انرژی گرمایی

انرژی حرارتی یک شکل از انرژی درونی است. که در آن انرژی داخلی که ناشی از دمای سیستم است، در شرایط تعادلی سیستم ترمودینامیکی ظاهر می شود.

انرژی گرمایی ۱

ذخیره انرژی حرارتی شیمیایی

انرژی حرارتی می تواند به طور موثری با استفاده از اصول حرارت محسوس و گرمای نهان، ذخیره و بازیابی شود. روش دیگر ذخیره و انتشار انرژی حرارتی می تواند از طریق اصول واکنش شیمیایی انجام شود. واکنش های شیمیایی برگشت پذیر که بین اجزای واکنش دهنده اتفاق می افتد کمک می کند تا انرژی گرمایی مورد نیاز را ذخیره کند و در مواقع دیگری آنها را آزاد سازد. با تامین انرژی گرمایی مورد نیاز و اعمال آن به مواد شیمیایی جفت شده، اتصال بین مولکولی بین آنها  شکسته می شود و می توان آن ها را به اجزای اولیه ی خود تجزیه کرد. این کار در نهایت این امکان را به وجود می آورد که انرژی گرمایی در مواد ذخیره شود.

از سوی دیگر، با ترکیب مجدد همان اجزای جدا شده، انرژی گرمایی ذخیره شده می تواند به طور موثر بازیابی شود و برای پاسخگویی به تقاضای گرمایش یا سرمایش مورد استفاده قرار گیرد. اکثر سیستم های ذخیره انرژی، انرژی ترموشیمیایی را برای کاربرد های گرمایشی در ساختمان ها به کار می گیرند و این کابرد گرمایشی آن ها بسیار بیشتر از کاربرد های سرمایشی در این گونه طراحی ها است. این امر می تواند به این دلیل باشد که برای کاربرد های گرمایشی، انرژی گرمایی بالایی در تابش خورشیدی وجود دارد که یک منبع تجدیدپذیر انرژی است و به راحتی می توان این انرژی مورد نیاز را از طریق سلول های خورشیدی به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی تامین کرد. به همین ترتیب، با استفاده از ترکیبی از سیستم ذخیره کننده ی انرژی ترموشیمیایی با یک سیستم ذخیره ساز انرژی گرمایی فصلی بلند مدت نیز می توان رویکردی سودمند برای کاهش اثرات کربن و انتشار گازهای گلخانه ای یافت و به حفاظت از محیط زیست نیز کمک کرد. در این زمینه، مفاهیم و ویژگی های ذاتی و عملیاتی سیستم های مختلف ذخیره انرژی ترمو شیمیایی در بخش های زیر مورد بحث قرار می گیرد.

انرژی گرمایی ۲

انرژی گرمایی ۳

بنیاد تئوری و ویژگی های اساسی تابش حرارتی

انرژی حرارتی انرژی ای است که درون یک ماده به علت حرکت تصادفی و نامنظم اتم ها یا مولکول های آن به وجود می آید. تابش حرارتی، تبدیل انرژی از انرژی حرارتی به انرژی تابشی توسط انتشار اشعه است. محدوده طول موجی که ممکن است از تابش حرارتی ساطع شود تقریبا از ۰٫۱ تا ۱۰۰۰ میکرومتر است که می تواند به سه زیر شاخه تقسیم شود:

• مادون قرمز از ۰٫۷ تا ۱۰۰۰ میکرون
• قابل مشاهده توسط چشم انسان از ۰٫۴ تا ۰٫۷ میکرون
• در نزدیکی اشعه ماوراء بنفش از ۰٫۱ تا ۰٫۴ میکرون

تابش حرارتی نوعی انتقال حرارت بین اشیاء است که با تبادل انرژی توسط انتشار و جذب اشعه های حرارتی انجام می شود.

تکنولوژی ذخیره سازی انرژی حرارتی

انواع فن آوری های ذخیره سازی انرژی (TES)

انرژی حرارتی موجود در قالب گرما یا سرما را می توان با توجه به تغییر در انرژی داخلی ماده از طریق حرارت محسوس، گرمای نهان و راه های ترموشیمیایی ذخیره کرد. انرژی حرارتی می تواند به صورت مستقل به وسیله ی هر یک از این روش ها ذخیره شود یا به شکل ترکیبی از آنها استفاده کرد.

در سیستم های ذخیره سازی انرژی محسوس (STES)، دمای ماده ای که باید انرژی در آن ذخیره شود به دلیل انرژی ذخیره شده در آن مواد افزایش می یابد.

به عبارت دیگر، انرژی داخلی مواد ذخیره سازی، تحت تاثیر ذخیره انرژی قرار می گیرد و در این صورت دمای مواد افزایش می یابد.

برداشت انرژی و فناوری باتری برای تأمین شبکه های حسگر بی سیم

بهره برداری انرژی گرمایی بر اساس به دست آوردن انرژی از طریق انتقال حرارت است. دستگاه های برداشت انرژی بر اساس این اصل، ژنراتور های ترموالکتریک نامیده می شوند و انرژی الکتریکی را با استفاده از اختلاف دما توسط پتانسیل الکتریکی ایجاد می کنند. در دمای بین ۱۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد، انرژی الکتریکی توسط ژنراتورهای ترموالکتریکی موجود در بازار قابل تولید هستند. در یک مطالعه تجربی، با استفاده از اختلاف دمای ۵ درجه سانتی گراد، انرژی معادل با ۱۰۰ میکرومتر بر سانتی متر مربع تولید شد. این آزمایشی بود که در سال ۲۰۱۱ توسط Wan و همکاران وی انجام گرفت. در همان مطالعه، برای تفاوت دمای ۳۰ درجه سانتی گراد، تا ۳٫۵ مگاوات بر سانتی متر مربع انرژی تولید شد. از آنجایی که مواد معمولی ترموالکتریک دارای توانایی محدودی برای برداشت انرژی الکتریکی از گرما در درجه حرارت های پایین هستند، تلاش های تحقیقاتی قابل توجهی برای ایجاد مکانیسم های جایگزین صورت می گیرد. مکانیسم برداشت جدید و کارآمد براساس توزیع یون / بار توسط Xu و همکاران در سال ۲۰۱۲ ارائه شده است. این مکانیستم که به حرارت حساس است از الکترولیت های محدود شده در منافذ نانو (Nanopores) برای بهره وری انرژی از گرما در درجه حرارت های کم، استفاده می کند. ژنراتور های ترموالکتریک هم برای محیط های داخلی و هم برای فضای باز مناسب هستند.