэлектронный (или термоионный), термоэлектрический, магнитогидродинамический (или магнитогазодинамический), электрохимический.
Первые три метода служат для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую при помощи устройств, являющихся тепловыми машинами. Однако эти машины не имеют движущихся частей, что позволяет значительно повысить температуру Т1 и упростить до некоторой степени конструктивное оформление самих устройств. Правда, сразу же надо оговориться, что на путях создания подобных преобразователей стоят огромные трудности. Но многие из этих трудностей уже преодолены, а со временем и остальные препятствия неутомимый ум человека сможет преодолеть.
Четвертый метод позволяет непосредственно преобразовывать химическую энергию обычного топлива в электроэнергию. Этот метод не подчинен законам термодинамики, и поэтому его коэффициент полезного действия не зависит от теплового к. п. д. цикла Карно. Преобразование энергии по этому методу осуществляется при помощи так называемых топливных элементов, являющихся одной из разновидностей электрохимических преобразователей энергии.
Итак, мы установили основные недостатки современных двигателей. Выяснили мы и пути, которые ведут в энергетику завтрашнего дня, в энергетику ближайшего будущего. Рассмотрим теперь новые методы преобразования энергии более подробно.