सौर तापीय विद्युत संयंत्रों में तापीय ऊर्जा का उपयोग कैसे बढ़ाएं: एक व्यापक मार्गदर्शिका

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तापीय ऊर्जा का उपयोग सौर तापीय विद्युत संयंत्रों का एक महत्वपूर्ण पहलू है। इन संयंत्रों की दक्षता और उत्पादकता को अधिकतम करने के लिए, तापीय ऊर्जा के उपयोग को बढ़ाना महत्वपूर्ण है। इसमें गर्मी हस्तांतरण में अक्षमता, तापीय ऊर्जा भंडारण मुद्दे और उच्च परिचालन और रखरखाव लागत जैसी विभिन्न चुनौतियों का समाधान शामिल है। इस ब्लॉग पोस्ट में, हम सफल कार्यान्वयन को दर्शाने वाले केस अध्ययनों के साथ-साथ सौर तापीय ऊर्जा संयंत्रों में थर्मल ऊर्जा उपयोग को बढ़ाने के लिए रणनीतियों का पता लगाएंगे।

तापीय ऊर्जा उपयोग में वर्तमान चुनौतियाँ

ऊष्मा स्थानांतरण में अक्षमताएँ

सौर तापीय विद्युत संयंत्रों में तापीय ऊर्जा का उपयोग कैसे बढ़ाया जाए 1

तापीय ऊर्जा उपयोग में प्रमुख चुनौतियों में से एक ताप हस्तांतरण में अक्षमता है। सौर तापीय ऊर्जा संयंत्र सौर विकिरण को ग्रहण करने और उसे उपयोगी तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करने पर निर्भर करते हैं। हालाँकि, ऊष्मा स्थानांतरण की प्रक्रिया के दौरान, महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा नष्ट हो सकती है। यह सौर संग्राहकों, हीट एक्सचेंजर्स और पाइपवर्क में गर्मी के नुकसान जैसे कारकों के कारण हो सकता है।

इस चुनौती से निपटने के लिए, उन्नत ताप स्थानांतरण तरल पदार्थों का उपयोग किया जा सकता है। इन तरल पदार्थों में बेहतर थर्मल गुण होते हैं, जो अधिक कुशल गर्मी हस्तांतरण की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थ के रूप में पिघले हुए नमक के उपयोग ने आशाजनक परिणाम दिखाए हैं। ये नमक बिना उबले या जमे उच्च तापमान तक पहुंच सकते हैं, जिससे उन्नत ऊर्जा रूपांतरण के लिए उच्च तापमान अंतर का उपयोग संभव हो जाता है।

थर्मल ऊर्जा भंडारण मुद्दे

तापीय ऊर्जा के उपयोग में एक और चुनौती अतिरिक्त तापीय ऊर्जा का भंडारण है। सौर तापीय ऊर्जा संयंत्रों को अक्सर रुक-रुक कर ऊर्जा आपूर्ति की समस्या का सामना करना पड़ता है, क्योंकि सौर विकिरण पूरे दिन बदलता रहता है। इस पर काबू पाने के लिए कुशल तापीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की आवश्यकता है।

तापीय ऊर्जा भंडारण के लिए चरण परिवर्तन सामग्री (पीसीएम) का उपयोग एक प्रभावी समाधान है। पीसीएम चरण परिवर्तन प्रक्रिया के दौरान बड़ी मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित और जारी कर सकते हैं, जिससे थर्मल ऊर्जा के कुशल भंडारण और उपयोग की अनुमति मिलती है। उदाहरण के लिए, पैराफिन मोम पिघलने पर बड़ी मात्रा में ऊर्जा संग्रहीत कर सकता है और जमने पर इसे छोड़ सकता है, जिससे सौर विकिरण अपर्याप्त होने पर भी तापीय ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति होती रहती है।

उच्च परिचालन और रखरखाव लागत

सौर तापीय विद्युत संयंत्रों में तापीय ऊर्जा का उपयोग कैसे बढ़ाया जाए 2

सौर तापीय ऊर्जा संयंत्रों को उच्च परिचालन और रखरखाव लागत का भी सामना करना पड़ सकता है, जो तापीय ऊर्जा के कुशल उपयोग में बाधा बन सकता है। ये लागत नियमित निरीक्षण, सौर कलेक्टरों की सफाई, और हीट एक्सचेंजर्स और पंपों के रखरखाव जैसे कारकों से उत्पन्न हो सकती है।

इन लागतों को कम करने के लिए स्वचालित निगरानी और रखरखाव प्रणाली लागू की जा सकती है। ये सिस्टम संयंत्र के प्रदर्शन की निगरानी करने और किसी भी विसंगति या समस्या का पता लगाने के लिए सेंसर और उन्नत नियंत्रण एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं। रखरखाव प्रक्रियाओं को स्वचालित करके, मैन्युअल निरीक्षण और हस्तक्षेप की आवश्यकता को कम किया जा सकता है, जिससे परिचालन और रखरखाव लागत कम हो सकती है।

तापीय ऊर्जा उपयोग को बढ़ाने की रणनीतियाँ

हीट ट्रांसफर सिस्टम की दक्षता में सुधार

1. उन्नत हीट ट्रांसफर तरल पदार्थों का उपयोग

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, उन्नत ताप हस्तांतरण तरल पदार्थों का उपयोग सौर तापीय ऊर्जा संयंत्रों में ताप हस्तांतरण की दक्षता को काफी बढ़ा सकता है। इन तरल पदार्थों में बेहतर थर्मल गुण होते हैं, जो उच्च तापमान अंतर और अधिक कुशल ऊर्जा रूपांतरण की अनुमति देते हैं।

2. हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन का अनुकूलन

हीट ट्रांसफर की दक्षता में सुधार करने की एक और रणनीति हीट एक्सचेंजर डिजाइन के अनुकूलन के माध्यम से है। हीट एक्सचेंजर्स सौर संग्राहकों से तापीय ऊर्जा को कार्यशील तरल पदार्थ में स्थानांतरित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र, प्रवाह दर और ट्यूब आयाम जैसे डिजाइन मापदंडों को अनुकूलित करके, समग्र गर्मी हस्तांतरण दक्षता में काफी सुधार किया जा सकता है।

तापीय ऊर्जा भंडारण को बढ़ाना

1. भंडारण के लिए चरण परिवर्तन सामग्री का उपयोग

जैसा कि पहले चर्चा की गई है, कुशल तापीय ऊर्जा भंडारण के लिए चरण परिवर्तन सामग्री (पीसीएम) का उपयोग किया जा सकता है। उपयुक्त पिघलने और जमने के तापमान वाले पीसीएम का उपयोग करके, थर्मल ऊर्जा को प्रभावी ढंग से संग्रहीत और जारी किया जा सकता है। यह कम सौर विकिरण की अवधि के दौरान भी तापीय ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति सुनिश्चित करता है।

2. उन्नत तापीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का कार्यान्वयन

पीसीएम के अलावा, थर्मल ऊर्जा के उपयोग को और बढ़ाने के लिए उन्नत थर्मल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को लागू किया जा सकता है। ये सिस्टम थर्मल स्टोरेज टैंक, थर्मल ऊर्जा भंडारण ईंटें, या पिघला हुआ नमक भंडारण सिस्टम जैसी प्रौद्योगिकियों का उपयोग करते हैं। इन उन्नत भंडारण प्रणालियों का उपयोग करके, थर्मल ऊर्जा को लंबे समय तक संग्रहीत किया जा सकता है और संयंत्र की आवश्यकताओं के अनुसार जारी किया जा सकता है।

