Электрический генератор — это устройство для преобразования в электрическую энергию неэлектрические виды энергии, такие как тепловая, механическая, химическая и т. д. В зависимости от вида энергии и принципа преобразования различают следующие типы генераторов: электромашинный, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую; электростатический; солнечный термоэлектрический; электрохимический. В свою очередь электро-машинные генераторы делятся на синхронные и асинхронные. Среди них наиболее распространены синхронные электромашинные генераторы, вырабатывающие переменный ток промышленной частоты.
В электростатическом генераторе напряжение создается при помощи механического переноса электрических зарядов механическим транспортером. Наибольшее напряжение электростатического генератора — 20 MB (в настоящее время разрабатываются электростатические генераторы на напряжение до 30 MB).
Солнечный термоэлектрический генератор служит для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.
Термоэлектрический генератор с помощью системы обеспечивает концентрацию лучистого потока. Может быть использован в качестве источника энергопитания автономных потребителей мощностью до сотен Вт.
Электрохимический генератор использует принцип прямого преобразования химической энергии реакции топлива и окислителя в электрическую. Реакция преобразования происходит без промежуточного превращения химической энергии в тепловую и соответствующих неизбежных потерь, определяемых принципом Карно, присущих всем тепловым двигателям, причем реакция превращения происходит в самом топливном элементе.
Первое поколение энергетических установок с электрохимическим генератором базировалось на водород-кис-лородных топливных элементах со свободно циркулирующим щелочным электролитом. Почти одновременно проводились работы по созданию генераторов на более совершенных топливных элементах — с твердополимерным электролитом и с матричным щелочным электролитом.
В этой борьбе двух идей окончательную победу одержала система с матричным щелочным электролитом, которая при одинаковых с твердополимерным топливным элементом массогабаритных показателях и высоком ресурсе обеспечивает на 20—25% более высокую экономичность процесса генерации электроэнергии. Для этой системы освоена стабильная технология, проверенная при изготовлении более сотни генераторов.
Характеристики электрохимического генератора: масса блока — 572 кг, мощность — 40 кВт. Блок электрохимического генератора позволяет выдавать напряжение не ниже 59 В при КПД на номинальном режиме (40 кВт) не ниже 70% и на нагрузке 20% (8 кВт) — не ниже 79%.
В настоящее время активно ведутся работы по твердополимерным топливным элементам, и направлены они на улучшение массогабаритных характеристик и экономичности самих элементов, а также — на снижение стоимости и повышение качества твердополимерных мембран.
К достоинствам энергетических установок с электрохимическим генератором относятся высокий коэффициент полезного действия, абсолютная экологическая чистота, малошумность, низкий уровень температур и значительно меньшее количество отводимого тепла, а также высокая энергоемкость.
Последний параметр очень важен при использовании генератора на подлодках, так как позволяет почти в 10 раз увеличить дальность непрерывного подводного плавания (по сравнению с дальностью плавания традиционной дизель-электрической подводной лодки).
Электрохимические генераторы могут с высокой эффективностью использоваться во всех тех случаях, когда требуется длительное и надежное обеспечение электроэнергией при отсутствии возможности контакта с атмосферой и когда важны высокий КПД производства электроэнергии, малые габариты оборудования, малошумность, экологическая чистота и небольшие выделения тепла в окружающую среду.
Следует отметить еще один важный момент: компактное хранение водорода — одна из наиболее сложных задач, решаемых при создании электрохимических генераторов. В 1991 г. была отработана технология системы хранения водорода для второго поколения генераторов, изготовлены два опытных образца интерметаллидного накопителя, испытаны в стендовых условиях и всесторонне освоены, продемонстрировав очень хорошие эксплуатационные качества. Но по мере увеличения энергоемкости установок выявилось, что предпочтительней система генерации водорода на борту подводной лодки из углеводородного топлива, поэтому уже сейчас наряду с поиском более водородоемких и дешевых интерметаллидов ведутся проработки и исследования по конверсии углеводородного топлива.