ИСТО́ЧНИКИ ТО́КА

ИСТО́ЧНИКИ ТО́КА, уст­рой­ст­ва, пре­об­ра­зую­щие разл. ви­ды энер­гии в элек­три­че­скую энер­гию. По ви­ду пре­об­ра­зуе­мой энер­гии И. т. ус­лов­но раз­де­ля­ют на хи­ми­че­ские и фи­зи­че­ские. Пер­вые све­де­ния о хи­мич. И. т. (галь­ва­нич. эле­мен­тах и ак­ку­му­ля­то­рах) от­но­сят­ся к 19 в. (напр., воль­тов столб, 1800; эле­мент Да­ние­ля – Яко­би, 1836; свин­цо­вый ак­ку­му­ля­тор, 1859). До 1940-х гг. в ми­ре раз­ра­бо­та­но и реа­ли­зо­ва­но на прак­ти­ке лишь неск. ти­пов галь­ва­нич. эле­мен­тов и ак­ку­му­ля­то­ров; в даль­ней­шем в свя­зи с раз­ви­тием ра­дио­элек­тро­ни­ки и ши­ро­ким ис­поль­зо­ва­ни­ем ав­то­ном­ных ис­точ­ни­ков элек­тро­пи­та­ния их про­из-во не­пре­рыв­но рас­ши­ря­лось. Пе­ре­нос­ные ос­ве­тит. при­бо­ры, маг­ни­то­фо­ны и ра­дио­при­ём­ни­ки, те­ле­ви­зо­ры и пе­ре­нос­ная мед. ап­па­ра­ту­ра, транс­порт­ные сред­ст­ва, ле­та­тель­ные и кос­мич. ап­па­ра­ты и мно­гое дру­гое ос­на­ще­ны ма­ло­га­ба­рит­ны­ми И. т. Пер­вый элек­тро­ма­шин­ный ге­не­ра­тор по­сто­ян­ного то­ка соз­дан Б. С. Яко­би в 1842. С 1920-х гг. в ка­че­ст­ве пром. ис­точ­ни­ков элек­тро­энер­гии ста­ли при­ме­нять­ся тур­бо­ге­не­ра­то­ры и гид­ро­ге­не­ра­то­ры. Фи­зич. И. т., ос­но­ван­ные на др. прин­ци­пах (тер­мо­элек­трич. ге­не­ра­то­ры, тер­мо­эмис­си­он­ные пре­об­ра­зо­ва­те­ли, сол­неч­ные ба­та­реи и т. д.), раз­ра­бо­та­ны и по­лу­чи­ли раз­ви­тие во 2-й пол. 20 в., что обу­слов­ле­но воз­рос­ши­ми тре­бо­ва­ния­ми совр. тех­ни­ки.

К важ­ней­шим ха­рак­те­ри­сти­кам И. т. от­но­сят­ся: кпд, энер­го­ём­кость (или удель­ная энер­го­ём­кость), мощ­ность (или удель­ная мощ­ность, от­не­сён­ная к еди­ни­це мас­сы, объ­ё­ма), срок служ­бы, ка­че­ст­во ге­не­ри­руе­мой элек­тро­энер­гии (час­то­та, на­пря­же­ние, спо­соб­ность к пе­ре­груз­кам, стои­мость, на­дёж­ность).

Химические источники тока

вы­ра­ба­ты­ва­ют элек­трич. ток за счёт энер­гии окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. ре­ак­ций. В со­от­вет­ст­вии с экс­плуа­тац. схе­мой и спо­собно­стью от­да­вать энер­гию в элек­трич. сеть хи­мич. И. т. под­раз­де­ля­ют­ся на пер­вич­ные, вто­рич­ные и то­п­лив­ные эле­мен­ты; отд. груп­пу со­став­ля­ют ре­зерв­ные ис­точ­ни­ки то­ка. Пер­вич­ные И. т. (галь­ва­нич. эле­мен­ты и ба­та­реи) пред­по­ла­га­ют, как пра­ви­ло, од­но­крат­ное ис­поль­зо­ва­ние энер­гии хи­мич. реа­ген­тов, по­сле из­рас­хо­до­ва­ния ко­то­рых (по­сле раз­ря­да) ста­но­вят­ся не­ра­бо­то­спо­соб­ны­ми. В та­ких И. т. по­ло­жи­тель­ные и от­ри­ца­тель­ные элек­тро­ды, раз­де­лён­ные элек­тро­ли­том, элек­три­че­ски свя­за­ны (галь­ва­нич. связь) в те­че­ние все­го сро­ка служ­бы И. т. Вто­рич­ные И. т. (элек­три­че­ские ак­ку­му­ля­то­ры и ак­ку­му­ля­тор­ные ба­та­реи) до­пус­ка­ют мно­го­крат­ное ис­поль­зова­ние энер­гии со­став­ляю­щих хи­мич. реа­ген­тов; по­сле раз­ря­да их мож­но вновь за­ря­дить, соз­да­вая ток от внеш­не­го ис­точ­ни­ка в об­рат­ном на­прав­ле­нии. Элек­тро­ды и элек­тро­лит весь срок служ­бы ак­ку­му­ля­то­ров на­хо­дят­ся в элек­трич. кон­так­те друг с дру­гом. Для уве­ли­че­ния ре­сур­са ак­ку­му­ля­то­ров раз­ра­бо­та­ны спо­со­бы су­хо­за­ря­жен­но­го хра­не­ния ак­ку­му­ля­то­ров; та­кие ак­ку­му­ля­то­ры пе­ред вклю­че­ни­ем пред­ва­ри­тель­но за­ли­ва­ют элек­тро­ли­том. То­п­лив­ные эле­мен­ты (элек­тро­хи­мич. ге­не­ра­то­ры) спо­соб­ны дли­тель­ное вре­мя не­пре­рыв­но ге­не­ри­ро­вать элек­трич. ток бла­го­да­ря по­сто­ян­но­му под­во­ду к элек­тро­дам но­вых пор­ций реа­ген­тов из­вне и от­во­ду про­дук­тов ре­ак­ции. Наи­бо­лее пер­спек­тив­ны ге­не­ра­то­ры, не­по­сред­ст­вен­но пре­об­ра­зую­щие энер­гию при­род­но­го то­п­ли­ва в элек­три­че­скую.

