Thể loại: Bài viết nổi bật » Tin tức điện tử thú vị
Số lượt xem: 73139
Bình luận về bài viết: 18
Piezogenerators là nguồn điện mới. Ảo mộng hay thực tế?
Một màng áp điện mỏng trên khung cửa sổ giúp hấp thụ tiếng ồn đường phố và chuyển đổi nó thành năng lượng để sạc điện thoại. Người đi bộ trên vỉa hè, thang cuốn tàu điện ngầm sạc pin chiếu sáng tự trị thông qua đầu dò Piezo. Những dòng xe dày đặc trên những con đường đông đúc, tạo ra những megawatt điện, đủ cho toàn bộ thành phố và thị trấn.
Khoa học viễn tưởng? Thật không may, bây giờ, có, và điều này có thể vẫn còn. Có khả năng cao là sự cường điệu xung quanh các thông điệp giật gân về triển vọng tuyệt vời sẽ sớm kết thúc máy phát năng lượng áp điện. Và chúng ta sẽ lại mơ về một năng lượng điện an toàn, có thể tái tạo và thành thật mà nói, năng lượng điện rẻ tiền nhận được với sự tham gia của các hiện tượng khác. Rốt cuộc, danh sách các hiệu ứng vật lý là dài đáng kể.
Hiện tượng áp điện được phát hiện bởi hai anh em Jackson và Pierre Curie vào năm 1880 và từ đó trở nên phổ biến trong công nghệ đo lường và công nghệ đo lường. Nó bao gồm trong thực tế là lực tác dụng lên mẫu vật liệu áp điện dẫn đến sự xuất hiện của những khác biệt tiềm năng trên các điện cực. Hiệu ứng có thể đảo ngược, tức là hiện tượng ngược lại cũng được quan sát: đặt điện áp vào các điện cực, mẫu bị biến dạng.
Tùy thuộc vào hướng chuyển đổi năng lượng áp điện được chia thành các máy phát (chuyển đổi trực tiếp) và động cơ (nghịch đảo). Thuật ngữ máy phát điện áp điện của Wap không đặc trưng cho hiệu quả chuyển đổi, mà chỉ là hướng chuyển đổi năng lượng.
Chính xác hiện tượng đầu tiên liên quan đến việc tạo ra điện dưới áp lực cơ học, trong những năm gần đây, các kỹ sư và nhà phát minh đã trở nên quan tâm. Từ một giác mạc, đã có báo cáo về khả năng thu được năng lượng điện, sử dụng tiếng ồn đường phố, chuyển động của sóng và gió và tải trọng từ chuyển động của người và xe hơi.
Ngày nay, một số ví dụ về việc sử dụng năng lượng thực tế như vậy đã được biết đến. Tại ga tàu điện ngầm Marunuchi ở Tokyo, máy phát điện áp điện được lắp đặt trong phòng bán vé. Sự tích lũy của hành khách là đủ để kiểm soát các cửa quay.
Ở Luân Đôn, trong một vũ trường ưu tú, máy phát điện áp điện cung cấp một số loại đèn kích thích khiêu vũ và ... bán nước ngọt. Bật lửa áp điện đã trở nên phổ biến. Bây giờ bất kỳ người hút thuốc mang "trạm điện" của riêng mình trong túi của mình.
Gần đây, cộng đồng thế giới đã đưa ra một thông điệp về các hệ thống thử nghiệm để tạo ra năng lượng từ các phương tiện di chuyển. Các nhà khoa học Israel từ một công ty nhỏ Innowattech tính toán rằng 1 km của autobahn có thể tạo ra năng lượng điện lên đến 5 MW. Họ không chỉ thực hiện các tính toán, mà còn phát hiện ra vài chục mét đường cao tốc và gắn máy phát áp điện của họ dưới đó. Dường như cuối cùng một bước đột phá đã đến trong lĩnh vực năng lượng thay thế. Nhưng điều này làm tăng nghi ngờ nghiêm trọng.
Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn về vật lý của các quá trình xảy ra trong áp điện. Để làm quen với các nguyên tắc tạo năng lượng bằng vật liệu áp điện, sự hiểu biết về một số cơ chế cơ bản là đủ. Khi một phần tử áp điện được tác động cơ học, các nguyên tử bị dịch chuyển trong mạng tinh thể bất đối xứng của vật liệu. Sự dịch chuyển này dẫn đến sự xuất hiện của điện trường, gây ra điện tích (cảm ứng) trên các điện cực của phần tử áp điện.
Không giống như một tụ điện thông thường, các tấm có thể tiết kiệm điện trong một thời gian dài, các điện tích cảm ứng của phần tử áp điện chỉ được giữ lại miễn là tải trọng cơ học hoạt động. Tại thời điểm này, năng lượng có thể được lấy từ nguyên tố. Sau khi loại bỏ tải, các điện tích cảm ứng biến mất. Thực chất phần tử áp điện là một nguồn dòng không đáng kể với điện trở trong rất cao.
