Эффективно ли хранить электрическую энергию в виде тепла? Опции

[Sci-lib]

Эффективно ли хранить электрическую энергию в виде тепла?

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер или солнечный свет, не способны дать постоянной мощности. Поэтому для коммерческого использования подобных технологий необходимо организовать промежуточные хранилища, позволяющие запасать на будущее часть ...

Читать подробнее

[Librarian]

может проще воду разлагать на водород и кислород?

[Const]

может проще воду разлагать на водород и кислород?

Водород весьма взрывоопасен, а хранение его в достаточных количествах дорого.

[Ксей]

Меня такое отношение к электричеству тоже задело.
Я бы пустил лишнее в электролизер, работающий в ждущем режиме, например , для получения алюминия.
Алюминий можно истользовать для получения водорода, а может уже " изобрели " гальванический элемент на алюминии?

[VikDemakov]

Эффективно ли хранить электрическую энергию в виде тепла?

Читать подробнее

Эффективность - это степень достижения поставленной цели. Поэтому вопрос сформулирован не корректно - неизвестна цель сохранения электрической энергии. Очевидно, что в некоторых случаях - эффективно, в некоторых - нет. В зависимости от цели. Эффективности вне человеческой цивилизации не существует.

[mechanic]

Эффективно ли хранить электрическую энергию в виде тепла?

На уровне эмоций можно сказать, что это все равно, что вкладывать деньги (в свое , конечно, время в советское сельское хозяйство, которое по сути дела представляло собой черную дыру. Но этот форум не политический, а научный, и здесь должен быть научный подход. Рассмотрим ситуацию с точки зрения классической термодинамики и механики. Как видно из первого поста, проблема заключается в консервации электрической энергии, полученной от источников периодического действия. С этой целью предлагается преобразовать электрическую энергию в тепловую и сохранять ее в виде тепловой энергии. Первая часть задачи- преобразование электроэнергии в тепло (под теплом в термодинамике понимают тепловую энергии) не вызывает проблем. В основе обоснования второго начала термодинамики - принципа возрастания энтропии изолированных систем лежит постулат, утверждающий, что работа может быть полностью превращена в тепло путем трения или электронагрева. С этой задачей легко справиться. (Нагревателей и кипятильников - великое множество)
Дальше мы встречаемся с проблемой сохранения энергии, переданной рабочему телу ( жидкости , газу или изотропному твердому телу), которое носит название простое тело или простейшая термодинамическая система. В термодинамике передача энергии возможна двумя способами: путем передачи работы, либо путем прямого теплообмена. Процесс передачи работы обратим, а вот процесс передачи энергии путем теплообмена является необратимым, иными словами, при прямом теплообмене мы теряем энергию навсегда. Поэтому следующим этапом сохранения (консервации) тепловой энергии является создание адиабатически изолированной системы, исключающей прямой теплообмен с внешней средой. У многих, возможно, сложилось впечатление, что нужно соорудить термос для сохранения тепла, но тогда это будет просто изолированная система, не имеющая энергетической связи с внешней системой. Разница между адиабатически изолированной системой и просто изолированной системой заключается в том, что адиабатически изолированная система не позволяет обмениваться энергией с внешней системой путем теплообмена, но позволяет обмениваться работой. Поэтому такую систему можно представить в виде теплоизолированного цилиндра с поршнем и штоком.
Будем считать, что и вторая задача: сохранение переданной энергии в виде тепла принципиально решена.
Третьей и самой, пожалуй, сложной задачей является извлечение законсервированной энергии. Эта задача напоминает проблему возврата инвестиций, вложенных в заведомо убыточное предприятие. Чтобы не утомлять читателей я перенесу эту проблему в следующий пост.

[mechanic]

Продолжу предыдущий пост. Я остановился на том, что полученную от нерегулярно работающего источника электроэнергию мы без потерь превратили в энергию тепловую и для предотвращения дальнейших потерь тепловой энергии теплоноситель (рабочее тело) теплоизолировали, сохранив возможность передачи работы. (Адиабатическая система.)
Далее, вопрос состоит в том, что мы с этой законсервированной энергием будем делать. Тут я полностью согласен с VikDemakov, который заметил, что цель не сформулирована корректно.
Если мы хотим использовать накопленную тепловую энергию для целей отопления, то бог в помощь, нет никаких проблем. В этом случае в качестве телоносителя лучше всего выбрать воду, имеющую самую высокую теплоемкость среди жидкостей, самую дешевую, позволяющую отказаться от замкнутого цикла работы устройства, а при наличии водопровода использовать давление воды для прокачки рабочего тела через отопительную систему.
Гораздо сложнее дело обстоит, если мы захотим получить от ранее нагретого тела работу обратно.
Просто так превратить один джоуль тепла в один джоуль работы невозможно, в силу второго начала термодинамики, поскольку этот процесс необратим. Но и без второго начала можно показать невозможность полного извлечения работы из эквивалентного по энергии количества тепла.
Первый закон термодинамики (частное выражение закона сохранения энергии) в одной из своих формулировок гласит:
Тепло, полученное системой извне (Q*) последовательно обращается на изменение внутренней энергии системы (U2-U1) и на выполнение (отдачу) внешней работы (AL*):
Q*=(U2-U1) +AL*
В этой формулировке закона необычным является слово последовательно Действительно , если процесс идет без изменения внутренней энергии системы, то без предупреждающего слова последовательно окажется, что тепло обращается на выполнение внешней работы. А это глубокое заблуждение, которое никак не отражено в обычных курсах физики, как школьных. так вузовских. Говорить о превращении тепла в работу можно в том смысле слова, что численные величины работы и тепла равны.
В действительности, положительная работа выполняется за счет потенциальной энергии системы - так называемых деформационных координат , (например, за счет увеличения объема), а подвод тепла лишь компенсирует связанное с этим уменьшение внутренней энергии системы,
эквивалентное совершенной работе.
Что из вышесказанного следует? Наверное то, что вода в жидком состоянии не сможет совершать работу в цилиндре, так как занимает в сосуде постоянный объем и практически несжимаема. Следовательно, рабочее тело должно находиться в газообразном или парообразном состоянии.
Допустим, что мы заменили воду на идеальный или какой-либо реальный газ.
Посмотрим сколько энергии чисто теоретически мы сможем извлечь из нашей системы.
Максимальный (практически недостижимый КПД) кругового цикла:

КПД=1-T2/T1

где T1 - температура нагревателя, T2-температура холодильника.
Прмемем T1=363К, T2 =293К, получим максимально возможный (теоретический) КПД=1-293/363=0,2=20%
Как показывает опыт на мощных электростанциях при теоретическом кпд 60%, реальный кпд редко превышает 30%, стало быть в нашем случае он не превысит 10%.
В случае получения электроэнергии сдедует учесть кпд генератора, а это где-то 60%. В итоге кпд всей установки составит 6%.
Это то, что называется, подсчитали - прослезились.

[mechanic]

Законы термодинамики предопределяют экономическую пригодность источников тепла для получения работы.
Из уравнения теоретического (максимально достижимого) кпд теплового двигателя: КПД=1-T2/T1 следует, что
единственным способом его повышения является повышение температуры нагревателя, ибо понижение
температуры холодильника в земных условиях практически неосуществимо. Отсюда следует. что не вся тепловая
энергия равноценна с точки зрения получения работы. Низкотемпературное тепло является бросовым по причине
низкого коэффициента преобразования его в работу. Сохранять же высокотемпературное тепло нерационально
в виду его утечки через теплоизоляцию, которая возрастает с повышением температуры.