Содержание
В ЮФУ создали новый пьезоэлектрический генератор энергии
463
Добавить в закладки
Ученые Института математики, механики и компьютерных наук ЮФУ разработали новую модель пьезоэлектрического генератора энергии и изучили его свойства. Устройство предназначено для преобразования энергии механических вибраций в электрическую. Разработчики построили численную 3D и экспериментальную натурную модели, что позволило точно определить характеристики генератора в зависимости от его конфигурации и свойств материала.
Александр Черпаков, научный сотрудник Института математики, механики и компьютерных наук ЮФУ
В современном мире пьезокерамика имеет широкую область применения. Устройства на её основе используются в медицине, системах связи, контроле промышленных процессов, измерительных и бытовых электрических приборах. Мировой рынок пьезокерамики и сфера её применения постоянно растут.
В эпоху глобального развития устройств генерации и сбора энергии с использованием новых пьезоматериалов перед специалистами стоит задача повышения энергоэффективности всех процессов, включая сбор и использование окружающей вибрационной энергии. В частности, для механических вибраций преобразование в электричество происходит за счет использования пьезоэлектрических элементов в комплексе устройства генерации энергии.
Разработчики ЮФУ отмечают, что возможности подобной системы определяются не только емкостью и электромеханическими коэффициентами пьезоэлектрических материалов, но и другими показателями. Так, качество системы генерации энергии зависит от микроструктуры материала, геометрии и электрических цепей самого устройства.
«Наша команда провела конечно-элементное моделирование и экспериментальный анализ пьезоэлектрического генератора энергии осевого типа», – рассказал один из авторов разработки, научный сотрудник Института математики, механики и компьютерных наук ЮФУ Александр Черпаков.
По его словам, в результате исследования удалось проверить применение пьезоэлектрических материалов с различной пористостью с учетом их эффективных свойств. «Экспериментальная апробация устройства показала удовлетворительный результат: теперь у нас есть оптимальная комбинация для устройства с максимальным выходным напряжением и мощностью – до 2,25 В и 5,1 мкВт соответственно», – добавил ученый.
Генератор энергии, разработанный в ЮФУ, спроектирован с использованием пьезоэлементов двух типов: жесткие цилиндры и пьезоэлементы пластинчатого типа. Их комбинированное сочетание совместно с элементами генератора рассчитывалось с помощью численного моделирования.
По мнению ученых, разработка и модернизация комплексов устройств генерации энергии, ее сбора и хранения на основе применения пьезоматериалов нового поколения с улучшенными пьезоэлектрическими свойствами позволят повысить энергоэффективность в будущем.
Результаты исследований опубликованы в журнале «Applied Sciences» и других изданиях.
Работы проведены в рамках выполнения гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№ 21-19-00423). Цикл исследований выполняется в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». ЮФУ является участником этого федерального проекта по треку «Исследовательское лидерство».
Информация и фото предоставлены Центром общественных коммуникаций Южного федерального университета
Разместила Ирина Усик
ЮФУ
генератор энергии
пьезоматериалы
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Казанские ученые первыми в России вырастили кристалл LiGdF4 с заданными магнитными свойствами
14:00 / Физика
Тяжелые металлы и органические загрязнители активировали почвенную плесень
12:00 / Биология
Как в СССР заново создавали Новый год? Лекция кандидата исторических наук Марьяны Архиповой
10:30 / История, Наука и общество, Этнография
Зоологи открыли четыре новых вида микроскопических беспозвоночных
18:00 / Биология
Рекордно снежный декабрь 2022 года
16:00 / Климат
Оценка биоразнообразия и экологии Черного моря: завершился зимний рейс «Профессора Водяницкого»
14:00 / Биология
Чувство праздника: как проникнуться атмосферой Нового года и Рождества?
13:00 / Наука и общество
Борщевик Сосновского поможет бороться с радиоактивными отходами
12:00 / Биология, Химия
Красноярские ученые за работой: лучшие снимки 2022 года
14:00 / Наука и общество
Слезы раскрыли причины неожиданных закупорок вен сетчатки
12:00 / Биология, Медицина
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
История новогодних праздников
01.08.2014
Смотреть все
создан генератор, собирающий энергию капель дождя
29 июля 2020
16:46
Новый электрогенератор показал впечатляющий результат.
Иллюстрация University of Twente.
Ток вырабатывается благодаря явлению электросмачивания. Рисунок d показывает зависимость плотности поверхностного заряда от подаваемого напряжения.
Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация Advanced Materials (2020).
Схема появления заряда внутри генератора под воздействием капель дождя и его снятия.
Иллюстрация Advanced Materials (2020).
Бессовестно дождливое лето капает не только на землю, но и на мозг. Изобретателям. Они решили, что пора бы каплям не стучать без толку по стеклам наших домов и автомобилей, а снабжать их электричеством, и разработали устройство, собирающее энергию падающих капель.
