Generator magnetohydrodynamiczny

HELIOTECHNIKA
W chwili obecnej jest niekonkurencyjna w porównaniu ze źródłami konwencjonalnymi, ale jest to „czysta energia” dlatego
wiąże się z nią wiele nadziei.
W przestrzeni kosmicznej wokół ziemi na 1 m2 przypada 1,3 kW energii promieniowania pod kątem prostym.
W Polsce:
a) 0,93 – 1,16 kW/ m2
b) ok. 50% to promieniowanie rozproszone tzw. dyfuzyjne
c) ok. 1600 godzin słonecznych w roku
Metoda pasywna wykorzystania promieniowania stosowana jest w gospodarce komunalno-bytowej i dotyczy systemów
ogrzewania budynków. Do metod aktywnych zaliczamy kolektory cieplne (słoneczne) dostosowane do produkcji c.w.u. oraz
kolektory świetlne (ogniwa fotowoltaniczne) dostosowane do produkcji energii elektrycznej.
W przypadku oświetlania płytki stan równowagi, gdy promieniowane odbite równe jest absorbowanemu, wg prawa StefanaBoltzmanna pozwala na wyznaczenie jej temperatury
𝑎𝐼
=
·
gdzie: a – absorpcyjność,  - emisyjność, T – temperatura [K], I – natężenie promieniowania,  = 5,667·10-8 W/m2K4 – stała
Boltzmanna.
Temperaturę tą można podwyższyć zwiększając „a” zwiększając I lub koncentrując strumień (w domyśle powierzchnie) na
mniejszej powierzchni.
𝑇4
Podział kolektorów ze względu na wartość
współczynnika koncentracji C:
a) Niskotemperaturowe płaskie i próżniowe t =
120oC, C = 1
Współczynnik koncentracji C jest to
stosunek przekroju poprzecznego
kolektora do powierzchni przekroju
ogniska
b) Średniotemperaturowe soczewkowe:
- Paraboliczne t = 320 oC, C = 50
c) Wysokotemperaturowe z heliostatami t = 500 – 900 oC, C = 500
d) Bardzo wysokotemperaturowe (również paraboliczne) t = 900 – 1200oC, C = 6000 – 10 000
„pamiętaj o sprawności Carno”
Stawy słoneczne:
- Różne zasolenie powoduje stratyfikacje wody
- Większe zasolenie to większa absorbcja ( w
tropikach temperatura solanki może dojść do 100oC,
ale jako obliczeniową przyjmuje się 90oC
Fotoogniwo – zamienia energię promieniowania na energię elektryczną, zwane ogniwem
fotowoltanicznym,
Zjawisko [polega na powstawaniu napięcia elektrycznego na styku dwóch różnych materiałów, na które
pada promieniowanie elektromagnetyczne.
+
-
p
n
Warstwa przeciwodblaskowa
promieniowanie
Obecnie opracowani ogniwa krzemowe różnych typów:
galenowo-arsenowe, których sprawność teoretyczna waha
się w granicach 30 -35%.
Koszty wytwarzania energii elektrycznej jest około 10-krotnie
większy niż konwencjonalnych. Mają zastosowanie w sytuacjach
Wysokich kosztów przyłączy małych mocy.
Aktywne systemy słoneczne do domów jednorodzinnych:
Zastosowanie:
- Ogrzewanie domów, c.o.
- Przygotowanie c.w.u.
- Suszenie i podgrzewanie ziemi jako zasobnika
- Rekreacja
BIOMASA
- Wytworzona w sposób naturalny masa zawierająca węgiel pochodzący od roślin z fotosyntezy
- Mówimy o konwersji energii słonecznej w procesie fotosyntezy
h
CO2 + H2O  związki organiczne + O2
- Rośliny wykorzystują fale o długości 400 – 700 nm, co stanowi 50% całkowitego promieniowania słonecznego.
Bilans energii z biomasy – na świecie wykorzystujemy około 7% dostępnej biomasy.
Kierunki rozwoju:
- Beztlenowa fermentacja materiałów organicznych (patrz rys.)
- Piroliza biomasy
- Spalanie i zgazowanie biomasy
- Biokonwersja, produkcja wodoru
- Biopaliwa (np. rzepak, etanol)
- Gospodarka skojarzona – wykorzystanie odpadów
NIEKONWENCJONALNE URZĄDZENIA ENERGETYCZNE
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Pompy ciepła
Rury cieplne
Ogniwa paliwowe
Generator termoelektronowy
Generator termoelekryczny
Silnik Stirlinga
Generator magnetohydrodynamiczny
Pompa ciepła – to urządzenie transformujące ciepło z niższego poziomu energetycznego (niższa temperatura) na poziom
Wyższy (wyższa temperatura)kosztem wkładu pracy mechanicznej, ciepła lub energii elektrycznej. Pompa ciepła jest
jedynym urządzeniem umożliwiającym wykorzystanie energii o niskiej temperaturze, a więc o małej egzergii (maksymalna
zdolność materii do wykonania pracy technicznej w danym otoczeniu).
