La technologie thermoélectrique pour récolter l'énergie des moteurs à combustion interne

Contexte:
Dans une automobile, seulement ¹ / ₃ de l'énergie potentielle dans le combustible est convertie en énergie mécanique et une partie importante de l'énergie est perdue sous forme de chaleur.

Il y a eu des tentatives antérieures pour récupérer cette énergie perdue. Au début des années 1990, Porsche a développé des générateurs thermoélectriques automobiles (ATEG) qui n'ont pas dépassé le stade du prototypage. Actuellement, Porsche Motorsports teste un système de récupération d'énergie thermique dans sa voiture de course de la série LeMans.

En plus des recherches de Porsche, GM est en collaboration avec Future Tech, LLC. d'explorer l'idée d'utiliser la technologie thoélectrique pour récupérer l'énergie des moteurs à combustion interne. D'autres constructeurs automobiles, comme BMW, explorent également cette technologie.

Actuellement, la consommation d'énergie dans un

• La petite voiture mesure environ 150 W
• Le camion pleine grandeur mesure environ 500 W

Si cette technologie peut être mise en œuvre avec succès, des composants tels que le radiateur, la pompe à eau et l'alternateur pourraient effectivement avoir réduit la charge de travail ou être supprimés du système, réduisant ainsi la charge du moteur à combustion interne.

Question:
Avec l'intérêt croissant pour la technologie verte, y a-t-il des barrières technologiques à côté de l'efficacité qui empêchent la mise en œuvre de la récupération d'énergie des moteurs à combustion interne utilisant la technologie thermoélectrique?

Les références:

• Laquelle doit être utilisée avec une tension de sortie adaptée ou une tension en circuit ouvert?
• Avantages de la technologie thermoélectrique pour l'automobile
• La promesse et les problèmes des générateurs thermoélectriques
• Modélisation d'un générateur thermoélectrique automobile (ATEG)
• Thermoélectrique pour remplacer les alternateurs de voiture et améliorer MPG
• Génératrice thermo-électrique dans un moteur diesel turbocompressé
• Des chercheurs de l'Université de Kettering travaillent avec General Dynamics pour convertir l'énergie thermique inutilisée de leurs systèmes de propulsion en énergie utile et propre
• La Porsche 919 Hybrid LeMans Racer s'attaque aux deux tiers de l'énergie de l'essence gaspillée en chaleur
• Les Allemands tentent de remplacer l'alternateur par des générateurs thermoélectriques ou TEG
• Porsche 919 Hybrid LMP1 Le Mans prototype ...

note de bas de page

Le doublon suggéré est lié, mais toujours distinctement différent. L'ordre de grandeur de l'énergie disponible pour récupérer d'un moteur à combustion interne est considérablement plus élevé que dans le GPU d'une carte vidéo. Ainsi, les économies d'échelle sont différentes et des solutions différentes sont donc possibles.

Comme pour toute nouvelle technologie, le coût est le principal moteur ici. De plus, ces appareils produisent de l'électricité qui est une forme d'énergie qu'une automobile à combustion interne typique ne peut utiliser que pour l'équipement auxiliaire. Cela améliorerait effectivement le rendement énergétique, mais le gain serait relativement mineur.

Les ingénieurs sont généralement réticents à utiliser de nouvelles technologies coûteuses qui sont relativement non testées lorsque les méthodes existantes sont suffisantes pour atteindre l'objectif. Dans ce cas, la plupart des constructeurs automobiles s'efforcent de produire un produit à prix compétitif. Les personnes les plus préoccupées par l'efficacité énergétique auront tendance à considérer un véhicule hybride (ou tout électrique) au lieu d'un véhicule propulsé par un moteur à combustion interne standard. La plupart des autres consommateurs préféreraient acheter un véhicule moins cher que celui qui pourrait augmenter légèrement leur efficacité énergétique.

Il y a de bonnes raisons pour lesquelles, bien que la plupart de vos liens soient d'il y a plusieurs années, très peu est venu de l'un d'eux. L'économie et l'ingénierie ne sont tout simplement pas favorables. Une partie de l'art d'un moteur est de vider la chaleur le plus rapidement possible; en outre, la chaleur est une forme d'énergie de faible qualité, donc une fois que votre énergie est de la chaleur, vous avez déjà perdu toutes vos meilleures opportunités pour en faire plus. Regardons ces deux choses en détail.

se débarrasser rapidement de la chaleur est le nom du jeu

L'échappement est conçu pour éloigner la chaleur et les produits de la combustion du moteur. Le radiateur fait un travail similaire pour éliminer et dissiper la chaleur.

Le rejet rapide de chaleur est crucial dans un moteur thermique, car l'efficacité dépend de la température du réservoir froid et du delta à la température la plus élevée.

Donc, tout ce que vous mettez sur le chemin, comme votre appareil de récupération d'énergie proposé, ralentira la vitesse à laquelle la chaleur quitte le moteur. Cela réduit non seulement l'efficacité (il semble étrange que vous ayez exclu l'efficacité en tant que considération: pourquoi envisageriez-vous de toute façon la récupération d'énergie?) Cela augmentera également la température d'équilibre des pièces de travail de la voiture, raccourcissant sa durée de vie.

Si le carburant est si précieux que la récupération d'énergie semble attrayante, cela vaut la peine de rendre la voiture plus efficace en premier lieu, afin qu'il y ait moins de chaleur perdue: d'abord, réduisez la consommation d'énergie à haute valeur, avant d'essayer de recycler à faible valeur énergie. Et cela m'amène à ...

énergie contre exergie

La chaleur est, dans une grande partie des cas, un déchet. C'est presque toujours la forme d'énergie la moins utile. C'est vraiment ce que la limite d'efficacité Carnot vous dit: que pour obtenir un travail à partir d'une chaleur de faible qualité, vous ne pouvez le faire qu'avec une efficacité très faible; c'est-à-dire que presque toute la chaleur restera sous forme de chaleur.

Lors de l'ingénierie avec la chaleur et d'autres formes d'énergie, il est très utile de développer une intuition pour distinguer l' énergie (la chose mesurée en joules) et l' exergie (la chose qui fait travailler). La forme dans laquelle l'énergie se trouve détermine la quantité de travail qu'elle peut faire. L'énergie chimique, telle que celle du carburant, peut faire d'énormes quantités de travail efficacement - elle a une exergie très élevée. Mais la même quantité d'énergie que la chaleur peut faire beaucoup moins de travail - elle a une très faible exergie. Les moteurs à combustion interne sont tellement inefficaces car ils prennent une forme d'énergie de haute qualité (chimique) et se transforment immédiatement en une énergie de faible qualité (chaleur).

L'humble alternateur est très bon dans son travail. Les générateurs thermoélectriques à semi-conducteurs ne sont tout simplement pas proches, pas en termes de coût, ni de performances. L'utilisation de la rotation relative d'un conducteur et d'un aimant est un moyen très efficace de transformer la chaleur en électricité: c'est pourquoi il est utilisé dans les centrales électriques, les voitures, les dynamos de vélo et de nombreuses autres utilisations.

Ainsi, bien que la récupération d'énergie semble intelligente, c'est une mauvaise ingénierie: elle essaie de corriger un symptôme plutôt que de s'attaquer à la cause sous-jacente.

Si vous voulez plus de travail sur ces joules, faites-le avant que ces joules ne soient sous forme de chaleur.

L'utilisation de toute idée / technologie dépend de sa rentabilité. L'efficacité n'est qu'une partie de l'analyse. Si les modules étaient gratuits et ne tournaient jamais mal, ils seraient certainement utilisés. Cependant, les modules haute température sont chers pour leur puissance produite; ce qui les rend actuellement peu rentables.

EnergyNumbers explique bien la thermodynamique impliquée. À cause de Carnot, vous ne pouvez pas récolter une quantité importante de puissance de cette façon. C'est aussi pourquoi l'argent pour les modules Peltier est mieux dépensé pour augmenter l'efficacité / les performances du moteur. Cependant, la chaleur perdue à haute température sera là malgré tout et lorsque la thermoélectrique deviendra rentable, vous la verrez en cours d'utilisation.

Malgré ce que les gens peuvent annoncer, aucune idée / technologie n'est «verte» jusqu'à ce qu'elle puisse tirer son propre poids dans une analyse coûts-avantages. Vous devez regarder l'image entière; combien de dollars et de matières premières a-t-il consommé pour fournir cette énergie "verte".

Si vous souhaitez le découvrir par vous-même, voici quelques modules haute température que vous pouvez évaluer et évaluer. N'oubliez pas que les watts indiqués correspondent à la puissance consommée et non à la puissance générée. tetech.com