Бессовестно дождливое лето капает не только на землю, но и на мозг. Изобретателям. Они решили, что пора бы каплям не стучать без толку по стеклам наших домов и автомобилей, а снабжать их тем самым энергией, и разработали устройство, собирающее энергию падающих капель дождя.
Новое устройство, преобразующее механическую энергию капель в электрическую энергию, было создано учёными из Нидерландов и Китая. Статья о разработке вышла в журнале Advanced Materials.
Поясним, что ранее учёными уже предпринимались попытки создать устройство, собирающее энергию падающей с небес воды. Потенциал этого источника энергии более чем очевиден. Но все прежние разработки либо недостаточно стабильно работали, либо требовали для своей работы слишком много энергии, и потому коэффициент их полезного действия оказывался слишком низким.
Принцип работы нового устройства базируется на явлении электросмачивания.
Напомним, что летящая в воздухе капля стремится принять округлую форму. Сделать это её заставляют силы поверхностного натяжения. Но, если капля упадёт на заряженную поверхность, то она буквально распластается в блин, так как молекулы воды будут стремиться смочить собой поверхность из-за воздействия на них электрического поля заряженной поверхности.
Таким образом капля дождя, попадая на новый генератор, удерживается на нем за счёт электросмачивания.
В это же время внутри генератора происходит перераспределение зарядов.
Таким образом каждое падение маленькой капли приводит к тому, что в генераторе начинает протекать слабый ток, который можно «собрать». Объём собираемого таким образом тока определяется количеством свободных зарядов, которые присутствуют в материале генератора. Поэтому учёные тщательно продумали, какие материалы использовать для создания генератора.
Схема появления заряда внутри генератора под воздействием капель дождя и его снятия.
Иллюстрация Advanced Materials (2020).
Конструкция в итоге получилась не просто надёжной, но ещё и чрезвычайно эффективной. Инженерам удалось собрать 11,8% энергии упавших капель.
Для сравнения: фотосинтезирующие растения аккумулируют только 2% энергии Солнца, а рекордсмены природы зелёные водоросли – 12%. Так что этот электрогенератор близок к природному рекорду.
Однако в отличие от «скоропортящихся» живых систем, требующих постоянной «починки», этот генератор может работать 100 дней без снижения эффективности (это показали тесты).
При этом перед началом длительной работы ему требуется всего 15 минут подзарядки\подготовки.
Ток вырабатывается благодаря явлению электросмачивания. Рисунок d показывает зависимость плотности поверхностного заряда от подаваемого напряжения. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация Advanced Materials (2020).
Результаты действительно впечатляющие. Однако соавтор исследования Нильс Мендель (Niels Mendel) считает, что нужно провести больше исследований, чтобы создать по-настоящему эффективный генератор энергии из капель дождя. Для этого нужно решить проблему работы подобных устройств при 100-процентной влажности. Во-вторых, необходимо решить проблему снижения эффективности подобных устройств в присутствии солей (всё-таки дождевая вода не является дистиллированной).
Конечно, всех потребностей человечества энергия дождя в любом случае не покроет. Но, судя по всему, будущее за различными источниками возобновляемой энергии, каждый из которых будет брать на себя часть работы по обеспечению человечества «зелёной» энергией.
Инженеры учатся приспосабливать под это самые разные системы. Так, они уже смогли заставить вырабатывать электричество бактерии, приручили энергию холода и даже превратили в электрогенераторы оконные стёкла.
наука
физика
техника
генераторы
дождь
альтернативная энергия
новости
Aetherdynamic Power Systems
ПИТАНИЕ
Aetherdynamic Power Systems, LLC лидирует на рынке экологически чистых энергосистем 22-го века. Мы рады сообщить, что мы успешно разработали новую технологию двигателя, которая вырабатывает электроэнергию с нулевым уровнем выбросов, используя только дешевые, широко доступные жидкости и первоначальный заряд аккумулятора для непрерывного производства энергии в течение многих лет.
РЯДОМ С НАМИ
В течение следующих пятидесяти лет потребуется в 20 раз больше электроэнергии. Наша технология может удовлетворить этот спрос, смягчив последствия чрезмерного выброса парниковых газов и загрязнения ископаемым топливом.
При этом мы стремимся создавать рабочие места, доходы, налоговые поступления и финансовые возможности, стимулировать мировую экономику и повышать шансы на устойчивое и справедливое глобальное развитие в направлении экологически чистой планеты.
Другие строят большие ветряные турбины и солнечные фермы, которые потребляют большое количество недвижимости. Несмотря на эффективность в некоторых случаях, стоимость начальной инфраструктуры часто поддерживает высокую стоимость производства Ватт и не оказывает значительного общего воздействия на климат. Эти типы программ экологически чистой энергии не могут конкурировать с продуктом, который может быть размещен в относительно небольшой коробке и практически не использует для работы внешние источники топлива.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Мы намерены работать с существующей инфраструктурой распределения электроэнергии, чтобы как можно скорее запустить эту технологию, постепенно компенсируя зависимость от традиционных методов и уменьшая их вредное воздействие.
Однако многие места на этой планете недоступны для существующей системы энергосистемы. Мы утверждаем, что новые типы энергетических объектов могут быть построены с использованием нашей технологии, которая может обеспечить чистой энергией эти некорпоративные районы.
Мощность сети не предел. Первоначально разработанная как источник энергии для самолетов, эта технология турбины может быть собрана в нескольких различных размерах, от очень больших для установок по производству электроэнергии до очень маленьких для использования в транспортных средствах. Велосипеды, легковые и грузовые автомобили, дроны и персональные самолеты — все они могли бы получать энергию от двигателей с воздушными турбинами подходящего размера для создания действительно чистого транспорта. На данный момент мы начнем со стандартного размера единицы и перейдем к другим размерам, если позволят время и капитал.
Свяжитесь с нами, чтобы получить дополнительную информацию или принять участие в нашем движении к решениям в области экологически чистой энергии.
Основная технология
Турбина с рециркуляционным тепловым насосом (патент США № 10 480 343 B1) использует динамические свойства нагретой сжатой рабочей жидкости, обычно влажного воздуха, для обеспечения постоянной выходной мощности. Турбина реализует цикл Карно с КПД около 90%, используя окружающий воздух в качестве своего низкотемпературного резервуара.
Питание изначально обеспечивается литий-ионным аккумулятором, который приводит в действие электродвигатель для сжатия рабочей жидкости. Как только устройство достигает заданной скорости вращения, чистый выхлоп из основной турбины используется для запуска компрессора, что позволяет отключить двигатель до тех пор, пока это не потребуется. В то же время угловой момент приводного вала используется для питания подключенных генераторов постоянного тока.
Вторая батарея поддерживается полностью заряженной генераторами, чтобы обеспечить непрерывную подачу энергии на электродвигатель, который медленно разряжает первую батарею, дополняя подачу выхлопных газов в компрессор.
Цепи управления контролируют давление, тепло, влажность и другие параметры, настраивая работу компонентов для поддержания производительности в течение всего срока службы устройства (по оценкам, около 10 лет). Техническое обслуживание простое и состоит в основном из проверки работоспособности батарей и наличия достаточной влаги в рабочей жидкости для питания устройства.
Более подробное объяснение можно найти в патенте. Ниже представлена модель, предназначенная для того, чтобы предоставить потенциальным пользователям технологии обзор компонентов и их функций. Эта конструкция предназначена для выработки экологически чистой электроэнергии и является лишь одним из многих возможных проявлений технологии, которую, как мы уже обсуждали, можно модифицировать для различных применений.
Турбина рециркуляционного теплового насоса
- Размеры: 4 фута x 3 фута x 2 фута
- Вес: 400 фунтов.
- Выходная мощность: 200 кВт
Обратите внимание, что возможно несколько конфигураций.
Эта конструкция может быть изменена для улучшения размера, эффективности, производительности и т. д.
Тепловая турбина работает с нагнетателем, турбокомпрессором и электродвигателем с муфтой сцепления, чтобы вращать генератор, который обеспечивает выходную мощность. Пристроенный генератор атмосферной воды собирает влагу, необходимую для работы тепловой турбины. Панели на задней панели устройства позволяют собирать энергию для использования.
Мобильный силовой контейнер
- Размеры: 40 футов x 8 футов x 8 футов
- Выходная мощность: 5,2 ГВт
Один из многих проектов, которые мы создали для решений удаленного энергоснабжения, этот стандартный контейнер содержит массив из 18 тепловых насосов, которые создают выходную мощность более 5 ГВт. Контейнер может быть отправлен в районы стихийных бедствий или на проектные площадки для аварийного или краткосрочного производства электроэнергии.
Запатентовано. Доказано.
Турбина с рециркуляционным тепловым насосом Aetherdynamic Power Systems получила патент 19 ноября 2019 года (с которым вы можете ознакомиться здесь). Рабочий прототип сейчас находится на завершающей стадии разработки, и вскоре начнется производство.
Наступила эра нулевых выбросов.
Свяжитесь с нами, чтобы начать разговор.
Носитель
Как это работает
Просмотр анимации, объясняющей работу устройства.
Испытательная установка в работе
В этом видеоролике показан обзор прототипа, использующего сжатый нагретый воздух для вращения генератора переменного тока. В производственной модели используются генераторы постоянного тока для создания постоянного выхода.
