উচ্চ দক্ষতার সাথে তাপ শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর: পদ্ধতি এবং সরঞ্জাম

2024 লেখক: Howard Calhoun | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-02 13:50

তাপ শক্তি মানুষের কার্যকলাপে একটি বিশেষ স্থান দখল করে, যেহেতু এটি অর্থনীতির সমস্ত ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়, বেশিরভাগ শিল্প প্রক্রিয়া এবং মানুষের জীবিকা সহ। বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, বর্জ্য তাপ অপরিবর্তনীয়ভাবে এবং কোন অর্থনৈতিক সুবিধা ছাড়াই হারিয়ে যায়। এই হারিয়ে যাওয়া সম্পদের আর কোনো মূল্য নেই, তাই এটিকে পুনঃব্যবহার করলে তা শক্তি সংকট কমাতে এবং পরিবেশ রক্ষা উভয়ই সাহায্য করবে। অতএব, তাপকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করার এবং বর্জ্য তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তর করার নতুন উপায়গুলি আজ আগের চেয়ে বেশি প্রাসঙ্গিক৷

বিদ্যুৎ উৎপাদনের প্রকার

প্রাকৃতিক শক্তির উৎসকে বিদ্যুৎ, তাপ বা গতিশক্তিতে রূপান্তরের জন্য সর্বাধিক দক্ষতার প্রয়োজন, বিশেষ করে গ্যাস এবং কয়লা চালিত বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিতে, CO2 নিঃসরণ কমাতে_{2। রূপান্তর করার বিভিন্ন উপায় আছেপ্রাথমিক শক্তির প্রকারের উপর নির্ভর করে তাপীয় শক্তি বৈদ্যুতিক শক্তিতে পরিণত হয়৷}

শক্তি সম্পদের মধ্যে, কয়লা এবং প্রাকৃতিক গ্যাস দহন (তাপ শক্তি) দ্বারা বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে এবং ইউরেনিয়াম পারমাণবিক বিভাজন (পারমাণবিক শক্তি) দ্বারা বাষ্প শক্তি ব্যবহার করে বাষ্প টারবাইন চালু করতে ব্যবহৃত হয়। 2017 সালের জন্য সেরা দশটি বিদ্যুৎ উৎপাদনকারী দেশ ফটোতে দেখানো হয়েছে৷

তাপ শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরের জন্য বিদ্যমান সিস্টেমের দক্ষতার সারণী।

	তাপ শক্তি থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদন	দক্ষতা, %
1	তাপ বিদ্যুৎ কেন্দ্র, সিএইচপি প্লান্ট	32
2	পরমাণু কেন্দ্র, পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র	80
3	কন্ডেন্সিং পাওয়ার প্ল্যান্ট, IES	40
4	গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্ট, GTPP	60
5	থার্মিয়নিক ট্রান্সডুসার, TECs	40
6	থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর	7
7	MHD পাওয়ার জেনারেটর একসাথে CHP	60

তাপ শক্তিতে রূপান্তর করার জন্য একটি পদ্ধতি বেছে নেওয়াবৈদ্যুতিক এবং এর অর্থনৈতিক সম্ভাব্যতা শক্তির প্রয়োজন, প্রাকৃতিক জ্বালানীর প্রাপ্যতা এবং নির্মাণ সাইটের পর্যাপ্ততার উপর নির্ভর করে। উৎপাদনের ধরন বিশ্বজুড়ে পরিবর্তিত হয়, যার ফলে বিদ্যুতের দাম বিস্তৃত হয়।

ঐতিহ্যবাহী বৈদ্যুতিক শক্তি শিল্পের সমস্যা

তাপ শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করার প্রযুক্তি, যেমন তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্র, পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র, আইইএস, গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্ট, তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্র, তাপবিদ্যুৎ জেনারেটর, MHD জেনারেটরের বিভিন্ন সুবিধা এবং অসুবিধা রয়েছে। ইলেকট্রিক পাওয়ার রিসার্চ ইনস্টিটিউট (ইপিআরআই) প্রাকৃতিক শক্তি উৎপাদন প্রযুক্তির সুবিধা এবং অসুবিধাগুলিকে চিত্রিত করে, নির্মাণ এবং বিদ্যুতের খরচ, জমি, জলের প্রয়োজনীয়তা, CO নির্গমন2_{, অপচয়, সামর্থ্য এবং নমনীয়তা।}

