Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zamiana energii cieplnej w elektryczną

Mateusz Sz. 123 18 Lut 2016 14:35 2793 11
  • #1 18 Lut 2016 14:35
    Mateusz Sz. 123
    Poziom 4  

    Cześć! Ostatnio wpadłem na pewien pomysł dotyczący wytwarzania energii elektrycznej z energii cieplnej
    Zamiana energii cieplnej w elektryczną

    Wykorzystuje on silnik stirlinga, a ciepło czerpie z ciepła otoczenia. Stos płytek peltiera (lub dowolna inna pompa ciepła) ochładza jedną część silnika do bardzo niskiej temperatury, a druga ma temperaturę pokojową. Zgodnie z idealnym cyklem Carnota silnik ten powinien mieć wysoką sprawność (u mnie 96%), więc duża część energii cieplnej zostanie zamieniona na mechaniczną, a potem na elektryczną, a jedynie 4% przejdzie na "zimną stronę", przez co ilość energii elektrycznej będzie wystarczająca do zasilenia płytek, a może i większa :)

    Czy mój to rozumowania jest prawidłowy i wynalazłem urządzenie, które zrewolucjonizuje przemysł energetyczny? :)

    0 11
  • Pomocny post
    #2 18 Lut 2016 15:23
    Xantix
    Poziom 40  

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Czy mój to rozumowania jest prawidłowy

    Niestety nie.

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    wynalazłem urządzenie, które zrewolucjonizuje przemysł energetyczny?

    Również kolegę rozczaruję ale nie.

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Wykorzystuje on silnik stirlinga, a ciepło czerpie z ciepła otoczenia. Stos płytek peltiera (lub dowolna inna pompa ciepła) ochładza jedną część silnika do bardzo niskiej temperatury, a druga ma temperaturę pokojową.

    A policzył kolega ile energii potrzeba będzie do osiągnięcia za pomocą płytki peltiera temperatury -263°C ? Podpowiem bardzo, bardzo dużo. Płytka nie tylko ma osiągnąć odpowiednią temperaturę ale i wydajność chłodniczą - musi przetransportować tyle samo ciepła ile dostarczy jej silnik stirlinga (on też "przepompowuje" ciepło ze zbiornika "gorącego" do "chłodnego" przy okazji wykonując pracę)
    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Zgodnie z idealnym cyklem Carnota silnik ten powinien mieć wysoką sprawność (u mnie 96%),

    Sprawność maksymalna nie jest tylko ograniczona wzorem z zasady termodynamiki - jest ograniczona także wieloma innymi czynnikami - w praktyce silnik rzeczywisty silnik stirlinga nie przekroczy sprawności 50%.
    Mateusz Sz. 123 napisał:
    przez co ilość energii elektrycznej będzie wystarczająca do zasilenia płytek, a może i większa

    Nie będzie nawet równa, a co dopiero większa...

    Dodano po 15 [minuty]:

    Tu podaję przykład:
    Ogniwo peltiera o mocy elektrycznej 1000W jest w stanie przetransportować tylko np. 600W energii cieplnej z jednej strony na drugą - oprócz ciepła przepompowywanego z jednej strony na drugą ogniwo musi dodatkowo przetransportować wewnętrzne ciepło Joule'a, które wydziela się w nim na skutek przepływu prądu elektrycznego.
    Czyli tyle samo energii może "przepompować" silnik stirlinga (przy okazji wykonując pracę) z otoczenia do ogniwa peltiera (jeśli silnik chciałby przetransportować więcej niż ogniwo może przetransportować z jednej strony na drugą to temperatura strony zimnej szybko zacznie wzrastać). Gdyby nawet silnik stirlinga miał ta obliczoną przez kolegę sprawność 96 % to znaczy, że dostarczałby ok. 576 W mocy mechanicznej. Dodając do tego sprawność generatora prądu (ta jest dość wysoka - z 95% i więcej) to ten wynalazek wygeneruje ok. 550 W mocy elektrycznej. Czyli aby zasilić ogniwa kolega potrzebuje jeszcze 450 W energii elektrycznej z zewnątrz - czyli mamy ujemny bilans energetyczny maszyny - "zjadamy" więcej energii niż wytwarzamy...