Раскрутка сердечника
Сердцем турбины, питающей генераторы постоянного тока, является пластина сердечника, показанная здесь, вращающаяся со скоростью 4500 об/мин во время теста на стабильность.
Особая благодарность Брюсу Эшелману из MBC Fabrication за его работу над прототипом.
Персонал и контакты
Ким Зорзи
Менеджер и изобретатель
ким@aetherdynamicpowersystemsllc.com
979-885-9145
Опытный проектировщик с опытом работы в области электротехники, механики и конструкций, Ким имеет более чем тридцатилетний опыт работы в нефтяной промышленности. С 1982 по 2004 год руководил заводом по производству сверхлегких самолетов, на котором было изготовлено несколько сотен авиакомплектов различной конструкции. Увидев на горизонте электрическую авиацию, г-н Зорзи решил разработать систему питания, которая могла бы увеличить дальность полета этих новых самолетов, признавая при этом способность такого устройства обеспечивать чистую электроэнергию.
Является ли эта «истинная энергия» спящим гигантом возобновляемых источников энергии? — Land Art Generator
Компания под названием SEFE заявляет, что скоро сможет генерировать неограниченное количество возобновляемой энергии путем преобразования статического электричества из атмосферы в постоянный ток.
Еще со времен Бенджамина Франклина и его воздушного змея мы знали об электрической энергии, которая статически и постоянно присутствует в большой величине между отрицательно заряженной землей и положительно заряженной атмосферой.
Эта статья в Википедии содержит гораздо больше информации о том, откуда берется эта энергия.
На протяжении многих лет (начиная с Николы Теслы) было много попыток использовать эту скрытую энергию для практического использования.
Но никому не удавалось использовать его на практике… может быть, до сих пор? С (красиво оформленного и информативного) веб-сайта SEFE:
Компания SEFE разработала запатентованную технологию, целью которой является сбор постоянного и мощного статического электричества, постоянно образующегося в земной атмосфере. С помощью ряда запатентованных и запатентованных устройств система SEFE Harmony предназначена для извлечения статического электричества из атмосферы в форме постоянного тока, преобразуя его в переменный ток для немедленного потребления энергии.
Кроме того, система может преобразовывать переменный ток обратно в постоянный для более длительного хранения в батареях. В конструкции системы используется бортовой носитель, который может быть высотным метеозондом или дирижаблем, для отправки токопроводящего кабеля в атмосферу, где он подвешен и привязан в постоянном контакте с наземным блоком. К токопроводящему кабелю прикреплен «черный ящик», который преобразует естественное электричество в пригодную для использования форму. Электроэнергия передается по токопроводящему кабелю к генератору, который, в свою очередь, может направлять энергию в инфраструктуру и сеть существующей электрической компании для коммерческого и бытового потребления. Этот генератор платформы также может преобразовывать электричество для более длительного хранения.
Кроме того, система может преобразовывать переменный ток обратно в постоянный для более длительного хранения в батареях. В конструкции системы используется бортовой носитель, который может быть высотным метеозондом или дирижаблем, для отправки токопроводящего кабеля в атмосферу, где он подвешен и привязан в постоянном контакте с наземным блоком. К токопроводящему кабелю прикреплен «черный ящик», который преобразует естественное электричество в пригодную для использования форму. Электроэнергия передается по токопроводящему кабелю к генератору, который, в свою очередь, может направлять энергию в инфраструктуру и сеть существующей электрической компании для коммерческого и бытового потребления. Этот генератор платформы также может преобразовывать электричество для более длительного хранения. Флагманский продукт SEFE называется Harmony III и включает в себя электростатический двигатель, который работает как генератор при питании от источника питания высокого напряжения/слабого тока, такого как тот, который в изобилии существует в атмосфере.
На данный момент SEFE получила четыре патента на свою систему и еще ожидает одобрения.
Один из вопросов в их онлайн FAQ относится к эстетике системы:
В: Ветряные электростанции занимают всю сельскую местность и стирают ландшафт. Разве это не относится к воздушным шарам в небе?
А: Одним словом, нет. Чтобы максимизировать сбор электроэнергии, система SEFE поднимает бортовое устройство на сотни футов в атмосферу, далеко за пределы обычной прямой видимости. Кроме того, поскольку каждый блок может генерировать большое количество электроэнергии, требуется меньше блоков, взаимодействующих друг с другом. Таким образом, меньше единиц усеивают ландшафт. Напротив, солнечным или ветровым системам требуется значительное пространство; следовательно, эти «фермы» занимают недвижимое имущество в производстве электроэнергии. Вместо этого мы собираем электричество прямо из источника.
Возможно, вы не сможете увидеть устройства для сбора, но было бы интересно взглянуть на художественные возможности наземного оборудования и систем привязки.