Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:19 • sest 21:35 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 25:18 • Sest 04:56 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:07 • Síðdegis: 19:24 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:08 • Síðdegis: 13:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Orkumál
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Er ekki hægt að nýta varmaorkuna í andrúmsloftinu til orkuframleiðslu?

Þorsteinn I. Sigfússon (1954-2019)

Spyrjandi bætir við:
... þá á ég við að við nýtum 5°C eins og 100°X á háhitasvæðum.
Hér verður fyrst einföld og stutt útgáfa af svari, en neðar er ítarlegra svar.

Berum fyrst saman varmavél og vatnsorkuvirkjun. Í vatnsorkuvirkjun streymir vatn frá hærri þrýstingi til lægri þrýstings, rennur í gegn um hverfil og framleiðir raforku.

Allar gufuvélar eru varmavélar.

Í varmavél með vatni, lofti eða gufu, streymir efni frá hærri hita til svelgs með lægri hita. Á leiðinni þarf það að fara í gegn um „hverfilinn“, einhvers konar virkjun sem umbreytir varmastreyminu í raforku.

Til þess að auka raforkuna sem framleidd er, þarf að gæta þess að hitafallið sé mikið. Þetta er ekki ósvipað og þegar valin er mikil fallhæð fyrir vatn í vatnsorkuvirkjun.

Ef varmalindin er aðeins 5°C þá þarf kaldi svelgurinn að vera mjög kaldur til þess að varmavélin framleiði einhverja umtalsverða raforku. Slíkir svelgir eru ekki tiltækir þegar loftið er aðeins fimm gráðu heitt.

Jarðgufustöðin í Bjarnarflagi í Mývatnssveit.

Þegar varmalind er látin framkvæma vinnu eins og að búa til raforku er nauðsynlegt að gera sér grein fyrir takmörkunum sem felast í grundvallarlögmálum eðlisfræðinnar. Annað lögmál varmafræðinnar sem oft er kennt við Kelvín, segir að ekkert ferli finnist þar sem varmalind nýtist fullkomlega við að framkvæma vinnu án nokkurs taps. Eilífðarvélar sem gleypa í sig varma og framkvæma vinnu eru ekki til.

Töpin sem verða leiða til þess að nýtni varmavélar verður aldrei 100%. Nýtni má skilgreina sem hlutfallið milli varma, Q, sem varmavélin notar og þeirrar vinnu W, sem framkvæmd er með varmanum. Nýtnina W/Q má einnig skrifa þannig að nýtni fullkominnar varmavélar er jöfn 1-TK/TH þar sem TK er kalda lindin, svelgurinn, og TH er hiti heitu lindarinnar, uppsprettunnar. Ef heita og kalda lindin eru álíka heitar, þá nálgast TK/TH einn og þá verður nýtnin lítil.

Þannig er umhorfs þegar reynt er að nýta lind með lágan hita, eins og spyrjandi leggur til þegar beisla á varmaorkuna í 5 gráðu heitu andrúmslofti. Ef mjög kaldur svelgur er til staðar og unnt að flytja varmann fá 5°C heitu lindinni til hins miklu kaldari svelgs, þá væri hægt að tala um einhvern ávinning af slíkri varmavél. Slíkir svelgir eru samt ekki á hverju strái.

Öðruvísi horfir við ef við notum til dæmis um 100°C heitt vatn sem heita lind. Ef kaldi svelgurinn gæti verið um 5°C þá er hámarksnýtnin um 27%. Svipað á við í gufuvél sem keyrir á 18O°C gufu og umbreytir í um 60°C útrennslisvatn. Í rauninni ná slíkar vélar aldrei nema litlum hluta hámarksnýtninnar, kannski helmingi ef tæknin er góð.

Á Íslandi mætti hugsa sér að nota virkjunina sem spurt er um uppi á jökli. Setjum svo að lofthitinn væri 5°C. Setjum svo að íslenskur jökull sé við frostmark. Þá fæst 5 gráðu munur hitalindar og kælisvelgs.

Á hitakvarða Kelvíns eri þetta lindir sem eru upp á 278 K og svelgur sem er upp á 273 K. Nýtni slíkrar vélar væri aldrei meiri en um 2%. Á einföldu máli væri þessi rafmagnsframleiðsla unnin fyrir gýg!

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Myndir:

Höfundur

Þorsteinn I. Sigfússon (1954-2019)

prófessor í eðlisfræði

Útgáfudagur

6.2.2003

Spyrjandi

Herbert Jónsson

Efnisorð

Tilvísun

Þorsteinn I. Sigfússon (1954-2019). „Er ekki hægt að nýta varmaorkuna í andrúmsloftinu til orkuframleiðslu?“ Vísindavefurinn, 6. febrúar 2003. Sótt 25. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=3109.

