Автономный электрогенератор: бензиновые, дизельные. Электрогенераторы для дачи и дома. Цены и отзывы. – интернет-магазин ВсеИнструменты.ру

Содержание

Преимущества и недостатки автономных электрогенераторов

Преимущества автономных электрогенераторов

  • При правильном обслуживании и использовании автономный электрогенератор предотвращает едва ли не все неудобства, связанные с отключением электроснабжения.
  • В чрезвычайных обстоятельствах — в госпиталях, например — резервный автономный электрогенератор может спасти жизнь.
  • Должным образом установленный, эксплуатируемый и обслуживаемый автономный генератор обеспечивает электроэнергию в любой момент, когда она требуется, и настолько долго, насколько это необходимо. Обособленные альтернативные источники энергии, такие как фотоэлектрические (солнечные) или ветровые генераторы, на это, как правило, не способны.
  • Хорошо сконструированные генераторы, поддерживающиеся в рабочем состоянии, износостойки, надежны и достаточно эффективны.
  • Автономные генераторы легко адаптируются к разным видам топлива. Так, дизель-генераторы, работающие на горючем, производимом из нефти, можно адаптировать под применение биодизельного топлива. Генераторы, работающие на метане, могут использовать как метан, полученный в результате биологических процессов, так и более привычный метан, производимый путем переработки природного газа или угля.

Недостатки автономных электрогенераторов

  • Выхлоп автономных электрогенераторов содержит такие же вредные выбросы, которые образуются при топке печей и котлов или при работе автомобильных двигателей.
  • Автономные электрогенераторы могут быть опасными. Необходимо строго соблюдать все инструкции и правила техники
    безопасности при работе с электричеством.
  • Автономный генератор требует постоянного снабжения топливом. В случае, если он работает на бензине, дизельном топливе или пропане, необходимо оборудовать соответствующее хранилище на месте.
  • Работающие на метане автономные генераторы без бесперебойного обеспечения горючим превращают функционирование. Обеспечение же может прерываться в результате природных возмущений, например землетрясений. Поставщики газа обычно в таких случаях отключают его подачу для предотвращения взрывов, происходящих при прорыве газопровода.

Вопрос

Я бы хотел построить энергетически независимое «убежище», скажем, где-то в пустыне Северной Невады. Там зимой холодно, но солнечно, постоянный ветер, который тоже может служить надежным источником электроэнергии. Я бы также хотел установить резервный автономный генератор в дополнение к солнечной и ветряной независимым системам выработки электроэнергии. Эта идея осуществима?

Ответ

Если у вас в распоряжении есть все эти три источника энергии, вам не придется беспокоиться об отключениях энергоснабжения. Удостоверьтесь, что вам достаточно топлива для автономного генератора на случай затяжной облачной и безветренной погоды. Помните, что подобные комплексные системы, обеспечивающие независимость от коммунальных служб, обойдутся вам в кругленькую сумму. Топливо и обслуживание таких систем повлекут дополнительные расходы. Необходимо также точно определить масштаб каждого элемента всей системы для того, чтобы она в любое время могла обеспечить вам требуемое количество электроэнергии. Если разные элементы системы имеют общую проводку, вам понадобится помощь опытного инженера, иначе конфликты между элементами системы (например, так называемый круговой огонь, или кольцевое искрение, т. е. падение напряжения) могут создать проблемы. Такое падение напряжения, способное повредить как отдельные элементы системы, так и подключенное к ней электрооборудование, возникает, когда волны от двух или более источников переменного тока не синхронизированы друг с другом по фазе (не идут идеальным каскадом).

Надежный автономный электрогенератор / Амур.инфо – Информационное агентство Дальнего Востока

Вопросы энергоснабжения в условиях отсутствия магистральных электросетей являются актуальными в разных сферах. Успешно решить эту задачу помогают автономные источники питания — дизельные или бензиновые генераторы. Такие установки позволяют вырабатывать электроэнергию в самых сложных условиях, осуществляя стабильное энергоснабжение для разных типов потребителей.

Обеспечить автономную подачу электроэнергии поможет экономичный бензиновый генератор Hyundai HY9000LE 3. Этот агрегат, благодаря увеличенному баку, может беспрерывно работать около 20 часов.

Такой генератор имеет отличную облегченную систему электрозапуска. В конструкцию входит аккумуляторная батарея на 12 В и надежный стартер. Вся установка заводится проворачиванием ключа. Небольшой дополнительный блок, который можно установить на эту модель, позволит реализовать на базе такого агрегата систему автоматического, либо дистанционного пуска двигателя, если прекратится подача электроэнергии. В системе также предусмотрена возможность и ручного запуска мотора. Несмотря на высокие мощностные характеристики, эта установка работает почти бесшумно. Надежные усиленные виброгасящие подушки позволяют снижать шумы, обеспечивая стабильную работу всей установки.

В конструкции также предусмотрен датчик уровня масла, предотвращающий работу мотора в «сухом» режиме. Такой предохранительный элемент существенно увеличивает долговечность всей установки. В генераторе предусмотрена и защита от перегрузок. Встроенный индикатор дает возможность легко следить за наличием топлива в системе.

На данном агрегате установлена удобная панель управления с многофункциональным дисплеем. Он позволяет контролировать основные показатели: В/ A/ Гц/ Кв. На панели одно- и трехфазная розетки для подключения потребителей электроэнергии. Данный генератор вырабатывает и постоянное напряжение в 12 В. Наличие в комплекте специальных проводов позволяет проводить с его помощью и зарядку автомобильных аккумуляторов.

В генераторе вмонтирован однофазный щеточный альтернатор, обмотка которого полностью изготовлена из меди. Есть также система AVR, обеспечивающая автоматическую регулировку уровня напряжения. Эти элементы отвечают за поддержку подачи напряжения в 230 В, обеспечивая его постоянные параметры. Весь комплекс имеет автоматическую систему защиты от короткого замыкания, а также заземление.

Используя такие надежные генераторы можно решать множество задач по автономному энергообеспечению.