    0
  • #3 18 Lut 2016 16:16
    Mateusz Sz. 123
    Poziom 4  

    Dziękuje za pomoc, myślałem, że jak dostarczymy silnikowi powiedzmy te 600W mocy, to 576W zamieni na energię mechaniczną, a pozostałe 24W przejdzie na stronę zimną lekko ją ogrzewając, lecz przy tych 24W nie była by potrzebna tak duża moc pompy ciepła (nie muszą być to koniecznie peltiery). Jak więc dokładnie działa silnik stirlinga? Co go ogranicza, że nie może mieć sprawności wyższej niż 50%? Jeśli to tylko wady techniczne, da się je wyeliminować, ale jeśli ograniczają go prawa fizyki, to już nie...

    0
  • #4 18 Lut 2016 16:29
    Xantix
    Poziom 40  

    Tutaj rzeczywiście sam się rozpędziłem - tak w moich obliczeniach jest błąd - rzeczywiście jest tak jak mówi kolega czyli

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    myślałem, że jak dostarczymy silnikowi powiedzmy te 600W mocy, to 576W zamieni na energię mechaniczną,


    Mimo iż mój przykład obliczeniowy zawiera błąd, to i tak "czuję nosem" że ten pomysł nie zadziała. Nie mogę tego jednak wyjaśnić w tej chwili fizyczno - matematycznie.

    Co do pomp ciepła - pamiętam jak kiedyś bawiłem się peltierami i wiem, że uzyskac z nich bardzo niskie temperatury nie było łatwo.
    Pompy ciepła zdaje się mają to do siebie, że świetną sprawność osiągają tylko dla małych różnic temperatur - gdy rożnica temperatur zbiorników ciepła rośnie sprawność pompy dramatycznie spada i potrzebujemy coraz więcej mocy, aby uzyskać coraz niższe temperatury...

    0
  • #5 18 Lut 2016 17:03
    Mateusz Sz. 123
    Poziom 4  

    Ale z drugiej strony gdyby uzyskać kilka setnych powyżej zera bezwzględnego, to sprawność była by tak duża, że pomimo ogromnych nakładów energii na chłodzenie można by uzyskać tyle energii, że dało by się zrekompensować te nakłady, przynajmniej tak mi się wydaje :)
    Bo nawet gdyby uzyskać silnik z powiedzmy dużymi stratami na wskutek tarcia, to i tak zimnemu elementowi (na wskutek dużej "sprawności" w cyklu Carnota) było by przekazywane mało energii, przez co dało by się go schłodzić

    Ponadto, skoro istnieją grzejniki, to muszą też istnieć urządzenia działające do nich przeciwnie, nie znam prawa fizycznego, które zabrania przekształcać energię cieplną w elektryczną czy też mechaniczną :)

    Dodano po 10 [minuty]:

    Błąd logiczny - minimalna temperatura pracy to nieco powyżej wrzenia ciekłego helu :)

    0
  • #6 18 Lut 2016 17:05
    Xantix
    Poziom 40  

    Poszukałem, poszperałem i chyba znalazłem wyjaśnienie. Choć może problem leży w mojej błędnej interpretacji... Z tego co znalazłem to wzór na sprawność cieplną pompy ciepła to Ts/(Ts-Tp). I tak zakładając temperaturę strony "gorącej" na 310K (trochę powyżej temperatury otoczenia - trzeba dać bardzo wydajny wymiennik ciepła) a strony zimnej 10K to uzyskamy: n=310/(310-10)= 103%. Co oznacza, że pompa zaledwie 3% energii oddawanej po stronie "gorącej" pobiera ze strony zimnej (reszta idzie z "pracy transportu ciepła"). Czyli aby przenieść 24W ciepła pompa cieplna musiałaby mieć moc 24W/3% = 800W. A silnik stirlinga generuje 600W. I znowu wychodzi mi ujemny bilans energetyczny - 200W w plecy...
    Problem w tym że pompa ciepła ma max sprawność dla małej różnicy temperatur a silnik cieplny - na odwrót...

