Accumulation de l'énergie thermique et conversion en énergie électrique
En général en installations autonomes pour engendrer énergie électrique il se pose le problème de l'accumulation de l'énergie; cela peut être réalisé par accumulateurs au plomb qui cependant ils deviennent inutilisables après un certain numéro de recharges, au-delà à être source de pollution, si pas recyclé d'une manière adéquate.
L'énergie peut être emmagasinée par un réservoir de chaleur constitué par gravier simple et pierres aussi cependant.
Une version réaliste de ce type d'accumulation porte utiliser la vapeur à la place du cycle brayton pour transformer l'énergie thermique en énergie électrique cependant.
L'énergie introduite par le concentratore solaire dans le récipient à la haute température, es. 430 °C peuvent être transférés au réservoir de chaleur par l'air chaud simple, à travers un "soufflet" métallique opportun dans le réservoir sous-jacent de chaleur, aux deux tuyaux coaxiaux verticaux, thermiquement isolé; l'intérieur pour l'air chaud, l'extérieur pour l'air le moins chaud à réchauffer de nouveau, en passant de nouveau à travers le feu du concentratore solaire.
Comme il se voit du schéma joint, la partie à la haute température du concentratore reste unie aux panneaux qui soutiennent les miroirs par les gonds C tu manifestes au concentratore mais sur l'axe du feu F, de façon à acheminer toujours la lumière du soleil à travers l'ouverture spéciale de la partie à la haute température, au changer de l'altesse du soleil; soit la tourelle soit les miroirs peuvent tourner ensemble puis pour suivre le soleil sur l'étage horizontal, guidé par un palan libre de se remuer sur une voie circulaire.
La structure est plus robuste que cette proposition aussi au début du site; les pierres du réservoir de chaleur peuvent être réchauffées à une température supérieure aussi aux 400 °C mais la meilleure efficacité de fonctionnement on a dans le champ de températures de 200 °C aux 400 °C.
La température de 200 °C ne permet pas une jouissance facile du cycle cependant brayton, en combien pour obtenir une puissance discrète il est nécessaire de baisser le rapport de compression ultérieurement et augmenter la cylindrée du moteur; cependant sa réalisation éventuelle porte aux structures critiques plus simples et moins même si plus volumineuses.
Telle température permet encore cependant le chauffage de la vapeur utile à faire fonctionner à la vapeur justement un moteur.
L'énergie thermique emmagasinée dans ce champ de températures est considérable cependant; pour les lui calculer ils peuvent utiliser les données suivantes:
capacité thermique de la pierre à propos de la moitié de celle de l'eau, à l'égalité de volume;
je pends spécifique de la pierre environ 2,5 Kg/dm³
compactage typique des pierres = 60%, 60 litres de pierres occupent 100 litres de volume c'est-à-dire,
Par conséquence un réservoir de 65 cms de diamètre et de 1 mètre de hauteur, réalisable avec une tôle simple de fer, galvanisé, de 1 m x 2 m aurait un volume de 330 litres et la capacité thermique de 100 litres d'eau.
En opérant avec un saut thermique de 200 °C pourrait emmagasiner ensuite bien 20000 Kilocalories, correspondants aux 23 Kilowattheures.
En réchauffant la vapeur dans un tuyau à la place serpentin à l'intérieur de tel réservoir de chaleur, en opérant avec un rendement moyen de conversion de 14 heures%, réalisable avec des pressions de 10 aux 20 atm, on obtiendrait une énergie mécanique de 3,25 Kilowattheures et en utilisant un bon alternateur à aimants permanents ou un ou plus d'alternateurs que d'auto, une énergie électrique autour aux 3 Kilowattheures.