परिचालन और रखरखाव लागत को कम करना

1. स्वचालित निगरानी और रखरखाव प्रणालियों का उपयोग

परिचालन और रखरखाव लागत को कम करने के लिए, सौर तापीय ऊर्जा संयंत्र स्वचालित निगरानी और रखरखाव प्रणाली लागू कर सकते हैं। ये प्रणालियाँ संयंत्र के प्रदर्शन की लगातार निगरानी करती हैं, किसी भी समस्या या विसंगति का पता लगाती हैं और आवश्यकतानुसार रखरखाव गतिविधियाँ शुरू करती हैं। यह समय पर हस्तक्षेप सुनिश्चित करता है और मैन्युअल निरीक्षण की आवश्यकता को कम करता है, जिसके परिणामस्वरूप लागत बचत होती है।

2. ऊर्जा कुशल परिचालन प्रथाओं को लागू करना

ऊर्जा-कुशल परिचालन प्रथाएं सौर तापीय ऊर्जा संयंत्रों में परिचालन लागत को कम करने में भी योगदान दे सकती हैं। इसमें सौर विकिरण की उपलब्धता के अनुरूप संयंत्र के संचालन कार्यक्रम को अनुकूलित करना, थर्मल इन्सुलेशन जैसे ऊर्जा-बचत उपायों को लागू करना और कुशल परिचालन प्रक्रियाओं को अपनाना शामिल है। ऊर्जा की बर्बादी को कम करके और ऊर्जा उपयोग को अनुकूलित करके, परिचालन लागत को काफी कम किया जा सकता है।

सफल तापीय ऊर्जा उपयोग वृद्धि के मामले का अध्ययन

केस स्टडी 1: एक संकेंद्रित सौर ऊर्जा संयंत्र में उन्नत तापीय ऊर्जा उपयोग

एक संकेंद्रित सौर ऊर्जा संयंत्र में, उन्नत ताप हस्तांतरण तरल पदार्थों को लागू करके थर्मल ऊर्जा उपयोग की दक्षता में काफी वृद्धि हुई थी। पिघले हुए नमक के साथ पारंपरिक ताप हस्तांतरण तरल पदार्थों को प्रतिस्थापित करके, संयंत्र ने उच्च तापमान अंतर हासिल किया और ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार किया। इसके परिणामस्वरूप बिजली उत्पादन में वृद्धि हुई और समग्र संयंत्र प्रदर्शन में वृद्धि हुई।

केस स्टडी 2: सोलर टावर पावर प्लांट में बेहतर दक्षता

सौर टावर बिजली संयंत्र में, उन्नत थर्मल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को लागू करके थर्मल ऊर्जा उपयोग को बढ़ाया गया था। पिघले हुए नमक भंडारण प्रणालियों का उपयोग करके, संयंत्र अतिरिक्त तापीय ऊर्जा को संग्रहीत करने और आवश्यकतानुसार इसे जारी करने में सक्षम था। इससे कम सौर विकिरण की अवधि के दौरान भी निरंतर बिजली उत्पादन की अनुमति मिली और संयंत्र की समग्र दक्षता में सुधार हुआ।

ये केस अध्ययन सौर तापीय ऊर्जा संयंत्रों में तापीय ऊर्जा उपयोग को बढ़ाने में विभिन्न रणनीतियों की प्रभावशीलता पर प्रकाश डालते हैं। इन रणनीतियों को लागू करके, सौर तापीय ऊर्जा संयंत्र उच्च ऊर्जा रूपांतरण क्षमता प्राप्त कर सकते हैं, परिचालन और रखरखाव लागत को कम कर सकते हैं और अधिक विश्वसनीय और टिकाऊ ऊर्जा आपूर्ति सुनिश्चित कर सकते हैं।

सौर तापीय विद्युत संयंत्रों में तापीय ऊर्जा उपयोग को कैसे बढ़ाया जाए, इस पर संख्यात्मक समस्याएं

