Hoe u het gebruik van thermische energie in thermische zonne-energiecentrales kunt verbeteren: een uitgebreide gids

Het gebruik van thermische energie is een cruciaal aspect van thermische zonne-energiecentrales. Om de efficiëntie en productiviteit van deze centrales te maximaliseren, is het belangrijk om het gebruik van thermische energie te verbeteren. Dit omvat het aanpakken van verschillende uitdagingen, zoals inefficiëntie in de warmteoverdracht, problemen met de opslag van thermische energie en hoge operationele en onderhoudskosten. In deze blogpost onderzoeken we strategieën om het gebruik van thermische energie in thermische zonne-energiecentrales te verbeteren, samen met casestudies die succesvolle implementaties demonstreren.

Huidige uitdagingen bij het gebruik van thermische energie

Inefficiënties in warmteoverdracht

Hoe het gebruik van thermische energie in thermische zonne-energiecentrales te verbeteren 1

Een van de belangrijkste uitdagingen bij het gebruik van thermische energie is de inefficiëntie in de warmteoverdracht. Thermische zonne-energiecentrales zijn afhankelijk van het opvangen van zonnestraling en het omzetten ervan in bruikbare thermische energie. Tijdens het proces van warmteoverdracht kan echter een aanzienlijke hoeveelheid energie verloren gaan. Dit kan gebeuren door factoren zoals warmteverliezen in de zonnecollectoren, warmtewisselaars en leidingwerk.

Om deze uitdaging aan te gaan, kunnen geavanceerde warmteoverdrachtsvloeistoffen worden gebruikt. Deze vloeistoffen hebben superieure thermische eigenschappen, waardoor een efficiëntere warmteoverdracht mogelijk is. Het gebruik van gesmolten zouten als warmteoverdrachtsvloeistof heeft bijvoorbeeld veelbelovende resultaten opgeleverd. Deze zouten kunnen hogere temperaturen bereiken zonder te koken of te bevriezen, waardoor hogere temperatuurverschillen kunnen worden gebruikt voor verbeterde energieconversie.

Problemen met de opslag van thermische energie

Een andere uitdaging bij het gebruik van thermische energie is de opslag van overtollige thermische energie. Thermische zonne-energiecentrales hebben vaak te maken met een intermitterende energievoorziening, omdat de zonnestraling gedurende de dag varieert. Om dit te ondervangen zijn efficiënte thermische energieopslagsystemen nodig.

Een effectieve oplossing is het gebruik van faseveranderingsmaterialen (PCM's) voor thermische energieopslag. PCM's kunnen grote hoeveelheden energie absorberen en vrijgeven tijdens het faseveranderingsproces, waardoor een efficiënte opslag en gebruik van thermische energie mogelijk is. Paraffinewas kan bijvoorbeeld grote hoeveelheden energie opslaan wanneer het smelt en deze vrijgeven wanneer het stolt, waardoor een continue toevoer van thermische energie ontstaat, zelfs als de zonnestraling onvoldoende is.

Hoge operationele en onderhoudskosten

Hoe het gebruik van thermische energie in thermische zonne-energiecentrales te verbeteren 2

Thermische zonne-energiecentrales kunnen ook te maken krijgen met hoge operationele en onderhoudskosten, die het efficiënte gebruik van thermische energie kunnen belemmeren. Deze kosten kunnen voortkomen uit factoren zoals regelmatige inspecties, het reinigen van zonnecollectoren en het onderhoud van warmtewisselaars en pompen.

Om deze kosten te verlagen kunnen geautomatiseerde monitoring- en onderhoudssystemen worden geïmplementeerd. Deze systemen maken gebruik van sensoren en geavanceerde besturingsalgoritmen om de prestaties van de installatie te monitoren en eventuele afwijkingen of problemen op te sporen. Door de onderhoudsprocessen te automatiseren kan de noodzaak voor handmatige inspecties en interventies worden geminimaliseerd, waardoor de operationele en onderhoudskosten worden verlaagd.

