Sådan fungerer termisk energi

De fleste af os tænker ikke meget over, hvor vores elektricitet kommer fra, kun at den er tilgængelig og rigelig. Elektricitet genereret ved afbrænding af fossile brændstoffer som kul, olie og naturgas, udsender kuldioxid, nitrogenoxider og svovloxider - gasser, forskere mener, bidrager til klimaforandringer. Solenergi (varme) er kulstoffri, vedvarende alternativ til den strøm, vi producerer med fossile brændstoffer som kul og gas. Dette er ikke noget i fremtiden, enten. Mellem 1984 og 1991, USA byggede ni sådanne anlæg i Californiens Mojave -ørken, og i dag leverer de fortsat en samlet kapacitet på 354 megawatt årligt, strøm brugt i 500, 000 californiske hjem [kilde:Hutchinson]. Pålidelig kraft, ved det. I 2008, da seks dages højeste efterspørgsel spændte elnettet og bragte strømafbrydelser i Californien, disse solvarmeanlæg fortsatte med at producere med 110 procent kapacitet [kilde:Kanellos].

Gad vide, hvor teknologien har været siden da? I 1990'erne, hvor priserne på naturgas faldt, det gjorde interessen for solenergi også. I dag, selvom, teknologien er klar til et comeback. Det anslås af U.S. National Renewable Energy Laboratories, at termisk solenergi kan levere hundredvis af gigawatt elektricitet, svarer til mere end 10 procent af efterspørgslen i USA [kilde:LaMonica].

Ryst billedet af solpaneler fra dit hoved - den slags efterspørgsel vil kræve kraftværker. Der er to hovedmåder til at generere energi fra solen. Fotovoltaisk ( PV ) og koncentrere solvarme ( CST ), også kendt som koncentrering af solenergi (CSP) teknologier.

PV omdanner sollys direkte til elektricitet. Disse solceller findes normalt med strømforsyningsenheder såsom ure, solbriller og rygsække, samt at levere strøm i fjerntliggende områder.

Solvarmeteknologi er i stor skala til sammenligning. En stor forskel fra PV er, at solvarmekraftværker genererer elektricitet indirekte. Varme fra solens stråler opsamles og bruges til at opvarme en væske. Dampen fra den opvarmede væske driver en generator, der producerer elektricitet. Det ligner den måde, fossilbrændende brændende kraftværker fungerer på, undtagen at dampen produceres af den opsamlede varme frem for forbrænding af fossile brændstoffer.

1. Soltermiske systemer
2. Solvarme
3. Soltermiske drivhuse
4. Soltermiske skorstene

Soltermiske systemer

Der er to typer soltermiske systemer:passive og aktive. Et passivt system kræver intet udstyr, som når varme opbygges inde i din bil, når den efterlades parkeret i solen. Et aktivt system kræver en eller anden måde at absorbere og indsamle solstråling og derefter gemme det.

Solvarmekraftværker er aktive systemer, og mens der er et par typer, der er et par grundlæggende ligheder:Spejle reflekterer og koncentrerer sollys, og modtagere samler den solenergi og konverterer den til varmeenergi. En generator kan derefter bruges til at producere elektricitet fra denne varmeenergi.

Den mest almindelige type termiske kraftværker, herunder disse planter i Californiens Mojave -ørken, brug en parabolsk trug designet til at indsamle solens stråling. Disse samlere er kendt som lineære koncentratorsystemer, og de største er i stand til at generere 80 megawatt elektricitet [kilde:U.S. Department of Energy]. De er formet som et halvrør, du ville se bruges til snowboarding eller skateboarding, og har lineære, parabolformede reflekser dækket med mere end 900, 000 spejle, der er nord-syd-justeret og i stand til at dreje for at følge solen, når den bevæger sig øst mod vest i løbet af dagen. På grund af sin form, denne type anlæg kan nå driftstemperaturer på omkring 750 grader F (400 grader C), koncentrere solens stråler ved 30 til 100 gange deres normale intensitet på varmeoverførings-væske eller vand/dampfyldte rør [kilde:Energy Information Administration]. Den varme væske bruges til at producere damp, og dampen drejer derefter en turbine, der driver en generator til at lave elektricitet.

