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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:ヒートポンプ技術は、汽力(火力)発電の発電力と~?)

ヒートポンプ技術と汽力発電の関係性

2023/10/21 05:26

このQ&Aのポイント
  • ヒートポンプ技術は、汽力発電の発電力にかなりの割合で相当する熱エネルギーを取り出すことができる。
  • ヒートポンプは、燃焼機器ではなく電気のエネルギーを利用して熱エネルギーを得ることができ、効率も非常に高い。
  • ヒートポンプの効率を表すCOPは3〜7程度であり、少ない電力消費で大きな熱エネルギーに転換することができる。
※ 以下は、質問の原文です

ヒートポンプ技術は、汽力(火力)発電の発電力と~?

2023/04/12 16:40

siryou.
① 使用する電気エネルギーの300~700%に相当する熱エネルギーを取り出すことができる。この効率をCOP(エネルギー消費効率)といい、例えば300%の場合はCOP3という。
https://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=11
② 燃焼機器は化石燃料が持つ熱エネルギーを取り出して活用するため、燃料が持つ発熱量以上の熱エネルギーを取り出すことはできない。 ~ 一方、ヒートポンプは ~ 投入する電気のエネルギー以上の熱エネルギーを得ることが可能であり、効率を表すCOP(成績係数)は3〜7程度にもなる。
https://www.jsme.or.jp/kaisi/1240-28/
③ ヒートポンプの場合、例えば .. 冷却のみの利用でCOPは4、加熱のみの利用でCOPは5、冷暖同時利用で COPが9と、少ない電力消費で、大きな熱エネルギーに転換できる非常に効率の良いシステムです。
https://www.zeneral.co.jp/heatpump/heatpump.html
④ COP - 環境ビジネス用語辞典 _ 冷房能力(kW)÷冷房消費電力(kW)=冷房COP:暖房能力(kW)÷暖房消費電力(kW)=暖房COP
例えば COPが5という場合は、1kWの電気消費で860kcal×5=4300kcalの熱量を生み出すことができる。
http://eco-words.net/technology/cop.html
⑤ 超臨界二酸化炭素 状態図
http://www5c.biglobe.ne.jp/~cassia/SCF_HP/pro_vp.html
⑥ R744(CO2)熱力学的特性
⑦ 超臨界流体としてよく使用される物質は、水と二酸化炭素である。
⑧ 水蒸気の10倍のエネルギーで発電する「超臨界CO2タービン」
⑨ 超臨界CO2ガスタービン
http://www.iwatanigas.co.jp/gas/pdf/R744_thermodynamic.pdf
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E8%87%A8%E7%95%8C%E6%B5%81%E4%BD%93
https://wired.jp/2017/07/04/carbon-dioxide-powered-turbines/
https://www.ted-corp.co.jp/co2.html
⑩ 空気中から毎年50万トンの温室効果ガスを回収できる世界最大の二酸化炭素除去プラント
https://www.technologyreview.jp/s/144155/why-the-worlds-biggest-co2-sucking-plant-would-be-used-to-err-dig-up-more-oil/#:~:text=

超臨界CO2(ダイジェスト編集)
https://www.youtube.com/watch?v=6C_aaKqQZwY
.


しつもんです ?

※ 1kWh = 860kcal(3600kJ/h)
 上挙の siryou により、COPが9という場合は、1kWの電気消費で860kcal×9=7740kcal 、32508kJ(32MJ)の熱量を生み出すことができる。

 ヒートポンプ技術は、汽力発電(火力発電)の発電タービン動力熱源、足り得るのでしょうか? (!注:流動体は水ではなしに二酸化炭素となるようですが)



siryou.sankou.2

火力発電所の熱サイクルと熱効率
https://denki-no-shinzui.com/thermodynamic-cycle/

火力発電 > 火力発電所の効率
https://eleking.net/study/s-thermalpower/st-efficiency.html

電力供給設備/火力発電熱効率(低位発熱量)
https://www.tepco.co.jp/corporateinfo/illustrated/electricity-supply/thermal-lower-heating-j.html
.


 廃熱は発生せず、すべて加熱膨張、吸熱冷却に、供給されるような。
 すると、現状のインフラ群で60%前後であるものも、水力ダム発電の80%、そんな数値見込める?

 過熱 - 冷却 - ヒートポンプに、1000kW、投入すると、( 1000kW × COPの9 × 効率0.8 = 7200kW )1万kW、投入すると、( 1万kW × COPの9 × 効率0.8 = 7.2万kW )、( 10万kW × COPの9 × 効率0.8 = ~ )、このような計算とみえますが、ご考察、よろしくお願いいたします。

回答 (5件中 1~5件目)

2023/04/14 17:25
回答No.5

https://xtech.nikkei.com/dm/article/NEWS/20150512/417864/#:~:text=%E3%83%92%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%9D%E3%83%B3%E3%83%97%E3%81%A7%E7%94%9F%E3%81%BF%E5%87%BA%E3%81%97%E3%81%9F100,%EF%BC%89%EF%BC%9D40%25%E3%81%A8%E3%81%AA%E3%82%8B%E3%80%82

ヒートポンプを電気で動かした場合
当初使った電力
(当初の電力100%)×(4倍の熱量)×(熱電変換効率10%)=40%

です
入力エネルギーを超えることはできません


圧縮をの効率がいいのは それをさらに圧力を加えていくと 核融合の話と同じになるからです

お礼

2023/04/14 21:20

400%に増幅したものに、10% × 、各方面、数字、芸術、極めるためのアクション、スクラップ報道されるような。 m(__)mペコッ

質問者

補足

2023/04/14 19:02

熱電変換効率、これは、今開発中の熱電効果・熱電発電のほうですか? 薄型化で、奮闘中のような。

水も、二酸化炭素も、臨界で、気体も液体もエンタルピー、おなじ数値となるような。 エントロピーもそのような。

質問者

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2023/04/13 22:45
回答No.4

ヒートポンプはとても高い値のCOP(成績係数)で、熱エネルギーを移動させることが可能ですが、自らがエネルギーを生み出すことはできません。熱エネルギーを移動させれば、その何分の一かのエネルギーが消費されることになります。新たなエネルギーを生み出すことはあり得ません。

補足

2023/04/14 12:10

 コンプレッサーエンジンで流体を4~5分の1に圧縮するから、COP4~5の熱量を一方に供給(熱移動)できるのでしょうが、とりあえずコンプレッサーエンジンの消費電力はCOP計算の分母とみえる。 代替フロンなり二酸化炭素なりその他のその種の類、それを高圧高密度化してそこ、その先で、温度利用、そうみえる。
 熱移動・熱交換のスペシャリスト(仕事人)でしょうか。
 これを、発電タービン、(現行の水を沸かすボイラは、廃熱でマイナスを演じるようですが)(ここでは、新たなものとして二酸化炭素の流体で設定)、の、前後の、加熱 & 吸熱 に用いるのならば、 熱交換のスペシャリスト、ベストマッチではないでしょうか。
 空圧技術、熱交換技術が、発電タービンとその流動体を永遠のものとする、どうでしょうか。?

質問者
2023/04/13 06:38
回答No.3

>>ご提示の(前提が違ってる)

https://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=11

リンクの一番初めのグラフに
(1973年=100)
と書いてありますよね

昔のエネルギー効率なんてものすごく悪いです
ヒートポンプによる熱の再利用などして エネルギー効率を上げてますよ
というのが大前提

E=mc2 は 物質が持つエネルギーの最大限です
それをこの次元では超えられません(まだ謎の領域です)

超えていそうなのは 巨大ブラックホールのジェット噴射だけです
https://gigazine.net/news/20210524-engine-powering-black-hole-jets/

現在の推論
ブラックホールに落ちた物体は軌道上を回転しながら速度を上げて
落ちていきます
回転速度は遠心力を生みますので ブラックホールの重力になかなか負けず落ちていきます

そして重力の弱い低緯度に集まります そして 重力に勝って極からジェット噴射のように飛び出していく
のが 現在の推論ですが
この時物質は 光速を超えるのか超えないのか

光速を超えた場合 現代物理学の基本が崩れる
超えない場合 重力レンズの説明がつかない


>>使用する電気エネルギーの300~700%
これはその話をしてますよ

使用したエネルギー以上のエネルギーを生み出してますから
現代物理学の世界線ではありません

核融合・分裂は質量をエネルギー変換してますので
与えたエネルギーの何倍ものエネルギーを取り出せます

補足

2023/04/14 16:45

光の速度は、≒ 30万㎞/s となっているようですが、
E=mc2 、(この式は、粒子の静止座標におけるエネルギーEを、質量(m)と光速の2乗(c2)の積として定義している_ https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F%E3%81%A8%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC%E3%81%AE%E7%AD%89%E4%BE%A1%E6%80%A7#