Strategieën om het gebruik van thermische energie te verbeteren

Verbetering van de efficiëntie van warmteoverdrachtsystemen

1. Gebruik van geavanceerde warmteoverdrachtsvloeistoffen

Zoals eerder vermeld kan het gebruik van geavanceerde warmteoverdrachtsvloeistoffen de efficiëntie van de warmteoverdracht in thermische zonne-energiecentrales aanzienlijk verbeteren. Deze vloeistoffen hebben betere thermische eigenschappen, waardoor grotere temperatuurverschillen en efficiëntere energieconversie mogelijk zijn.

2. Optimalisatie van het ontwerp van de warmtewisselaar

Een andere strategie om de efficiëntie van warmteoverdracht te verbeteren is door het optimaliseren van het ontwerp van de warmtewisselaar. Warmtewisselaars spelen een cruciale rol bij het overbrengen van thermische energie van de zonnecollectoren naar de werkvloeistof. Door de ontwerpparameters zoals warmteoverdrachtsoppervlak, stroomsnelheden en buisafmetingen te optimaliseren, kan de algehele efficiëntie van de warmteoverdracht aanzienlijk worden verbeterd.

Verbetering van de opslag van thermische energie

1. Gebruik van faseveranderingsmaterialen voor opslag

Zoals eerder besproken kunnen faseveranderingsmaterialen (PCM's) worden gebruikt voor efficiënte opslag van thermische energie. Door PCM's met geschikte smelt- en stollingstemperaturen te gebruiken, kan de thermische energie effectief worden opgeslagen en vrijgegeven. Dit zorgt voor een continue toevoer van thermische energie, zelfs tijdens perioden met weinig zonnestraling.

2. Implementatie van geavanceerde thermische energieopslagsystemen

Naast PCM's kunnen geavanceerde thermische energieopslagsystemen worden geïmplementeerd om het gebruik van thermische energie verder te verbeteren. Deze systemen maken gebruik van technologieën zoals thermische opslagtanks, opslagstenen voor thermische energie of opslagsystemen voor gesmolten zout. Door gebruik te maken van deze geavanceerde opslagsystemen kan de thermische energie voor langere tijd worden opgeslagen en vrijgegeven volgens de vereisten van de fabriek.

Verlaging van de operationele en onderhoudskosten

1. Gebruik van geautomatiseerde monitoring- en onderhoudssystemen

Om de operationele en onderhoudskosten te verlagen, kunnen thermische zonne-energiecentrales geautomatiseerde monitoring- en onderhoudssystemen implementeren. Deze systemen monitoren voortdurend de prestaties van de fabriek, detecteren eventuele problemen of afwijkingen en activeren indien nodig onderhoudsactiviteiten. Dit zorgt voor tijdige interventies en vermindert de noodzaak voor handmatige inspecties, wat resulteert in kostenbesparingen.

2. Implementeren van energie-efficiënte operationele praktijken

Energie-efficiënte operationele praktijken kunnen ook bijdragen aan het verlagen van de operationele kosten in thermische zonne-energiecentrales. Dit omvat onder meer het optimaliseren van het bedrijfsschema van de fabriek om het af te stemmen op de beschikbaarheid van zonnestraling, het implementeren van energiebesparende maatregelen zoals thermische isolatie en het toepassen van efficiënte operationele processen. Door energieverspilling te minimaliseren en het energieverbruik te optimaliseren, kunnen de operationele kosten aanzienlijk worden verlaagd.

Casestudies van succesvolle verbetering van het gebruik van thermische energie

Casestudy 1: Verbeterd gebruik van thermische energie in een geconcentreerde zonne-energiecentrale

In een geconcentreerde zonne-energiecentrale werd de efficiëntie van het gebruik van thermische energie aanzienlijk verbeterd door de implementatie van geavanceerde warmteoverdrachtsvloeistoffen. Door conventionele warmteoverdrachtsvloeistoffen te vervangen door gesmolten zouten, bereikte de fabriek hogere temperatuurverschillen en verbeterde energieomzettingsefficiëntie. Dit resulteerde in een verhoogde energieopwekking en verbeterde algehele prestaties van de installatie.

