Onderzoekers werken aan thermo-elektriciteitsgenerators

Amerikaanse en Chinese onderzoekers hebben de mogelijkheid energie uit restwarmte op te wekken dichterbij gebracht. De wetenschappers hebben een materiaal ontwikkeld dat warmte efficiënt naar elektriciteit kan converteren.

Zogeheten thermo-elektrische materialen, of materialen die warmte rechtstreeks in elektriciteit kunnen omzetten, bestaan al langer en worden van p-type- en n-type-halfgeleiders gemaakt. Onder meer in satellieten, waar warmte afkomstig van radioactief verval in energie wordt omgezet, wordt het materiaal gebruikt. Het rendement van de omzetting is echter dermate laag, dat commerciële toepassingen vooralsnog niet haalbaar zijn. Onderzoekers van het California Institute of Technology en de Chinese Academy of Sciences hebben echter een materiaal ontwikkeld dat het rendement aanzienlijk verbetert.

De internationale samenwerking leverde de ontwikkeling van een p-type halfgeleider op die een hoog rendement mogelijk maakt. Dat rendement wordt in een zT-waarde weergegeven, waarbij het veelgebruikte loodtelluride een waarde van 0,8 heeft. Door het PbTe te verontreinigen met selenium en natrium wisten de onderzoekers de zT-waarde op te schroeven tot 1,8. Dat zou boven de voor commerciële toepassingen benodigde grenswaarde van 1,5 zijn.

Het verontreinigen, of doteren, van de halfgeleider zou niet alleen voor PbTe werken, maar ook de zT-waarde van andere p-type-halfgeleiders verhogen. De onderzoekers werken nu aan een manier om ook de zT-waarde van de n-type-component te verhogen. Mits dat lukt, zou het materiaal gebruikt kunnen worden in commerciële toepassingen, bijvoorbeeld om elektriciteit te winnen uit de restwarmte van uitlaatgassen van auto's.

Reacties (102)

[kwinvdv]

Zou zo ook een zeer energie zuinige airco gemaakt kunnen worden? Door bijvoorbeeld lucht samen te persen waarbij de temperatuur stijgt en dat om te zetten in elektriciteit en dan de lucht weer naar atmosferische druk te brengen, waarbij de temperatuur daalt. Of omtrekt deze techniek niet zo veel energie?

[freaq]

dat is nog best een goed idee, ik vraag me idnerdaad af of dit efficient genoeg is daarvoor, maar het zou best eens kunnen werken, en niet alleen voor airco's maar ook voor bijvoorbeeld grondwarmte installaties, zou je eens moeten door laten rekenen.
zou je de warmte van de aarde direct om kunnen zetten in stroom... lijkt me geen slecht idee..

het enige wat ik me afvraag is dit rendement is dat nou in procenten?
of procenten per tijd kan vrij weinig vinden over wat die Zt waarde nu precies inhoudt?
want als 1,8% van de warmte omgezet wordt in energie, dan blijft de rest dus warmte???
daar moet toch iets mee gebeuren, anders blijft het warm,

voor zover ik begrijp wordt 1.8% van de warmte die de stof geleidt omgezet in warmte,
maar wat houdt je tegen meerdere lagen te gebruiken en hiermee de efficientie op te voeren?

EDIT:
wikipedia zegt dit:
The figure of merit for thermoelectric devices is defined as

z= qS2/k

where σ is the electrical conductivity, κ is the thermal conductivity, and S is the Seebeck coefficient or thermopower (conventionally in μV/K).
This is more commonly expressed as the dimensionless figure of merit ZT by multiplying it with the average temperature ((T2 + T1) / 2). Greater values of ZT indicate greater thermodynamic efficiency, subject to certain provisions, particularly the requirement that the two materials of the couple have similar Z values.
ZT is therefore a very convenient figure for comparing the potential efficiency of devices using different materials. Values of ZT=1 are considered good, and values of at least the 3–4 range are considered to be essential for thermoelectrics to compete with mechanical generation and refrigeration in efficiency.
To date, the best reported ZT values have been in the 2–3 range. Much research in thermoelectric materials has focused on increasing the Seebeck coefficient and reducing the thermal conductivity, especially by manipulating the nanostructure of the materials.

[Reactie gewijzigd door freaq op 25 juli 2024 18:02]

[kwinvdv]

Als op de eerste link in te tekst klikt krijg je de wikipedia pagina (Peltier-)Seebeck effect of thermo-elektrisch effect. En kort gezegd werkt deze techniek dus als een omgekeerd Peltier element. Hierbij krijg je een voltage afhankelijk van het verschil in temperatuur en Seebeck coëfficiënten (zT-waarden?). Ik heb alleen niet gevonden wat de stroom is, dus wat het vermogen wat dit kan leveren.

Maar voor bepaalde toepassingen zou denk ik chemische warmte opslag efficiënter zijn dan deze techniek, maar om rest warmte nuttig te gebruiken is altijd mooi mee genomen, nu nog afwachten of de productie kosten en de levensduur goed genoeg zijn om het ook commercieel interessant te maken.

[KC Boutiette]

Ik weet hier niet heel veel van, maar wat ik er van begrijp kan al wel wat verhelderen.

Zoals freaq hierboven al zegt is zT een dimensieloze grootheid. Die zegt op zichzelf nog niets, maar die wordt gebruikt om verschillende typen thermo-electrische generatoren met elkaar te vergelijken en hoger is beter Dat zegt nog niets over bij welke temperatuur die zT-waarde gehaald wordt. Sterker nog die zT-waarde van 1,8 waar ze zo trots op zijn wordt pas gehaald bij een temperatuur (misschien temperatuurverschil) van 850K. Zie Natureartikel, tweede plaatje (sorry kan niet direct linken).
Verder is die zT-waarde van 1,8 max kennelijk ook niet zo schokkend want freaq hierboven heeft al gevonden dat er al waarden in de 2-3 range zijn bereikt. Wat ik vermoed is dat dit in Nature gekomen is omdat het gelukt is om op een nieuwe manier de zT-waarde van een materiaal te verhogen. Dus niet zozeer omdat die zT-waarde zelf nu zo hoog is.

Over al die speculatie waar het allemaal voor gebruikt zou kunnen worden, ik denk dat het tegen gaat vallen In de ruimte of op moeilijk te bereiken plaatsen waar óf een groot temperatuurverschil voorhanden is, óf maar heel weinig energie nodig is, is het interessant en dat is het nu al. Op de meeste andere plaatsen is het denk ik technisch gaaf en interessant, maar economisch niet haalbaar. Verder kan nog een voordeel zijn dat er 0 bewegende delen aan zo'n element zitten en dus dat ding nauwelijks slijt of kapot kan.

Nog een vraagje die ik me bedacht: als je zo'n ding gebruikt in de ruimte, waar nauwelijks lucht of een ander medium is, hoe voer je de warmte dan af die door dat plutonium geproduceerd wordt? De warmtegeleiding naar praktisch niets is.... praktisch niets. Voeren ze dat allemaal af met warmtestraling? Moet wel denk ik... Iemand?

[Reactie gewijzigd door KC Boutiette op 25 juli 2024 18:02]

[shakedown]

1.8 is een toegekende waarde. geen procent. Ik kan ook nergens een goede vergelijking vinden met bijvoorbeeld zonnepanelen of bijvoorbeeld een dieselgenerator.

3-4 wordt gezien als goed. en 3 a 4 procent efficiency kan natuurlijk nooit goed genoeg zijn...

Nog even verder zoeken op internet...

[J.J.J. Bokma]

Peltier elementen worden al in kleine "aircos" gebruikt. Het probleem van de huidige elementen is dat ze een extreem laag rendement hebben. Hetzelfde systeem dat in een koelkast gebruikt wordt is veel, en veel energiezuiniger. Zelfs met deze verbetering zal het bij lange na niet die zuinigheid halen.

[Anoniem: 55563]

0rbit, dit heeft niets met behoud van energie te maken. Het idee van kwinvdv kan juist goed werken. Het is niets anders dan het onttrekken van warmte aan de lucht iets wat huidige warmtepompen ook al doen maar dan met koelvloeistof en een compressor. Of kwinvdv's idee een hoger rendement oplevert dan de bestaande technieken dat weet ik niet, en ook over de praktische toepasbaarheid valt niet snel iets zinnigs te zeggen, maar misschien had hij het idee beter niet hier kunnen posten. Soms zijn ideeën letterlijk goud waard namelijk!

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 55563 op 25 juli 2024 18:02]

[0rbit]

Vijf woorden: Wet van behoud van energie.

En nu mag jij uitvogelen waarom jouw idee niet veel zal opleveren

[Propheticus]

In reactie op zijn compressie van lucht -> normale druk heb je gelijk. De toepassing in airco's is echter zo gek nog niet. Waar in de huidige airco's veel energie nu in de vorm van warmte vaak naar buiten geblazen wordt kan je die dus met deze materialen mogelijk nog gebruiken om weer wat elektrische energie terug te winnen.
Lijkt me dus wel een aardig idee, kwinvdv omschrijft het principe van een airco alleen niet zo best. Werkt wel met compressie, maar dan van andere gassen (zoals Freon) in een gesloten circuit. Wiki.

[Atomsk]

Airco's gebruik je in de zomer wanneer het buiten warm is. Het temperatuurverschil tussen de uitblaaslucht en de buitenlucht zal dus niet zo spectaculair zijn dat je daar veel bijzonders mee kunt doen.

[shakedown]

Bij een rendement van 100 procent van alle gebruikte onderdelen is het mogelijk...

[DaManiac]

En dat is nou juist iets dat niet bestaat aangezien je niet alle restwarmte op kunt vangen/om kunt zetten.

Ook dat heel kleine beetje warmte dat verloren gaat in die kleine weerstand daar links in dat kleine hoekje van het machientje -> niet te doen dus.

[MieJuul]

Als het met restwarmte kan, kan het neem ik aan met elke vorm van warmte.

Als je het dan zou samenvoegen met zonnepanelen, krijg je dan niet hele efficiente panelen? Zeg maar een pv-laag bovenop met daaronder een laag van dit spul....
Het zonlicht word dan omgezet in electriciteit maar ook de warmte van de zon word omgezet in electriciteit.

Of zeg ik nu iets geks?!

[luappul]

In principe een leuk idee, alleen zonnepanelen wil je juist niet op een te hoge temperatuur hebben. Boven de 25 graden Celsius daalt de efficiëntie ongeveer met een 0,5% per graad. Om dus met deze nieuwe techniek energie op te wekken (waarvoor de panelen dus warm moeten zijn, bijvoorbeeld door er geen wind (passieve koeling) meer langs te laten gaan) zal de efficiëntie van de zonnepanelen naar beneden gaan.

Misschien is het wel mogelijk de efficiëntie te verhogen door het optimum te zoeken voor een combinatie van deze technieken, maar dan zit je nog met de kosten van je installatie die flink zullen stijgen. Ik denk dan ook niet dat dit een succes zal worden, ook al omdat waarschijnlijk in de toekomst één van de technieken kostenefficiënter zal zijn. Hierdoor zal er slechts in één van de twee wordt geïnvesteerd in plaats van een combinatie. Een uitzondering hierop kan zijn als ruimte schaars is, bijvoorbeeld voor ruimtevaart-toepassingen.

[Reactie gewijzigd door luappul op 25 juli 2024 18:02]

[shakedown]

In principe zouden de thermo-elektriciteitsgenerators warmte moeten onttrekken van de omgeving. Indien je ze efficiënt genoeg kunnen zou het mogelijk moeten zijn om voldoende warmte onttrekking (=koeling) te genereren.

[Anoniem: 144867]

Wouldn't that be nice. Koeling, en dan ook nog elektriciteit eruit halen!

Helaas werkt het niet helemaal zo. De thermodynamica dicteert het. Je kan alleen energie opwekken als zo'n dergelijk materiaal een temperatuurgradient ziet. Het moet dus aan de ene kant warmer zijn dan aan de andere kant. Dan treedt er een stroom van warmte op van de warme naar de koude kant, en door een of ander wazige fysische eigenschap wekt dat materiaal een spanning op als er een warmtestroom doorloopt.

Maar de crux is wel dat puur het plaatsen in een warme omgeving niet voldoende is. Het gaat om de temperatuur gradient, niet om de absolute temperatuur.

[luappul]

Ik neem aan dat deze thermo-elektriciteitsgenerators redelijk hoge temperaturen nodig hebben om met een voldoende hoge efficiëntie te kunnen functioneren. Op een temperatuur van 20/30 graden zal de efficiëntie dan niet hoog zijn, als de generators al werken. De zonnepanelen zullen dan ook echt wel aardige temperaturen moeten bereiken. Volgens mij halen panelen (in NL) ongeveer temperaturen van 70 graden Celcius? Ik weet niet hoe warm uitlaatgassen van auto's zijn, maar dit is een stuk warmer.

Ik blijf er dan ook bij dat het vooral extra kosten zal meebrengen als dit in combinatie met zonnepanelen wordt toegepast, en weinig extra rendement.

[shift_lock]

Iedereen lijkt hier te vergeten dat er ook zoiets bestaat als zonne warmte collectoren.
Panelen die geen elektriciteit opwekken maar wel warm water. Als er met deze warmte elektriciteit kan gemaakt worden dan zou het misschien voordeliger zijn om voor dit systeem te kiezen. Zonne collectoren zijn goedkoop én veel beter voor het milieu.
Hoe het zit het vlak van prijs en milieubelasting van de thermo-elektriciteitsgenerators durf ik mij niet uit te spreken.

[analog_]

Het is unlikely dat een omzetting van licht naar thermiek naar stroom efficienter is dan de directe overstap van licht naar stroom.

[shakedown]

Lijkt me idd een volgende vorm van zonnepanelen. Hybride panelen... (Hybride is tegenwoordig zo'n hype woord)

Zonnepanelen zijn niet efficiënt omdat ze maar een klein deel van licht omzetten in energie. Infrarode stralen zijn het meest energie rijk (???) en die worden niet gebruikt. Met de toevoeging van dit soort technieken zul je een veel hoger rendement halen, per vierkante meter...

[Kastermaster]

Is het niet juist zo dat UV-straling de meeste energie bevat? Nouja, hoe dan ook: mooie vinding en ik dacht ook meteen aan de toepassing in zonnepanelen idd

[LooneyTunes]

Hoe hoger de frequentie, hoe meer energie.
(daarom is Gammastraling zo lekker ongezond en verbrand je door de UV component in het zonlicht. (vandaar dat al die zonnecremes UV filters bevatten))

[Reactie gewijzigd door LooneyTunes op 25 juli 2024 18:02]

[kwinvdv]

Het klopt dat "licht" bij een hogere frequentie meer energie bevat per foton, maar het gaat ook met name om de intensiteit dat een bepaalde frequentie het aardoppervlak bereikt.

[PrinsEdje80]

IR straling is minder energierijk. Volgorde van lagere naar hogere energie: IR, rood, geel, groen, blauw, paars, UV, röntgen, gamma straling. Het probleem is dat door de hogere energie, de interactie met materie anders aan het worden is, dus deze kan je dan niet op éénzelfde manier als een ander soort straling gebruiken.

Als ik het goed heb (correct me if I'm wrong), dan wordt bij IR de kinetische energie (rotatie en vibratie energie) van de moleculen veranderd, bij optisch/UV zit je op een chemisch niveau (verbindingen die kapot gemaakt worden, of conversie naar langere golflengtes in meer dan één foton) en met hoogenergetische gamma straling kan je zelfs de kern veranderen.

OT: het lijkt me wel dat idd je dit bij heel veel plekken waar restwarmte normaliter niet omgezet wordt zou kunnen gebruiken om het rendement te verhogen...

[Mentalist]

Dat zou best een goede kunnen zijn, want zonnepanelen kunnen ook best warm worden. En grappig genoeg zijn zonnepanelen het efficiëntst wanneer ze koel zijn. Als deze techniek de warmte omzet in elektriciteit is die warmte niet meer in het paneel en is het paneel dus koeler en dus efficiënter.

De vraag is natuurlijk wat dit gaat kosten en of je dit gaat terugverdienen. Als dit een paneel véél duurder maakt dan is het niet rendabel voor gewone huishoudens om in te zetten.

[Anoniem: 55563]

In mijn zoektocht naar panelen destijds kwam ik al vergelijkbare combinaties van technieken tegen. Goed bedacht maar het is dus niet nieuw. Het idee hierachter is dat fotovoltaïsche cellen vooral de hoogfrequente zonnestraling 'pakken' terwijl laagfrequente infrarode straling er bijna dwars doorheen gaat. Deze 'warmtestraling' kun je natuurlijk ook prima omzetten in nuttige energie met peltier-achtige techniek achterop de fv-cel geplakt.

