Analiza parametrów pracy systemu mikrokogeneracyjnego z generatorem termoelektrycznym i kominkiem opalanym drewnem pod kątem zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego odbiorców końcowych

• Autorzy: Sornek K. , Filipowicz M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/123714

Warianty tytułu

EN

Analysis of the micro-cogeneration system operating parameters with a thermoelectric generator and wood-fired stove in terms of improving the energy security of consumers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wdrażanie rozwiązań w zakresie skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej w systemach mikroskalowych stanowi jeden ze sposobów na zwiększenie bezpieczeństwa dostaw energii do odbiorców końcowych. Na rynku dominują rozwiązania średniej i dużej skali zasilane paliwami kopalnymi, dlatego też istotne jest opracowanie systemów dedykowanych do zastosowania w budynkach mieszkalnych, gospodarstwach rolnych, szkołach itp. Niniejsza praca przedstawia koncepcję rozwinięcia funkcjonalności typowego kominka opalanego drewnem o wytwarzanie energii elektrycznej. Energia elektryczna wytwarzana w generatorach termoelektrycznych (badane były zarówno jednostki dostępne na rynku, jak i jednostka własnej konstrukcji) może zapewnić pokrycie potrzeb własnych systemu mikrokogeneracyjnego (zasilanie sterownika, siłownika przepustnicy powietrznej, wentylatora, pompy itp.). Z kolei naddatek energii może zostać zmagazynowany w akumulatorach, a następnie wykorzystany do zasilania innych urządzeń (oświetlenie, drobne urządzenia RTV i AGD itp.). Należy przy tym zwrócić uwagę, że dostępne na rynku generatory termoelektryczne nie są zwykle zaprojektowane do współpracy z domowymi urządzeniami grzewczymi – występuje problem m.in. z zapewnieniem wystarczająco dużego strumienia ciepła przekazywanego do strony gorącej generatora, jak również z jego efektywnym chłodzeniem. Dla zapewnienia wysokiej efektywności systemu mikrokogeneracyjnego konieczne jest więc opracowanie dedykowanej konstrukcji zarówno generatora, jak i źródła ciepła.

EN

The implementation of micro scale combined heat and power systems is one of the ways to improve the energy security of consumers. In fact, there are many available large and medium scale cogeneration units, which operate according to the Rankine Cycle. Due to European Union demands in the field of using renewable energy sources and increasing energy efficiency result in the importance of additionally developing systems dedicated for use in residential buildings, farms, schools and other facilities. This paper shows the concept of introducing thermoelectric generators into typical wood stoves: steel plate wood stoves and accumulative wood stoves. Electricity generated in thermoelectric generators (there were studies on both three market available units and a prototypical unit developed by the authors) may be firstly consumed by the system (to power controller, actuators, fans, pumps, etc.). Additional power (if available) may be stored in batteries and then used to power home appliances (light, small electronics and others). It should be noted that commercially available thermoelectric generators are not matched for domestic heating devices – the main problems are connected with an insufficient heat flux transmitted from the stove to the hot side of the generator (caused e.g. by the non -homogeneous temperature distribution of the surface and bad contact between the stove and the generator) and inefficient cooling. To ensure the high efficiency of micro cogeneration systems, developing a dedicated construction both of the generator and the heat source is necessary.

Słowa kluczowe

PL

bezpieczeństwo energetyczne; mikrokogeneracja; energetyka odnawialna; biomasa; generatory termoelektryczne

EN

energy security; micro cogeneration; renewable energy sources; biomass; thermoelectric generators

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 103
• Strony: 159--170
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Sornek K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków
• Instytut Zrównoważonej Energetyki, Kraków

autor

Filipowicz M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków
• Instytut Zrównoważonej Energetyki, Kraków

Bibliografia

• [1] Champieri in. 2011 – Champier, D., Bédécarrats, J.P., Kousksou, T., Rivaletto, M,. Strub, F. i Pignolet, P. 2011. Study of a TE (thermoelectric) generator incorporated in a multifunction wood stove. Energy 36(3), s. 1518–1526.
• [2] Gawlik, L. i Mirowski, T. 2016. Strategic directions of development of the Polish power sector in the light of climate and energy policy of the European Union. Humanities and Social Sciences 23(2), s. 49–62.
• [3] Gawłowski i in. 2010 – Gawłowski, S., Listowska-Gawłowska, R. i Piecuch, T. 2010. Uwarunkowania i prognoza bezpieczeństwa energetycznego Polski na lata 2010–2110. Rocznik Ochrony Środowiska Środkowo-Pomorskiego Towarzystwa Naukowego 12, s. 127–176.
• [4] Kamiński i in. 2015 – Kamiński, J., Kaszyński, P., Malec, M. i Szurlej, A. 2015. Analiza zmian zużycia energii pierwotnej w Polsce w kontekście liberalizacji rynków paliw i energii. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 18(3), s. 25–36.
• [5] Komorowska, A. i Mirowski, T. 2016. Instrumenty poprawy efektywności energetycznej w Polsce. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN 92, s. 297–306.
• [6] Lertsatitthanakorn, C. 2007. Electrical performance analysis and economic evaluation of combined biomass cook stove thermoelectric (BITE) generator. Bioresource Technology 98(8), s. 1670–1674.
• [7] Liu i in. 2014 – Liu, C., Chen, P. i Li, K. 2014. A 1 kW low-temperature thermoelectric generator for low temperature geothermal resources. Proceedings of 39th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. Stanford University, Stanford, California, 24–26 lutego 2014.
• [8] Montecucco i in. 2015 – Montecucco, A., Siviter, J. i Knox, A.R. 2015. A Combined Heat and Power System for Solid-fuel Stoves Using Thermoelectric Generators. Energy Procedia 75, s. 597–602.
• [9] Nuwayhid i in. 2005 – Nuwayhid, R.Y., Shihadeh, A. i Ghaddar, N. 2005. Development and testing of a domestic woodstove thermoelectric generator with natural convection cooling. Energy Conversion and Management 46(9–10), s. 1631–1643.
• [10] Rinalde i in. 2010 – Rinalde, G.F., Juanico, L.G., Taglialavore, E., Gortari, S. i Molina, M.G. 2010. Development of thermoelectric generators for electrification of isolated rural homes. International Journal of Hydrogen Energy 35(11), s. 5818–5822.
• [11] Sornek, K. 2016. A study of selected aspects of the operation of thermoelectric generator incorporated in a biomass-fired stove. E3S Web of Conferences 10, s. 1–6.
• [12] Sornek i in. 2016 – Sornek, K. i Filipowicz, M. 2016. A study of the applicability of a straw-fired batch boiler as a heat source for a small-scale cogeneration unit. Chemical and Process Engineering 37(4), s. 503–515.
• [13] Sornek i in. 2016a – Sornek, K., Filipowicz, M. i Rzepka, K. 2016a. The development of a thermoelectric power generator dedicated to stove-fireplaces with heat accumulation systems. Energy Conversion and Management 125, s. 185–193.
• [14] Sornek i in. 2017 – Sornek, K., Filipowicz, M. i Rzepka, K. 2017. Study of clean combustion of wood in a stove -fireplace with accumulation. Journal of the Energy Institute 90(4), s. 613–623.
• [15] Szurlej i in. 2013 – Szurlej, A., Mirowski, T. i Kamiński, J. 2013. Analiza zmian struktury wytwarzania energii elektrycznej w kontekście założeń polityki energetycznej. Rynek Energii 1, s. 3–10.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).