Разработка автономного электрогенератора для космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

топливе, полетное время которых ограничивается запасом компонента топлива на борту. На данных аппаратах применяются двух- и четырехтактные калийны-едвигатели, работающие на бензине или спирте. Каждый конструктор подбирает двигатель исходя из заданных параметров, так как у каждого типа двигателя есть свои достоинства и недостатки, которые необходимо учитывать при конструировании. Можно рассмотреть и сравнить некоторые характеристики ДВС, такие как экономичность и надежность. Четырехтактные двигатели по сравнению с двухтактными являются более экономичными, при одинаковой мощности и запасе топлива полетное время увеличивается. Недостатком таких двигателей является высокая стоимость, которая складывается из-за сложного и точного производства всех частей двигателя.

Основной проблемой проектирования БПЛА, является уменьшение массы летательного аппарата при

сохранении прочности и летных характеристик. Одной из проблем летательных аппаратов малой массы, является увеличение летного времени, в результате чего необходимо увеличивать объем батареи, что неизбежно приводит к увеличению общей массы аппарата.

Главной особенностью изготовления таких аппаратов является получение высокой точности изготовления деталей, для чего применяется высокотехнологичное оборудование и требуются высококвалифицированные рабочие, что приводит к резкому удорожанию готовой продукции.

Производители БПЛА ищут решение основных проблем, но даже на данном этапе развития использование таких аппаратов является более эффективным по сравнению с использованием пилотируемых аппаратов.

© Головкин Д. Н., Устюгов А. В., Кубриков М. В., 2014

УДК 629.7

РАЗРАБОТКА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

А. В. Делков, А. А. Кишкин, Ю. Н. Шевченко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

Рассматривается вопрос проектирования автономного электрогенератора на базе цикла Ренкина для диапазонов до 500 Вт. Описывается конструкция и принципиальная схема установки.

Ключевые слова: автономный электрогенератор, цикл Ренкина.

DEVELOPMENT OF INDEPENDENT ENERGY SOURCES FOR SPACE VEHICLES

A. V. Delkov, A. A. Kishkin, Y. N. Shevchenko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The question of designing an autonomous power generator based on Rankine cycle for ranges up to 500 watts is analysed. The construction and the device principle diagram are described.

Keywords: self-contained power generator, Rankine cycle.

Проблема обеспечения космического аппарата i энергией в полете возникает в широком диапазон мощностей от 1 Вт до 10 кВт. Для ее решения используют- < ся солнечные батареи, химические источники, ядерные ] установки и т. д. В настоящей работе рассматривается применение установок с циклом Ренкина. Такие уста- < новки в настоящее время применяются преимущественно для диапазона мощностей 2-10 кВт [1]. ]

Предлагаемая установка состоит из 5 элементов: конденсатор, испаритель, турбина, насос и генератор. Для работы используется вещество с низкой температурой кипения, например фреон. Рабочее тело кипит ] при нагревании от стороннего источника тепла, после чего пар срабатывается на турбине, приводя во вра-

щение и ротор генератора. В зарубежной литературе такие схемы обозначаются ORC — organic Rankine cycle. Подробное описание установки можно найти, например, в [2].

В качестве источника тепла в условиях космического полета можно использовать тепло от работающих приборов и оборудования или солнечное излучение.

Особенность проектирования таких установок заключается в сложном расчете поведения рабочего тела в элементах системы. Кроме того, в диапазоне малых (до 1 кВт) мощностей установки возникают сложности проектирования рабочих колес и создания положительного энергобаланса.

Решетневскуе чтения. 2014

Для расчета и анализа подобных установок с успехом может применяться аппарат математического моделирования [2]. В рамках данной работы разрабатывается математическая модель установки, использующей в качестве источника тепла солнечную радиацию. В настоящее время создана экспериментальная установка мощностью до 500 Вт для проведения испытаний и получения данных для отработки алгоритма расчета. Турбина экспериментальной установки представлена ниже (см. рисунок).

Турбина экспериментальной установки

Проведение эксперимента и уточнение математической модели позволит найти оптимальные параметры подобных установок в диапазоне до 500 Вт.

Кроме того, планируется доработка математической модели паротурбинной установки. Корректиров-

ке подвергнутся расчетные коэффициенты потерь, которые определяются при анализе экспериментальных данных. В результате на основе полученной модели предполагается проводить оптимизацию паротурбиной установки.

Библиографические ссылки

1. Ramon F. G. A Viable Megawatt-Class Space Power Plant under Rankine Cycle // J. of Energy and Power Engineering. 2012. № 6. P. 683-694.

2. Разработка установок-утилизаторов низкопотенциального тепла на основе органического цикла Ренкина / А. А. Кишкин, Д. В. Черненко, А. А. Ходен-ков, А. В. Делков, Ф. В. Танасиенко // Альтернативная энергетика и экология : междунар. науч. журн. 2013. № 14. С. 57-63.

References

1. Ramon F. G. A Viable Megawatt-Class Space Power Plant under Rankine Cycle // Journal of Energy and Power Engineering № 6 (2012), p. 683-694.

2. Razrabotka ustanovok-utilizatorov nizkopoten-tsial’nogo tepla na osnove organicheskogo tsikla Renkina / Kishkin A. A., Chernenko D. V., Khodenkov A. A., Delkov A. V., Tanasiyenko F. V. (Russian Development of systems-low-grade heat recovery based on an organic Rankine cycle) // ISJAEE 14,2013, № 14, 2013, p. 57-63.

© Делков А. В., Кишкин А. А., Шевченко Ю. Н., 2014

УДК 629.7

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТНОГО КОНТУРА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ

А. В. Делков, Ф. В. Танасиенко, А. А. Ходенков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

Рассматривается задача моделирования гидравлического контура системы терморегулирования космического аппарата. Описывается расчетная схема и алгоритм расчета. Приводятся результаты расчета по математической модели.

Ключевые слова: жидкостный контур, система терморегулирования, космический аппарат.

CALCULATION OF FLUID CIRCUIT THERMAL CONTROL SYSTEM A. V. Delkov, F. V. Tanasienko, A. A. Hodenkov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The problem of modeling the hydraulic circuit thermal control system of the spacecraft is presented. The design scheme and the calculation algorithm are described. Calculation results on the mathematical model are proposed.

