Jak zlepšit využití tepelné energie v solárních tepelných elektrárnách: Komplexní průvodce

Využití tepelné energie je zásadním aspektem solárních tepelných elektráren. Aby se maximalizovala účinnost a produktivita těchto zařízení, je důležité zvýšit využití tepelné energie. To zahrnuje řešení různých problémů, jako je neefektivnost přenosu tepla, problémy s akumulací tepelné energie a vysoké náklady na provoz a údržbu. V tomto příspěvku na blogu prozkoumáme strategie pro zvýšení využití tepelné energie v solárních tepelných elektrárnách spolu s případovými studiemi předvádějícími úspěšné implementace.

Aktuální výzvy ve využití tepelné energie

Neefektivita v přenosu tepla

Jak zvýšit využití tepelné energie v solárních tepelných elektrárnách 1

Jednou z klíčových výzev při využití tepelné energie je neefektivnost přenosu tepla. Solární tepelné elektrárny se spoléhají na zachycování slunečního záření a jeho přeměnu na využitelnou tepelnou energii. Během procesu přenosu tepla však může dojít ke ztrátě značného množství energie. To může nastat v důsledku faktorů, jako jsou tepelné ztráty v solárních kolektorech, výměnících tepla a potrubí.

K řešení tohoto problému lze použít pokročilé teplonosné kapaliny. Tyto kapaliny mají vynikající tepelné vlastnosti, což umožňuje efektivnější přenos tepla. Například použití roztavených solí jako teplonosné kapaliny ukázalo slibné výsledky. Tyto soli mohou dosáhnout vyšších teplot bez varu nebo zmrazení, což umožňuje využití vyšších teplotních rozdílů pro lepší přeměnu energie.

Problémy se skladováním tepelné energie

Další výzvou při využití tepelné energie je skladování přebytečné tepelné energie. Solární tepelné elektrárny se často potýkají s problémem přerušované dodávky energie, protože sluneční záření se v průběhu dne mění. K překonání tohoto problému jsou zapotřebí účinné systémy skladování tepelné energie.

Jedním z účinných řešení je použití materiálů s fázovou změnou (PCM) pro skladování tepelné energie. PCM mohou absorbovat a uvolňovat velké množství energie během procesu změny fáze, což umožňuje efektivní skladování a využití tepelné energie. Například parafínový vosk může při tání ukládat velké množství energie a při tuhnutí ji uvolňovat, čímž zajišťuje nepřetržitý přísun tepelné energie i při nedostatečném slunečním záření.

Vysoké náklady na provoz a údržbu

Jak zvýšit využití tepelné energie v solárních tepelných elektrárnách 2

Solární tepelné elektrárny mohou také čelit vysokým nákladům na provoz a údržbu, které mohou bránit efektivnímu využití tepelné energie. Tyto náklady mohou vyplývat z faktorů, jako jsou pravidelné kontroly, čištění solárních kolektorů a údržba výměníků tepla a čerpadel.

Ke snížení těchto nákladů lze implementovat automatizované systémy monitorování a údržby. Tyto systémy využívají senzory a pokročilé řídicí algoritmy k monitorování výkonu závodu a detekci jakýchkoli anomálií nebo problémů. Automatizací procesů údržby lze minimalizovat potřebu ručních kontrol a zásahů, a tím snížit náklady na provoz a údržbu.

Strategie pro zvýšení využití tepelné energie

Zlepšení účinnosti systémů přenosu tepla

1. Použití Advanced Heat Transfer Fluids

Jak již bylo zmíněno dříve, použití pokročilých teplonosných kapalin může výrazně zvýšit účinnost přenosu tepla v solárních tepelných elektrárnách. Tyto kapaliny mají lepší tepelné vlastnosti, což umožňuje vyšší teplotní rozdíly a efektivnější přeměnu energie.

2. Optimalizace konstrukce výměníku tepla

Další strategií ke zlepšení účinnosti přenosu tepla je optimalizace konstrukce výměníku tepla. Výměníky tepla hrají klíčovou roli při přenosu tepelné energie ze solárních kolektorů do pracovní kapaliny. Optimalizací konstrukčních parametrů, jako je plocha pro přenos tepla, průtoky a rozměry trubek, lze výrazně zlepšit celkovou účinnost přenosu tepla.

Zlepšení akumulace tepelné energie

1. Použití materiálů s fázovou změnou pro skladování

Jak bylo diskutováno dříve, materiály s fázovou změnou (PCM) lze použít pro efektivní skladování tepelné energie. Využitím PCM s vhodnými teplotami tání a tuhnutí lze tepelnou energii efektivně ukládat a uvolňovat. Tím je zajištěna nepřetržitá dodávka tepelné energie i v období nízkého slunečního záření.

2. Implementace pokročilých systémů skladování tepelné energie

Kromě PCM lze implementovat pokročilé systémy skladování tepelné energie, aby se využití tepelné energie dále zlepšilo. Tyto systémy využívají technologie, jako jsou tepelné zásobníky, cihly pro ukládání tepelné energie nebo systémy skladování roztavené soli. Využitím těchto pokročilých akumulačních systémů lze tepelnou energii skladovat po delší dobu a uvolňovat ji podle požadavků závodu.

Snížení provozních nákladů a nákladů na údržbu

1. Použití automatizovaných systémů monitorování a údržby

Pro snížení provozních nákladů a nákladů na údržbu mohou solární tepelné elektrárny implementovat automatizované systémy monitorování a údržby. Tyto systémy nepřetržitě monitorují výkon závodu, zjišťují jakékoli problémy nebo anomálie a podle potřeby spouštějí činnosti údržby. To zajišťuje včasné zásahy a snižuje potřebu ručních kontrol, což vede k úsporám nákladů.