Vì các chuyên gia của Innowattech không cho rằng cần phải chia sẻ kết quả thử nghiệm của họ với công chúng, chúng tôi sẽ cố gắng đưa ra ước tính số lượng thô về hiệu quả của công việc của áp điện nguồn năng lượng. Là một đối tượng để tính toán, chúng tôi sử dụng chiếc bật lửa gia dụng thông thường - sản phẩm duy nhất hiện được sử dụng rộng rãi.
Từ sự phong phú của các đặc tính kỹ thuật của vật liệu áp điện, chúng ta chỉ cần một số ít. Đây là giá trị của mô-đun áp điện, mà thông thường (và các loại khác chưa giải phóng ngành) áp điện từ 200 đến 500 picocoulon (10 đến âm 12 độ) mỗi newton, và đặc trưng cho hiệu quả tạo ra điện tích dưới tác động của lực.
Đặc tính này không phụ thuộc vào kích thước của phần tử áp điện, nhưng được xác định hoàn toàn bởi các tính chất của vật liệu. Do đó, cố gắng tạo ra các bộ chuyển đổi mạnh hơn bằng cách tăng kích thước hình học là vô nghĩa. Công suất của các tấm áp điện nhẹ hơn được biết đến và là khoảng 40 picofarad.
Hệ thống đòn bẩy để truyền lực tới phần tử áp điện tạo ra tải khoảng 1000 Newton. Khoảng cách trong đó tia lửa nhảy là 5 mm. Độ bền điện môi của không khí được lấy 1 kV / mm. Với dữ liệu ban đầu như vậy một cái bật lửa tạo ra tia lửa có sức mạnh từ 0,9 đến 2,2 megawatt!
Nhưng đừng sợ hãi. Thời gian xả chỉ là 0,08 nano giây, do đó giá trị năng lượng rất lớn. Tính toán tổng năng lượng được tạo ra bởi bật lửa cho giá trị chỉ 600 microjoules. Trong trường hợp này, hiệu suất của bật lửa, có tính đến thực tế là lực cơ học thông qua hệ thống đòn bẩy được truyền hoàn toàn đến áp điện, chỉ là ... 0,12%.
Các phương án phục hồi năng lượng được đề xuất trong các dự án khác nhau gần với các chế độ hoạt động của bật lửa. Các phần tử áp điện riêng lẻ tạo ra một điện áp cao, phá vỡ khe hở phóng điện và dòng điện chạy đến bộ chỉnh lưu, sau đó đến thiết bị lưu trữ, ví dụ, một điện trở ion. Chuyển đổi năng lượng hơn nữa là tiêu chuẩn và không quan tâm.
Hãy chuyển từ bật lửa sang nhiệm vụ tạo ra năng lượng ở quy mô công nghiệp. Hãy để các phần tử hiệu quả nhất tạo ra 10 milliwatts cho mỗi phần tử được sử dụng. Được thu thập trong các cụm (nhóm) gồm 100-200 yếu tố, chúng được đặt dưới lòng đường. Sau đó, để có được giá trị năng lượng khai báo theo thứ tự 1 MW trên mỗi km đường, chỉ cần ... 100 triệu phần tử riêng lẻ với các sơ đồ loại bỏ năng lượng riêng lẻ. Vẫn còn nhiệm vụ tóm tắt, chuyển đổi và truyền nó đến người tiêu dùng. Đồng thời, dòng điện của các phần tử, có tính đến tải thay đổi trên đường, sẽ nằm trong phạm vi của nano hoặc thậm chí là picoamper.
Có được các dự án tương tự để có được năng lượng từ hiệu ứng áp điện, người ta có thể vô tình cầu xin sự tương tự với một nhà máy thủy điện, trong đó các tuabin hoạt động từ độ ẩm của sương buổi sáng, được thu thập cẩn thận từ các trường xung quanh.
Nhưng những gì về thí nghiệm của công ty Israel? Báo cáo về kết quả "đắm" trên đường cao tốc đã không xuất hiện. Nhưng trước khi thực hiện hợp đồng năng lượng từ đường cao tốc Venice-Trieste, mà Innowattech đã ký kết.
Có một phiên bản về điều này: đây là một công ty khởi nghiệp, tức là vốn đầu tư rủi ro cao. Nhận được nhiều hơn kết quả sơ bộ khiêm tốn của các nhà nghiên cứu, những người sáng lập đã quyết định biện minh cho số tiền mà các nhà đầu tư bỏ ra và đưa ra một động thái tiếp thị tuyệt vời - họ đã tiến hành một thử nghiệm hiệu quả với sự tham gia của báo chí. Và cả thế giới bắt đầu nói về một công ty nhỏ. Và trong tiếng ồn này, câu hỏi chính đã bị mất: megawatt năng lượng rẻ ở đâu?
Tóm tắt, chỉ có một kết luận có thể được rút ra: các yếu tố áp điện sẽ không bao giờ trở thành nguồn điện thay thế ở quy mô công nghiệp. Phạm vi ứng dụng của chúng sẽ được giới hạn ở các nguồn và cảm biến năng lượng thấp (micrô). Thật đáng tiếc, một ý tưởng tuyệt vời!
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: