انرژی حرارتی می‌تواند به صورت تابش، یا جذب نهان وجود داشته باشد، یا با استفاده از حرارت مستقیم ایجاد شود. تابش هنگامی اتفاق می‌افتد که گرما به صورت امواج از منبع آن به سایر اشیاء مجاور منتقل شود. انرژی گرمای نهان، انرژی‌ای است که یک جسم جذب یا آزاد می‌کند و با تغییراتی در فاز و اختلاف دما همراه است. واکنش‌های شیمیایی نمونه متداولی از این نوع هستند. استفاده از حرارت مستقیم ساده‌ترین حالت است، جایی که یک جسم به خودی خود داغ است (مانند آتش)، یا با قرار گرفتن در معرض مستقیم یک شیء که به طور طبیعی داغ است (مانند زغال سنگ گداخته) گرم می‌شود.
انرژی خورشیدی
این ممکن است رایج‌ترین شکل مورد استفاده در انرژی حرارتی باشد. این انرژی در مقیاس بزرگ، برای اهداف صنعتی و گرمایشی خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه افراد آگاه به نگرانی‌های محیط زیست از بخاری‌های خورشیدی بیشتر از دستگاههای برقی معمولی استفاده می‌کنند. بهترین کاربردهای انرژی حرارتی که از خورشید به عنوان منبع گرمای خود استفاده می‌کنند عبارتند از:
اجاق خورشیدی
- این دستگاه برای پخت و پز مواد غذایی در یک سازه بزرگ جعبه‌ای شکل، استفاده می‌شود که برای جذب حداکثر گرما با رنگ سیاه پوشانده شده است.- این اجاق به طور مستقیم از گرمای اشعه خورشید برای فرآیند پخت و پز استفاده می‌کند. یک صفحه فوقانی که از یک آینه پولیش داده شده متصل به سطح داخلی تشکیل شده است، پرتوهای نور را منعکس می‌کند و آنها را روی سطح داخلی دستگاه متمرکز می‌کند.
- دیواره‌های با رنگ تیره اجاق گاز پرتوهای نور را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کنند که در نهایت برای فرآیند پخت و پز استفاده می‌شود. همچنین، این گرما باید درون آن به دام افتد، و از این رو، ظروف با یک سطح شیشه‌ای شفاف یا یک کیسه پلاستیکی پوشانده می‌شوند، که به این وسیله اثر انتقال گرما توسط همرفت کاهش یابد.
- در اصل، نوعی "اثر گاز گلخانه‌ای" در داخل این دستگاه القا می‌شود. اجاق گاز باید عایق حرارتی باشد تا در طی فرایند پخت تلفات گرمایی حداقل باشد.
- زمان پخت و پز بستگی دارد به شرایط محلی و جوی، شدت پرتوهای خورشید، نوع دستگاه، مقدار و نوع غذا و غیره. همچنین اطمینان حاصل کنید که اجاق گاز در نزدیکی سازه‌ای که ممکن است سایه ای روی آن بیاندازد نباشد. سعی کنید آن را در یک فضای باز قرار دهید. این مطمئناً زمان پخت و پز را بهبود می‌بخشد.
- اجاق‌های خورشیدی بسیار ارزان قیمت هستند و برای پخت و پز در فضای باز در هنگام پیاده روی، کمپینگ، پیک نیک و غیره استفاده می‌شوند که در مقیاس خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها به میزان قابل توجهی به کاهش وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی گرمایی و از این طریق در حفاظت از منابع طبیعی محدود زمین کمک می‌کنند.
آبگرمکن خورشیدی
- این وسیله روشی ارزان تر و سازگارتر با محیط زیست برای استفاده از آب گرم برای اهداف مختلف است. بخاری‌های خورشیدی برای آب از ابتدای قرن گذشته مورد استفاده قرار می‌گیرند.- آنها عمدتاً از یک یا چند پانل عایق بندی شده یا جمع کننده تشکیل شده‌اند، که در جهت خورشید قرار می‌گیرند، و با یک صفحه شیشه‌ای یا یک ماده شفافِ مشابه پوشانده شده‌اند. آنها از مواد جاذب حرارت مانند صفحات شیشه‌ای، ورق‌های فلزی یا حتی سلول‌های فوتوولتائیک (سلول‌های خورشیدی ساخته شده از ویفر سیلیکون) استفاده می‌کنند.