EPRI ফলাফলগুলি হাইলাইট করে যে বিদ্যুৎ উৎপাদন প্রযুক্তি বিবেচনা করার সময় এক-আকার-ফিট-সমস্ত পদ্ধতি নেই, তবুও প্রাকৃতিক গ্যাস এখনও বেশি উপকার করে কারণ এটি নির্মাণের জন্য সাশ্রয়ী, বিদ্যুতের খরচ কম, কম নির্গমন উৎপন্ন করে কয়লা যাইহোক, সমস্ত দেশে প্রচুর এবং সস্তা প্রাকৃতিক গ্যাসের অ্যাক্সেস নেই। কিছু ক্ষেত্রে, ভূ-রাজনৈতিক উত্তেজনার কারণে প্রাকৃতিক গ্যাসের প্রবেশাধিকার হুমকির মুখে পড়েছে, যেমনটি পূর্ব ইউরোপ এবং কিছু পশ্চিম ইউরোপীয় দেশে ছিল৷

নবায়নযোগ্য শক্তি প্রযুক্তি যেমন বায়ুটারবাইন, সৌর ফটোভোলটাইক মডিউল নির্গমন বিদ্যুৎ উত্পাদন করে। যাইহোক, তাদের প্রচুর জমির প্রয়োজন হয় এবং তাদের কার্যকারিতার ফলাফল অস্থির এবং আবহাওয়ার উপর নির্ভর করে। কয়লা, তাপের প্রধান উৎস, সবচেয়ে সমস্যাযুক্ত। এটি CO নির্গমনের দিকে পরিচালিত করে_{2, কুল্যান্টকে ঠাণ্ডা করার জন্য প্রচুর পরিস্কার জলের প্রয়োজন হয় এবং স্টেশন নির্মাণের জন্য একটি বড় এলাকা দখল করে৷}

নতুন প্রযুক্তির লক্ষ্য বিদ্যুত উৎপাদন প্রযুক্তির সাথে যুক্ত অনেক সমস্যা কমানো। উদাহরণস্বরূপ, একটি ব্যাকআপ ব্যাটারির সাথে মিলিত গ্যাস টারবাইনগুলি জ্বালানী পোড়ানো ছাড়াই আকস্মিক ব্যাকআপ প্রদান করে এবং সাশ্রয়ী বৃহৎ-স্কেল শক্তি সঞ্চয়স্থান তৈরি করে মাঝে মাঝে নবায়নযোগ্য সংস্থান সমস্যাগুলি প্রশমিত করা যেতে পারে। এইভাবে, আজ তাপ শক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করার কোনও নিখুঁত উপায় নেই, যা ন্যূনতম পরিবেশগত প্রভাব সহ নির্ভরযোগ্য এবং সাশ্রয়ী বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে পারে৷

তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্র

একটি তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রে, উচ্চ-চাপ এবং উচ্চ-তাপমাত্রার বাষ্প, কঠিন জ্বালানী (প্রধানত কয়লা) জ্বালিয়ে গরম জল থেকে প্রাপ্ত, একটি জেনারেটরের সাথে সংযুক্ত একটি টারবাইন ঘোরায়। এইভাবে, এটি তার গতিশক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করে। তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রের অপারেটিং উপাদান:

1. গ্যাস চুল্লি সহ বয়লার।
2. স্টিম টারবাইন।
3. জেনারেটর।
4. ক্যাপাসিটর।
5. কুলিং টাওয়ার।
6. চলাচল জলের পাম্প।
7. ফিড পাম্পবয়লারে জল।
8. ফোর্সড এক্সস্ট ফ্যান।
9. বিভাজক।

একটি তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রের সাধারণ চিত্র নীচে দেখানো হয়েছে৷