Ре­зерв­ные И. т. до­пус­ка­ют толь­ко од­но­крат­ное ис­поль­зо­ва­ние энер­гии хи­мич. реа­ген­тов, но, в от­ли­чие от галь­ва­нич. эле­мен­тов, реа­ген­ты и элек­тро­лит в них при­во­дят­ся в со­при­кос­но­ве­ние (ак­ти­ви­ру­ют­ся) не­по­сред­ст­вен­но пе­ред на­ча­лом раз­ря­да. Элек­тро­лит в та­ких И. т. хра­нит­ся в отд. со­су­де и за­ли­ва­ет­ся не­по­сред­ст­вен­но пе­ред вклю­че­ни­ем на­груз­ки или на­хо­дит­ся в твёр­дом со­стоя­нии, а пе­ред вклю­че­ни­ем на­груз­ки рас­плав­ля­ет­ся. Ре­зерв­ные И. т. при­ме­ня­ют­ся гл. обр. для пи­та­ния элек­трич. ап­па­ра­ту­ры, ко­то­рая дли­тель­ное вре­мя на­хо­дит­ся в ре­зерв­ном (не­ра­бо­таю­щем) со­стоя­нии; срок хра­не­ния со­став­ля­ет до 15 лет и бо­лее. См. так­же Хи­ми­че­ские ис­точ­ни­ки то­ка.

Физические источники тока

пре­об­ра­зу­ют те­п­ло­вую, ме­ха­нич., элек­тро­маг­нит­ную энер­гию, а так­же энер­гию ра­ди­ац. из­лу­че­ния и ядер­но­го рас­па­да в элек­три­че­скую. В со­от­вет­ст­вии с наи­бо­лее час­то упот­реб­ляе­мой клас­си­фи­ка­ци­ей к фи­зи­че­ским И. т. от­но­сят: элек­тро­ма­шин­ные и тер­мо­элек­трич. ге­не­ра­то­ры, тер­мо­эмис­си­он­ные пре­об­ра­зо­ва­те­ли, маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­чес­кие (МГД) ге­не­ра­то­ры, а так­же ге­не­ра­то­ры, пре­об­ра­зую­щие энер­гию сол­неч­но­го из­лу­че­ния и атом­но­го рас­па­да.

Элек­тро­ма­шин­ные ге­не­ра­то­ры, пре­об­ра­зую­щие ме­ха­нич. энер­гию в элек­три­че­скую, – наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный вид ис­точ­ни­ков элек­трич. энер­гии, ос­но­ва совр. энер­ге­ти­ки. Они мо­гут быть клас­си­фи­ци­ро­ва­ны по мощ­но­сти (от до­лей Вт до еди­ниц ГВт), по на­зна­че­нию и осо­бен­но­стям экс­плуа­та­ции (ста­цио­нар­ные, транс­порт­ные, ре­зерв­ные и др.), по ро­ду пер­вич­но­го дви­га­те­ля (напр., тур­бо- и гид­ро­ге­не­ра­то­ры), по ра­бо­че­му те­лу (пар, во­да, газ) и т. д. Бла­го­да­ря дли­тель­но­му пе­рио­ду кон­ст­рук­тив­но­го и тех­но­ло­гич. со­вер­шен­ст­во­ва­ния ха­рак­те­ри­сти­ки это­го ти­па И. т. дос­тиг­ли зна­че­ний, близ­ких к пре­дель­ным.

