Микро-ТЭЦ и нано-ТЭЦ - АС ТЕПЛА

Перейти к контенту

Главное меню:

Микро-ТЭЦ и нано-ТЭЦ

Индивидуальные системы > Источники тепла



В последние 10 лет на Западе появились микро-ТЭЦ и нано-ТЭЦ. Фактически охвачены все практически важные диапазоны электрической мощности: 1-2,5 кВт; 3-7,5 кВт; 8-14,5 кВт; 15-20 кВт; 20,5-50 кВт, характерные для небольших потребителей. Электрический к.п.д. на уровне 15…20%, коэффициент использования топлива до 70…80% для обычных котлов и от 95% до 107% при использовании конденсационных котлов. В основе энергоисточника может быть двигатель Стирлинга, карбюраторный двигатель по циклу Отто, паровой двигатель внешнего сгорания с двумя свободными поршнями, топливные элементы. Все микро-ТЭЦ отличает низкий уровень шума. Топливо разное: газ, жидкое, твердое, в том числе, пеллеты. Стоимость порядка 10 тыс. евро за кВт(э).  Примеры – энергоблоки Ecopower, WhisperGen, Microgen, Lion-Powerblock, EcoGen и др.




За последние 5 лет фирма Ecopower (США) продала в Европе, главным образом в Великобритании, около 5 тыс. микро-ТЭЦ на базе одноцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания мощностью 3 кВт. Стоимость микро-ТЭЦ — от 220 тыс. руб. Тепловая мощность нагрева воды — 12 кВт, температура нагреваемой воды не превышает 40-50 °С. Поэтому производители рекомендуют использовать микро-ТЭЦ совместно с водяными теплыми полами вместо традиционных радиаторов. Аналогичные агрегаты Dachs производит фирма Senertec.





В Европе с описанными установками успешно конкурируют микро-ТЭЦ компании WhisperGen (Новая Зеландия) c тепловым двигателем внешнего сгорания Стирлинга. Уже продано около 8 тыс. таких устройств. 47_stirling-vierzylinder-von-whispergenВ г. Толоса (Испания) строят специализированный завод, который будет по лицензии выпускать 30 тыс. микро-ТЭЦ WhisperGen в год. Электрическая мощность — 1 кВт, тепловая — 5,5 кВт. Цена этих микро-ТЭЦ довольно высока (от 350 тыс. руб.). Аналогичной конструкции микро-ТЭЦ выпускаются фирмой Microgen (Великобритания).





Преимущества микро-ТЭЦ с двигателем Стирлинга:

- бесшумность. Уровень шума на расстоянии 2 м от работающей Ecopower составляет 56 дБ, а при аналогичных условиях для WhisperGen — не более 40 дБ. Это позволяет устанавливать WhisperGen в кухне (традиционное место газовых конденсационных котлов в европейских домах);
- оптимальное для среднеевропейского дома количество вырабатываемой горячей воды;
- компактность и легкость. Размеры установки, например, WhisperGen (В × Ш × Д) составляют 650 × 500 × 450 мм, масса — 137 кг. Таким образом, агрегат занимает в кухне столько же места, сколько стандартная посудомоечная машина. Для сравнения: габариты американской микро-ТЭЦ (Д × В × Ш) — 1280 × 980 × 700 мм, масса — 400 кг;
- отсутствие техобслуживания (ресурс работы — до 40 тыс. ч): в них нет масла внутри цилиндра, нет фильтров и свечей зажигания, не надо регулировать клапаны и систему зажигания. А в американской установке с ДВС уже после 8 тыс. ч необходим ремонт;
- топливная «всеядность». Двигатель Стирлинга способен использовать разные виды газообразного, жидкого и твердого топлива.