[kevinwalter]

Zou dit betekenen dat als je je pc aanzet hij zijn eigen stroom maakt? (voor een deel dan)

[Mentalist]

Warmte is een bijproduct in computers, dus wat je zegt zou in theorie kunnen ja. De efficiency is natuurlijk niet 100% en je computer zet ook geen 100% van de energie om in warmte, maar je zou een enorme besparing kunnen behalen natuurlijk.

De vraag is echter wat dit gaat kosten, maar een CPU-koeler met een stekkertje eraan waar elektriciteit uitkomt zou in theorie kunnen.

[kwinvdv]

Het zou het meest efficiëntst zijn als je de onderdelen van de computer die veel warmte produceren zo goed mogelijk zou isoleren, zodat je een zo groot mogelijke temperatuurverschil krijgen. Alleen vinden de computer onderdelen dat zelf wat minder leuk. En als het gewoon in een huidig computer systeem zou toepassen zou het terug gewonnen vermogen denk ik verwaarloosbaar klein zijn ten opzichte van het verbruikte vermogen van de computer.
Het zou misschien wel op grotere schaal toepasbaar zijn, zoals grote data centers.

[watercoolertje]

Een videokaart vind het anders niet erg hoor om op 90 graden te draaien...

@weird nerd:
Volgens mij is elke watt die je pc gebruikt (behalve bij draaiende/bewegende/lichtgevende delen) omgezet in warmte, immers komt er geen andere vorm van energie uit je pc terug en energie die verdwijnt bestaat niet.. Enige manier dat die 500watt dat me PC trekt dus de gebruikte energie kwijt kan is het af te geven aan de lucht

[Mentalist]

Hij zet volgens mij geen 100% om in warmte. Al zijn het maar de elektronen die door je CPU reizen, een chip gebruikt toch energie, zelfs als hij geen warmte zou uitstoten. Nu is dit inderdaad wel verschrikkelijk weinig, maar een PC zonder energie laten draaien is dus niet mogelijk. Het kan wel goed dat het >99% is.

500 watt is trouwens wel erg veel. Mijn PCtje trekt <100.

Het zou het meest efficiëntst zijn als je de onderdelen van de computer die veel warmte produceren zo goed mogelijk zou isoleren, zodat je een zo groot mogelijke temperatuurverschil krijgen. Alleen vinden de computer onderdelen dat zelf wat minder leuk.

Daarvoor is toch juist de uitvinding uit dit nieuwsbericht? Al weet ik niet vanaf welke temperaturen dat gaat werken.

En als het gewoon in een huidig computer systeem zou toepassen zou het terug gewonnen vermogen denk ik verwaarloosbaar klein zijn ten opzichte van het verbruikte vermogen van de computer.

Er zijn twee grote problemen: hoeveel gaat het opleveren (zou inderdaad wel eens weinig kunnen zijn) en wat gaat het kosten. Een CPU-koeler van €500 die 20% van de energie van je CPU terug kan winnen is technisch prachtig en praktisch waardeloos.

[Reactie gewijzigd door Mentalist op 25 juli 2024 18:02]

[Niosus]

Energie wordt nooit "verbruikt", het wordt slechts omgezet. Tenzij je je processor naar bijna het absolute nulpunt koelt gaat er altijd wrijving zijn voor de elektronen die erdoor vliegen. Als je met je handen snel tegen elkaar wrijft worden die warm, hetzelfde geldt in de processor. Een processor beweegt niet, dus daar gaat de energie niet naartoe. Hij vervormt ook niet. Er komt geen mechanische energie uit. Hij is ook niet echt radioactief en licht komt er ook niet uit. Het enige wat nog een mogelijkheid is is dus warmte(straling).

[Mentalist]

Een processor beweegt niet, dus daar gaat de energie niet naartoe.

De elektronen wel, toegeven dat is héél weinig, maar ze staan niet stil.

Hij vervormt ook niet.

Door de warmte vervormt hij volgens mij wel iets, maar dat zal ook heel weinig zijn.

Er komt geen mechanische energie uit.

Een processor slijt wel op den duur, dit zie je duidelijk bij overgeclockte processors die (ook met goede koeling) na een tijdje stuk gaan, maar een processor op reguliere snelheid begeeft het volgens mij ook, uiteindelijk. Dat zal wel enorm lang duren, maar het is een teken dat er sprake is van slijtage. En slijtage kost energie.

Nogmaals, het is gigantisch weinig allemaal, maar als je een CPU zou kunnen bouwen die om een of andere reden geen warmte zou produceren (of die alles met de uitvinding uit dit bericht kan recyclen), dan zal het verbruik nog steeds niet naar nul dalen. Dat zou tenslotte betekenen dat de elektronen zichzelf voort zouden kunnen duwen door de CPU en dan heb je een perpetuum mobile. Maar het komt wel dicht bij de nul.

[Reactie gewijzigd door Mentalist op 25 juli 2024 18:02]

[terror538]

volgens mij wel hoor

behalve dat er weer electronen met een snelheid uitkomen op bepaalde manieren, er dingen gaan bewegen en er licht uit je scherm komt wordt alles in je pc omgezet in warmte

[svenk91]

Cpu koeler die zijn eigen stroom genereert zou vast wel kunnen in de toekomst, krijg je wel een aparte balans. Koelt hij meer dan krijgt hij minder stroom en koelt die minder goed en krijgt die weer meer stroom etc. en dan krijg je coolers met minimum temperaturen

[JDVB]

Wanneer het temperatuur verschil groter wordt, gaat deze dus vanzelf harder draaien.
Wanneer de CPU idle is, laag temp verschil, dus langzaam draaien, weinig geluidsproductie.
Niet een verkeerd idee!