Keywords: fluid circuit, thermal control system, the spacecraft.

Автономные энергосистемы с синхронными генераторами и водородными источниками энергии

  • Коровин Н.В., Топливные элементы и электрохимические энергоустановки , Москва: МЭИ, 2005.

    Google ученый

  • Хожаинов А.И., Рудаков Б.В., Середа Г.Е., Никитин В.В. Экологически чистый источник энергии для автономного тепловоза, Железнодорожн.Транспорт , 1999, вып. 7.

  • Миллер, А.Р., Хесс, К.С., Барнс, Д.Л., и Эриксон, Т.Л., Проектирование системы большого гибридного локомотива на топливных элементах, J. Power Sources , 2007, vol. 173, стр. 935–942.

    Артикул Google ученый

  • Хаммершмидт, А.Е., Движение подводных лодок на топливных элементах, Proc. Advanced Naval Propulsion Symp. , Арлингтон, Вирджиния, 30–31 октября 2006 г.

    Google ученый

  • Подводная лодка Тип 212А.www.naval-technology.com/projects/type_212/

  • Мардж Райан, Топливные элементы для экологичного судоходства. Взгляд аналитика, FuelCelToday , 5 декабря 2012 г. www.fuelcelltoday.com

    Google ученый

  • Пассажирское судно на топливных элементах в коммерческой эксплуатации. Презентация Proton Motor Fuel Cell GmbH. www.proton-motor.de

  • Пресс-релиз JR East, объявляющий о программе топливных элементов «NE-Train». www.jreast.co.jp/press/2006_l/ 20060404.pdf

  • Миллер А.Р. Применение транспортных средств на топливных элементах для прокладки туннелей и добычи полезных ископаемых, Fuel Cells Bull. , май 2000 г.

    Google ученый

  • Миллер, А.Р. и Барнс, Д.Л., Локомотивы на топливных элементах, Proc. Fuelcell World, Люцерн , 1–5 июля 2002 г.

    Google ученый

  • Миллер А.Р., Эриксон Т.Л., Диппо, Дж.Л., Иннес Эйзеле, Р., Джонсон, М.Д., и Ламбрехт, Т., Локомотив на водородных топливных элементах: переключение и демонстрация передачи энергии в сеть, Proc. 9-й Всемирный конгресс по железнодорожным исследованиям , Лилль, 22–26 мая 2011 г.

    Google ученый

  • Вызванные влагой автономные колебания поверхностного потенциала для сбора энергии

    Колебания поверхностного потенциала

    Одним из распространенных примеров колебаний в природе является концентрация кальция в живых клетках, способствующая передаче внутриклеточной биологической информации 39,40 .Процесс высвобождения Ca 2 + (CICR), индуцированный кальцием, проиллюстрирован на дополнительном рисунке 1, где инозитолтрифосфат (IP 3 ) помогает высвобождению Ca 2+ в цитоплазму из первого пула. , что приводит к увеличению концентрации Ca 2+ как процесс положительной обратной связи. Некоторые аналогичные сравнения можно провести для наблюдаемого явления колебания поверхностного потенциала, вызванного влагой, поскольку концентрация H + может колебаться с помощью влаги.В процессе CICR некоторые высвобожденные ионы Ca 2+ перекачиваются обратно в первый пул, а второй пул Ca 2+ также существует в цитоплазме для высвобождения или поглощения Ca 2+ в ответ на концентрацию свободный Ca 2+ . В результате концентрация Ca 2+ непрерывно колеблется. Поверхностный потенциал полимерного материала, полимера P(MEDSAH-co-AA), как показано на рис. 1a, также колеблется, как наблюдается в этой работе. Полимер синтезирован методом радикальной полимеризации 41 с двумя мономерами, [2-(метакрилоилокси)этил]диметил-(3-сульфопропил)гидроксидом аммония (МЭДСАХ) и акриловой кислотой (АК), инициированной персульфатом аммония. (APS) и полимеризовали с помощью подробного процесса, как показано на дополнительном рисунке.2. Соотношение мономеров МЭДСАГ и АК (МЭДСАГ/АК) в прототипах составляет 1/2, 1/3 и 1/4 соответственно. Чтобы охарактеризовать распределение мономеров внутри полимера, проводят энергодисперсионную рентгеновскую (EDX) спектроскопию, и для представления MEDSAH выбирают линию NK\(\alpha\). На дополнительном рисунке 3 показано, что два мономера однородно распределены в прототипах с различными соотношениями MEDSAH/AA. Синтезированный полимер прозрачен (вставка на рис. 1а) и содержит группы N + , –SO 3 и –COOH, которые играют ключевую роль в процессе колебаний поверхностного потенциала.

    Рис. 1: Полимер с колебанием поверхностного потенциала.

    a Химическая структура полимера поли([2-(метакрилоилокси)этил]диметил-(3-сульфопропил)аммония гидроксид-со-акриловой кислоты) (P(MEDSAH-co-AA)) с ключевые химические группы, которые вызывают автономные колебания поверхностного потенциала. Врезка: оптическая фотография синтезированной и прозрачной полимерной пленки. b Схематические иллюстрации процесса транспорта протонов через функциональные группы N + , –SO 3 и –COOH в P(MEDSAH-co-AA) с соответствующими химическими реакциями: (r1) генерация протонов в процессе положительной обратной связи, (r2, r3) восстановление протонов в процессах отрицательной обратной связи и (r4, r5) промежуточные взаимодействия. c Результаты кинетического моделирования концентрации H + в зависимости от времени химических реакций. d Увеличенный вид результатов кинетического моделирования в c .

    Разработана подробная модель для качественного объяснения процесса электрохимических колебаний соответствующими химическими реакциями от r1 до r5 на рис. 1b. Модель начинается с высвобождения протонов при введении влаги для активации функциональных групп в полимере, о чем свидетельствует спектроскопия ослабленного полного отражения с преобразованием Фурье (ATR-FT-IR) (дополнительный рис.4). В частности, группы карбоновой кислоты (–COOH) могут генерировать свободные протоны при воздействии влаги (r1), что увеличивает полярность и притягивает влагу для ускорения процесса ионизации. Это поведение притяжения влаги дополнительно подтверждается на дополнительном рисунке 5, где полимеры с высоким содержанием –COOH могут поглощать влагу с более высокой скоростью в процессе гидратации и поддерживать более высокие концентрации влаги в процессе дегидратации по сравнению с полимерами с низким –COOH. содержание.В результате концентрация свободных протонов увеличивается как процесс положительной обратной связи. Влага также способствует разрыву динамических связей между группами N + и –SO 3 (r2), а группы SO 3 могут захватывать протоны (r3) с образованием сульфокислоты (– SO 3 Н). Эти две реакции ответственны за уменьшение концентрации протонов как процессы отрицательной обратной связи. Кроме того, протоны переносятся от сульфокислоты к карбоновой кислоте и –COOH (r4), а динамические связи между группами N + и –SO 3 переформулируются (r5).Общие процессы от r1 до r5 (дополнительный рис. 6) показывают, что группы N + , –SO 3 и –COOH завершают свои индивидуальные циклы по мере диффузии влаги в P (MEDSAH-co-AA) полимер, чтобы способствовать самоподдерживающемуся явлению колебаний концентрации протонов. Когда внутри полимера существует градиент концентрации влаги, он может индуцировать анизотропные колебания локальных концентраций протонов, что приводит к колебаниям общего поверхностного электрического потенциала.

    На основе этих химических реакций создана кинетическая модель для качественного объяснения механизма автономных колебаний, а примеры результатов моделирования показаны на рис. 1c и d. Обнаружено, что концентрация протонов может колебаться, тогда как относительная интенсивность концентрации протонов постепенно уменьшается с течением времени. Снижение величины концентрации протонов с течением времени также обнаруживается в процессе колебаний кальция в живых клетках 40 . В частности, результаты моделирования показывают, что интенсивность поверхностных протонов уменьшается примерно до 87% от ее первоначального значения после 2000 секунд и колеблется примерно на уровне 70 секунд за цикл для прототипа устройства путем настройки параметров в соответствии с экспериментальными наблюдениями.При изменении кинетических параметров в моделировании период колебаний и ухудшение интенсивности будут меняться, и эти параметры подробно изучаются во вспомогательном пояснении 1. ) колебания концентрации. Экспериментально колебание поверхностной концентрации протонов характеризуется использованием датчика pH. На рис. 2b показан график зависимости pH от времени в одном цикле, а на рис.2в показан график зависимости напряжения от времени для накопительной энергии за один цикл. Эти результаты измерений в реальном времени демонстрируют явление осцилляций протон/напряжение. Считается, что такое поведение связано с изменением химического потенциала по мере того, как влага из окружающей среды диффундирует через структуру полимера. В частности, химический потенциал влаги воды в среде с повышенной влажностью выше, чем у абсорбированной влаги в полимере. В результате изменение свободной энергии Гиббса в поглощенной влаге преобразуется в электрическую энергию в сборщике энергии на основе химического потенциала 6 .В другом тесте анализ KPFM используется для демонстрации колебаний поверхностного потенциала в течение более длительного 12-минутного периода времени (дополнительный рисунок 7).

    Рис. 2: Проверка рабочего механизма.

    a Схематическая диаграмма, показывающая колебания поверхностного потенциала поли([2-(метакрилоилокси)этил]диметил-(3-сульфопропил)гидроксида аммония-со-акриловой кислоты) (P(MEDSAH-co-AA)) полимера . b График зависимости pH от времени для поверхности полимера P(MEDSAH-co-AA) в одном цикле. c Кривая зависимости напряжения от времени за один цикл. d Оптическая фотография изготовленного сборщика энергии на основе полимера P(MEDSAH-co-AA). e Результаты моделирования COMSOL, показывающие колебания поверхностного потенциала сборщика энергии в зависимости от времени.

    Автоколебания дополнительно проанализированы во Вспомогательном объяснении 2 путем установления основных уравнений, основанных на химических реакциях r1–r5 и сохранении материи. Затем к каждой переменной добавляются малые возмущения и выводятся уравнения динамики системы.Затем анализируются матрица устойчивости и фазовые портреты динамических уравнений, и обнаруживается, что система имеет хаотическую природу и колеблется со скрытыми аттракторами 42 . В результате это вызванное влагой явление автономных колебаний поверхностного потенциала характеризуется как хаотическая система без равновесий в пользу продления периода эксплуатации. Другое сходство используется на основе биологического процесса CICR во вспомогательном объяснении 3. В частности, IP 3 в процессе CICR играет роль, аналогичную H 2 O, для запуска процесса колебаний концентрации протонов.Первый пул в процессе CICR аналогичен группе –COOH для процесса с положительной обратной связью, а второй пул в процессе CICR аналогичен группе и –SO 3 для процесса с отрицательной обратной связью.

    Осцилляции поверхностного потенциала, вызванные влагой, применимы для приложений по сбору энергии. Ранее в нескольких отчетах были показаны сборщики энергии, работающие от влаги, с выходами постоянного тока 43,44,45,46 . Эта работа демонстрирует вызванную влагой выходную мощность переменного тока при относительно постоянном уровне влажности.На рисунке 2d представлена ​​оптическая фотография прототипа энергосборника, выполненного из МЭДСАХ/АА с соотношением сторон 1/2 и 2 × 2 см размером 2 , вид сверху. Устройство имеет один синтезированный слой P (MEDSAH-co-AA), зажатый двумя электродами из золота, покрытыми полиимидной (PI) пленкой, и вид в поперечном сечении показан на дополнительном рисунке 8. Верхний электрод имеет круглые отверстия 2 мм в диаметре, чтобы обеспечить прямое воздействие влаги. Если слой P(MEDSAH-co-AA) заменить обычной копировальной бумагой, видимые электрические выходы не будут идентифицированы (дополнительный рис.9) и этот результат исключает возможное влияние электрохимических реакций в местах соединения золотых электродов и медных проводов. Колебания поверхностного потенциала на полимерной пленке могут вызывать колебания электростатического потенциала на верхнем электроде, что приводит к выходным сигналам переменного тока, как показано в результатах моделирования COMSOL на рис. 2e и в дополнительном фильме 1. Стационарное электростатическое моделирование реализовано здесь для иллюстрации электростатического потенциала. выходы, индуцированные колебаниями поверхностных зарядов.Диапазон моделируемого выходного напряжения составляет от -0,2 до 0,4 В, что согласуется с экспериментальными результатами на рис. 2c.

    Сборщик энергии, вызванный влагой, с выходами переменного тока

    Экспериментально образец высушивали при относительной влажности 30 % в окружающей среде в течение 24 часов (снижение собственной влажности для повышения выходной мощности сборщика энергии химического потенциала 6 ) до процесс смачивания с помощью ультразвукового увлажнителя (Pure Enrichment Inc.). Экспериментальные результаты показывают выработку электроэнергии в виде выхода переменного тока после введения увлажнителем 100% относительной влажности при 1400 с.Обнаружено, что плотность тока короткого замыкания сначала увеличивается до максимального значения около 1 мкА/см 2 при 2000 с (верхняя левая вставка на рис. 3а). Средний период колебаний составляет около 76,7 с, который используется в качестве подгоночного параметра для кинетического моделирования при 70 с (рис. 1d). Результат зависимости напряжения холостого хода от времени показан на рис. 3b со средним периодом колебаний напряжения 70,3 с при комнатной температуре, а результат зависимости тока короткого замыкания от времени показан на рис.3в. Оба теста измеряются независимо из-за их различных настроек, поэтому ожидаются незначительные различия. Из-за хаотического характера процесса (дополнительное объяснение 2) моделирование не может точно предсказать экспериментальные результаты. Тем не менее, основные экспериментальные результаты резюмируются следующим образом: (1) средние периоды колебаний тока и напряжения в экспериментах составляют 76 и 70 с соответственно; и (2) статистические данные показывают большое количество рабочих периодов около 70 с, в то время как нерабочий период (шумы с выходами низкого уровня) составляет около 150 с (дополнительный рис.10).

    Рис. 3: Характеристики прототипа накопителя энергии на основе колебаний поверхностного потенциала.

    a Плотность тока короткого замыкания в зависимости от времени опытного образца сборщика энергии до введения влаги (серый цвет), после процесса смачивания влагой увлажнителем (синий цвет) и процесса обезвоживания путем удаления увлажнителя ( красный цвет). На вставках показаны увеличенные изображения процессов смачивания (вверху слева) и дегидратации (вверху справа). b Напряжение холостого хода в зависимости от времени в процессе смачивания влагой увлажнителем. c Результаты испытаний периода рабочего цикла напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. d Пример замены мономера [2-(метакрилоилокси)этил]диметил-(3-сульфопропил)гидроксида аммония (MEDSAH) на поли(акриловую кислоту) (PAA) для удаления SO 3 и N + группы в полимере, которые останавливают автономные колебания, приводя к электрическим выходам постоянного тока. e В другом примере мономер акриловой кислоты (АК) заменен акриламидом для удаления групп –COOH, и также наблюдаются только выходы постоянного тока.

    Также наблюдается постепенное снижение плотности тока выходов после достижения пикового значения. В этом тесте увлажнитель выключается при 4500 с, и в системе происходит естественный процесс обезвоживания, что приводит к уменьшению выходного тока (верхняя правая вставка на рис. 3а). На отметке 13 600 с наблюдается резкое падение плотности тока. Качественно процесс притяжения и испарения влаги может со временем прийти к равновесному состоянию, и внутри устройства не будет градиента концентрации влаги.Таким образом, процесс колебаний поверхностного потенциала может прекратиться, и процесс генерации энергии закончится. Экспериментально установлено, что при увеличении уровня внешней влажности уровень электрической мощности также увеличивается (дополнительный рис. 11), а размещение небольшой капли воды на устройстве также будет генерировать электроэнергию с выходной мощностью, близкой к выходной мощности сборщиков энергии, подвергающихся воздействию условия окружающей среды с относительной влажностью 100% (дополнительный рисунок 12). В испытании на выносливость при 100% относительной влажности этот процесс выработки энергии может длиться в течение длительного периода времени, примерно от 500 до 15 000 с или около 4 ч, как показано на дополнительном рис.13.

    Материальные системы без ключевых химических реакций, способствующих циклическому процессу, не смогут вызвать автоколебательный процесс. Например, если мономер MEDSAH заменить полиакриловой кислотой (ПАА) для удаления групп –SO 3 и N+, результаты тестирования показывают только выходы постоянного тока, как показано на рис. 3d. В другом примере группы –COOH удаляются путем замены мономера AA акриламидом, в результате чего на рис. 3e получаются только выходные сигналы постоянного тока. Эти два противоположных примера предполагают, что ключевые ингредиенты и реакции, предлагаемые в полимерной системе, необходимы для индукции колебаний поверхностного потенциала для выходных сигналов переменного тока сборщиков энергии, индуцированных влагой.

    Параметры, влияющие на выходную мощность, и демонстрация применения

    Электрические выходные характеристики сборщиков энергии, вызванных влагой, были изучены путем изменения состава полимера P(MEDSAH-co-AA) и рабочей температуры. При фоновой температуре 28 °С максимальные плотность тока короткого замыкания и напряжение холостого хода в зависимости от времени энергосборщиков с отношениями МЭДСАН/АА 1/2, 1/3 и 1/4 представлены на рис. 4а, а результаты зависимости тока от времени показаны на дополнительном рис.14. Чтобы уменьшить влияние шумов окружающей среды, конденсатор (4,7 мкФ) был заряжен прототипами устройств с выпрямителем, и его выходные напряжения были записаны на дополнительных рисунках 15a и b. Другие устройства сбора энергии с выходами переменного тока, такие как пьезоэлектрические и трибоэлектрические устройства сбора энергии, также используют выпрямители для накопления электроэнергии переменного тока в виде конденсаторов 47,48 . Установлено, что при увеличении отношений МЭДСАН/АА максимальная плотность тока и напряжение увеличиваются от 1.2 мкА/см 2 и 0,32 В до 1,7 мкА/см 2 и 0,4 В соответственно за счет приращения групп –СООН в системе. Результаты моделирования также предсказывают увеличение амплитуды колебаний по мере увеличения состава AA (дополнительный рисунок 16). Обнаружено, что средний период колебаний тока, который связан с кинетикой реакции, сохраняется на уровне около 72 с для всех протестированных полимеров разного состава, как показано на рис. 4b. С другой стороны, при соотношении MEDSAH/AA, равном 1/2, максимальная плотность тока короткого замыкания и напряжение холостого хода прототипа сборщика энергии при 12, 28 и 60  o C тестируются, как показано на рис. .4c (более подробная информация представлена ​​на дополнительном рис. 15, а токовые выходы — на дополнительном рис. 17). При понижении температуры до 12 °C максимальная плотность тока и напряжение немного уменьшаются до 1,1 мкА/см 2 и 0,30 В, а средний период колебаний увеличивается до 97 с (дополнительный рис. 17а). При повышении рабочей температуры до 60 °С максимальные значения плотности тока и напряжения увеличиваются до 1,6 мкА/см 2 и 0,33 В, а средний период колебаний уменьшается до 57 с (дополнительный рис.17б). Аналитически скорость реакции увеличивается в высокотемпературной среде под напряжением, и это явление отрицательной корреляции между температурой и периодом колебаний также предсказывается результатами моделирования, показанными на дополнительном рис. 18.

    Рис. 4: Электрическая мощность характеристики для сборщиков энергии, вызванных влагой, с различным соотношением мономеров и в различных температурных условиях.

    a Максимальная плотность тока короткого замыкания и напряжение холостого хода для сборщиков энергии с соотношением [2-(метакрилоилокси)этил] диметил-(3-сульфопропил) гидроксида аммония (MEDSAH)/акриловой кислоты (АК) 1 /2, 1/3 и 1/4 при 28  o °С. b Измеренные средние периоды выходных электрических колебаний сборщиков энергии с соотношениями MEDSAH/AA 1/2, 1/3 и 1/4 при температуре 28 °C. c Максимальная плотность тока короткого замыкания и напряжение холостого хода энергокомбайнов при рабочих температурах 12, 28 и 60 °С соответственно. d Измерены средние периоды выходных электрических колебаний сборщиков энергии при температурах 12, 28 и 60 °C соответственно. Столбики погрешностей показывают диапазон минимальных и максимальных значений.

    Характеристики различных сборщиков энергии с влагой, использующих искусственные материалы, представлены на рис. 5a. В целом, предыдущие работы показали, что сборщики энергии, вызванные влагой, могут генерировать выходные сигналы постоянного тока. Здесь автономные колебания поверхностного потенциала используются для получения выходных сигналов переменного тока или напряжения и обеспечивают длительное время непрерывной работы, а также хорошую плотность энергии от прототипов устройств. Например, результаты испытаний показывают, что время работы более 15 000 с (около 4 ч) при плотности выходной энергии 16.8 мДж/см 2 может быть достигнуто. Это длительное время работы обеспечивает устойчивую выработку энергии при относительно постоянном источнике влажности в качестве источника экологически чистой энергии. Кроме того, было обнаружено, что сборщик энергии можно использовать повторно, как показано на рис. 5b, где было обнаружено, что максимальное значение плотности тока составляет около 1,5 мкА/см 2 для трех независимых испытаний.

    Рис. 5: Сравнение производительности электрических генераторов, индуцированных влагой, и возможностей повторного использования наших прототипов сборщиков энергии.

    a Сравнение влагоиндуцированных электрогенераторов на искусственных материалах по продолжительности работы и энергоемкости. Эта работа имеет длительное время последействия и высокую плотность энергии среди сборщиков энергии на основе влаги, и эти два параметра могут быть дополнительно улучшены за счет использования других материалов, основанных на аналогичных механизмах автоколебаний. b Измеренная зависимость выходного тока от времени для прототипа сборщика энергии остается одинаковой в трех различных последовательных независимых испытаниях.

    Простая стратегия увеличения выходного напряжения сборщика энергии заключается в последовательном соединении устройств. Как показано на рис. 6а, выходы пяти устройств (соотношение MEDSAH/AA, равное 1/4) выпрямляются и соединяются последовательно для достижения напряжения 2 В, что достаточно для освещения ЖК-дисплея (дополнительный фильм 2). Демонстрация практического использования реализована на рис. 6b путем последовательного подключения пяти устройств на стене ванной комнаты, наполненной влагой во время душа, для освещения ЖК-дисплея. Это прямое подтверждение того, что сборщик энергии, работающий от влаги, может использоваться в естественных средах с высокой влажностью для производства электроэнергии.

    Рис. 6: Демонстрация сборщиков энергии, вызванных влажностью.

    a Зависимость выпрямленного выходного напряжения от времени для пяти последовательно соединенных устройств. Вставка: электрическая схема. b Освещение жидкокристаллического дисплея в ванной с влагой от душа. На вставке показан увеличенный вид системы.

    Таким образом, было охарактеризовано явление колебаний поверхностного потенциала в индуцированном влагой полимере P(MEDSAH-co-AA) и продемонстрирован сборщик энергии переменного тока.Химические реакции, ответственные за поведение автономных колебаний потенциала, анализируются и моделируются с помощью кинетического моделирования, чтобы качественно охарактеризовать это явление. Путем изучения уравнений динамики системы и матрицы устойчивости установлено, что система имеет хаотическую природу и колеблется со скрытыми аттракторами, вызывающими автономные колебания поверхностного потенциала. Прототип сборщика энергии имеет измеренную максимальную плотность тока короткого замыкания 1,5 мкА/см 2 и максимальное напряжение холостого хода 0.4 В с длительным временем работы до 15000 с в среде с высоким содержанием влаги для получения плотности энергии 16,8 мДж/см 2 . В качестве демонстрации практического применения ЖК-дисплей успешно загорается при последовательном соединении пяти сборщиков энергии для получения выходного напряжения 2 В.

    Магнито-механо-электрический генератор мощностью более милливатта для электроники с автономным питанием

    В отличие от типичных генераторов магнитной энергии, использующих электромагнитную индукцию, которые являются громоздкими и имеют низкую эффективность генерации в малых магнитных полях на низкой частоте, магнито-механо-электрические (ММЭ) генераторы, использующие эффект магнитоэлектрической (МЭ) связи и магнитные взаимодействия, считаются перспективными кандидатами.Генераторы MME будут служить повсеместным автономным источником энергии, преобразующим рассеянный магнитный шум в полезную электрическую энергию для приложений в беспроводных сенсорных сетях (WSN) для Интернета вещей (IoT) и электроники с низким энергопотреблением. Ключевым компонентом генератора MME является композитный материал ME, состоящий из пьезоэлектрических и магнитострикционных материалов, который упруго связывает электрические и магнитные свойства соответствующих компонентов. Здесь мы сообщаем о генераторе ММЭ, состоящем из кристаллографически ориентированного Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 –Pb(Zr,Ti)O 909078 8 композит из пьезоэлектрического монокристаллического макроволокна и магнитострикционный сплав Fe-Ga с высокой текстурой, который демонстрирует исключительно высокую плотность выходной мощности выпрямленного постоянного тока, равную 3.22 мВт см −3 . Большая генерация энергии в этой структуре приписывается связи между сильными анизотропными свойствами пьезоэлектрических монокристаллических волокон и текстурированного магнитострикционного сплава Fe-Ga. Умные часы с датчиками IoT приводились в действие генератором MME под действием магнитного поля 700 мкТл.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз?

    Team преобразует тепло в электричество для питания автономных роботов в течение нескольких месяцев

    Армейский инженер-электрик Возен Вольде устанавливает 2.Система литиевых батарей мощностью 5 киловатт-часов, разработанная армейской исследовательской лабораторией CCDC. Здесь Вольде опускает аккумулятор в тестовый автомобиль с помощью подъемника двигателя. Аккумулятор занимает треть внутреннего объема автомобиля. Предоставлено: Армейская исследовательская лаборатория CCDC.

    По словам армейских исследователей, энергосберегающий генератор, предназначенный для питания частных жилых домов, может питать автономные военные транспортные средства в течение нескольких месяцев.

    Группа ученых и инженеров из США.Армейская исследовательская лаборатория Командования развития боевых возможностей армии Южной Кореи сосредоточила свои усилия на ускорении модернизации армии. Испытания являются частью работы, начатой ​​почти два года назад в поддержку инициативы Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики по оценке генератора цикла Стирлинга, известного своей высокой эффективностью, практически бесшумностью, долгим сроком службы и низким уровнем выбросов.

    Исследователи ищут многотопливные возможности. В дополнение к ископаемому топливу они разрабатывают новые технологии для эффективного преобразования биомассы, такой как древесина, в электричество на ходу.

    Джастин Шумейкер, ведущий научный сотрудник лаборатории по проекту, сказал, что, по его мнению, это первый случай, когда генератор Стирлинга такого масштаба используется для приведения в движение автономного наземного транспортного средства — сложная задача для генератора, изначально предназначенного для выработки электроэнергии и обеспечения тепло для домов, сказал он.

    «Чтобы двигатель Стирлинга работал, должна быть разница температур между горячим и холодным концами», — сказал Шумейкер. «Контур охлаждения отводит тепло от холодного конца, чтобы он оставался холодным.«Исследователи разработали и изготовили несколько новых технологий для использования этого генератора в качестве двигателя. Первым был преобразователь постоянного тока в постоянный, который эффективно преобразовывал электроэнергию от генераторной установки Стирлинга в электрическую шину автомобиля.

    Они также модифицировали бородавочника Clearpath Robotics, большой вездеходный беспилотный наземный транспорт, способный передвигаться по суше и воде, оставив нетронутыми только исходное шасси и колеса.

    Затем команда разработала новую батарею с использованием литий-титанатных элементов и системы управления батареями, которая необходима для обеспечения безопасности использования батарей.

    Шумейкер сказал, что они также разработали контур охлаждения для нового оборудования.

    «Все это должно быть сделано таким образом, чтобы он хорошо интегрировался в транспортное средство, был надежным, имел достаточно места для работы в очень жаркие дни и потреблял очень мало электроэнергии для насосов и вентиляторов», — сказал он. электрические и программные элементы, необходимые для интеграции генераторной установки Стирлинга в гибридный электромобиль для приведения в движение.

    «Однажды автономные роботы превзойдут солдат в определенных задачах и будут делать это без необходимости есть, спать или отдыхать», — сказал Шумейкер.«Это имеет наибольшую потенциальную выгоду для солдат, избавляя их от опасности». Армейская команда должна была доставить новую технологию ARPAe этой весной, но после того, как в ответ на вспышки COVID 19 по всему штату был введен режим самоизоляции. , они остановили тестирование на месте. Шумейкер сказал, что теперь они планируют доставку этой осенью.

    «Вероятнее всего, этот генератор будет использоваться в качестве технико-экономического обоснования и определения способов его улучшения и масштабирования», — сказал Шумейкер. «То, что мы узнаем из оценки этой генераторной установки, даст информацию о способах улучшения генераторной установки для будущей армейской системы, будь то для движения или в качестве стационарного генератора.«Шумакер сказал, что надеется, что появится возможность профинансировать версию этой технологии следующего поколения и «сосредоточиться на аспектах, связанных с ее облегчением и повышением экономической эффективности, поскольку эффективность уже очень высока».

    Шумейкер обсудил эту технологию в подкасте «Что мы узнали сегодня» в августе прошлого года с тогдашним директором лаборатории доктором Филиппом Перконти, который сейчас является главным научным сотрудником армии и заместителем помощника министра армии по исследованиям и технологиям.