Mens parabolske lavkonstruktioner kan køre med fuld effekt som solenergianlæg, de bruges oftere som en hybrid til solenergi og fossilt brændstof, tilføjelse af fossile brændstoffer som backup.

Solkraft tårn systemer er en anden type solvarmeanlæg. Power tårne ​​stole på tusinder af heliostater , som er store, flade solspejle, at fokusere og koncentrere solens stråling på en enkelt tårnmonteret modtager. Ligesom parabolske trug, varmeoverførselsvæske eller vand/damp opvarmes i modtageren (strømtårne, selvom, er i stand til at koncentrere solens energi så meget som 1, 500 gange), til sidst konverteret til damp og bruges til at producere elektricitet med en turbine og generator.

Motortårnsdesign er stadig under udvikling, men kan en dag realiseres som netforbundne kraftværker, der producerer omkring 200 megawatt elektricitet pr. Tårn.

Et tredje system er solskål/motor . Sammenlignet med det parabolske trug og krafttårne, parabolsystemer er små producenter (ca. 3 til 25 kilowatt). Der er to hovedkomponenter:solkoncentratoren (fadet) og effektomdannelsesenheden (motoren/generatoren). Fadet peges på og sporer solen og opsamler solenergi; den er i stand til at koncentrere den energi med omkring 2, 000 gange. En termisk modtager, en række rør fyldt med et kølevæske (såsom hydrogen eller helium), sidder mellem fadet og motoren. Det absorberer den koncentrerede solenergi fra fadet, konverterer den til varme og sender den varme til motoren, hvor den bliver til elektricitet.

Solvarme

Solvarmesystemer er en lovende løsning til vedvarende energi - solen er en rigelig ressource. Undtagen når det er nat. Eller når solen er blokeret af skydække. Termisk energilagring ( TES ) systemer er højtryksvæskebeholdere, der bruges sammen med et solvarmeanlæg, der gør det muligt for planter at bankere flere timers potentiel elektricitet. Lagring uden for spidsbelastning er en kritisk komponent for effektiviteten af ​​solvarmekraftværker.

Tre primære TES-teknologier er blevet testet siden 1980'erne, da de første solvarmekraftværker blev bygget:et to-tanks direkte system, et indirekte to-tank system og et enkelt-tank termoklinesystem.

I en to-tank direkte system , solenergi lagres direkte i den samme varmeoverførselsvæske, der opsamlede den. Væsken er opdelt i to tanke, den ene tank opbevarer den ved en lav temperatur og den anden ved en høj temperatur. Væske, der er lagret i lavtemperaturbeholderen, løber gennem kraftværkets solfanger, hvor den genopvarmes og sendes til højtemperaturbeholderen. Væske, der opbevares ved en høj temperatur, sendes gennem en varmeveksler, der producerer damp, som derefter bruges til at producere elektricitet i generatoren. Og når det har været igennem varmeveksleren, væsken vender derefter tilbage til lavtemperaturbeholderen.

EN indirekte to-tank system fungerer stort set det samme som det direkte system, bortset fra at det fungerer med forskellige typer varmeoverførselsvæsker, normalt dem, der er dyre eller ikke er beregnet til brug som lagervæske. For at overvinde dette, indirekte systemer passerer væsker ved lave temperaturer gennem en ekstra varmeveksler.

I modsætning til to-tank systemer, det enkelt-tank termoklineanlæg lagrer termisk energi som et fast stof, normalt silica sand. Inde i den enkelte tank, dele af det faste stof holdes ved lave til høje temperaturer, i en temperaturgradient, afhængig af væskestrømmen. Til opbevaringsformål, varm varmeoverførselsvæske strømmer ind i toppen af ​​tanken og afkøles, når den bevæger sig nedad, forlader som en lavtemperaturvæske. For at generere damp og producere elektricitet, processen er vendt.