Termoelektryczna pompa ciepła
– zjawisko Peltier’a (potocznie termoelement)
Rury cieplne – wynalezione przez Genglera w 1944 r.;
służą do transportu ciepła poprzez przegrody, przez które
przenikanie ciepła jest niemożliwe.
Ze względu na siłę powodującą ruch czynnika dzielą się na:
- grawitacyjne, ruch wywołany przyciąganiem ziemskim,
- kapilarno-porowaty, ruch wywołany podciąganiem kapilarnym.
Silni Styrling’a
- Jest najbardziej zbliżonym obiegiem do obiegu Carnot’a (ma dwie przemiany izotermiczne)
- Charakteryzuje się doskonałą regeneracja ciepła
- Klasyczny silnik spalinowy był by silnikiem Stryrling’a gdyby ciepło nie wywiązywało się w komorze spalania
ale dopływało przez ścianki (stąd nazwa – silnik zewnętrznego spalania)
Generator magnetohydrodynamiczny
Doprowadzone do komory spalania paliwo ulega spaleniu w wyniku czego powstają gazy spalinowe o wysokiej
temperaturze - ponad 2200oC. W tej temperaturze atomy gazu w skutek intensywnych zderzeń ze sobą ulegają jonizacji powstają jony i ujemne elektrony swobodne. Aby zintensyfikować ten proces do komory spalania dodaje się
intensyfikatorów (np. sód lub potas) … uzyskujemy plazmę.
Pod wpływem wysokiego ciśnienia plazma wpływa do kanału generatora (o długości 50m) z prędkością około 1000 m/s.
Plazma przepływając przez elektromagnes o indukcji 2 – 6 Tesli. Na cząstki naładowane działa pod kątem prostym siła
Lorenz’a rozdzielając jony i elektrony. Dostajemy więc ładunek dodatni i ujemny, czyli prąd stały.
Istnieje instalacja o mocy 50 MW, a projektowana jest o mocy 250 MW.
Czyste technologie węglowe
Najnowsze techniki spalania węgla obejmują:
- Kotły z paleniskami fluidalnymi o złożach wrzących atmosferycznych
- Kotły z paleniskami fluidalnymi pospiesznych z systemem cyrkulacyjnym
- Kotły z paleniskami fluidalnymi ciśnieniowe
- Zintegrowane systemy parowo-gazowe, w których gaz palny uzyskuje się w wyniku zgazowania węgla
W nowoczesnych instalacjach sprawność termiczna osiąga 85%, a przereagowanie węgla 95%.
Technologie wodorowe:
Roczna produkcja wodoru w 1990 wynosiła 350 mld m3, przy czym podstawowym surowcami były ropa naftowa 50%,
gaz ziemny 30% i węgiel 15%.
Podstawowe technologie wytwarzania wodoru:
- Piroliza olefinow (przeróbka ropy w temperaturze 700oC
- Reformowanie ropy naftowej (reforming)
- Zgazowanie węgla
- Rozkład wody
Biotechnologie do wytwarzania wodoru:
- Biokatalityczna produkcja wodoru za pomocą bakterii
- Sztuczne membrany chlorofilowe
- Biofotoliza z wykorzystaniem bakterii
Magazynowanie wodoru:
- Pod ciśnieniem 20 MPa w butlach i zbiornikach w fazie gazowej
- W postaci ciekłej w cysternach i na statkach (temperatura wrzenia przy ciśnieniu atmosferycznym to: - 253oC
- W postaci wodorków metali różnego rodzaju.
Zalety i wady wodoru:
a) Zalety
- łatwo tworzy jednorodne mieszanki
- brak toksycznych składników w spalinach z wyjątkiem NOx
- potrzebna mała energia do zapłonu mieszanki
- duża prędkość spalania
- szerokie granice palności 0,14    9,5
b) Wady
- mała liczba oktanowa (spalanie stukowe)
- silne oddziaływanie na metale w wysokich temperaturach
- zdolność wodoru do rozkładania olei smarnych
- mała gęstość energetyczna (benzyna to 3,75 a wodór to 2,97 MJ/m3)
- trudne przechowywanie