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Ponadto, skoro istnieją grzejniki, to muszą też istnieć urządzenia działające do nich przeciwnie

    Owszem istnieją - są to chłodziarki (pompy ciepła)

    0
  • #7 18 Lut 2016 17:34
    Mateusz Sz. 123
    Poziom 4  

    Ok, dzięki, z tymi grzejnikami chodziło mi o to, że to urządzenia zamieniające energię elektryczna w cieplną, więc muszą też istnieć urządzenia zamieniające energię cieplna w elektryczną. Wiem istnieją, to np chociażby peltiery pracujące odwrotnie, ale mi chodziło o wykorzystanie temperatury otoczenia :)
    Czyli cały problem problem w pompach ciepła... Nie dało by się jakoś tych 800W strat ponownie zamienić w energie elektryczną?

    0
  • #8 18 Lut 2016 17:50
    Xantix
    Poziom 40  

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Ok, dzięki, z tymi grzejnikami chodziło mi o to, że to urządzenia zamieniające energię elektryczna w cieplną, więc muszą też istnieć urządzenia zamieniające energię cieplna w elektryczną. Wiem istnieją, to np chociażby peltiery pracujące odwrotnie,

    Dokładnie, te urządzenia to termopary/termoelementy.
    Mateusz Sz. 123 napisał:
    ale mi chodziło o wykorzystanie temperatury otoczenia

    Tu się moim zdaniem zawiera cały błąd rozumowania...
    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Czyli cały problem problem w pompach ciepła...

    Ja to widzę tak... Każda maszyna cieplna działa tak, że pobiera ciepło ze zbiornika o wyższej temperaturze i oddaje go do zbiornika o niższej temperaturze, przy okazji część ciepła zamienia na pracę. I tak, mamy taki silnik stirlinga:
    Normalnie robi się tak, że jedną stronę silnika się ogrzewa (świeczką, ogniskiem, palnikiem itp.) a druga posiada chłodnicę wypromieniowującą ciepło. Różnica temperatur między obiema stronami silnika (ogrzewaną i chłodzoną) decyduje o sprawności. Ale generalnie silnik działa.
    Natomiast kolega chce zrobić odwrotnie - nie ogrzewać dodatkowo strony ciepłej, tylko schładzać stronę zimną. Czyli w uproszczeniu - normalnie do silnika dostarcza się ciepło - a kolega chce dostarczać silnikowi "zimno". A z uzyskiwaniem niskich temperatur jest tak samo jak z uzyskiwaniem temperatur wysokich - trzeba zużyć sporo energii na ich osiągnięcie...

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Nie dało by się jakoś tych 800W strat ponownie zamienić w energie elektryczną?

    Hmm... Dać silnik stirlinga podłączony do radiatora pompy ciepła/albo generator termoelektryczny? Ale to już brzmi perpeetum mobile na kilometr...

    0
  • #9 19 Lut 2016 20:01
    Mateusz Sz. 123
    Poziom 4  

    Tak, zaś dochodzi sprawność (dosyć niska przy takiej różnicy temperatur) silnika cieplnego, który odzyskiwałby te 800W... I nigdy nie uzyska się więcej energii, bo wraz ze wzrostem sprawności silnika stirlinga maleje sprawność ogniw peltiera... A już miałem nadzieję na wynalazek, który wywoła kolejną rewolucję przemysłową. Szkoda że nie ma sposobów na wytworzenie energii elektrycznej kosztem energii cieplnej otoczenia, tzn temperatura w pokoju maleje i wytwarza się prąd

    0
  • #10 19 Lut 2016 20:13
    Xantix
    Poziom 40  

    Mateusz Sz. 123 napisał:
    Szkoda że nie ma sposobów na wytworzenie energii elektrycznej kosztem energii cieplnej otoczenia, tzn temperatura w pokoju maleje i wytwarza się prąd

    Podejrzewam, że stoi to chyba w sprzeczności z prawami termodynamiki...

    0
  • #11 25 Lut 2016 21:44
    tolo2
    Poziom 18  

    Panowie najważniejszy parametr ogniwa peltiera ,to różnica między stroną zimną a ciepłą to 60°C,co dla silnika sterlinga to za mało.....

    0
  • #12 14 Kwi 2016 21:53
    Mateusz Sz. 123
    Poziom 4  

    No cóż, dziękuję wszystkim za wyjaśnienie mi tego zagadnienia :)

    0