Soltermiske systemer, der bruger mineralsk olie eller smeltet salt som varmeoverførselsmedium, er primære for TES, men desværre uden yderligere forskning, systemer, der kører på vand/damp, kan ikke lagre termisk energi. Andre fremskridt inden for varmeoverførselsvæsker omfatter forskning i alternative væsker, ved hjælp af faseændringsmaterialer og nye termiske lagerkoncepter alt sammen i et forsøg på at reducere lagringsomkostninger og forbedre ydeevne og effektivitet.

Soltermiske drivhuse

Ideen om at bruge termiske massematerialer-materialer, der har kapacitet til at lagre varme-til at lagre solenergi, kan anvendes på mere end bare store solvarmekraftværker og lagerfaciliteter. Ideen kan fungere i noget så almindeligt som et drivhus.

Alle drivhuse fanger solenergi i løbet af dagen, normalt med fordelen ved sydvendt placering og et skråt tag for at maksimere solens eksponering. Men når solen først går ned, hvad er en avler at gøre? Soltermiske drivhuse er i stand til at beholde den termiske varme og bruge den til at varme drivhuset om natten.

Sten, cement og vand eller vandfyldte tønder kan alle bruges som enkle, passive termiske massematerialer (kølelegemer), fange solens varme i løbet af dagen og stråle den tilbage om natten.

Større forhåbninger? Anvend de samme ideer, der bruges i solvarmekraftværker (selv om det er på et meget mindre niveau), og du er på vej til at vokse året rundt. Solvarme drivhuse, også kaldet aktive solvarmhuse, kræver det samme grundlæggende som ethvert andet solvarmeanlæg:en solfanger, en vandopbevaringstank, slanger eller rør (begravet i gulvet), en pumpe til at flytte varmeoverførselsmediet (luft eller vand) i solfangeren til lagring og elektricitet (eller en anden strømkilde) til at drive pumpen.

I et scenario, luft, der samler sig i toppen af ​​drivhustaget, trækkes ned gennem rør og under gulvet. I løbet af dagen, denne luft er varm og varmer jorden. Om natten, kold luft trækkes ned i rørene. Den varme jord varmer den kølige luft, som igen varmer drivhuset op. Alternativt kan vand bruges undertiden som varmeoverførselsmedium. Vand opsamles og solopvarmes i en ekstern lagertank og pumpes derefter gennem rørene for at varme drivhuset.

Soltermiske skorstene

Ligesom solvarmedrivhuse er en måde at anvende solvarmeteknologier på til et daglig behov, soltermiske skorstene, eller termiske skorstene, også udnytte termiske massematerialer. Termiske skorstene er passive solventilationssystemer, hvilket betyder, at de er ikke -mekaniske. Eksempler på mekanisk ventilation omfatter helhusventilation, der bruger ventilatorer og kanaler til at udsuge forældet luft og levere frisk luft. Gennem konvektive køleprincipper, termiske skorstene tillader kold luft ind, mens varm luft skubbes indefra og ud. Designet ud fra, at varm luft stiger, de reducerer uønsket varme i løbet af dagen og bytter indvendig (varm) luft til udvendig (kølig) luft.

Termiske skorstene er typisk lavet af en sort, hul termisk masse med en åbning i toppen for varm luft til udstødning. Indløbsåbninger er mindre end udstødningsudtag og placeres i lav til medium højde i et rum. Når varm luft stiger, det slipper ud af den udvendige udstødningsudgang, enten udadtil eller ind i et åbent trappeopgang eller atria. Da dette sker, et updraft trækker kølig luft ind gennem indløbene.

I lyset af den globale opvarmning, stigende brændstofomkostninger og en stadig større efterspørgsel efter energi, energibehovet forventes at stige med næsten ækvivalent med 335 millioner tønder olie om dagen, mest til elektricitet [kilde:Meisen]. Uanset om det er stort eller småt, på eller uden for nettet, en af ​​de store ting ved solvarme er, at den eksisterer lige nu, ingen ventetid. Ved at koncentrere solenergi med reflekterende materialer og omdanne det til elektricitet, moderne solvarmekraftværker, hvis den i dag vedtages som en uundværlig del af energiproduktionen, kan være i stand til at skaffe elektricitet til mere end 100 millioner mennesker i de næste 20 år [kilde:Brakmann]. Alt sammen fra en stor vedvarende ressource:solen.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer frosset brændstof
• Hvad er øko-plast?
• Sådan fungerer forgasning
• Sådan fungerer papir med højt udbytte

Kilder

• Bælge, Barbara. "Solar drivhusressourcer." ATTRA - National Sustainable Agriculture Information Service. 2008. http://attra.ncat.org/attra-pub/solar-gh.html
• Biello, David. "Solrige udsigter:Kan solskin levere al amerikansk elektricitet." Videnskabelig amerikansk. 2007. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=sunny-outlook-sunshine-provide-electricity
• Brakmann, Georg, Rainer Aringhoff, Dr. Michael Geyer, Sven Teske. "Koncentreret solvarme - nu!" European Solar Thermal Industry Association, IEA SolarPACES, og Greenpeace. 2005. http://www.solarpaces.org/Library/CSP_Documents/Concentrated-Solar-Thermal-Power-Plants-2005.pdf
• "Gratis planer for drivhusgasser og drivhussæt ved hjælp af solvarme." Hobby-Greenhouse.com http://www.hobby-greenhouse.com/FreeSolar.html
• "Green Building Primer:Passive Solar Design:Passive Cooling." Bæredygtighed hos Williams. Williams College. 2008. http://www.williams.edu/resources/sustainability/green_buildings/passive_solar.php?topic=cooling
• "Sådan fungerer solvarmeanlæg og solceller." Southface. 2008. http://www.southface.org/solar/solar-roadmap/solar_how-to/solar-how_solar_works.htm
• Hutchinson, Alex. "Solenergikraft kan gøre solstrømnet til virkelighed." Populær mekanik. 2008. http://www.popularmechanics.com/science/research/4288743.html
• Kanellos, Michael. "Solvarmeanlæg:Hvilken teknologi er bedst?" Greentech Media. 2009. http://www.greentechmedia.com/articles/solar-thermal-which-technology-is-best-6091.html
• Knier, Gil. "Hvordan fungerer solceller?" Science@NASA. NASA. http://science.nasa.gov/headlines/y2002/solarcells.htm
• LaMonica, Martin. "Solvarmeanlæg går tilbage til fremtiden." CNET Nyheder. 2007. http://news.cnet.com/Solar-thermal-plants-go-back-to-the-future/2100-11392_3-6206822.html?tag=mncol
• "Samlere med lav temperatur." World of Solar Thermal. http://www.worldofsolarthermal.com/vbnews.php?do=viewarticle&artid=8&title=low-temperature-collector
• Meisen, Peter. Oliver Pochert. "En undersøgelse af meget store solørkenanlæg med krav og fordele for de nationer, der har et stort solbestrålingspotentiale." Global Energy Network Institute (GENI). 2006. http://www.cgdev.org/files/1417884_file_Desert_Power_FINAL_WEB.pdf
• "Solenergi - energi fra solen." Energy Kid's side. Energi Information Administration. Det amerikanske energiministerium. 2007. http://www.eia.doe.gov/kids/energyfacts/sources/renewable/solar.html
• "Program for solenergiteknologier:Fad/energisystemer." Energieffektivitet og vedvarende energi. Det amerikanske energiministerium. 2008. http://www1.eere.energy.gov/solar/dish_engines.html
• "Program for solenergiteknologier:Lineære koncentratorsystemer." Energieffektivitet og vedvarende energi. Det amerikanske energiministerium. 2008. http://www1.eere.energy.gov/solar/linear_concentrators.html
• "Program for solenergiteknologier:Power Tower Systems." Energieffektivitet og vedvarende energi. Det amerikanske energiministerium. 2008. http://www1.eere.energy.gov/solar/power_towers.html
• "Program for solenergiteknologier:termisk opbevaring." Energieffektivitet og vedvarende energi. Det amerikanske energiministerium. 2008. http://www1.eere.energy.gov/solar/thermal_storage.html
• "Termiske skorstene til hjemmekøling." GreatHomeImprolements.com. http://www.greathomeimproovery.com/Nov06theme/housecooling/thermal_chimneys_for_home_cooling.php