Тер­мо­элек­три­че­ский ге­не­ра­тор (ТЭГ) слу­жит для пря­мо­го пре­об­ра­зо­ва­ния те­п­ло­вой энер­гии в элек­три­че­скую; дей­ст­вие ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии Зее­бе­ка эф­фек­та. Наи­бо­лее эф­фек­тив­ны ТЭГ на ос­но­ве ПП тер­мо­эле­мен­тов; их мощ­ность со­став­ля­ет до не­сколь­ких со­тен кВт, кпд до 20%. К осн. пре­иму­ще­ст­вам ТЭГ по срав­не­нию с элек­тро­ма­шин­ны­ми пре­об­ра­зо­ва­те­ля­ми от­но­сят­ся от­сут­ст­вие дви­жу­щих­ся час­тей, вы­со­кая на­дёж­ность, боль­шой срок служ­бы (до 25 лет), спо­соб­ность ра­бо­тать в ши­ро­ком ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур; к не­дос­тат­кам – низ­кий кпд и срав­ни­тель­но вы­сокая стои­мость. Об­лас­ти при­ме­не­ния ТЭГ – ав­то­ном­ные ис­точ­ни­ки пи­та­ния (на транс­пор­те, в тех­ни­ке свя­зи, кос­мич. тех­ни­ке), ан­ти­кор­ро­зи­он­ная за­щи­та (на ма­ги­ст­раль­ных тру­бо­про­во­дах) и др.

Ра­бо­та тер­мо­эмис­си­он­но­го пре­об­ра­зо­ва­те­ля энер­гии (ТЭП) ос­но­ва­на на яв­ле­нии ис­пус­ка­ния элек­тро­нов по­верх­но­стью на­гре­то­го ме­тал­ла (см. Тер­мо­элек­трон­ная эмис­сия). Си­ла то­ка в ТЭП ог­ра­ни­че­на си­лой то­ка эмис­сии ка­то­да; кпд су­ще­ст­вен­но за­ви­сит от темп-ры на­гре­ва элек­тро­дов и дос­ти­га­ет 30% (при темп-ре ка­то­да св. 3000 К), удель­ная элек­трич. мощ­ность (в рас­чё­те на 1 см² по­верх­но­сти ка­то­да) не пре­вы­ша­ет де­сят­ков Вт. ТЭП не по­лу­чи­ли пром. при­ме­не­ния (гл. обр. из-за низ­ких эко­но­мич. по­ка­за­те­лей); наи­бо­лее пер­спек­тив­но их ис­поль­зо­ва­ние в ма­ло­га­ба­рит­ных элек­трич. уст­рой­ст­вах не­боль­шой мощ­но­сти.

С 1990-х гг. всё боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­ча­ют фо­то­элек­трич. ге­не­ра­то­ры, не­по­сред­ст­вен­но пре­об­ра­зую­щие энер­гию сол­неч­ной ра­диа­ции в элек­три­че­скую (см. Сол­неч­ная ба­та­рея); дей­ст­вие ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии внутр. фо­то­эф­фек­та. Элек­трич. ток в них воз­ни­ка­ет в ре­зуль­та­те про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих в фо­то­эле­мен­те при по­па­да­нии на не­го све­то­во­го из­лу­че­ния. Наи­бо­лее эф­фек­тив­ны сол­неч­ные ба­та­реи, ра­бо­таю­щие на крем­ние­вой ос­но­ве; их мощ­ность до 10 кВт, кпд 10–20%; срок служ­бы прак­ти­че­ски не ог­ра­ни­чен. Та­кие И. т. при­ме­ня­ют­ся гл. обр. на КА, ав­то­ма­тич. ме­тео­стан­ци­ях, а так­же для снаб­же­ния элек­тро­энер­ги­ей уда­лён­ных от ли­нии элек­тро­пе­ре­да­чи рай­онов с боль­шим чис­лом сол­неч­ных дней в го­ду.

Маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ский ге­не­ра­тор пре­об­ра­зу­ет энер­гию элек­тро­про­во­дя­щей сре­ды (напр., низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы), дви­жу­щей­ся в маг­нит­ном по­ле, в элек­трич. энер­гию. Кпд та­ких И. т. со­став­ля­ет до 40% при мощ­но­сти ок. 500 МВт в од­ном аг­ре­га­те. Для пром. энер­ге­ти­ки наи­бо­лее пер­спек­тив­но соз­да­ние плаз­мен­ных МГД-ге­не­ра­то­ров, ис­поль­зую­щих при­род­ное ор­га­нич. то­п­ли­во (газ, уголь). К нач. 2000-х гг. в Рос­сии, США, Япо­нии и др. стра­нах раз­ра­бо­та­ны и на­хо­дят­ся в опыт­но-пром. экс­плуа­та­ции ряд МГД-ус­та­но­вок элек­трич. мощ­но­стью до не­сколь­ких де­сят­ков МВт.

Ядер­ная ба­та­рея пре­об­ра­зу­ет энер­гию, вы­де­ляю­щую­ся при рас­па­де ядер ра­дио­ак­тив­ных эле­мен­тов, в элек­три­че­скую. Мощ­ность ядер­ных ба­та­рей обыч­но не пре­вы­ша­ет не­сколь­ких со­тен Вт, на­пря­же­ние до 20 кВ, срок служ­бы до 25 лет. Об­ласть воз­мож­но­го при­ме­не­ния – ис­точ­ни­ки элек­тро­энер­гии, напр., на КА, в из­ме­рит. при­бо­рах, в мед. элек­трон­ной ап­па­ра­ту­ре.