Þorsteinn I. Sigfússon (1954-2019). (2003, 6. febrúar). Er ekki hægt að nýta varmaorkuna í andrúmsloftinu til orkuframleiðslu? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=3109

Þorsteinn I. Sigfússon (1954-2019). „Er ekki hægt að nýta varmaorkuna í andrúmsloftinu til orkuframleiðslu?“ Vísindavefurinn. 6. feb. 2003. Vefsíða. 25. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=3109>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Er ekki hægt að nýta varmaorkuna í andrúmsloftinu til orkuframleiðslu?
Spyrjandi bætir við:

... þá á ég við að við nýtum 5°C eins og 100°X á háhitasvæðum.
Hér verður fyrst einföld og stutt útgáfa af svari, en neðar er ítarlegra svar.

Berum fyrst saman varmavél og vatnsorkuvirkjun. Í vatnsorkuvirkjun streymir vatn frá hærri þrýstingi til lægri þrýstings, rennur í gegn um hverfil og framleiðir raforku.

Allar gufuvélar eru varmavélar.

Í varmavél með vatni, lofti eða gufu, streymir efni frá hærri hita til svelgs með lægri hita. Á leiðinni þarf það að fara í gegn um „hverfilinn“, einhvers konar virkjun sem umbreytir varmastreyminu í raforku.

Til þess að auka raforkuna sem framleidd er, þarf að gæta þess að hitafallið sé mikið. Þetta er ekki ósvipað og þegar valin er mikil fallhæð fyrir vatn í vatnsorkuvirkjun.

Ef varmalindin er aðeins 5°C þá þarf kaldi svelgurinn að vera mjög kaldur til þess að varmavélin framleiði einhverja umtalsverða raforku. Slíkir svelgir eru ekki tiltækir þegar loftið er aðeins fimm gráðu heitt.

Jarðgufustöðin í Bjarnarflagi í Mývatnssveit.

Þegar varmalind er látin framkvæma vinnu eins og að búa til raforku er nauðsynlegt að gera sér grein fyrir takmörkunum sem felast í grundvallarlögmálum eðlisfræðinnar. Annað lögmál varmafræðinnar sem oft er kennt við Kelvín, segir að ekkert ferli finnist þar sem varmalind nýtist fullkomlega við að framkvæma vinnu án nokkurs taps. Eilífðarvélar sem gleypa í sig varma og framkvæma vinnu eru ekki til.

Töpin sem verða leiða til þess að nýtni varmavélar verður aldrei 100%. Nýtni má skilgreina sem hlutfallið milli varma, Q, sem varmavélin notar og þeirrar vinnu W, sem framkvæmd er með varmanum. Nýtnina W/Q má einnig skrifa þannig að nýtni fullkominnar varmavélar er jöfn 1-TK/TH þar sem TK er kalda lindin, svelgurinn, og TH er hiti heitu lindarinnar, uppsprettunnar. Ef heita og kalda lindin eru álíka heitar, þá nálgast TK/TH einn og þá verður nýtnin lítil.

Þannig er umhorfs þegar reynt er að nýta lind með lágan hita, eins og spyrjandi leggur til þegar beisla á varmaorkuna í 5 gráðu heitu andrúmslofti. Ef mjög kaldur svelgur er til staðar og unnt að flytja varmann fá 5°C heitu lindinni til hins miklu kaldari svelgs, þá væri hægt að tala um einhvern ávinning af slíkri varmavél. Slíkir svelgir eru samt ekki á hverju strái.

Öðruvísi horfir við ef við notum til dæmis um 100°C heitt vatn sem heita lind. Ef kaldi svelgurinn gæti verið um 5°C þá er hámarksnýtnin um 27%. Svipað á við í gufuvél sem keyrir á 18O°C gufu og umbreytir í um 60°C útrennslisvatn. Í rauninni ná slíkar vélar aldrei nema litlum hluta hámarksnýtninnar, kannski helmingi ef tæknin er góð.

Á Íslandi mætti hugsa sér að nota virkjunina sem spurt er um uppi á jökli. Setjum svo að lofthitinn væri 5°C. Setjum svo að íslenskur jökull sé við frostmark. Þá fæst 5 gráðu munur hitalindar og kælisvelgs.

Á hitakvarða Kelvíns eri þetta lindir sem eru upp á 278 K og svelgur sem er upp á 273 K. Nýtni slíkrar vélar væri aldrei meiri en um 2%. Á einföldu máli væri þessi rafmagnsframleiðsla unnin fyrir gýg!

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Myndir:...