समस्या 1

एक सौर तापीय विद्युत संयंत्र में 500 वर्ग मीटर क्षेत्रफल वाला एक सौर संग्राहक है। सौर ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करने में सौर संग्राहक की दक्षता 80% है। संग्राहक पर प्राप्त सौर विकिरण की तीव्रता 1000 W/m² है। 1 घंटे में संग्राहक द्वारा प्राप्त तापीय ऊर्जा की गणना करें।

उपाय:

दिया हुआ:
– सौर संग्राहक का क्षेत्रफल, A = 500 वर्ग मीटर
- सौर संग्राहक की दक्षता, η = 80%
- सौर विकिरण की तीव्रता, I = 1000 W/m²
– समय, t = 1 घंटा

संग्राहक द्वारा प्राप्त तापीय ऊर्जा की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

E_{\text{थर्मल}} = A \cdot I \cdot \eta \cdot t

दिए गए मानों को प्रतिस्थापित करना:

E_{\text{थर्मल}} = 500 \, \text{m²} \cdot 1000 \, \text{W/m²} \cdot 0.8 \cdot 1 \, \text{hour}

E_{\text{थर्मल}} = 400,000 \, \text{J}

इसलिए, 1 घंटे में संग्राहक द्वारा प्राप्त तापीय ऊर्जा 400,000 J है।

समस्या 2

सौर तापीय विद्युत संयंत्रों में तापीय ऊर्जा का उपयोग कैसे बढ़ाया जाए 3

एक सौर तापीय ऊर्जा संयंत्र तापीय ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने के लिए हीट एक्सचेंजर का उपयोग करता है। तापीय ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने में हीट एक्सचेंजर की दक्षता 60% है। यदि हीट एक्सचेंजर में थर्मल ऊर्जा इनपुट 500,000 J है, तो हीट एक्सचेंजर के बिजली उत्पादन की गणना करें।

उपाय:

दिया हुआ:
- हीट एक्सचेंजर की दक्षता, η = 60%
- हीट एक्सचेंजर में थर्मल ऊर्जा इनपुट, E_{text{थर्मल}} = 500,000 J

हीट एक्सचेंजर के बिजली उत्पादन की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

E_{\text{electric}} = E_{\text{thermal}} \cdot \eta

दिए गए मानों को प्रतिस्थापित करना:

E_{\text{electric}} = 500,000 \, \text{J} \cdot 0.6

E_{\text{electric}} = 300,000 \, \text{J}

इसलिए, हीट एक्सचेंजर का बिजली उत्पादन 300,000 J है।

समस्या 3

एक सौर तापीय ऊर्जा संयंत्र में एक तापीय ऊर्जा भंडारण प्रणाली होती है जो 1,000,000 J तक तापीय ऊर्जा संग्रहीत कर सकती है। थर्मल ऊर्जा को संग्रहीत करने और पुनर्प्राप्त करने में सिस्टम की दक्षता 70% है। यदि सिस्टम को 200,000 J/घंटा की दर से तापीय ऊर्जा से चार्ज किया जाता है, तो तापीय ऊर्जा भंडारण प्रणाली को पूरी तरह से चार्ज करने में लगने वाले समय की गणना करें।

उपाय:

दिया हुआ:
– अधिकतम तापीय ऊर्जा भंडारण क्षमता, E_{text{max}} = 1,000,000 J
- तापीय ऊर्जा भंडारण प्रणाली की दक्षता, η = 70%
- तापीय ऊर्जा की चार्जिंग दर, r = 200,000 J/घंटा

तापीय ऊर्जा भंडारण प्रणाली को पूरी तरह से चार्ज करने में लगने वाले समय की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

t = \frac{E_{\text{max}}}{r \cdot \eta}

दिए गए मानों को प्रतिस्थापित करना:

t = \frac{1,000,000 \, \text{J}}{200,000 \, \text{J/hour} \cdot 0.7}

t \लगभग 7.14 \, \text{घंटे}

इसलिए, थर्मल ऊर्जा भंडारण प्रणाली को पूरी तरह से चार्ज करने में लगभग 7.14 घंटे लगेंगे।

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