Совместно с микро-ТЭЦ используются вакуумные коллекторы и солнечные фотопанели — альтернативный источник тепла и электроэнергии. В зимний период эффективность работы фотопанелей весьма низкая, но ее достаточно для того, чтобы обеспечить действие циркуляционных насосов, поддерживающих движение воды в системе ГВС, нагретой от вакуумных коллекторов. Летом, когда солнечные фотоэлектрические панели функционируют с максимальной отдачей электроэнергии, можно ограничить время работы микро-ТЭЦ, сэкономить газообразное топливо и сберечь моторесурс двигателя.

 


В составе микро-ТЭЦ может находиться также дополнительная газовая горелка. Она предназначена только для дополнительного нагрева воды в холодные дни.

В качестве топлива на микро-ТЭЦ могут использоваться пеллеты — альтернативное возобновляемое топливо. Уже сейчас они обходятся европейским потребителям на 30 % дешевле природного газа, и ожидается, что в дальнейшем цены на этот вид топлива будут снижаться. В Нюрнберге фирма Sunmachine (Германия) начала выпускать когенерационные микро-ТЭЦ электрической мощностью 3 кВт с двигателем Стирлинга, работающим на пеллетах. Аналогичные микро-ТЭЦ выпускает фирма KWB (Австрия, Ирландия).


             


Двигателем Стирлинга фирмы Microgen комплектуется конденсационный газовый котел фирмы  Remeha, “Remeha-HRE”.

Аналогичные микро-ТЭЦ выпускают фирмы KIRSCH, Viessmann, Baxi (Англия) – Ecogen.

             


Микро-ТЭЦ Lion-Powerblock (см. анимацию) используют паровые моторы (этот блок называется Линатор – Lineargenerator=Linator) в виде свободнопоршневого 4-х тактного парового двигателя внешнего сгорания с двумя поршнями, температура пара 350°С, давление 25-30 бар.

Steam linear power engine –report on field tests of “lion-Powerblock”

Фирмой Ener Twin производятся также микро-ТЭЦ на основе микротурбин (ГТУ с регенерацией тепла уходящих газов).

Энергоисточники с высоким электрическим к.п.д. и когенерацией создаются также на базе топливных элементов.

В самое последнее время появляются микро-ТЭЦ термоакустического типа. Компания Nirvana Energy Systems разработала термоакустическое устройство «Clean Power Stick», которое не имеет горячих движущихся механических частей, и основано на новой, запатентованной архитектуре. Power Stick генерирует от 1 до 4 кВт электрической энергии и от 15 до 30 кВт тепловой энергии при общем КПД системы выше 90%.

Канадская компания Etalim произвела аналогичную разработку термоакустического генератора. Установка состоит из герметичной полости, заполненной гелием под давлением. В верхней части полости находится колеблющаяся металлическая пластинка, в нижней части — упругая металлическая диафрагма, которая связана с валом. Нагревание газа над верхней пластинкой и охлаждение в нижней части приводит к её колебанию, в полости возникают звуковые волны. То есть, в термоакустическом устройстве происходит усиление звуковой волны, вызывающей движение диафрагмы. Диафрагма толкает вал, соединённый с генератором. Одно колебание диафрагмы сдвигает вал всего на 0,2 мм, но система совершает 500 колебаний в секунду.

Etalim производит пакет из пяти 2-х киловаттных модулей, шестой модуль резервный. Пакет Etalim работает на любом топливе, модули не требуют ремонта, что значительно снижается расходы на эксплуатацию.

При рабочей температуре газа 700°C КПД двигателя составляет 40%. Стоимость устройства в настоящее время оценивается в 1000 долл. США за кВт, но ожидается снижение цены  до 150 долл за 1 кВт.

Описание физических процессов, протекающих в термоакустическом устройстве можно найти на сайте Energyland.info, а также Physics Toys.

Главная идея состоит в том, что организуются процессы подвода и отвода тепла к рабочему телу, вызывающие акустические колебания. Обеспечение подвода тепла в фазе сжатия и охлаждения в фазе разрежения приводит к усилению энергии акустических волн, которая используется для генерации электроэнергии.



 
Назад к содержимому | Назад к главному меню