30万㎞ × 30万㎞ = 90000000000だけで、0 が 10個、指数として付く訳ですが、メートルとなると更に6個、付いたりする。
光で動くものとして、ソーラーカー選手権やら、キカイダー01、太陽電池つきの贈答品、いろいろみられたりしますが、そのへんの見えない大気も見える大地も相対性理論しているのかもしれないですね。
 夜空の星々も、数年前の光~数万年前の光といわれるものが、街々の光と共に重なり観測されるわけですが、光も川の流れの泡のように、または、風に影響される鳥のように、捕まったり流されたりする科学予想映像がヒストリーチャンネルにあったりする。
 宇宙の光が、そのように変調観測される宇宙は、更に巨大な宇宙なのかもしれないですね。

 ヒートポンプシステムは、圧縮機の消費電力の数倍の暖熱&冷熱となっているような。
 熱量効率は、発電ジュール ÷ 燃料熱量ジュール となっているようですが 、1kW は 1 kJ、 1kWh は 3600 kJ 、ガスストーブもそんなスペックとなっていたりする。
 ヒートポンプの効率、ミラクル&ファジー、&ミステリーとなっていたりする。

質問者
2023/04/12 21:26
回答No.2

前提が違ってる
https://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=11
1973年の効率を100%とした場合であって

1973年自体のエネルギー効率(理論値 E=mc2 からすればわずかなものであるが)

その3倍になってるよって話

仮に1973年の熱効率を理論値の10%だとすると30%まで取り出せたということ


エネルギー保存の法則は越えられません

核分裂は質量をエネルギーに変えてる
こっちは自然崩壊

核融合は強い力(自然界では重力)を与え 質量を変化させて エネルギーを取り出してる
現在の融合炉は電磁砲で粒子を加速させてぶつけてる

どちらも 与えたエネルギーより得られるエネルギーは小さいが
連鎖させることにより巨大エネルギーを得ようとしてる

ヒートポンプは排熱で捨てていたエネルギーを(1973年代)再利用して効率を上げたもの

補足

2023/04/12 23:20

ご提示の(前提が違ってる)リンクの〔3段目の図〕、η:発電効率、TH:高温熱源温度(K)、TL:低温熱源温度(K)ですが、上の η は発電タービンの η で、下の η はヒートポンプへの入力電力( = ヒートポンプの消費電力 = それは他の発電から )の η ではないでしょうか。
下のヒートポンプの η で、流体の二酸化炭素がどのような加熱/圧力増加となり、その上の発電機の η 、電力となるのか、発電タービン前に加熱温度上昇をもたらし、タービン後にも冷却熱で復水加速をもたらすヒートポンプのコラボレート ? 、そんな かんじです。?

質問者
2023/04/12 18:53
回答No.1

>そんな数値見込める?

 見込めません。
 ガスタービンや蒸気タービンなどといった熱機関の効率の理論的限界は高熱源の温度(タービンの場合はタービン入口温度)と低熱源の温度(タービンの場合はタービン出口における排気の温度)によって決まり、理論熱効率をη、高熱源の温度をT1、低熱源の温度をT2とおいた場合、それらの値の関係は次のような公式のようになります。

η=(T1-T2)/T1

 つまり、理論熱効率は「『高熱源の温度』に対する『高熱源と低熱源の温度差』の割合」になるわけです。
 現在の火力発電所ではガスタービンを使って発電した後の排気の熱で蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービンを回して発電していますが、その際のガスタービン入口温度は1500℃もありますし、蒸気タービンから排出される蒸気を水に戻す復水器の中の温度は数十℃程度であり、高熱源が非常に高温である事と低熱源の温度が常温より少し高い程度で十分低い温度であるからこそ50%前後もの高い熱効率が得られているのです。
 それに対し、ヒートポンプによって得られる温度は、ヒートポンプ式乾燥機でも65~70℃程度でしか無く、たとえ二酸化炭素を作動流体として使用したとしても低熱源温度を常温以下にする事は出来ませんから、仮に高熱源温度を70℃、低熱源温度を夏場の30℃とした場合、熱効率の限界は
(70-30)/(70+273)=0.116618・・・
という計算からせいぜい12%弱にしかならない事が分かります。これはあくまでも理論的な限界の話であって、現実での熱効率はこれよりもずっと下回る事になります。
 ヒートポンプを発電用の熱源として使う場合には加熱のみの利用という事になりますから、

>加熱のみの利用でCOPは5

という値を採用した場合、得られる熱エネルギーの量は消費電力の5倍になりますが、それで得られる熱エネルギーを使って発電した場合に得られる電力は理論上の限界値でも

5×0.116=0.580

という事になり、ヒートポンプを動かすために消費した電力の6割未満の電力しか得る事が出来ません。


 分かりやすくするために、熱エネルギーや電気エネルギーなどのエネルギーを水に置き換えた話をしますと、火力発電では高熱源の温度が非常に高温であるという事は、非常に高い所にあるダムの水の水圧を利用してタービンを回している事に相当します。
 水圧が非常に高いため、少量の水を落下させただけでも、大きな動力を得られます。
 一方、ヒートポンプにおいて消費した電気エネルギーよりも多くの熱エネルギーが得られるというのは、前述の「非常に高い所にあるダムの水を落下させた力」で水車を回し、その水車の回る力を使ってポンプを動かして、標高0mの海面から水を汲み上げて、「常温より少しだけ高い温度の熱を(消費電力よりも多く)得る」即ち「海面より“少しだけ高い場所”にある池に(水車を回すために落下させた水よりも)多くの水を送る」という事に相当します。
 ポンプで汲み上げた水は、量だけは確かに水車を回すために落下させた水よりも多いものの、汲み上げた高さが低過ぎるため、汲み上げた水を使って水車を回しても得られる動力はとても少なく、それを使ってポンプを動かして非常に高い所にあるダムに水を汲み上げようとしても、汲み上げる事の出来る水の量は「最初に水車を回すために落下させた水の量」よりもずっと少なくなります。

 要するに、火力発電所の燃焼器で得られる熱エネルギーや発電で得られる電気エネルギーはエントロピーが低く、エネルギーとしての質が良いエネルギーであるのに対し、ヒートポンプで汲み上げた熱エネルギーはエントロピーが高く、エネルギーとしての質が悪いエネルギーであるため、その質の悪いエネルギーを使って電気エネルギーという質の良いエネルギーを生み出すためには、質の悪いエネルギーを大量に消費する必要があるため、ヒートポンプの消費電力よりも少ない電気エネルギーしか発電出来ないのです。

補足

2023/04/13 11:22

 話題のガスタービン発電機は、ターボタービンで吸気加圧した空気にガスを噴射、その爆発で発電タービンを回すとみえますが、その廃熱でボイラ発電も回す、高効率のようですね。

 η=(T1-T2)/T1 、 公式自体も、時代とか、事業所によって、ちがうのではないか、そんなところも気になったりしますが、ガスタービン/ガス爆発での高温を、ボイラ発電で冷やし、最後に海水温か何かになる?


 ヒートポンプで、汽力(火力)発電の発電タービンをまわす件ですが、
常温付近で数十気圧に密封される二酸化炭素その分子運動潜在能力は、既に、普通の水(H2O)を臨界使用する理論と温度・圧力こそ違へど、同じとみえる。(補足1:日本全国の年平均気温は16.20℃である。)(補足2:水の臨界点は圧力22.064 MPa、温度373.95 C (647.10 K) である。)
 二酸化炭素の場合、これといって燃料投入しなくとも、沸いている、沸騰している、臨界しようとしている、そんな気もしないではない。

(70-30)/(70+273)=0.116618・・・ 、この場合、 (70+273)/(70-30)=8.575 、857%ではないでしょうか。


_ 蒸気タービン発電では、給水ポンプで水に圧力を加えつつボイラへ送る⇒ ボイラで熱を加えて水を過熱蒸気にする⇒ その過熱蒸気で蒸気タービンを回転させて発電する⇒ 蒸気タービンを抜け湿り蒸気になるので、これを復水器に通し再度水に戻す _ 、みたいですが、
同じく完全密封、循環サイクルにて、二酸化炭素を流動体とする発電システム、その一連の発生電気の僅かばかし(数分の一)を消費電力とするヒートポンプが加熱⇔吸熱、サポートするならば、二酸化炭素を流動体とする発電システム、外部系の同じく代替フロンか二酸化炭素かその種の冷媒が給熱/吸熱/熱交換循環するヒートポンプ、このコラボレーション、まわり続けるのではないでしょうか?

 圧力も、200℃(473k)で15.538気圧(1.5538MPa)の水蒸気と一緒と見える。 二酸化炭素自体が、エントロピーが低い。

蒸気表(Steam Tables)
  http://fnorio.com/0103heat_engine_steam_cycle_1/Steam_Tables1.html


 ヒートポンプで汲み上げた熱が、大量の運動エネルギーを有する二酸化炭素を永遠のものとし、エコ社会に貢献する?

質問者

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