Как превратить создаваемое ЦОД тепло в электричество?

Инженеры стартапа Alphabet Energy ведут разработку передовой системы рекуперации тепловой энергии и превращения ее в электричество. В основе системы лежит технология термоэлектрических генераторов. Представители стартапа отмечают, что изначально продукты вендора будут поставляться горнодобывающим и нефтегазовым компаниям, ведущим разработку месторождений вдалеке от очагов цивилизации, а также в условиях отсутствия доступа к ЛЭП. Если системы будут пользоваться успехом, специалисты вендора готовы подвергнуть их небольшой адаптации и выпустить на рынок ЦОД.

Развиваемая инженерами калифорнийской компании Alphabet Energy концепция предполагает агрегирование выделяемого промышленным, серверным или другим нагревающимся электронным, механическим или электро-механическим оборудованием тепла для последующей генерации с его помощью электрической энергии путем применения специальных металлов.

Следует отметить, что до последнего времени производство системы термоэлектрической генерации электричества промышленного класса было слишком затратным. Но специалистами стартапа удалось создать высокоэффективный термоэлектрический материал, получать который можно с минимальными затратами. Их генератор, созданный с использованием нового материала и получивший название Е1, в 20 раз больше, чем любое подобное устройство из созданных ранее. При этом устройство поставляется в отдельном грузовом контейнере.

Как это работает?

Принцип функционирования термоэлектрических генераторов сводится к тому, что передающееся между двумя разнородными проводниками тепло индуцирует напряжение. Другими словами, напряжение возникает, когда тепло перемещает электроны с горячей стороны биметаллического термоэлектрического вещества на холодную сторону.

Это своего рода электродвижущая сила. Происходящее называется эффектом Зеебека или Пельтье (эти ученые по отдельности работали над данной технологией в 19-ом веке).

Проблемы

Одной из ключевых проблем, препятствовавших создаю генерирующих установок с высоким КПД на базе этой технологии, всегда было то, что поддерживать постоянно низкую температуру холодной части биметаллического термоэлектрического вещества очень непросто, так как она периодически нагревается, что прерывает процесс выработки электричества. Если электроны будут двигаться непостоянно, электрический ток создать не удастся. Так вот электроны перестают двигаться, если та часть рабочего материала, которая, как предполагается, должна быть холодной, становится теплой или даже горячей. Решением этой проблемы уже давно занимаются специалисты в области материаловедения.

Еще одной немаловажной проблемой было достижение высокой эффективности преобразования тепла в электричество при минимизации стоимости генерирующей установки.

Представители Alphabet Energy говорят, что инженерам компании удалось преуспеть в решении обеих проблем благодаря композиту на основе кремния и тетраэдрита (блеклая медная руда или фальэрц). Эта технология позволяет создавать высокоэффективные термоэлектрические материалы с использованием доступных в плане цены и распространенных базовых ресурсов.

Преимущества

Одной из причины повышенного энтузиазма инженеров во время периодических попыток преодолеть ограничения эффекта Зеебека при создании систем выработки электроэнергии коммерческого класса является то, что речь идет о твердотельной технологии. Генерирующее устройство лишено каких-либо движущихся частей, которые могут сломаться или требуют периодической смазки. Так что это весьма интересное решение для использования на удаленных от центров цивилизации объектах, где быстрое техобслуживания довольно проблематично.

Наверное, именно поэтому специалисты Alphabet Energy сконцентрировали усилия на создании генерирующих установок для горнодобывающих и нефтегазовых компаний.

Следует отметить, что различные варианты систем термоэлектрической генерации электричества уже давно используются создателями космических зондов и иных беспилотных устройств различного назначения.

При этом у Alphabet Energy также имеются и амбициозные конкуренты. К примеру, канадская компания Global Thermoelectric производит электрогенерирующие решения для удаленных промышленных объектов, использующие технологию термоэлектрического генератора и газ в качестве топлива. Этот вендор активно укрепляет позиции на рынках генерирующих установок для обслуживания нефтяных и газовых трубопроводов, а также оффшорных буровых платформ.