Stirling engine integrated with thermal energy storage as residential cogeneration system

• Autorzy: Remiorz E. , Kotowicz J. , Grzywnowicz K. , Uchman W.

Warianty tytułu

PL

Silnik Stirlinga zintegrowany z zasobnikiem ciepła jako domowy układ kogeneracyjny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the calculations of the micro-cogeneration unit based on beta Stirling engine combined with thermal energy storage. The heat accumulation technologies and materials are briefly described. The mathematical model of the engine and assumption about its possible regulation allowed to determine three operating modes. It was adopted to analysis for as heat source for a 266 m2 detached house. Analysis was performed for four reference days with various average daily ambient temperature, which differ significantly with the heat demand. The heat demand profiles were determined experimentally. The analysis concerned three different operation strategies, which all of them were following the thermal load. The overall operating efficiency varied in the range of 89.9 – 92.0%.

PL

Artykuł przedstawia obliczenia układu mikrokogeneracyjnego bazującego na silniku Stirlinga typu beta, który został zintegrowany z zasobnikiem ciepła. Scharakteryzowano technologie oraz materiały wykorzystywane do magazynowania ciepła. Model matematyczny silnika oraz założenie regulacji mocy w wybranym zakresie pozwoliły na wyznaczenie trzech trybów pracy układu, który w przedstawionej analizie pracował jako źródło ciepła dla domu jednorodzinnego o powierzchni 266m2. Analizę przeprowadzono dla czterech referencyjnych dni, które różniły się średnią dzienną temperaturą otoczenia oraz wielkością zapotrzebowania na ciepło. Profile zapotrzebowania na energię wyznaczono eksperymentalnie. W obliczeniach uwzględniono trzy strategie pracy układu – priorytetem wszystkich było pokrycie zapotrzebowania na ciepło. Ogólna sprawność operacyjna układu wahała się w zakresie 89.9-92.0%.

Słowa kluczowe

EN

micro-cogeneration; Stirling engine; distributed generation; heat storage

PL

mikrokogeneracja; silnik Stirlinga; energetyka rozproszona; magazynowanie ciepła

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 2
• Strony: 78--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Remiorz E.

• Zakład Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych Politechniki Śląskiej

autor

Kotowicz J.

• Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Grzywnowicz K.

• Zakład Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych Politechniki Śląskiej

autor

Uchman W.

• doktorant w Zakładzie Zakład Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych Politechniki Śląskiej

Bibliografia

• [1] Harrison J. Stirling engine systems for small and micro combined heat and power (CHP) applications, Small and micro combined heat and power (CHP) systems, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, 2011
• [2] Kotowicz J., Uchman W., Janusz-Szymańska K.: Stanowisko badawcze układu mikrokogeneracyjnego opartego na silniku Stirlinga (Research stand of microcogeneration unit based on Stirling engine). Rynek Energii 6(127), 2016, 70-75
• [3] Bouvenot J.-B., Andlauer B., Stabat P., Marchio D., Flament B., Latour B., Siroux M.: Gas Stirling engine μCHP boiler experimental data driven model for building energy simulation. Energy and Buildings 84, 2014, 117-131
• [4] Valenti G., Silva P., Fergnani N., Campanari S., Ravida A., Di Marcoberardino G., Macchi E.: Experimental and numerical study of a micro-cogeneration Stirling unit under diverse conditions of the working fluid. Spplied Energy 160, 2015, 920-929
• [5] Gonzalez-Pino J., Iribarren-Perez E., Campos-Celador A., Las-Heras-Casas J., Sala J.M.: Influence of the regulation framework on the feasibility of a Stirling engine-based residential micro-CHP installation. Energy 84, 2015, 575-588
• [6] Remiorz L., Kotowicz J., Uchman W.: Comparative assessment of the effectiveness of a free piston Stirling engine-based micro-cogeneration unit and a heat pump. Energy, 148, 2018, 134-147
• [7] Hosseinzade H., Sayyaadi H.: CAFS: The Combined Adiabatic-Finite Speed thermal model for simulation and optimization of Stirling engines. Energy Conversion and Management 91, 2015, 32-53
• [8] Toghyani S., Kasaeian A., Hashemabadi S., Salimi M.: Multi-objective optimization of GPU3 Stirling engine using third order analysis. Energy Conversion and Management 87, 2014, 521-529
• [9] Luo Z., Sultan U., Ni M, Peng H., Shi B., Xiao G.: Multi-objective optimization for GPU3 Stirling engine by combining multi-objective algorithms. Renewable Energy 94, 2016, 114-125
• [10] Cairelli J.E., Thieme G., Walter R.J.: Initial test results with a single-cylinder rhombic-drive Stirling engine, National Aeronautics and Space Administration Lewis Research Center, U.S. Department of Energy, 1978
• [11] Żmudzki S.: Silniki Stirlinga (Stirling engines). Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1993, in Polish
• [12] Hirata K.: Principle of Phase Angle Mechanism, Model Stirling Engines [dostęp on-line dn. 22.02.2018r]: http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/english/pr_mse03.htm
• [13] Cabeza L. F., Advances in Thermal Energy Storage Systems: Methods and Applications, Elsevier Ltd., Cambridge 2015.
• [14] Bellan S., et al. Numerical investigation of PCM-based thermal energy storage system. Energy Procedia, 69, pp. 758-768, 2015.
• [15] Tian Y., Zhao C.Y., A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications. Applied Energy, 104, pp. 538-553, 2013.
• [16] Sharma A., Tyangi V.V., Chen C.R., Buddhi D., Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 13, pp. 318-345, 2009.
• [17] Remiorz L., Hanuszkiewicz-Drapała M.: Cumulated energy consumption in a heat pump system using a U-tube ground heat exchanger in a moderate climate. Energy and Buildings 96, 2015, 118-127

Uwagi

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