বাষ্প বয়লার জলকে বাষ্পে রূপান্তর করতে ব্যবহৃত হয়। এই প্রক্রিয়াটি জ্বালানী জ্বলন থেকে গরম করার সাথে পাইপে জল গরম করে বাহিত হয়। বাইরে থেকে বায়ু সরবরাহ সহ জ্বালানী দহন চেম্বারে জ্বলন প্রক্রিয়া ক্রমাগত সঞ্চালিত হয়।

বাষ্প টারবাইন একটি জেনারেটর চালানোর জন্য বাষ্প শক্তি স্থানান্তর করে। উচ্চ চাপ এবং তাপমাত্রা সহ বাষ্প শ্যাফ্টে লাগানো টারবাইন ব্লেডগুলিকে ধাক্কা দেয় যাতে এটি ঘোরানো শুরু করে। এই ক্ষেত্রে, টারবাইনে প্রবেশকারী সুপারহিটেড বাষ্পের পরামিতিগুলি একটি স্যাচুরেটেড অবস্থায় হ্রাস পায়। স্যাচুরেটেড বাষ্প কনডেনসারে প্রবেশ করে এবং জেনারেটর ঘোরানোর জন্য ঘূর্ণমান শক্তি ব্যবহার করা হয়, যা কারেন্ট উৎপন্ন করে। আজ প্রায় সব স্টিম টারবাইন কনডেন্সার টাইপের।

কন্ডেন্সার হল বাষ্পকে জলে রূপান্তরিত করার যন্ত্র। বাষ্প পাইপের বাইরে প্রবাহিত হয় এবং শীতল জল পাইপের ভিতরে প্রবাহিত হয়। এই নকশা একটি পৃষ্ঠ ক্যাপাসিটর বলা হয়. তাপ স্থানান্তরের হার শীতল জলের প্রবাহ, পাইপের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং জলীয় বাষ্প এবং শীতল জলের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্যের উপর নির্ভর করে। জলীয় বাষ্প পরিবর্তন প্রক্রিয়া স্যাচুরেটেড চাপ এবং তাপমাত্রার অধীনে ঘটে, এই ক্ষেত্রে কনডেন্সার ভ্যাকুয়ামের অধীনে থাকে, কারণ শীতল জলের তাপমাত্রা বাইরের তাপমাত্রার সমান, ঘনীভূত জলের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা বাইরের তাপমাত্রার কাছাকাছি।

জেনারেটর যান্ত্রিক রূপান্তর করেবিদ্যুতে শক্তি। জেনারেটরে একটি স্টেটর এবং একটি রটার থাকে। স্টেটরে একটি হাউজিং থাকে যেখানে কয়েল থাকে এবং চৌম্বক ক্ষেত্র রোটারি স্টেশনে একটি কোর থাকে যাতে কয়েল থাকে।

উত্পাদিত শক্তির ধরন অনুসারে, TPP গুলিকে IESs ঘনীভূত করে বিভক্ত করা হয়, যা বিদ্যুৎ উৎপাদন করে এবং সম্মিলিত তাপ এবং বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি, যা যৌথভাবে তাপ (বাষ্প এবং গরম জল) এবং বিদ্যুৎ উত্পাদন করে। পরেরটির উচ্চ দক্ষতার সাথে তাপ শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করার ক্ষমতা রয়েছে।

পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্র

পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি জলকে গরম করতে এবং বাষ্প তৈরি করতে পারমাণবিক বিভাজনের সময় নির্গত তাপ ব্যবহার করে। বাষ্প বড় টারবাইন চালু করতে ব্যবহৃত হয় যা বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে। বিদারণে, পরমাণুগুলি বিভক্ত হয়ে ছোট পরমাণু তৈরি করে, শক্তি নির্গত করে। প্রক্রিয়াটি চুল্লির ভিতরে সঞ্চালিত হয়। এর কেন্দ্রে ইউরেনিয়াম 235 সমন্বিত একটি কোর রয়েছে। পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলির জন্য জ্বালানী ইউরেনিয়াম থেকে প্রাপ্ত হয়, যার মধ্যে আইসোটোপ 235U (0.7%) এবং অ-বিভাজন 238U (99.3%) রয়েছে।