Casestudy 2: Verbeterde efficiëntie in een zonnetorenenergiecentrale

In een zonnetorencentrale werd het gebruik van thermische energie verbeterd door de implementatie van geavanceerde thermische energieopslagsystemen. Door gebruik te maken van opslagsystemen voor gesmolten zout kon de installatie overtollige thermische energie opslaan en deze indien nodig vrijgeven. Dit maakte een continue stroomopwekking mogelijk, zelfs tijdens perioden met weinig zonnestraling, en verbeterde de algehele efficiëntie van de centrale.

Deze casestudies benadrukken de effectiviteit van verschillende strategieën bij het verbeteren van het gebruik van thermische energie in thermische zonne-energiecentrales. Door deze strategieën te implementeren kunnen thermische zonne-energiecentrales een hogere energieomzettingsefficiëntie bereiken, de operationele en onderhoudskosten verlagen en een betrouwbaardere en duurzamere energievoorziening garanderen.

Numerieke problemen bij het verbeteren van het gebruik van thermische energie in thermische zonne-energiecentrales

Probleem 1

Een thermische zonne-energiecentrale heeft een zonnecollector met een oppervlakte van 500 m². De zonnecollector heeft een rendement van 80% bij het omzetten van zonne-energie in thermische energie. De intensiteit van de zonnestraling die op de collector wordt ontvangen, bedraagt ​​1000 W/m². Bereken de thermische energie die de collector in 1 uur ontvangt.

Oplossing:

Gegeven:
– Oppervlakte zonnecollector, A = 500 m²
– Rendement zonnecollector, η = 80%
– Intensiteit van de zonnestraling, I = 1000 W/m²
– Tijd, t = 1 uur

De door de collector ontvangen thermische energie kan worden berekend met behulp van de formule:

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

Vervanging van de gegeven waarden:

E_{\text{thermisch}} = 500 \, \text{m²} \cdot 1000 \, \text{W/m²} \cdot 0.8 \cdot 1 \, \text{uur}

E_{\text{thermisch}} = 400,000 \, \text{J}

Daarom is de thermische energie die de collector in 1 uur ontvangt 400,000 J.

Probleem 2

Hoe het gebruik van thermische energie in thermische zonne-energiecentrales te verbeteren 3

Een thermische zonne-energiecentrale gebruikt een warmtewisselaar om thermische energie om te zetten in elektriciteit. De warmtewisselaar heeft een rendement van 60% bij het omzetten van thermische energie in elektriciteit. Als de thermische energie-invoer naar de warmtewisselaar 500,000 J bedraagt, bereken dan de elektriciteitsopbrengst van de warmtewisselaar.

Oplossing:

Gegeven:
– Rendement van warmtewisselaar, η = 60%
– Thermische energie-invoer naar de warmtewisselaar, E_{text{thermal}} = 500,000 J

De elektriciteitsopbrengst van de warmtewisselaar kan worden berekend met behulp van de formule:

E_{\text{elektrisch}} = E_{\text{thermisch}} \cdot \eta

Vervanging van de gegeven waarden:

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

E_{\text{elektrisch}} = 300,000 \, \text{J}

Daarom is de elektriciteitsproductie van de warmtewisselaar 300,000 J.

Probleem 3

Een thermische zonne-energiecentrale heeft een thermisch energieopslagsysteem dat tot 1,000,000 J thermische energie kan opslaan. Het systeem heeft een efficiëntie van 70% bij het opslaan en terugwinnen van thermische energie. Als het systeem wordt opgeladen met thermische energie met een snelheid van 200,000 J/uur, bereken dan de tijd die nodig is om het thermische-energieopslagsysteem volledig op te laden.

Oplossing:

Gegeven:
– Maximale opslagcapaciteit voor thermische energie, E_{text{max}} = 1,000,000 J
– Rendement van het thermische energieopslagsysteem, η = 70%
– Oplaadsnelheid van thermische energie, r = 200,000 J/uur

De tijd die nodig is om het thermische energieopslagsysteem volledig op te laden, kan worden berekend met behulp van de formule:

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

Vervanging van de gegeven waarden:

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

t \circa 7.14 \, \text{uur}

Daarom duurt het ongeveer 7.14 uur om het thermische energieopslagsysteem volledig op te laden.

Lees ook: