Возобновляемая тепловая энергия

Возобновляемая тепловая энергия
Тип	Энергия
Working principleПринцип работы	Термодинамика
Первое производство	1800-е годы

Возобновляемая тепловая энергия — это технология сбора тепловой энергии из возобновляемого источника энергии для немедленного использования или хранения в тепловой батарее для последующего использования.

Наиболее популярной формой возобновляемой тепловой энергии является солнце, а солнечная энергия собирается солнечными коллекторами для нагрева воды, зданий, бассейнов и различных процессов. Другим примером возобновляемой тепловой энергии является геотермальная или геотермальная система теплового насоса (GHP), в которой тепло, накопленное летом в земле, извлекается из земли для обогрева здания в другое время года. Этот пример системы является «возобновляемым», поскольку источником избыточной тепловой энергии является надежно повторяющийся процесс, который происходит каждый летний сезон.

История возобновляемых тепловых систем

Солнечная энергия использовалась на протяжении веков для отопления жилищ и производства горячей воды до того, как был открыт дешевый природный газ. Это привлекло внимание во время и после нефтяного эмбарго 1973 года, когда инженеры исследовали способы производства тепловой энергии из возобновляемых источников вместо ископаемого топлива. ^{[ нужна ссылка ]}

История использования земли в качестве источника тепла возникла совсем недавно и приобрела известность в последние годы, особенно в сельских районах, где отопление природным газом может быть недоступно. Внешняя кора Земли представляет собой тепловую батарею , поддерживающую среднюю температуру, равную средней температуре воздуха в этом месте. Эта «средняя температура земли» представляет собой комбинацию баланса солнечной энергии от Солнца, тепловой энергии от ядра Земли и потерь тепла из-за проводимости, испарения и излучения. На рисунке справа показана карта «средней температуры земли» в различных точках США. ^[1]

Типы

Солнечная возобновляемая тепловая энергия

Солнечная тепловая энергия (STE) — это форма энергии и технология использования солнечной энергии для производства тепловой энергии для использования в промышленности , а также в жилом и коммерческом секторах. Солнечные тепловые коллекторы США классифицируются Управлением энергетической информации как низко-, средне- и высокотемпературные коллекторы. Низкотемпературные коллекторы, как правило, не имеют глазури и используются для обогрева плавательных бассейнов или для подогрева вентиляционного воздуха. Коллекторы средней температуры также обычно представляют собой плоские пластины, но используются для нагрева воды или воздуха в жилых и коммерческих целях.

Высокотемпературные коллекторы концентрируют солнечный свет с помощью зеркал или линз и обычно используются для удовлетворения потребностей в тепле до 300 градусов C (600 °F) / давления 20 бар (300 фунтов на квадратный дюйм) в промышленности, а также для производства электроэнергии. Две категории включают концентрированную солнечную тепловую энергию (CST) для удовлетворения потребностей в тепле в промышленности и концентрированную солнечную энергию (CSP), когда собранное тепло используется для производства электроэнергии. CST и CSP не взаимозаменяемы с точки зрения применения.

В отличие от фотоэлектрических элементов, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество, солнечные тепловые системы преобразуют его в тепло. Они используют зеркала или линзы для концентрации солнечного света на приемнике, который, в свою очередь, нагревает резервуар с водой. Нагретую воду затем можно использовать в домах. Преимущество солнечной тепловой энергии заключается в том, что нагретую воду можно хранить до тех пор, пока она не понадобится, что устраняет необходимость в отдельной системе хранения энергии. ^[2] Солнечную тепловую энергию также можно преобразовать в электричество, используя пар, вырабатываемый из нагретой воды, для привода турбины, подключенной к генератору. Однако, поскольку производство электроэнергии таким способом намного дороже, чем фотоэлектрические электростанции, сегодня их очень мало. ^[3]

Наземная возобновляемая тепловая энергия

— Заземленный теплообменник это подземный теплообменник, который может улавливать тепло из земли и/или рассеивать его в землю. Они используют почти постоянную подземную температуру Земли для нагрева или охлаждения воздуха или других жидкостей для жилых, сельскохозяйственных или промышленных целей. Если воздух здания продувается через теплообменник для вентиляции с рекуперацией тепла , их называют земляными трубами (или канадским колодцем, провансальским колодцем, солнечным дымоходом , также называемыми трубами охлаждения земли, трубками для обогрева земли, теплообменниками земля-воздух (EAHE или EAHX) , теплообменник «воздух-почва», земляные каналы, земляные каналы, системы туннелей «земля-воздух», теплообменник наземных труб, гипокаусты , подземные теплообменники, тепловые лабиринты, подземные воздушные трубы и другие).

Земляные трубы часто являются жизнеспособной и экономичной альтернативой или дополнением к обычным системам центрального отопления или кондиционирования воздуха, поскольку в них нет компрессоров, химикатов или горелок, а для перемещения воздуха требуются только воздуходувки. Они используются для частичного или полного охлаждения и/или нагрева вентиляционного воздуха объекта. Их использование может помочь зданиям соответствовать стандартам пассивного дома или сертификации LEED .

Теплообменники земля-воздух использовались на сельскохозяйственных объектах (зданиях для животных) и садоводческих объектах (теплицах) в Соединенных Штатах Америки в течение последних нескольких десятилетий и использовались в сочетании с солнечными дымоходами в жарких засушливых районах на протяжении тысячелетий. вероятно, начиная с Персидской империи. Внедрение этих систем в Индии, а также в более прохладном климате Австрии, Дании и Германии для предварительного нагрева воздуха для домашних систем вентиляции стало довольно распространенным явлением с середины 1990-х годов и постепенно распространяется в Северной Америке.

В заземленном теплообменнике также может использоваться вода или антифриз в качестве теплоносителя, часто в сочетании с геотермальным тепловым насосом . См., например, скважинные теплообменники . Остальная часть этой статьи посвящена в основном теплообменникам земля-воздух или земляным трубам.

Сезонное хранение тепловой энергии

Сезонное хранилище тепловой энергии (СТЭС), также известное как межсезонное хранилище тепловой энергии. ^[4]Это сохранение тепла или холода на период до нескольких месяцев. Тепловую энергию можно собирать всякий раз, когда она доступна, и использовать ее тогда, когда это необходимо, например, в противоположное время года. Например, тепло от солнечных коллекторов или отходящее тепло от оборудования для кондиционирования воздуха можно собирать в жаркие месяцы для использования в целях обогрева помещений, когда это необходимо, в том числе в зимние месяцы. Отходящее тепло промышленных процессов можно аналогичным образом хранить и использовать гораздо позже. ^[5] или естественный холод зимнего воздуха можно сохранить для кондиционирования воздуха в летнее время. ^[6]^[7]

Магазины СТЭС могут обслуживать системы централизованного теплоснабжения, а также отдельные здания или комплексы. Среди сезонных хранилищ, используемых для отопления, расчетные пиковые годовые температуры обычно находятся в диапазоне от 27 до 80 °C (от 81 до 180 °F), а разница температур, возникающая в хранилище в течение года, может составлять несколько десятков градусов. В некоторых системах используется тепловой насос для зарядки и разгрузки накопителя в течение части или всего цикла. Для охлаждения часто используются только циркуляционные насосы.

Примеры централизованного теплоснабжения включают солнечное сообщество Drake Landing Solar Community , где наземные хранилища обеспечивают 97% годового потребления без тепловых насосов , ^[8]

и датское прудовое хранилище с наддувом. ^[9]

Политика по географии

штат Нью-Йорк

В сентябре 2015 года штат Нью-Йорк сделал большой шаг, создав новый офис под названием «Директор по возобновляемым источникам энергии». ^[10] Директор компании Renewable Thermal в Нью-Йорке будет курировать команду, которая будет помогать компаниям разрабатывать и внедрять возобновляемые, низкоуглеродные системы охлаждения и отопления. Штат Нью-Йорк считает эту инициативу важнейшим компонентом стратегии NYSERDA по созданию зданий с нулевым потреблением энергии, которые производят столько же энергии, сколько потребляют. ^[10] Это также будет способствовать дальнейшему прогрессу Нью-Йорка в создании самоподдерживающихся энергетических рынков для чистых, возобновляемых технологий. ^[10]

Возобновляемая тепловая энергия была основным ресурсом во многих штатах. Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии. ^[11] В отчете говорится: «Программы государственных стандартов портфеля возобновляемых источников энергии (RPS) исторически были сосредоточены на производстве электроэнергии. Однако некоторые штаты начали включать возобновляемую тепловую энергию для производства тепла в свои RPS как способ поддержать развитие и рост рынка солнечной тепловой энергии, тепловые технологии на основе биомассы, геотермальные и другие возобновляемые тепловые технологии». В плане основное внимание уделяется тому, что «возобновляемая тепловая энергия имеет многие из тех же преимуществ, что и другие возобновляемые технологии, включая улучшение качества воздуха, экономическое развитие и создание рабочих мест, а также содействие региональной энергетической безопасности». Представители отрасли назвали сжигание на месте «ответственным за 35 процентов выбросов парниковых газов из ископаемого топлива в штате Нью-Йорк». " ^[12]

См. также

Ссылки

^ [1] , Карта средней температуры земли в США.
^ Корен, Майкл (13 февраля 2024 г.). «Знакомьтесь, другая солнечная панель» . Вашингтон Пост .
^ Кингсли, Патрик; Элькаям, Амит (9 октября 2022 г.). « Глаз Саурона: Ослепительная солнечная башня в израильской пустыне» . Нью-Йорк Таймс .
^ Вонг, Билл; Снейдерс, Аарт; МакКлунг, Ларри (2006). «Недавние применения межсезонного подземного хранения тепловой энергии в Канаде». Конференция IEEE EIC по изменению климата 2006 г. EIC Технология изменения климата, 2006 IEEE. стр. 1–7. дои : 10.1109/EICCCC.2006.277232 . ISBN 1-4244-0218-2 . S2CID 8533614 .
^ Андерссон, О.; Хэгг, М. (2008), «Результат 10 – Швеция – Предварительный проект сезонного аккумулятора тепла для ITT Flygt, Эммабода, Швеция» (PDF) , Результат 10 – Швеция – Предварительный проект сезонного аккумулятора тепла для ITT Flygt, Эммабода , Швеция , IGEIA – Интеграция геотермальной энергии в промышленные применения, стр. 38–56 и 72–76, заархивировано из оригинала (PDF) 11 апреля 2020 г. , получено 21 апреля 2013 г.
^ Паксой, Х.; Снейдерс, А.; Стайлз, Л. (2009 г.), «Система холодного хранения тепловой энергии водоносного горизонта в колледже Ричарда Стоктона» (PDF) , Система холодного хранения тепловой энергии водоносного горизонта в колледже Ричарда Стоктона , EFFSTOCK 2009 (11-й Международный) - Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Стокгольм, заархивировано из оригинала (PDF) 12 января 2014 г. , получено 22 апреля 2013 г. {{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Гелин, С.; Норделл, Б. (1998), «Испытание на термический отклик – измерения тепловых свойств в твердых породах на месте» (PDF) , Испытание на термический отклик – измерения тепловых свойств в твердых породах на месте , Департамент водного хозяйства. Лулео, Технологический университет Лулео
^ Вонг, Билл (28 июня 2011 г.), «Солнечное сообщество Drake Landing» (PDF) , Солнечное сообщество Drake Landing , Конференция IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011, Торонто, стр. 1–30, заархивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2016 г. , дата обращения 21 апреля 2013 г.
^ Виттруп, Санне (14 июня 2015 г.). «В Войенсе открылся крупнейший в мире прудовый теплоаккумулятор» . Инженер . Архивировано из оригинала 19 октября 2015 года.
^ Jump up to: ^а ^б ^с [2] , NYSERDA объявляет, что Донован Гордон возглавит усилия по расширению рынков возобновляемого охлаждения и отопления в Нью-Йорке, 16 сентября 2015 г.
^ [3] , Возобновляемая тепловая энергия в государственных стандартах портфеля возобновляемых источников энергии, апрель 2015 г.
^ [4] , Новые законопроекты могут изменить правила игры для геотермальной компании Нью-Йорка, 15 сентября 2015 г.