Pour faire une comparaison, pour accumuler telle énergie par deux réservoirs d'eau avec une dénivellation de 50 mètres, correspondants à la pression de 5 atm, ils nous voudraient 21 m³ d'eau, plus l'inhérents une efficacité de conversion inférieure inévitablement au 100%
Par autres calculs, approximatifs, inhérents l'isolement thermique réalisable par laine de roche, qu'à la température milieu est semblable à ce du polystyrène répandu, même s'il diminue au grandir de la température, de 0,03 Kcalorie/ore m °C à la température milieu aux 0,09 Kcalorie/ore m °C à environ 400 °C, on peut calculer une dissipation thermique d'environ 320 Kcal/ora aux 400 °C avec une épaisseur isolante de 15 cms et une conductibilité moyenne thermique de 0,06 Kcal/m °C pour la surface latérale, 2 mètres tu corresponds à qui devrait être ajouté, plus petit, à travers les supérieures de base et inférieur du cylindre également vous isolez thermiquement; cependant aussi les pierres garantissent un isolement thermique discret.
Après 24 heures ce réservoir aurait plus que la moitié encore, 20000-7680 = 12320 Kcalorie, de l'énergie thermique emmagasinée, il aurait une température c'est-à-dire supérieur intérieur moyen aux 300 °C, et en partant de températures plus basses es. 350 °C, la dissipation diminue ultérieurement.
Il pourrait être une contribution valide à la capacité d'accumulation de l'énergie d'une installation électrique autonome en définitive, en pouvant être rechargé virtuellement un numéro infini de fois.
Aussi l'isolement extérieur thermique peut être amélioré avec une autre couche de 15 cms de papier, feuilles et copeaux de bois ultérieurement en ayant soin de ne pas dépasser une maximum température à l'es. de 200 °C et en renfermant tout par tôles externes galvanisées unies avec des rabatteurs de façon à éviter la combustion accidentelle éventuelle.
Un volume de grande accumulation améliorerait les temps d'immagazzinamento de l'énergie ultérieurement mais celui-là proposé je pense j'aie dimensions optimales, en pouvant "être rechargé" après une dizaine, ou peu plus, d'heures de soleil proposé par le concentratore solaire dans le site.
En augmentant par contre la surface du concentratore solaire en la portant à 16 m² ou 20 m² on pourrait opérer aux grandes températures à l'es. jusqu'à 500°C; la plus grande quantité d'énergie immagazzinabile et le plus grand rendement de conversion je m'interpose possible, es. 20%, ils pourraient emmagasiner jusqu'à les 6 Kilovattora d'énergie électrique et 50 Kilovattora d'énergie thermique totale, en opérant de la température milieu à 500°C, accumulabili dans l'arc de temps d'une journée de soleil d'été.
Finalement le moteur à la vapeur à l'expansion simple il irait bien déjà mais puissance et rendement tu augmentes ils sont réalisables avec une expansion double, lequel il serait possible en utilisant par exemple un moteur bicilindrico de 500 cc, récupéré par un autodemolitore.
À la telle intention je signale un site intéressant sur The White Cliffs Solar Steam Engine":
http://people.linux-gull.ch/rossen/solar/wcengine.html
qu'il illustre la jouissance d'un moteur diesel simple à la vapeur transformée en moteur, fait fonctionner à une pression pas recommandable pour une installation expérimentale simple, de 42 aux 70 atm, et à la maximum température de 415 °C qu'il réussit à atteindre une efficacité de conversion de 21,9% avec expansion simple, résulté vraiment considérable.
Aussi le rapport d'expansion est considérable, sur les caractéristiques il est reporté 1.25 mais il devrait être 125 et la pression finale, 0,25 atm, par-dessous de l'atmosphérique, il implique le recouvrement de l'énergie thermique à une température, température milieu,; dans un autre report il indique par contre une pression finale de 0,5 atm et une température de condensation de 80°C, l'eau sur le Mont bulles Blanches en effet à la température d'environ 80°C,; il demande donc un condensateur spécial, qu'il permet, dans ce second cas, aussi le chauffage et l'obtention de l'eau chaude avec une température proportionnée.
Les puissances produites vont de 22 aux 28 Kw; en les contentant de puissances inférieures, et en travaillant sur les deux les hauts-de-forme avec expansion simple on devrait arriver aux rendements de 14% ou 15% avec des pressions de 10 ou 20 atm.
En les contentant encore de puissances plus modestes, 500-1000 W, on pourrait encore cependant utiliser le cycle Brayton, avec des rapports de pression limités à 2:1 ou 2,5:1
D'autre partie la recherche servantes "constructives" à trouver solutions valides pour les gens et pour le milieu.
Je concerne le schéma reporté, les "organes" de manoeuvre À ils servent à changer l'inclinaison des panneaux qui soutiennent les miroirs, voit de côté; "les organes de manoeuvre B servent par contre pour remuer le chariot, je mets sur deux roues, le long de la voie circulaire, de façon à pouvoir changer l'orientation horizontale du concentratore.
Entre les deux panneaux, voit de côté, de 1,5 x 2 mètres chaque est une place d'ouverture centrale qui permet l'orientation correcte aussi à la meilleure élévation du soleil en été: de 67,5° dans l'Italie du Nord, à 46° de latitude, à 75,5° dans l'Italie du Sud, à 38° de latitude, en étant l'axe terrestre incliné d'environ 23,5° respect à l'étage de rotation autour du soleil.
Le "soufflet" pour la circulation de l'air chaud peut être actionné par un arbre à coudes mis à la base du réservoir intermédiaire thermique deux hampes latérales et le support horizontal qui, à travers autres deux petites hampes verticales unies à la bague centrale il actionne le "piston" à la forme de diaphragme avente horizontal le même diamètre du réservoir, 65 cms et une course de 16 cms, équivalents à un volume de 50 litres.
La capacité thermique d'un tel volume d'air, considérable à la température milieu diminue à l'augmenter de celle-ci.
À la température de 400 degrés il a de toute façon encore la capacité thermique suffisante à transférer 2,8 Kw de puissance thermique à la vitesse de rotation de 1 tour seul par seconde, avec un saut de température de 100 °C, même si l'efficacité du concentratore en tel cas est un pò inférieur au résultant de la page "dimensionnement" des panneaux, en devant opérer avec des températures autour aux 500 °C
La puissance absorbée par tel "soufflet" ne devrait pas être élevée; en effet les soupapes V1,V2,V3 et V4, du type "à la gravité", semblables à celles-là utilisées pour empêcher l'entrée de la pluie dans le tuyau d'échappement vertical des autobus citadin et le diamètre considérable des tuyaux de liaison il devrait limiter la pression nécessaire à une dizaine de millibar; la puissance absorbée:
Pa = 0,01 * 102 * 50 (litres par seconde) = 50,1 W
il devrait être ensuite limitée aux 50 W, récupérable une fois chargée le réservoir thermique.
En réalité aussi 10 mbar sont une pression considérable dans une petite installation de circulation de l'air; sur la surface d'une porte de 2 m² il paie à une force de 200 Kgs, c'est-à-dire celle d'une 1/2 tornade; sur le piston du "soufflet" il paie à une force moyenne de 33 Kgs, un pò élevé vise la basse vitesse de mouvement peut-être, 1 tour par seconde,; réalistement telle force moyenne elle pourrait être limitée à 10 ou 15 Kgs, et la puissance absorbée pourrait être baissée ensuite au moins de 2 ou 3 fois.
Je concerne l'échange thermique entre les pierres chaudes et le tuyau à la serpentine, celui-ci il peut être amélioré en réunissant à la serpentine une série de barres verticales ou un gril métallique, comme Andrea suggère de Tenerife aussi; en outre en mettant à la place de pierres fortuitement disposée des plaques de pierre verticalement disposées à plus plats, ils peuvent augmenter soit la capacité thermique soit l'échange thermique de tel réservoir de chaleur.
En définitive, après une journée de soleil ce système d'accumulation devrait garantir une quantité discrète d'énergie électrique dans les heures de nuit.
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