[Xthemes.us]

Leuk voor de CPU fan wellicht, die hebben niet zoveel stroom nodig en het zou zelf sturend kunnen zijn.
Meer hitte = meer elektriciteit = de fan gaat harder draaien.

Geld eigenlijk voor alles wat actief gekoeld moet worden, harde schijven kunnen wellicht een casefan van sap voorzien. Videokaart kan ook een aardige hittebron zijn... ik zie wel mogelijkheden, hangt er natuurlijk wel allemaal van af van welke temperaturen nodig zijn.

[Rmg]

Nee dat je de warmte die je pc veroorzaakt voor een deel weer kan omzetten in bruikbare stroom.

[ingmaronline]

bijvoorbeeld om elektriciteit te winnen uit de restwarmte van uitlaatgassen van auto's

En dus ook uit de radioactief afval of lees ik dit nu verkeerd? Zou wel een oplossing zijn

[tweakerbee]

De meeste kerncentrales gebruiken de hitte om stoom te maken die turbines aandrijft. De restwarmte zal zo'n minimaal klein percentage toevoegen dat het waarschijnlijk niet kosteneffectief is om deze techniek in te zetten.

[Zoidberg_AvG]

De meeste centrales (zowel op fossiele brandstof als kerncentrales) hebben nog geen 50 % rendement, de rest van de energie is warmte die vernietigt moet worden.
Dus ik geloof niet dat je van een minimaal percentage kan spreken.

[Niles]

Niet al die restwarmte moet 'vernietigt' worden natuurlijk. Er zijn aardig wat centrales met een zogenoemde warmtekrachtkoppeling. Dit betekend dat de restwarmte gebruikt wordt voor andere doelen, zoals de verwarming van complete flats, woonwijken of kassen in de buurt van de centrale. Dit verhoogt het rendement van de centrale zelf uiteraard niet (die overigens volgens Wikipedia op 58% ligt), maar zorgt er wel voor dat op andere plaatsten flink wat energie bespaard kan worden.

[peet79]

Centrales met warmtekrachtkoppeling zijn gebasseerd op gasturbines. De warmte die "gekoppeld" wordt, is de warmte uit de rookgassen. Het totale rendement, dus inclusief de warmtekrachtkoppeling ligt rond de 58%.

Bij kolen of kern centrales wordt er echter gebruik gemaakt van stoomturbines. Hierbij is het maximale rendement 46%. 50% van het rendement gaat naar condensor verliezen. In de condensor wordt stoom weer terug gecondenseerd naar water, de energie wordt overgedragen aan het koelwater. Bij mijn weten is er nog geen manier gevonden om effectief gebruik te maken van deze warmte. Over het algemeen wordt de warmte gedumpt door het water terug te storten in de rivier of door grote koeltorens.

[AMDtje]

Er zijn zat WKK's met stoomturbine.
Halverwege de turbine zit dan een aftap met een condensor waar verwarmingswater doorheen gaat. Omdat de stoom bij de aftap nog een druk heeft van 1 bar absoluut, is de kook/condensatie temperatuur 100 graden. En zo kan je het verwarmingswater tot 100 graden opwarmen.
Hoe eerder je aftapt, hoe warmer je water wordt.
Nadeel is dat je iets minder stroom maakt, want de stoom verlaat eerder de turbine.
Geloof dat je 10 MW warmte kan maken als je 1 MW elektrische energie opoffert.

Zelfs veel gasturbinecentrales hebben een afgassenketel waarmee ze stoom maken, een stoomturbine en daaraan de warmtekoppeling.

Rendement STEG: tot 60%, wkk 80%.
Rendement stoomturbinecentrale 45%, wkk 80% (maakt alleen in verhoudeing met STEG meer warmte en minder stroom maar kan op goedkope kolen draaien).
Rendement GTcentrale tot 46%, wkk 80% (maakt alleen in verhoudeing met STEG meer warmte en minder stroom).

Die 80% is als je alle geproduceerde warmte kan gebruiken.

[peet79]

Ik zei ook niet dat er geen WKK's met stoom turbine bestaan, ik gaf aan dat WKK's gebaseerd zijn op gasturbines met daarachter de warmtekoppeling. Dat je die warmte koppeling vervolgens gebruikt om een stoomturbine aan te drijven is een mogelijkheid.

Wat ik probeerde aan te geven is dat kolen en kern energie centrales werken zonder gasturbine. Hier is het verhaal van de warmtekrachtkoppeling waar Niles naar verwijst dus niet mogelijk.

Er is inderdaad de mogelijkheid om aftapstoom te gebruiken. Conventionele centrales gebruiken dit om hun ketelvoedingwater voor te verwarmen. Ik ben het persoonlijk nog niet tegengekomen als warmte kracht koppeling, wat uiteraard niet betekend dat het nergens wordt toegepast.

Je verhouding 10MW warmte tegenover 1MW elektrisch lijkt me sterk. Over het algemeen zijn de verliezen bij gebruik van een stoom turbine ongeveer 50%, een verhouding 2MW op 1MW lijkt me aannemelijker.

[AMDtje]

Ah, terminologieverwarring
WKK= wamtekrachtkoppeling -> warmte en stroom tegelijk maken. Warmte wordt als warmte gebruikt.
STEG = stoom en gas centrale, gasturbine, afgassenketel en stoomturbine. Maakt uiteindelijk alleen stroom. Warmte is alleen een tussenstap.
STEG met WKK kan ook(aftapstoom).
Conventionele centrale, stoomketel en stoomturbine. Warmte is alleen een tussenstap.
Conv met wkk kan ook(aftapstoom).
Warmte maken om er alleen stroom van te maken is geen WKK.

