Gazowa elektrociepłownia w każdym domu : WhisperGen

S kojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej w elektrociepłowniach jest z powodu swej wyższej sprawności coraz szerzej stosowane w wielu krajach świata. Dążenie do obniżania kosztów zaspokajania energetycznych potrzeb sprawia, że również drobni odbiorcy komunalni zaczynają coraz śmielej sięgać po nowatorskie technologie lokalnej produkcji ciepła i elektryczności. W języku angielskim ten nowy podsegment energetyki określany jest jako „micro CHP”, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej w gospodarstwie domowym. Dogodną i uzasadnioną ekonomicznie okazją do wprowadzania nowych źródeł tego rodzaju będzie wymiana zużytych gazowych kotłów centralnego ogrzewania. Wytwarzana przy tym energia elektryczna może być zużywana na miejscu lub sprzedawana do sieci zasilającej.

Od kilku lat na rynku dostępne są różne układy skojarzonej produkcji ciepła i elektryczności przeznaczone dla gospodarstw domowych. Brytyjska firma Baxi Technologies dostarczyła już ok. 8 tys. urządzeń rozproszonej kogeneracji o nazwie Dachs. Najnowsze z nich wytwarza 12,5 kWt mocy cieplnej i 5,5 kWe mocy elektrycznej, co w pełni zaspokaja potrzeby dużego domu jednorodzinnego. Parametry te przy stosunkowo dużych gabarytach agregatu (106 x 72 x 100 mm), a zwłaszcza masie 520 kg, znacznie przewyższają potrzeby drobnych użytkowników. Ich oczekiwania powinno spełnić urządzenie o nazwie WhisperGen firmy Whisper Tech Ltd. (Nowa Zelandia), które dzięki kompaktowej budowie o znacznie mniejszych niż Dachs gabarytach ma znaleźć zastosowanie w milionach gospodarstw domowych różnej wielkości. Według prognoz specjalistów, w 2020 r. ok. 1/3 brytyjskich domów będzie korzystać z tego wynalazku. Główna zaleta nowego układu tkwi w zdecydowanej poprawie wykorzystania energii paliwa (w tym przypadku gazu ziemnego). W tabeli 1 zawarto porównanie ekonomiki trzech obecnie stosowanych technologii produkcji energii elektrycznej (i ewentualnie cieplnej) z gazu ziemnego.

Tab. 1.

Rodzaj instalacji	Maksymalna sprawność procesu	Straty przesyłu	Energia użyteczna u odbiorcy
Elektrownia	50 %	10 %	45 %
Elektrociepłownia	80 %	2 %	78 %
„micro CHP” (WhisperGen)	90 %	0 %	90 %

Warto również porównać efektywność układu WhisperGen z powszechnie stosowanymi gazowymi piecami centralnego ogrzewania. Nawet w najnowocześniejszych piecach gazowych jedynie 70-80 proc. energii zawartej w paliwie zostaje przetworzone na ciepło, pozostałe 20-30 proc. ulatuje ze spalinami do atmosfery. Natomiast nowa technologia umożliwia – przy podobnym stopniu wykorzystania energii gazu do celów grzewczych – dodatkowo przetworzenie 10 do 25 proc. energii paliwa na energię elektryczną. W rezultacie straty energii wynoszą co najwyżej 10-15 proc. Źródłem znacznych efektów ekonomicznych uzyskiwanych w urządzeniu WhisperGen (rzędu 200 euro/rok w przeciętnym gospodarstwie domowym) są dwa czynniki: wyżej wskazana oszczędność gazu oraz zmniejszenie wydatków na zakup droższej energii elektrycznej z sieci przy zużywaniu „własnej” energii. Ten drugi efekt ma większą wartość i wzrasta w miarę zwiększania zużycia wytworzonej energii elektrycznej kosztem obniżania poboru z sieci.
W ofercie firmy Whisper Tech Ltd znajdują się m.in. dwa urządzenia przeznaczone dla rozproszonego wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej w skojarzeniu. Pierwsze z nich, oznaczone symbolem AC, służy do zaspokajania typowych potrzeb gospodarstwa domowego, drugie, o symbolu DC, przewidziano do ładowania baterii akumulatorów m.in. na łodziach i statkach oraz w latarniach morskich. Zestawienie parametrów technicznych obu modeli zawiera tabela 2.

Tab. 2.

Parametr	DC	AC
Parametry wyjścia elektrycznego przy pracy ciągłej	750 W, 24 lub 12 VDC	850 W (maks. 1200 W), 230 VAC
Moc cieplna przy jednoczesnym wytwarzaniu energii elektrycznej	6 kW	8 kW
Paliwo	Olej napędowy, nafta	Gaz ziemny
Zużycie paliwa przy pełnej mocy	0.8 l oleju/godz.	1.1 m3/godz.
Sterowanie	Inteligentny system sterowania i nadzoru z opcjami programowania trybów regulacji	Inteligentny system sterowania i nadzoru z opcjami programowania trybów regulacji
Chłodzenie	Wodne o przepływie min. 5 l/min	Wodne o przepływie min. 6 l/min
Wymiary (mm)	450 x 500 x 640	500 x 600 x 850
Masa (kg)	90	138
Poziom hałasu	< 50 dB	---
Przewidywany okres międzyremontowy	20 000 godz.	20 000 godz.
Obszar zastosowania	Ładowanie baterii akumulatorów	Rozproszone skojarzone wytwarzanie ciepła i elektryczności

W modelu AC zastosowano 4-cylindrowy silnik Stirlinga. Na uwagę zasługuje istotne udoskonalenie układu mechanicznego tej znanej od blisko 200 lat maszyny cieplnej. Tłoki w cylindrach tego silnika wyposażono w szereg prowadnic i uszczelnień zapobiegających wypływowi gazu roboczego. Jednak w odróżnieniu od typowych silników wewnętrznego spalania w cylindrach nie stosuje się smarowania, wskutek czego pierścienie i uszczelnienia pracują „na sucho”. Gdyby napęd z tłoków był przetwarzany na ruch obrotowy za pomocą tradycyjnego mechanizmu korbowego nastąpiłoby przyspieszone zużycie wspomnianych elementów. Zastosowany w WhisperGen oryginalny układ zamiany liniowego ruchu czterech tłoków na ruch obrotowy wału napędzającego prądnicę praktycznie eliminuje to zagrożenie.
Prądnicę stanowi czterobiegunowa maszyna indukcyjna bezpośrednio przyłączana do zewnętrznej sieci. Urządzenie przewidziano jako wolnostojące lub do zabudowy we wnęce. Obudowa z nierdzewnej stali posiada panel sterowania miejscowego dla ewentualnej zmiany lub odczytu parametrów pracy. Zespół jest przyłączany w sposób standardowy do istniejącej instalacji gazowej budynku.
Model AC WhisperGen 0,8kWe/6kWt ma być stosowany w domach o rocznym zapotrzebowaniu ciepła rzędu 18 000 kWh i rocznym czasie pracy 3000 godzin. Przy założeniu, że z wytworzonej łącznej ilości 2400 kWh energii elektrycznej 85 proc. zostanie zużyte na miejscu, a pozostałe 15 proc. zostanie sprzedane do sieci, uzyska się oszczędność ok. 142 funty. Przy orientacyjnej cenie urządzenia wynoszącej 500 funtów okres zwrotu wydatków na jego zakup wyniesie 3-4 lat.
Wyższa sprawność układów „micro CHP” pozwoli na osiągnięcie poważnych korzyści ekologicznych. Ocenia się, że ich zastosowanie w 13 mln brytyjskich domów przyniesie obniżenie emisji dwutlenku węgla o ok. 16 mln t rocznie. Dla zakładów energetycznych duże znaczenie będzie miało zmniejszenie szczytowego obciążenia systemu elektroenergetycznego oraz możliwość odroczenia budowy nowych mocy wytwórczych dzięki instalowaniu rozproszonych generatorów WhisperGen.
Łączny wpływ czynników ekonomicznych i ekologicznych przy ciągłym doskonaleniu rozwiązań technicznych stwarza podstawę dla szybkiej ekspansji układów rozproszonego skojarzonego wytwarzania ciepła i elektryczności już w najbliższych kilku latach. Optymiści twierdzą zaś, że brytyjski rynek tej technologii może ulec nasyceniu jeszcze przed 2020 r. Wtedy to łączna elektryczna moc zainstalowana w gospodarstwach domowych tego kraju osiągnie poziom 15-20 GW i zrówna się z potencjałem wytwórczym energetyki atomowej. Wdrażanie nowych układów rozproszonej kogeneracji będzie ważnym elementem postępującej decentralizacji energetyki. Stanie się poważnym krokiem na drodze do własnej elektrociepłowni „domowej” i umożliwi aktywne włączenie się praktycznie wszystkim uczestnikom rynku energii do nadchodzącej rewolucji energetycznej.

Na podstawie materiałów firmy Whisper Tech Ltd. przygotował Piotr Olszowiec

Więcej informacji znajdziesz tutaj.

Artykuł pobrany ze strony www.gigawat.info

Gigawat Energia

E-mail: [e-mail] WWW: www.gigawat.net.pl Tel.: [phone]	Adres: 31-158, Kraków , ul.Krowoderska 58 / 18
Dowiedz się więcej o firmie

http://www.ogrzewnictwo.pl/index.php?akt_cms=5227&cms=15

Dnia: 2010-08-30 godz: 15:00

Mikrogeneracja w domu jednorodzinnym
( Produkcja ciepła i prądu w jednym !!! ) Otóż sercem tego typu bloku kogeneracyjnego dla domku jednorodzinnego okazuje się obrotowa tarcza

Włodzimierz Kotowski, Eduard Konopka

Domy jednorodzinne nie były dotychczas obiektami przeznaczonymi dla ekonomicznie racjonalnego stosowania w nich bloków kogeneracyjnych. Rozmiar przygotowywanej ciepłej wody użytkowej w okresie letnim bywa w tych obiektach mieszkalnych niewspółmiernie mały w stosunku do zapotrzebowania na energię elektryczną.

Dotychczas bowiem bloki kogeneracyjne z mocą termiczną 10 kWc okazywały się już przedymensjonowane. Dopiero na drodze odpowiedniego rodzaju „Art Downsizing” udało się przezwyciężyć te rozpiętości mocy między zapotrzebowaniami na ciepło użytkowe i energię elektryczną. Udało się wreszcie znaleźć kompaktowe rozwiązanie w konstrukcji bloków kogeneracyjnych ze znacznie zwiększoną sprawnością w wytwarzaniu energii elektrycznej dla domków jednorodzinnych i to o mocy poniżej 3 kWel – a nawet dla 1 kWel, których istotę ilustrują rys. 1–2.

Źródło: Whispergen

Rys.1    Czterocylindrowy układ silnika Stirlinga z rotacyjną tarczą napędza elektrogenerator, stając się mikroblokiem kogeneracyjnym domku jednorodzinnego.


Otóż sercem tego typu bloku kogeneracyjnego dla domku jednorodzinnego okazuje się obrotowa tarcza, napędzana przez dwa wahacze czterocylindrowym układem silnika Stirlinga. Wymieniona wyżej tarcza obrotowa jest bezpośrednio sprzężona z elektrogeneratorem, co czyni cały układ wysoce efektywnym. A zatem istota tego „Wobbel Yoke” tkwi w zmodyfikowanej konstrukcji silnika Stirlinga, którego pierwotny układ obejmuje dwa sprzężone z sobą tłoki z cylindrami (jeden zwany roboczym i bywa zasilany gorącym, sprężonym do około 16 MPa helem lub wodorem, a drugi nazywa się kompresyjnym, przetłaczając cyklicznie gaz roboczy).

Ogrzewanie przepływającego tam i z powrotem gazu roboczego przez grzejnik, regenerator i chłodnicę tym różni układ Stirlinga od silników Otta oraz Diesla, że te posiadają wewnętrzne spalanie mieszaniny opar paliwa z powietrzem, co czyni je relatywnie drogimi tak w budowie, jak i w eksploatacji. W silniku Stirlinga gaz roboczy bywa ogrzewany z zewnątrz.



Źródło: Senertec
Rys. 2    Seryjnie wytwarzany przez firmę Senertec w RFN mikroblok kogeneracyjny zasilany gazem ziemnym lub biogazem dla domku jednorodzinnnego.



Istotę zmodyfikowanego, sprzężonego układu dwóch zestawów silnika Stirlinga (tj. do 4 cylindrów), które poprzez dwa wahacze napędzają rotacyjną tarczę, sprężoną z elektrogeneratorem (rys. 1) opracował Nowozelandczyk Don Clucas. Szczegóły tego układu w działaniu ilustruje krótki film w internecie (www.whispergen.com).

Tego typu mikroblok kogeneracyjny o mocy 1 kWel oraz 7 kWc, wytwarzany jest seryjnie między innymi przez firmę EHE (Efficient Home Energy) w Hiszpanii. Jest to joint-venture między nowozelandzką firmą Whispertech, a hiszpańskim koncernem Mondragon CC. Natomiast na rys. 2 przedstawiono mikroblok kogeneracyjny wytwarzany w pokaźnych ilościach relatywnie blisko Polski przez firmę Senertec GmbH w Schweinfurcie, RFN (Sonne Wind & Wärme, 70, 4, 2009 r.).

Omawiany blok kogeneracyjny dysponuje dodatkowym palnikiem na dogrzewanie domku jednorodzinnego o mocy 5 kWc, co całościowo uwidacznia rys. 3.



Źródło: ASUE

Rys. 3    Domek jednorodzinny z blokiem kogeneracyjnym zasilanym gazem ziemnym lub biogazem.


Tego typu blok mikrokogeneracyjny wraz z buforowym zasobnikiem ciepła w postaci gorącej wody – najefektywniej o pojemności od 1.500 do 2.000 litrów kosztuje 12.000 euro. Tak wielki zasobnik ciepła jest niezbędny, aby zapewnić jak najdłuższe cykle wytwarzania energii elektrycznej, sumujące się do około 4.500 godzin rocznie.

W długookresowej eksploatacji zaprezentowane na rysunkach 1 – 2 mikrobloki kogeneracyjne osiągają przeciętną moc 7,5 kWc.

Tak jak w aucie, przez nacisk na pedał gazu, reguluje się potrzebną moc, tak również dodatkowym palnikiem dostraja się moc mikrobloku kogeneracyjnego dla potrzeb domku jednorodzinnego.

Jeśli chodzi o racjonalne zagospodarowanie wytwarzanej przez mikroblok kogeneracyjny energii elektrycznej, to należy ją w maksymalnie możliwym stopniu wykorzystać w domku jednorodzinnym. Cena bowiem sprzedawanej do okręgowej sieci energii elektrycznej jest znacznie niższa od kosztu jej zakupu. Ten fakt wystarczająco uzasadnia zabudowę w piwnicy relatywnie wielkiego zasobnika z ciepłą wodą – najracjonalniej o pojemności około 2.000 litrów.

Na podstawie kilkuletnich, ekonomicznie wysoce efektywnych doświadczeń eksploatacyjnych z mikroblokami kogeneracyjnymi na terenie Niemiec oraz Austrii w domkach jednorodzinnych, należy je również rozpropagować na terenie naszego kraju. Dodatkową korzyścią jest ograniczona emisja CO2 do atmosfery i udział mieszkańców domków jednorodzinnych w ochronie klimatu.

http://www.www.ekoenergia.pl/index.php?id_art=1313&cms=324&plik=Mikrogeneracja_w_domu_jednorodzinnym_!!!_%28_Produkcja_ciepla_i_pradu_w_jednym_!!!_%29.html

Dnia: 2010-08-30 godz: 15:00