পরমাণু জ্বালানী চক্র পারমাণবিক শক্তি চুল্লিতে ইউরেনিয়াম থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদনের সাথে জড়িত শিল্প পদক্ষেপের একটি সিরিজ। ইউরেনিয়াম একটি অপেক্ষাকৃত সাধারণ উপাদান যা সারা বিশ্বে পাওয়া যায়। এটি বিভিন্ন দেশে খনন করা হয় এবং জ্বালানি হিসেবে ব্যবহার করার আগে প্রক্রিয়াজাত করা হয়।

পরমাণু বিদ্যুৎ কেন্দ্রে তাপ শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরের জন্য বিদ্যুতের উৎপাদনের সাথে সম্পর্কিত ক্রিয়াকলাপগুলিকে সম্মিলিতভাবে পারমাণবিক জ্বালানী চক্র হিসাবে উল্লেখ করা হয়। পারমাণবিকজ্বালানী চক্র ইউরেনিয়াম খনির মাধ্যমে শুরু হয় এবং পারমাণবিক বর্জ্য নিষ্পত্তির মাধ্যমে শেষ হয়। পারমাণবিক শক্তির বিকল্প হিসাবে ব্যবহৃত জ্বালানি পুনঃপ্রক্রিয়া করার সময়, এর পদক্ষেপগুলি একটি সত্য চক্র গঠন করে।

ইউরেনিয়াম-প্লুটোনিয়াম জ্বালানী চক্র

পরমাণু বিদ্যুৎ কেন্দ্রে ব্যবহারের জন্য জ্বালানি প্রস্তুত করতে, জ্বালানী উপাদানগুলির নিষ্কাশন, প্রক্রিয়াকরণ, রূপান্তর, সমৃদ্ধকরণ এবং উৎপাদনের জন্য প্রক্রিয়াগুলি সম্পন্ন করা হয়। জ্বালানী চক্র:

1. ইউরেনিয়াম 235 বার্নআপ।
2. স্ল্যাগ - 235U এবং (239Pu, 241Pu) 238U থেকে।
3. 235U এর ক্ষয়কালে এর ব্যবহার কমে যায় এবং বিদ্যুৎ উৎপন্ন করার সময় 238U থেকে আইসোটোপ পাওয়া যায়।

VVR এর জন্য জ্বালানী রডের খরচ উৎপন্ন বিদ্যুতের খরচের প্রায় 20%।

ইউরেনিয়াম একটি চুল্লিতে প্রায় তিন বছর অতিবাহিত করার পর, ব্যবহৃত জ্বালানীটি বর্জ্য নিষ্পত্তির আগে অস্থায়ী স্টোরেজ, পুনঃপ্রক্রিয়াকরণ এবং পুনর্ব্যবহার সহ ব্যবহারের আরেকটি প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যেতে পারে। পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি তাপ শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে সরাসরি রূপান্তর প্রদান করে। চুল্লির কেন্দ্রে পারমাণবিক বিভাজনের সময় নির্গত তাপ জলকে বাষ্পে পরিণত করতে ব্যবহৃত হয়, যা একটি বাষ্প টারবাইনের ব্লেড ঘোরায়, জেনারেটরগুলিকে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে চালিত করে৷

বাষ্পকে কুলিং টাওয়ার নামে একটি পাওয়ার প্লান্টে একটি পৃথক কাঠামোতে জলে পরিণত করে ঠান্ডা করা হয়, যা বাষ্প পাওয়ার সার্কিটের পরিষ্কার জলকে ঠান্ডা করতে পুকুর, নদী বা সমুদ্রের জল ব্যবহার করে। তারপর ঠাণ্ডা পানিকে আবার বাষ্প তৈরি করতে ব্যবহার করা হয়।

পরমাণু বিদ্যুৎ কেন্দ্রে বিদ্যুৎ উৎপাদনের অংশ, সম্পর্কিততাদের বিভিন্ন ধরণের সম্পদের উৎপাদনের সামগ্রিক ভারসাম্য, কিছু দেশ এবং বিশ্বের প্রেক্ষাপটে - নীচের ছবিতে৷

গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্ট

একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের পরিচালনার নীতিটি স্টিম টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের মতো। একমাত্র পার্থক্য হল একটি স্টিম টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্ট টারবাইন ঘুরানোর জন্য সংকুচিত বাষ্প ব্যবহার করে, যখন একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্ট গ্যাস ব্যবহার করে।

আসুন একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্টে তাপ শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করার নীতিটি বিবেচনা করা যাক।

একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্টে, একটি কম্প্রেসারে বায়ু সংকুচিত হয়। তারপর এই সংকুচিত বায়ু দহন চেম্বারের মধ্য দিয়ে যায়, যেখানে গ্যাস-বায়ু মিশ্রণ তৈরি হয়, সংকুচিত বাতাসের তাপমাত্রা বেড়ে যায়। এই উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ মিশ্রণ একটি গ্যাস টারবাইন মাধ্যমে পাস করা হয়. টারবাইনে, এটি তীক্ষ্ণভাবে প্রসারিত হয়, টারবাইন ঘোরানোর জন্য পর্যাপ্ত গতিশক্তি পায়।

একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্টে, টারবাইন শ্যাফ্ট, অল্টারনেটর এবং এয়ার কম্প্রেসার সাধারণ। টারবাইনে উৎপন্ন যান্ত্রিক শক্তি আংশিকভাবে বাতাসকে সংকুচিত করতে ব্যবহৃত হয়। গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টগুলি প্রায়ই জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিতে ব্যাক-আপ সহায়ক শক্তি সরবরাহকারী হিসাবে ব্যবহৃত হয়। এটি জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের স্টার্ট আপের সময় সহায়ক শক্তি উৎপন্ন করে৷

গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্টের সুবিধা এবং অসুবিধা

নকশাগ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্ট একটি স্টিম টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের চেয়ে অনেক সহজ। গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের আকার বাষ্প টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের চেয়ে ছোট। একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্টে কোন বয়লার উপাদান নেই এবং তাই সিস্টেমটি কম জটিল। কোন বাষ্প, কোন কনডেন্সার বা কুলিং টাওয়ারের প্রয়োজন নেই।

শক্তিশালী গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের ডিজাইন এবং নির্মাণ অনেক সহজ এবং সস্তা, মূলধন এবং অপারেটিং খরচ অনুরূপ স্টিম টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের খরচের তুলনায় অনেক কম।

একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের স্থায়ী ক্ষতি একটি স্টিম টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম, যেহেতু একটি স্টিম টারবাইনে বয়লার পাওয়ার প্ল্যান্টকে অবিচ্ছিন্নভাবে কাজ করতে হবে, এমনকি সিস্টেম নেটওয়ার্কে লোড সরবরাহ না করলেও. একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্ট প্রায় সঙ্গে সঙ্গে চালু করা যেতে পারে।

একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্টের অসুবিধা:

1. টারবাইনে উৎপন্ন যান্ত্রিক শক্তি এয়ার কম্প্রেসার চালাতেও ব্যবহৃত হয়।
2. কারণ টারবাইনে উৎপন্ন বেশিরভাগ যান্ত্রিক শক্তি এয়ার কম্প্রেসার চালাতে ব্যবহৃত হয়, একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের সামগ্রিক দক্ষতা একটি সমতুল্য স্টিম টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের মতো বেশি নয়৷
3. একটি গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টের নিষ্কাশন গ্যাসগুলি বয়লার থেকে খুব আলাদা।
4. টারবাইনের প্রকৃত সূচনা করার আগে, বায়ু অবশ্যই পূর্ব-সংকুচিত হতে হবে, যার জন্য গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্ট চালু করার জন্য একটি অতিরিক্ত শক্তির উত্স প্রয়োজন৷
5. গ্যাসের তাপমাত্রা যথেষ্ট বেশিগ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্লান্ট। এর ফলে একটি সমতুল্য স্টিম টারবাইনের চেয়ে সংক্ষিপ্ত সিস্টেম লাইফ হয়৷

এর কম দক্ষতার কারণে, গ্যাস টারবাইন পাওয়ার প্ল্যান্টটি বাণিজ্যিক বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহার করা যায় না, এটি সাধারণত অন্যান্য প্রচলিত বিদ্যুৎ কেন্দ্র যেমন জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিতে সহায়ক শক্তি সরবরাহ করতে ব্যবহৃত হয়।

থার্মিয়নিক রূপান্তরকারী

এগুলিকে থার্মিওনিক জেনারেটর বা থার্মোইলেকট্রিক মোটরও বলা হয়, যা সরাসরি তাপ নির্গমন ব্যবহার করে তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তর করে। থার্মিওনিক রেডিয়েশন নামে পরিচিত একটি তাপমাত্রা-প্ররোচিত ইলেক্ট্রন প্রবাহ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে তাপ শক্তিকে অত্যন্ত উচ্চ দক্ষতায় বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করা যেতে পারে।

থার্মিয়নিক এনার্জি কনভার্টারগুলির অপারেশনের মূল নীতি হল যে ইলেকট্রনগুলি একটি ভ্যাকুয়ামে উত্তপ্ত ক্যাথোডের পৃষ্ঠ থেকে বাষ্পীভূত হয় এবং তারপরে একটি ঠান্ডা অ্যানোডে ঘনীভূত হয়। 1957 সালে প্রথম ব্যবহারিক প্রদর্শনের পর থেকে, থার্মিওনিক পাওয়ার কনভার্টারগুলি বিভিন্ন তাপের উত্সের সাথে ব্যবহার করা হয়েছে, তবে তাদের সকলের জন্য উচ্চ তাপমাত্রায় অপারেশন প্রয়োজন - 1500 K-এর উপরে। তুলনামূলকভাবে কম তাপমাত্রায় থার্মিয়নিক পাওয়ার কনভার্টারগুলি চালানোর সময় (700 K - 900 K) সম্ভব, প্রক্রিয়াটির কার্যকারিতা, যা সাধারণত > 50%, উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে কারণ ক্যাথোড থেকে প্রতি ইউনিট এলাকায় নির্গত ইলেকট্রনের সংখ্যা গরম করার তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে।

প্রচলিত ক্যাথোড উপকরণের জন্য যেমনধাতু এবং সেমিকন্ডাক্টরের মতো, নির্গত ইলেকট্রনের সংখ্যা ক্যাথোড তাপমাত্রার বর্গক্ষেত্রের সমানুপাতিক। যাইহোক, সাম্প্রতিক একটি গবেষণায় দেখা গেছে যে গরম ক্যাথোড হিসাবে গ্রাফিন ব্যবহার করে তাপ তাপমাত্রা একটি মাত্রার ক্রম দ্বারা হ্রাস করা যেতে পারে। প্রাপ্ত তথ্য দেখায় যে একটি গ্রাফিন-ভিত্তিক ক্যাথোড থার্মিয়নিক কনভার্টার 900 K-এ কাজ করে 45% এর কার্যকারিতা অর্জন করতে পারে।

ইলেকট্রন থার্মিয়নিক নির্গমন প্রক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্রটি ছবিতে দেখানো হয়েছে৷

TIC গ্রাফিনের উপর ভিত্তি করে, যেখানে Tc এবং Ta যথাক্রমে ক্যাথোডের তাপমাত্রা এবং অ্যানোডের তাপমাত্রা। থার্মিওনিক নির্গমনের নতুন প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে, গবেষকরা পরামর্শ দেন যে গ্রাফিন-ভিত্তিক ক্যাথোড শক্তি রূপান্তরকারী শিল্প বর্জ্য তাপের পুনর্ব্যবহারে এর প্রয়োগ খুঁজে পেতে পারে, যা প্রায়শই 700 থেকে 900 K এর তাপমাত্রার পরিসরে পৌঁছায়।

লিয়াং এবং ইং দ্বারা উপস্থাপিত নতুন মডেলটি গ্রাফিন-ভিত্তিক পাওয়ার কনভার্টার ডিজাইনকে উপকৃত করতে পারে। সলিড স্টেট পাওয়ার কনভার্টার, যা প্রধানত থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর, সাধারণত নিম্ন তাপমাত্রা পরিসরে অদক্ষভাবে কাজ করে (7% এর কম দক্ষতা)।

থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর

আবর্জ্য শক্তি পুনর্ব্যবহার করা গবেষক এবং বিজ্ঞানীদের জন্য একটি জনপ্রিয় লক্ষ্য হয়ে উঠেছে যারা এই লক্ষ্য অর্জনের জন্য উদ্ভাবনী পদ্ধতি নিয়ে আসে। সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল ক্ষেত্রগুলির মধ্যে একটি হল ন্যানো প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে থার্মোইলেকট্রিক ডিভাইস, যাশক্তি সঞ্চয় একটি নতুন পদ্ধতির মত চেহারা. তাপকে বিদ্যুতে বা বিদ্যুৎকে তাপে সরাসরি রূপান্তরকে পেল্টিয়ার প্রভাবের উপর ভিত্তি করে তাপবিদ্যুৎ বলা হয়। সুনির্দিষ্টভাবে বলতে গেলে, প্রভাবটির নামকরণ করা হয়েছে দুই পদার্থবিদ - জিন পেল্টিয়ার এবং টমাস সিবেকের নামে।

পেল্টিয়ার আবিষ্কার করেছেন যে দুটি জংশনে সংযুক্ত দুটি ভিন্ন বৈদ্যুতিক পরিবাহীতে প্রেরিত একটি কারেন্ট একটি জংশনকে উত্তপ্ত করবে যখন অন্য জংশনটি ঠান্ডা হবে। পেল্টিয়ার তার গবেষণা চালিয়ে যান এবং দেখতে পান যে বিসমাথ-অ্যান্টিমনি (BiSb) জংশনে কেবল স্রোত পরিবর্তন করে এক ফোঁটা জল হিমায়িত করা যেতে পারে। পেল্টিয়ার আরও আবিষ্কার করেছিলেন যে বিভিন্ন কন্ডাক্টরের সংযোগস্থলে তাপমাত্রার পার্থক্য স্থাপন করা হলে বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রবাহিত হতে পারে।

তাপবিদ্যুৎ বিদ্যুতের একটি অত্যন্ত আকর্ষণীয় উৎস কারণ তাপ প্রবাহকে সরাসরি বিদ্যুতে রূপান্তর করার ক্ষমতা। এটি একটি এনার্জি কনভার্টার যা অত্যন্ত স্কেলযোগ্য এবং এতে কোনো চলমান অংশ বা তরল জ্বালানি নেই, এটি প্রায় যেকোনো পরিস্থিতির জন্য উপযুক্ত করে তোলে যেখানে প্রচুর তাপ নষ্ট হয়ে যায়, পোশাক থেকে শুরু করে বড় শিল্প সুবিধা পর্যন্ত।

অর্ধপরিবাহী থার্মোকল উপকরণগুলিতে ব্যবহৃত ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি ভাল বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বজায় রাখতে এবং তাপ পরিবাহিতা হ্রাস করতে সহায়তা করবে। সুতরাং, ন্যানো প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে উপকরণ ব্যবহারের মাধ্যমে তাপবিদ্যুৎ ডিভাইসের কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি করা যেতে পারেপেল্টিয়ার প্রভাব ব্যবহার করে। তারা উন্নত থার্মোইলেক্ট্রিক বৈশিষ্ট্য এবং সৌর শক্তির ভাল শোষণ ক্ষমতা করেছে৷

তাপবিদ্যুতের প্রয়োগ:

1. এনার্জি প্রদানকারী এবং সেন্সর রেঞ্জে।
2. একটি জ্বলন্ত তেলের বাতি যা দূরবর্তী যোগাযোগের জন্য একটি বেতার রিসিভার নিয়ন্ত্রণ করে।
3. শরীরের তাপের সাথে MP3 প্লেয়ার, ডিজিটাল ঘড়ি, জিপিএস/জিএসএম চিপ এবং ইমপালস মিটারের মতো ছোট ইলেকট্রনিক ডিভাইস প্রয়োগ করা।
4. বিলাসবহুল গাড়িতে দ্রুত শীতল আসন।
5. যানবাহনের বর্জ্য তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তর করে পরিষ্কার করুন।
6. কারখানা বা শিল্প সুবিধার বর্জ্য তাপকে অতিরিক্ত শক্তিতে রূপান্তর করুন।
7. সৌর থার্মোইলেক্ট্রিক শক্তি উৎপাদনের জন্য ফোটোভোলটাইক কোষের চেয়ে বেশি দক্ষ হতে পারে, বিশেষ করে কম সূর্যালোকযুক্ত অঞ্চলে৷