2. Zavádění energeticky účinných provozních postupů

Energeticky účinné provozní postupy mohou také přispět ke snížení provozních nákladů v solárních tepelných elektrárnách. To zahrnuje optimalizaci provozního plánu elektrárny tak, aby byl v souladu s dostupností slunečního záření, zavedení opatření na úsporu energie, jako je tepelná izolace, a přijetí účinných provozních procesů. Minimalizací plýtvání energií a optimalizací využití energie lze výrazně snížit provozní náklady.

Případové studie úspěšného zvýšení využití tepelné energie

Případová studie 1: Zvýšené využití tepelné energie v koncentrované solární elektrárně

V koncentrované solární elektrárně se výrazně zvýšila účinnost využití tepelné energie zavedením pokročilých teplonosných kapalin. Nahrazením konvenčních teplonosných kapalin roztavenými solemi závod dosáhl vyšších teplotních rozdílů a zlepšené účinnosti přeměny energie. To vedlo ke zvýšení výroby energie a zvýšení celkového výkonu elektrárny.

Případová studie 2: Zvýšená účinnost v elektrárně se solární věží

V solární věžové elektrárně bylo využití tepelné energie posíleno implementací pokročilých systémů skladování tepelné energie. Využitím systémů skladování roztavené soli byla elektrárna schopna ukládat přebytečnou tepelnou energii a uvolňovat ji podle potřeby. To umožnilo nepřetržitou výrobu energie, dokonce i během období nízkého slunečního záření, a zlepšilo celkovou účinnost elektrárny.

Tyto případové studie zdůrazňují účinnost různých strategií při zvyšování využití tepelné energie v solárních tepelných elektrárnách. Zavedením těchto strategií mohou solární tepelné elektrárny dosáhnout vyšší účinnosti přeměny energie, snížit provozní náklady a náklady na údržbu a zajistit spolehlivější a udržitelnější dodávky energie.

Numerické problémy, jak zvýšit využití tepelné energie v solárních tepelných elektrárnách

problém 1

Solární tepelná elektrárna má solární kolektor o ploše 500 m². Solární kolektor má účinnost 80 % při přeměně sluneční energie na tepelnou energii. Intenzita slunečního záření dopadajícího na kolektor je 1000 W/m². Vypočítejte tepelnou energii přijatou kolektorem za 1 hodinu.

Řešení:

Zadáno:
– Plocha solárního kolektoru, A = 500 m²
– Účinnost solárního kolektoru, η = 80 %
– Intenzita slunečního záření, I = 1000 W/m²
– Čas, t = 1 hodina

Tepelnou energii přijatou kolektorem lze vypočítat pomocí vzorce:

E_{\text{thermal}} = A \cdot I \cdot \eta \cdot t

Dosazením zadaných hodnot:

E_{\text{termální}} = 500 \, \text{m²} \cdot 1000 \, \text{W/m²} \cdot 0.8 \cdot 1 \, \text{hodina}

E_{\text{termální}} = 400,000 XNUMX \, \text{J}

Proto je tepelná energie přijatá kolektorem za 1 hodinu 400,000 XNUMX J.

problém 2

Jak zvýšit využití tepelné energie v solárních tepelných elektrárnách 3

Solární tepelná elektrárna využívá výměník tepla k přeměně tepelné energie na elektřinu. Tepelný výměník má účinnost 60 % při přeměně tepelné energie na elektrickou. Je-li příkon tepelné energie do výměníku 500,000 XNUMX J, vypočítejte elektrický výkon výměníku.

Řešení:

Zadáno:
– Účinnost výměníku tepla, η = 60 %
– Vstup tepelné energie do tepelného výměníku, E_{text{termální}} = 500,000 XNUMX J

Elektrický výkon výměníku tepla lze vypočítat pomocí vzorce:

E_{\text{electric}} = E_{\text{termální}} \cdot \eta

Dosazením zadaných hodnot:

E_{\text{electric}} = 500,000 0.6 \, \text{J} \cdot XNUMX

E_{\text{electric}} = 300,000 XNUMX \, \text{J}

Proto je elektrický výkon výměníku 300,000 XNUMX J.

problém 3

Solární tepelná elektrárna má systém akumulace tepelné energie, který dokáže uložit až 1,000,000 70 200,000 J tepelné energie. Systém má účinnost XNUMX % při ukládání a získávání tepelné energie. Pokud je systém nabíjen tepelnou energií rychlostí XNUMX XNUMX J/hod, vypočítejte dobu, kterou bude trvat úplné nabití systému akumulace tepelné energie.

Řešení:

Zadáno:
– Maximální kapacita akumulace tepelné energie, E_{text{max}} = 1,000,000 XNUMX XNUMX J
– Účinnost systému akumulace tepelné energie, η = 70 %
– Rychlost nabíjení tepelné energie, r = 200,000 XNUMX J/hod

Dobu, kterou zabere úplné nabití systému akumulace tepelné energie, lze vypočítat pomocí vzorce:

t = \frac{E_{\text{max}}}{r \cdot \eta}

Dosazením zadaných hodnot:

t = \frac{1,000,000 200,000 0.7 \, \text{J}}{XNUMX XNUMX \, \text{J/hodina} \cdot XNUMX}

t \cca 7.14 \, \text{hodin}

Plné nabití akumulačního systému tepelné energie tedy bude trvat přibližně 7.14 hodiny.

Také čtení: