К настоящему времени отмечено несколько основных способов повышения эффективности производства энергии:
Применение первого способа означает использование тепла, образующегося в результате горения топлива. Это тепло не способно превратиться в электрическую энергию. Оно используется с целью обогрева жилых домов и промышленных зданий. Станции данного вида служат как для производства энергии, так и для создания тепла.
Второй способ предполагает дополнительное оснащение тепловой системы газовой турбиной, вращающей якорь электрогенератора, который служит для производства электрического тока. Примерно 25% тепловой энергии, образующейся при сжигании топлива, преобразуется в электричество. Горючие газы, покидающие турбину, нагревают паровые котлы, после чего пар подаётся на паровую турбину.
Третий способ позволяет использовать в магнитногидродинамических регенераторах горючие газы, которые возникают при сжигании топлива. При добавлении металлического калия в горючие газы происходит ионизация с образованием заряженных частиц. Образующийся поток газа направляется в канал, который окружён катушками с создающим магнитное поле током. КПД генератора этого типа составляет лишь 40%, и в связи с этим они не получили широкого распространения к настоящему времени.
Прямой переход химической энергии в механическую происходит при мышечной работе в живых организмах.
Данные процессы были осуществлены также в условиях лаборатории. При этом синтезировали плёнку и пластмассы. Данная плёнка под действием щелочей была способна растянуться в два раза и увеличиться в объёме в 8 раз. Под действием соляной кислоты эта плёнка сокращалась. В процессе этой деформации плёнка проводила механическую работу.
В недавнем времени были разработаны химические лазеры, в которых происходит прямое превращение химической энергии в электомагнитную энергию. К сожалению, КПД при этом низкий, та что данные способы в промышленных масштабах использовать нецелесообразно.
К настоящему времени были созданы топливные элементы, способные осуществлять прямое превращение энергии из одного вида в другой. Их принцип действия аналогичен принципу действия электрохимических элементов. Ключевое отличие при этом состоит в том, что в топливных элементах электроды выступают в качестве катализаторов и не принимают прямого участия в процессе выработки электрической энергии.
Так, в водокислородных топливных элементах происходит окисление топлива на аноде; при этом электроны высвобождаются. В результате наблюдается разница потенциалов между анодом и катодом. Один кг водорода в водокислородных элементах даёт в десять раз больше энергии, чем в процессе горения одного кг бензина. При этом в водородокислородных элементах происходит образование воды, а не выхлопных газов, как это наблюдается в двигателях внутреннего сгорания. При этом, несмотря на данный приоритет, эти элементы не находят масштабного применения вследствие проблем, которые связаны с высокой стоимостью и неустановленной степенью надежности. С целью успешного внедрения водородокислородных элементов с бензиновым водород должен быть дороже бензина не более, чем в 10 раз. Также для решения проблем безопасности транспортировки и хранения водорода требуются серьёзные технические нововведения.
К настоящему времени большое внимание уделяется автомобилям с электрическим двигателем. Немецкая компания BMW разработала уникальный электромобиль, имеющий серно-натриевый аккумулятор. Он развивает скорость 96 км/ч за 20 секунд. Пробег от одной подзарядки до другой составляет 270 километров. К сожалению из-за высокого температурного режима аккумулятора опасение вызывает высокая пожаро- и взрывоопасность этого автомобиля.
Современные воздушно-алюминиевые источники энергии имеют следующие преимущества:
Однако при их внедрении в промышленность возникает существенная проблема – слишком высокие стоимостные характеристики материалов для анода из-за необходимости применения сложных технологий и повышенной энергоёмкости данных процессов.
Литиево-иодные батареи с прямым превращением энергии были созданы совсем недавно. Их функционирование происходит с использованием водного электролита. При этом появляется возможность получения большей ёмкости и повышается срок службы при малых размерах батареи.
Продолжительность использования батарей этого типа может составлять 10 лет. Это позволит существенному скачку в кардиохирургии: количество операций по вживлению электрокардиостимулятора снизится в десятки раз.
В целом при разработке новых видов преобразователей одних видов энергии в другие основное внимание уделяется повышению их мощности при одновременном снижении себестоимости электроэнергии, которую они производят.