MHD পাওয়ার জেনারেটর

ম্যাগনেটোহাইড্রোডাইনামিক পাওয়ার জেনারেটর একটি চলমান তরল (সাধারণত একটি আয়নিত গ্যাস বা প্লাজমা) এবং একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মিথস্ক্রিয়া মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে। 1970 সাল থেকে, জ্বালানী হিসাবে কয়লা ব্যবহারের উপর বিশেষ মনোযোগ দিয়ে MHD গবেষণা প্রোগ্রামগুলি বেশ কয়েকটি দেশে পরিচালিত হয়েছে৷

MHD প্রযুক্তি প্রজন্মের অন্তর্নিহিত নীতিটি মার্জিত। সাধারণত, জীবাশ্ম জ্বালানী পোড়ানোর মাধ্যমে বৈদ্যুতিক পরিবাহী গ্যাস উচ্চ চাপে উত্পাদিত হয়। গ্যাসটি তখন একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মাধ্যমে পরিচালিত হয়, যার ফলে একটি ইলেক্ট্রোমোটিভ বল এটির ভিতরে আবেশনের আইন অনুসারে কাজ করে।ফ্যারাডে (19 শতকের ইংরেজ পদার্থবিদ এবং রসায়নবিদ মাইকেল ফ্যারাডে এর নামানুসারে নামকরণ করা হয়েছে)।

MHD সিস্টেম হল একটি তাপ ইঞ্জিন যা একটি প্রচলিত গ্যাস টারবাইন জেনারেটরের মতো একইভাবে উচ্চ থেকে নিম্নচাপে গ্যাসের প্রসারণকে অন্তর্ভুক্ত করে। MHD সিস্টেমে, গ্যাসের গতিশক্তি সরাসরি বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়, কারণ এটি প্রসারিত হতে দেওয়া হয়। MHD তৈরির আগ্রহ প্রাথমিকভাবে এই আবিষ্কারের দ্বারা উদ্ভূত হয়েছিল যে চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে প্লাজমার মিথস্ক্রিয়া ঘূর্ণায়মান যান্ত্রিক টারবাইনের তুলনায় অনেক বেশি তাপমাত্রায় ঘটতে পারে৷

তাপ ইঞ্জিনগুলির দক্ষতার ক্ষেত্রে সীমিত কার্যকারিতা 19 শতকের শুরুতে ফরাসি প্রকৌশলী সাদি কার্নট দ্বারা সেট করা হয়েছিল। একটি MHD জেনারেটরের আউটপুট শক্তি তার আয়তনের প্রতিটি ঘনমিটারের জন্য গ্যাস পরিবাহিতা পণ্যের সমানুপাতিক, গ্যাসের বেগের বর্গক্ষেত্র এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তির বর্গ যার মধ্য দিয়ে গ্যাস চলে যায়। ভাল কর্মক্ষমতা এবং যুক্তিসঙ্গত শারীরিক মাত্রা সহ MHD জেনারেটরগুলি প্রতিযোগিতামূলকভাবে পরিচালনা করার জন্য, প্লাজমার বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা অবশ্যই 1800 K (প্রায় 1500 C বা 2800 F) তাপমাত্রার সীমার মধ্যে হতে হবে।

MHD জেনারেটরের ধরনের পছন্দ ব্যবহৃত জ্বালানি এবং প্রয়োগের উপর নির্ভর করে। পৃথিবীর অনেক দেশে প্রচুর কয়লা মজুদ বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য MHD কার্বন সিস্টেমের উন্নয়নে অবদান রাখে।