[1] [1] , Карта средней температуры земли в США.

[2] Корен, Майкл (13 февраля 2024 г.). «Знакомьтесь, другая солнечная панель» . Вашингтон Пост .

[3] Кингсли, Патрик; Элькаям, Амит (9 октября 2022 г.). « Глаз Саурона: Ослепительная солнечная башня в израильской пустыне» . Нью-Йорк Таймс .

[4] Вонг, Билл; Снейдерс, Аарт; МакКлунг, Ларри (2006). «Недавние применения межсезонного подземного хранения тепловой энергии в Канаде». Конференция IEEE EIC по изменению климата 2006 г. EIC Технология изменения климата, 2006 IEEE. стр. 1–7. дои : 10.1109/EICCCC.2006.277232 . ISBN 1-4244-0218-2 . S2CID 8533614 .

[5] Андерссон, О.; Хэгг, М. (2008), «Результат 10 – Швеция – Предварительный проект сезонного аккумулятора тепла для ITT Flygt, Эммабода, Швеция» (PDF) , Результат 10 – Швеция – Предварительный проект сезонного аккумулятора тепла для ITT Flygt, Эммабода , Швеция , IGEIA – Интеграция геотермальной энергии в промышленные применения, стр. 38–56 и 72–76, заархивировано из оригинала (PDF) 11 апреля 2020 г. , получено 21 апреля 2013 г.

[Seasonal_thermal_energy_storage_RSC-6] Паксой, Х.; Снейдерс, А.; Стайлз, Л. (2009 г.), «Система холодного хранения тепловой энергии водоносного горизонта в колледже Ричарда Стоктона» (PDF) , Система холодного хранения тепловой энергии водоносного горизонта в колледже Ричарда Стоктона , EFFSTOCK 2009 (11-й Международный) - Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Стокгольм, заархивировано из оригинала (PDF) 12 января 2014 г. , получено 22 апреля 2013 г. {{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[7] Гелин, С.; Норделл, Б. (1998), «Испытание на термический отклик – измерения тепловых свойств в твердых породах на месте» (PDF) , Испытание на термический отклик – измерения тепловых свойств в твердых породах на месте , Департамент водного хозяйства. Лулео, Технологический университет Лулео

[Seasonal_thermal_energy_storage_drake1-8] Вонг, Билл (28 июня 2011 г.), «Солнечное сообщество Drake Landing» (PDF) , Солнечное сообщество Drake Landing , Конференция IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011, Торонто, стр. 1–30, заархивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2016 г. , дата обращения 21 апреля 2013 г.

[Seasonal_thermal_energy_storage_ing2015-06-14-9] Виттруп, Санне (14 июня 2015 г.). «В Войенсе открылся крупнейший в мире прудовый теплоаккумулятор» . Инженер . Архивировано из оригинала 19 октября 2015 года.

[:0-10] Jump up to: ^а ^б ^с [2] , NYSERDA объявляет, что Донован Гордон возглавит усилия по расширению рынков возобновляемого охлаждения и отопления в Нью-Йорке, 16 сентября 2015 г.

[11] [3] , Возобновляемая тепловая энергия в государственных стандартах портфеля возобновляемых источников энергии, апрель 2015 г.

[12] [4] , Новые законопроекты могут изменить правила игры для геотермальной компании Нью-Йорка, 15 сентября 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]