Kolen en kernenergie centrales werken zonder GT, maar kunnen toch echt gebruikt worden voor Niles's verhaal.
Amercentrale is een kolengestookte conventionele wkk.
Nuclear doen ze in het oostblok/Rusland en Zwitserland.

Het aftappen is inderdaad het zelfde als de voedingwatervoorwarming.

In de industrie(shell etc) laten ze soms de lagedrukturbine helemaal weg. Alle stoom die door de turbine gaat wordt afgenomen door de fabrieken.

Jouw 1:2 klopt als je voor de stoomturbine aftapt, gelijk uit de ketel.
Bij aftappen uit de turbine heeft de stoom al stroom "gemaakt".
Je mist dus alleen de stroom die de stoom na het aftap punt zou hebben gemaakt.
Je wint al die energie die in het koelwater zou zijn gekomen.

Ik wil het voorrekenen, maar t is wel een beetje offtopic hier. Het zou ook best 1:8 kunnen worden hoor
Als iemand het wil zien lees ik het hieronder wel

[Reactie gewijzigd door AMDtje op 25 juli 2024 18:02]

[Rushed]

Maar in satellieten gebruiken ze het dus wel:

"Onder meer in satellieten, waar warmte afkomstig van radioactief verval in energie wordt omgezet, wordt het materiaal gebruikt."

Dit zou opzich wel een mooie voorruitgang zijn, bijv. in een computer die toch al gauw redelijk heet wordt zo je mooi energie kunnen opwekken of is dat een te lage warmte?

[Anoniem: 296748]

De warmte binnen een computer is teleurstellend laag. Bovendien gebeurt precies het omgekeerde van wat je in op een computer wil; de warmte wordt eerst "opgespaard", in plaats van snel verspreid.

Het princiepe waar dit op berust wordt ook gebruikt met Thermo Electric Coolers (TEC's); een circuit met twee "laspunten" die een verschillende temperatuur hebben gaat stroom opwekken. Gevolg is wel dat het verschil in temperatuur afneemt; één kant wordt warmer (de koude kant), en één kant wordt kouder (de warme kant dus).

Een TEC heeft hetzelfde princiepe, maar in plaats van stroom opwekken, stop je er juist stroom in. Gevolg is dus dat het verschil in temperatuur toeneemt; de kant die je op je cpu plakt wordt kouder (hoop je;) goed aansluiten), de kant die je op een koeler stopt wordt warmer.

Zo kan je theoretisch een cpu constant op een temperatuur <0 houden in een kamer op normale temperatuur.


Overigens is er nog een andere efficiente manier om kernafval te gebruiken; bij een bron die beta straling uitstraalt wordt een ladingsverschil opgewekt tussen de radioactieve bron en een collector. Deze is genoeg om een pacemaker op te laten werken.
(komt uit natuurkunde eindexamen van vorig jaar)

[hiostu]

Misschien kunnen ze het wel verwerken in de cpu's zelf... Kun je direct energie opwekken en deze voor de cpu gebruiken.

[shakedown]

Kern afval blijft nog jaren warm. Daarom worden de gebruikte staven in grote waterbassins bewaard totdat ze voldoende afgekoeld zijn om in cement te stoppen. Indien dit soort techniek de directe warmte van kern afval kan omzetten, heb je "gratis" energie.

[Anoniem: 401487]

Dan moet je alleen hopen dat die halfgeleiders wel nog goed blijven werken als ze radioactief verontreinigd raken.

Verder kan je dit volgens mij in 1001 toepassingen gaan gebruiken. Het grootste probleem dat we nu hebben is dat er veel energie in warmte wordt omgezet (bijvoorbeeld door wrijving) en dat is energie die verloren gaat. Op deze manier kunnen we daar een gedeelte van terugrecupereren. Super!

[analog_]

mompelt iets over wegdek in combi met druksensor kracht (tiles die lichtjes inzakken als je erop staat en hieruit stroom op wekken).

[PPie]

mompelt iets over wegdek in combi met druksensor kracht (tiles die lichtjes inzakken als je erop staat en hieruit stroom op wekken)

Dit zal betekenen dat het wegdek meer weerstand biedt ('stroperiger' is en dus een hogere rolweerstand).
De energie moet dan geleverd worden door de personen die er overheen lopen of de auto's die er overheen rijden. Niet zo zinvol, tenzij je dat doet op bijvoorbeeld de afrit van zoiets als een parkeergarage, waar je weet dat mensen anders zouden remmen...

[Ayporos]

Da's allemaal leuk en aardig mensen, maar serieus?

Zou het niet 100x beter zijn te investeren in R&D naar meer duurzame energie winning? Zoals kern-fusie?

Niet om geeky over te komen, maar een goedkope onuitputtelijke energiebron zou al dit soort onzin overbodig maken.

windmolens, zonnepanelen, al die onzin is echt enorm duur en kost enorm veel materiaal.
De toekomst zal toch echt in compacte 'onuitputtelijke' energie zitten, en dan vrees ik dat er niet veel alternatieven zijn voor kern energie.

[reit0705]

Dit is enkele jaren geleden al bedacht. Het heeft niks met warmte te maken zoals bedoeld in dit artikel, maar het inzakken van de weg. Zie dit artikel: http://www.autoblog.nl/ar...kort-zelf-stroom-opwekken

Het is echter te duur om het op dit moment voor commerciële doeleinden te kunnen gebruiken. Misschien dat door de ontwikkelingen op het gebied van nanotechnologie dit in de toekomst een haalbaar iets is. Maar zelfs dan geldt dat de energie die opgewekt wordt ook ergens vandaan moet komen, dus dan wek je energie op, door er energie in te stoppen. De tijd zal het leren..

[mae-t.net]

Je kan ze ook afschermen van straling en bovendien zijn er wellicht varianten denkbaar die juist onder invloed van straling nog wat extra energie omzetten. Het lijkt me -naast direct aftappen van warmte voor verwarming- inderdaad welhaast een ideale manier om radioactieve restanten (afval is het dan eigenlijk niet meer) op te gebruiken.

[bonus]

Gratis hangt af van de productie kosten van deze nieuwe halfgeleiders. Als die te hoog zijn dan is het alsnog niet intressant genoeg om ze in te zetten en win je er dus niks mee. Dat is hetzelfde als bij zonnepanelen. De kosten waren tot voorkort zo hoog dat het eigenlijk niet rendabel was. Gelukkig zijn daar nu ook goedkopere alternatieve voor gevonden.

[Anoniem: 55563]

Zonnepanelen zijn al heel lang rendabel. Het probleem is echter dat de gemiddelde consument niet verder kijkt dan een paar jaar. De investering wordt doorgaans nog steeds als te hoog ervaren ondanks dat je na 10-12 jaar deze hebt terugverdiend waarna de panelen nog enkele decennia gratis elektriciteit produceren. En nu die economische waarde is rechtgezet, blijft er een nog veel grotere winst over: die voor het milieu, uiteindelijk onze enige échte rijkdom.

Stel je eens voor dat alle nieuwe huizen voortaan met zonnepanelen worden opgeleverd. In de huizenprijs maakt het weinig verschil - neem de panelen gewoon mee in de hypotheek - maar de ecologische winst is gigantisch. Bovendien worden die panelen zo vanzelf nog veel goedkoper.

Ongelofelijk dat dit geen dagelijkse praktijk is. Of zou dit misschien te maken kunnen hebben met het niet willen raken van die ook voor Nederland economisch o zo belangrijke olie-industrie...?

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 55563 op 25 juli 2024 18:02]

[slopert]

De terugverdientijd is juist voor huiseigenaren het grote probleem. Je moet een vrij grote investering doen, maar het levert niet direct een meerwaarde van het huis op. Als je dus binnen de terugverdientijd gaat verhuizen, doe je de investering dus voor de volgende eigenaar. After market installatie is een groot risico.

Wel heb je gelijk als je bij nieuwbouw de eis voor zonnepanelen opneemt is het bestemmingsplan het idd een klein (mogelijk) negatief effect heeft.

Voor nu ligt de spreekwoordelijke bal bij de overheid om een markt te creëren voor alle alternatieve vormen van energie. Misschien is het mogelijk om zonnecellen te voorzien van deze techniek om extra elektriciteit te halen uit de warmte die de cellen genereren.

Een andere mogelijke toepassing die zou kunnen, is door het te integreren in asfalt. Dat wordt ook aardig heet c.q. warm bij geringe zonneschijn en is van de overheid.

Ik lees net dat er 850K (577C) nodig is voor het gehaalde rendement, mijn ideeën zullen nog iets langer toekomstmuziek blijven. Er is dus meer een toepassing in smelterijen e.d. waar het iets realistischer is.

[Anoniem: 175233]

Dat een zonnepaneel 30 jaar zou meegaan, is vooral een wensgedachte van de marketing. In de praktijk zal dat echt niet gehaald worden. Maar zónder dat sprookje van een dergelijke ongelooflijk lange levensduur kun je mensen uiteraard niet overhalen om er in te investeren...

[Bartjuh]

Zo'n cycle doet hooguit iets van 35-40%, en gemiddeld minder aangezien de meeste kerncentrales al wat ouder zijn. Dat betekend dus dat er 60-65% aan warmte overblijft.

Ofwel; veel meer energie in restwarmte dan elektriciteit.

De kosteneffictiviteit wordt dus iig absoluut NIET door het gebrek aan warmte bepaald , maar eerder door de materiaal- en productiekosten van dergelijke thermo-elektrische materialen.

[terror538]

wat je vergeet is dat het hele kern reactor process gebaseerd is op warmte dus als men uiteindelijk met thermo elementen een hogere efficiëntie weet te bereiken dan met stoomturbines is het aannemelijk dat er overgestapt kan worden

[Atomsk]

Nieuw materiaal of niet, vergeet niet dat de thermodynamische natuurwetten daarmee niet veranderen. Warmte is alleen om te zetten in een andere energiesoort, wanneer er sprake is van een temperatuursverschil. Zo'n materiaal in een pckast stoppen waar het aan alle kanten 40°C is, gaat dus niet werken. Het warmte verschil tussen pc en omgeving kan gebruikt worden, maar van die paar graden moet je ook geen wonderen verwachten.

[svdbent]

Ja dat gebeurt nu al in satalieten.


Maar die restwarmte uit uitlaatgassen mogen ze wel mee opschieten voor we
van uilaten en verbrandingsmotoren afstappen

[Huismus]

Weer een stap dichter bij een beter morgen!

[_Noldy]

Pff wat mensen doen voor die eerste post....

Het is een kleine stap want je hebt nog te maken met het genereren van die warmte.

[Anoniem: 83123]

Leren lezen: RESTwarmte!!
ALLE passieve processen (waar we dus geen energie aan toevoegen) evolueren volgens de thermodynamica van een hogere naar een lagere vorm van energie. De laagst mogelijke vorm is warmteafval. Warmte als afval komt bij bijna alle processen vrij en meestal vangen we er niks mee aan. Meestal is het nog ongewenst ook en moeten we zelfs energie stoppen in het avoeren ervan (arico, ventilatie, ...) Een deel van dit warmteafval terug omzetten naar een hogere vorm van energie zoals elektriciteit zou dus wel degelijk een meerwaarde betekenen: minder energie nodig om het af te voeren en tegelijk ook nog een nuttig gebruik ervan. Helaas is een zeer hoog rendement volgens diezelfde wetten van de thermodynamica onmogelijk maar alles wat kan bespaard worden is dubbele winst in dit geval!

[ravenamp]

Zucht. Typisch.
Sommige mensen kraken elke kleine verbetering in energie efficientie en milieu rucksichtloss af zonder erbij na te denken dat het toch echt ERGENS moet beginnen. Vooruitgang gaat nou eenmaal met kleine stapjes. En zo'n kleine stap lijkt mij dit eigenlijk helemaal niet als je kijkt hoeveel warmte-energie er verloren gaat bij de meeste apparaten.

[henkpoll]

Bijvoorbeeld de warmte die vrijkomt bij het remmen zou je dus kunnen gebruiken om je accu te vullen was mijn eerste gedachte, maar zoals eerder is gezegd zou je ook de warmte uit een processor kunnen omzetten naar electrische energie. en dan vooral voor gebruik op grote schaal als datacentra's en dergelijke

[kwinvdv]

Dan kan je beter op een dynamo remmen (wordt nu ook toegepast in nieuwe auto's) Dat zal een vele malen hoger rendement opleveren. En als je harder wilt remmen, de ouderwetse remschijven inschakelen.

Ik denk dat deze techniek eerder in groter formaat kan worden toegepast in de industrie, waarbij ook een constant temperatuurverschil is, zodat het (terug) gewonnen vermogen makkelijker kan worden benut, dus een constant(er) voltage.

[actionInvoke]

"Mits dat lukt, zou het materiaal gebruikt kunnen worden in commerciële toepassingen, bijvoorbeeld om elektriciteit te winnen uit de restwarmte van uitlaatgassen van auto's. "

CAN I HAS SELF POWERING CPU?

(grapje, yes I know)

EDIT: Dit zou natuurlijk echt ideaal zijn voor data centers. Echt een double whammy, er moet minder energie besteed worden om warme lucht te koelen (de energie in die lucht is immers omgezet) en het levert ook nog eens energie op.

[Reactie gewijzigd door actionInvoke op 25 juli 2024 18:02]

[Anoniem: 347770]

gewoon inbouwen in het koelblok van je CPU zal misschien nog wel gaan. Des te warmer je CPU wordt des te meer energie er opgewekt wordt en des te harder gaat de fan draaien

[necessaryevil]

In de praktijk gaat het niet werken met alles dat warmte afgeeft. De temperatuur moet niet te laag zijn en de totale hoeveelheid warmte moet genoeg zijn om het economisch een beetje zinvol te maken; de hoeveelheid warmte zal inderdaad (en niet alleen) de stroomsterkte gaan bepalen.


Ik zie dit voorlopig nog geen stroom terugleveren aan het net, want dat vereist sowieso al een (relatief) dure converter die het omzet naar een nette wisselspanning. Ook voor Laptops lijkt me het nog te kleinschalig. Het lijkt me inderdaad nuttiger voor in de openhaard of voor in je auto.

[Anoniem: 44174]

vraag ik mij af, bedoelt men echt warmte in de zin van een hoge temp? bijvoorbeeld 100 graden of hoger, of bedoelt men simpelweg een grote delta T? In dat laatste geval is de temperatuur niet zo belangrijk, maar het temperatuurverschil en dat zou veel toepassingen mogelijk maken.

[Mavamaarten]

Prachtig, hier zijn talrijke toepassingen voor het dagelijkse leven voor te vinden !
Nu komt het er nog op aan om het rendement wat op te schroeven.

[bauke1994]

als je zo'n ding nou op je cpu en gpu plaatst en het vervolgens retourneert naar je voeding dan heb je een stuk energiezuinigere computers.
en je laptop gaat een stuk langer mee.
als ze zoiets nou grootschalig in een data center inbouwen kan dat echt veel geld besparen.
ik begrijp alleen nooit hoe de warmte dan verdwijnt en er energie ontstaat, als ze veel warmte uit je cpu trekken zou je ze nog makkelijk passief kunnen koelen ook.

[Anoniem: 55563]

Grootste obstakel is hier de warmteoverdracht van het warme object naar de nieuwe generator. Dat is vaker de beperkende stap. Vergelijk het bijvoorbeeld met koken op gas waarbij het merendeel van de warmte verloren energie is. Zodra er warmtegeleiding moet plaatsvinden dan wordt het allemaal wat minder efficiënt.

Blijven we in de kooktechnieken dan kun je dat probleem omzeilen door over te stappen naar inductie. Dan zorgt een magneetveld voor de energieoverdracht en wordt de warmte pas daar geproduceerd waar het nodig is: in de pan. Het rendement verdubbelt dan makkelijk naar 80%-90%. Zelfs de meest geavanceerde gaskookstellen komen niet hoger dan 50%.

In Nederland is koken op gas vooralsnog wel goedkoper dan inductie puur en alleen vanwege het spotgoedkope gas in onze bodem. Dat neemt echter niet weg dat inductie een stuk minder CO2 produceert. Het is dan ook maar hoe je de term 'winst' definieert en wat je persoonlijk belangrijker vindt: een flinke kostensparing of minder CO2 in de atmosfeer. Maar dat is meer een etische kwestie.