    Исследователи разработали генератор, который использует вещество для преобразования отработанного тепла в чистое электричество
    Предоставлено Армейская исследовательская лаборатория

    Цитата : Команда в течение нескольких месяцев преобразует тепло в электричество для питания автономных роботов (28 апреля 2020 г.) получено 22 апреля 2022 г. с https://techxplore.com.com/news/2020-04-team-electricity-power-autonomous-robots.html

    Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

    лодок Brunswick рассказывают об автономной стыковке и электрификации на выставке CES

    Электрические лодки используются уже давно, в основном в тех случаях, когда требования к дальности и скорости ниже, чем у больших моторных лодок.Теперь такие компании, как Taiga Motors и Nautique, используют низкий крутящий момент электродвигателей, чтобы улучшить впечатления от водных видов спорта, но большие лодки возлагают на них большие надежды. Стратегия Brunswick ACES, представленная на этой неделе на выставке CES 2022 в Лас-Вегасе, направлена ​​на то, чтобы полностью оправдать эти ожидания.

    Две самые большие проблемы, с которыми сталкиваются судостроители в отношении электрифицированных силовых установок, лучше всего визуализировать в сравнении с дорожными транспортными средствами. Проще говоря, для движения через более густую жидкость (воду) требуется больше усилий, чем через более разреженную (воздух), а большее усилие равно большему количеству энергии.Это первая задача. Второй связан с торможением. Автомобиль, велосипед или что-то еще из Arcimoto могут использовать свою тормозную систему для восстановления части энергии, затраченной на его движение (кинетическую энергию), а затем преобразовывать эту кинетическую энергию в электрическую энергию для перезарядки аккумулятора. Это прекрасно работает, но (увы!) у лодок нет тормозов.

    Brunswick называет свой подход к судостроению будущего ACES (автономия, возможность подключения, электрификация и общий доступ), и компания считает, что ее более целостный подход к лодке будет способствовать электрификации за счет повышения эффективности и удобства управления лодкой.

    И не волнуйтесь, мы сосредоточимся только на частях A и E.

    Автономия

    Во-первых, это автономия, а не только автономная навигация, хотя она, безусловно, является ее частью. Это касается и автономной парковки. В системе «помощной стыковки» Brunswick используется «передовая технология машинного зрения для обнаружения и выявления потенциальных препятствий на пути судна» и обеспечивается обратная связь с системой JPO лодки (управление джойстиком для подвесных двигателей), чтобы автономно реагировать на условия на пристани и обеспечивать плавный процесс стыковки.

    Если вы никогда не пытались швартовать лодку или смотреть сериал «Под палубой» на «Браво» (что вам обязательно нужно сделать), вам придется поверить мне в этом: швартовка лодки — это, безусловно, самая напряженная часть. .

    Перейдем к электрификации.

    Следующим шагом будет электрификация не только силовой установки, но и всех систем, которые в настоящее время используют двигатели внутреннего сгорания на обычных лодках. Вот где в игру вступает система Brunswick Fathom e-Power.

    Экран управления Brunswick Fathom e-Power, любезно предоставлен Brunswick.

    Впервые представленный в качестве концепта на выставке CES в 2020 году, этот «первый в своем роде» электрифицированный автомобиль наконец-то готов к прайм-тайму. Система Fathom e-Power заменяет бортовой электрический генератор на литий-ионный аккумулятор большой емкости от Mastervolt. Интеллектуальные и интуитивно понятные системы Fathom максимизируют накопленное электричество для работы всех вспомогательных систем лодки (включая автономный ИИ).

    Замена генератора аккумуляторной батареей может показаться гринвошингом, но это значительное улучшение с точки зрения выбросов углерода.Насколько массивный? Согласно одному исследованию, проведенному Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (CARB), «эксплуатация нового среднего портативного газогенератора (~ 3,5 л. автомобиль примерно на 150 миль». Между тем, газогенератор на чем-то вроде Sea Ray Sundancer 370 имеет мощность чуть более 10 л.с. (7,5 кВт).

    Это огромное улучшение, и к 2023 году Brunswick заменит около 15 000 газогенераторов своей новой системой аккумуляторных батарей.Если немного подсчитать, переход, по сути, удаляет эквивалент 15 * 15 000 или 2 250 000 миль загрязнения воздуха от автомобиля с двигателем внутреннего сгорания каждый час, когда эти генераторы работали бы!

    О, и Brunswick также запустит пять полностью электрических силовых установок в этом году. Я, вероятно, должен был вести с этим.

    Скриншот с презентации Brunswick на выставке CES 2022.

    Но не слишком радуйтесь этим пяти электрическим подвесным системам — вы сможете выбрать только из четырех.Это потому, что пятый зарезервирован для Mercury Marine RaceBird от Brunswick, футуристического, сверхбыстрого электрического гоночного автомобиля, который должен участвовать в первом сезоне серии гонок на электрических моторных лодках E1, которая стартует в 2023 году.

    Ниже вы можете сами увидеть RaceBird. И, если вы присмотритесь достаточно сильно, вы даже сможете увидеть Брюса Уэйна в кабине.

    Участник серии RaceBird E1, предоставлено E1.

    Взятие Электрека:

    Точно так же, как многие энтузиасты электромобилей упускают из виду бизнес коммерческих фургонов в пользу быстрых, сексуальных автомобилей, таких как Tesla Model S или Porsche Taycan, легко упустить много легко висящих плодов в мире рекреационного катания на лодках по сокращению выбросов углерода. .Это особенно верно, когда речь идет о таких вещах, как генераторы и подвесные моторы, которые выделяют гораздо больше вредных выбросов, чем легковые автомобили.

    Насколько выше? Ребята из Pure Watercraft сделали некоторые математические расчеты: на галлон сожженного газа федеральные нормы позволяют автомобилю выбрасывать до 104,6 грамма CO, а подвесной мотор может выбрасывать 13,831 кг (в 132 раза больше). Кроме того, на галлон бензина автомобиль может выбрасывать 3,98 грамма NOx + NMOG, тогда как подвесной мотор может выбрасывать 655 граммов HC + NOx (в 165 раз больше).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.