Методы прямого преобразования энергии – это производство электроэнергии из тепловой энергии, электромагнитной и химической (топливные элементы). Такое преобразование подразумевает уменьшение количества операций во время преобразования или же значительно упрощается сам процесс преобразования. Как правило, при прямом преобразовании энергии исключается фаза преобразования в механическую энергию.
Самым востребованным и продуктивным методом прямого преобразования считается магнитогидродинамический метод.
А вообще можно выделить четыре основных метода:
1. Магнитогидродинамический метод. Этот метод реализуется двумя типами преобразователей – это тепловой двигатель и необычная электродинамическая машина. Тепловой двигатель работает по принципу газовой турбины и преобразует энергию тепла в кинетическую энергию газовой струи, а электродинамическая машина – преобразует кинетику газовой струи в электроэнергию. Все это происходит во время сжигания органического топлива при температуре не ниже 2500º. Такая температура способствует ионизации газа, он становиться электропроводными и переходит из газа в состояние плазмы. При температуре 2500º газ ионизируется не полностью и остается некоторое количество молекул. Повышение температуры увеличивает электропроводность. Газ полностью ионизируется при температуре 10000º. Преимущество этого метода заключается, в отсутствии движущихся частей в магнитогидродинамическом генераторе. Это полностью исключает наличие механических усилий, в отличие от тепловых двигателей, где на лопатки воздействует высокая температура вместе с механической нагрузкой. КПД магнитогидродинамического генератора составляет около 50-60%. Также к преимуществам этой установки можно отнести и маневренность. При решении некоторых технических вопросов такие установки в скором будущем, возможно, использовать на атомных станциях. Тогда атомный реактор будет вместо камеры сгорания, ну а рабочим телом будет любой легкоионизирующийся газ, например гелий.
2. Метод топливных элементов. Здесь происходит получение электроэнергии путем преобразования химической энергии. Топливный элемент работает по такой схеме: сжигается газ и при этом выделяемое тепло используется теплосиловым двигателем (например, сжигание водорода в кислородной среде дает тепловую энергию и воду). А можно работать и по другой схеме. Когда сжигание водорода будет проходить в два этапа, в первом участвует водовод, а во втором — кислород. Однако топливные элементы имеют ряд недостатков таких как, трудности в создании прочных электродов, сложность создать нужную скорость преобразования, проблема в создании эффективных электролитов, а также отсутствие возможности использовать дешевое топливо.
3. Метод термоэлектрогенераторов. Суть метода, основана на возникновении электродвижущей силы при разной температуре контактов элементов электроцепи. Число элементов цепи пропорционально порождающейся электродвижущей силе. Преобразование электроэнергии происходит из тепловой энергии. Но КПД таких генераторов низкое, а генераторы дорогостоящие, поэтому область применения их очень малая.
4. Метод термоэмиссионных преобразователей. Преобразование основано на явлении термоэмиссии. Это происходит тогда, когда металл (эмиттер) помещается в вакуумную среду, при этом часть его электронов переходит в вакуум. При нагревании металла увеличивается интенсивность эмиссии. Однако, как и в предыдущем методе, низкий КПД и использование этого метода оправдано лишь тогда когда требуется малая мощность.