- لوله‌های تبادل گرما به مواد جاذب متصل می‌شوند. در بعضی موارد از آینه‌های سهموی نیز برای تمرکز اشعه خورشید بر روی پانل‌ها استفاده می‌شود. لوله‌ها به مخازن ذخیره سازی منتهی می‌شوند، جایی که آب شرب از "سیال انتقال حرارت"، که از میان پانل‌های جمع کننده گردش می‌کند، جدا می‌شود.
- آب گرم از میان خروجی‌های مختلف حرکت می‌کند و برای اهداف مورد نیاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برخی موارد، به ویژه هنگامی که مخزن ذخیره در بالای جمع کننده قرار می‌گیرد، از دستگاههای کنترل کننده و پمپاژ برای تنظیم جریان آب استفاده می‌شود.
- بخاری‌های خورشیدی اساساً دو نوع هستند: مستقیم و غیرمستقیم. هر کدام از این دو نوع نیز به سیستم‌های فعال و غیرفعال تقسیم می‌شوند. مکانیسم کار هر نوع متفاوت است، اما چارچوب تکنولوژی آنها یکسان است.
انرژی گرمایی از اقیانوس‌ها
این انرژی با استفاده از تفاوت بین دمای مناطق اقیانوسی عمیق و کم عمق تأمین می‌شود. اقیانوس‌ها و سطوح آب دریا دارای پتانسیل بزرگی برای ذخیره انرژی حرارتی هستند، زیرا مستقیماً در معرض اشعه خورشید قرار دارند. امروزه افراد آگاه به نگرانی‌های محیط زیست از بخاری‌های خورشیدی بیشتر از دستگاههای برقی معمولی استفاده می‌کنند. با استفاده از فناوری صحیح، این انرژی حرارتی را می‌توان برداشت کرد تا بتواند برای بسیاری از صنایع، کاربردها و ماشین آلات به سود تمدن بشری تأمین نیرو کند، بدون آن که هزینه سنگینی بر طبیعت تحمیل کند. این فناوری در جهان به عنوان تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس (OTEC) شناخته می‌شود.تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس (OTEC)
- از اختلاف دما بین آب‌های اقیانوسی سرد و گرم (هم کم عمق و هم عمیق) برای به کار انداختن موتورهای سیستمی خاص استفاده می‌شود.- طرح نظری این فناوری در اوایل قرن بیستم ابداع شد و یک فیزیکدان فرانسوی به نام ژرژ کلود اولین کارخانه OTEC را در سال 1930 در کوبا توسعه داد.
- موتورهای سیستم یا از نوع چرخه بسته یا از نوع چرخه باز هستند. اولی از سیالاتی مانند آمونیاک که دارای نقطه جوش پایینی است برای وادار کردن ژنراتورها به تولید برق استفاده می‌کند، در حالی که دومی مستقیماً از بخار آب اقیانوس برای تولید برق استفاده می‌کند.
- آب شیرین سرد یک محصول جانبی این فناوری است که برای تبرید و در سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود. فرآورده جانبی دیگر، آبِ نمک زدایی شده است که جدا از تولید برق، برای مصارف آشامیدنی و آبیاری از آن استفاده می‌شود.
- فناوری OTEC هنوز در مرحله شیرخوارگی خود است. بسیاری از موارد مانند فقدان شرایط مطلوب طبیعی، هزینه‌های زیاد و عدم وجود فناوری کافی، عملکرد صحیح نیروگاه‌های آن را دشوار می‌کند. در حال حاضر، تنها کارخانه OTEC در جهان در ژاپن است. این مرکز توسط دانشگاه ساگا کنترل می‌شود.
موارد دیگر استفاده از انرژی گرمایی عمدتاً انرژی زمین گرمایی و چشمه‌های آب گرم هستند.
منبع: Ishani Chatterjee Shukla - ScienceStruck
