Microturbines in Congeneration systems for Rural Appliances

• Autorzy: Iwaszkiewicz J. , Perz J.

Warianty tytułu

PL

Mikroturbiny gazowe w domowych elektrowniach kogeneracyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the considerations on usage of cogeneration Micro-Power Plants (MPP) in Distributed Power Systems. The proposed MPP is intended for rural appliances and can operate using local renewable energy resources as well as traditional fuels with the power range of single MPP from few kW up to 100 kW. While in monogeneration power plants the efficiency of primeval fuel energy usage is below 50%, the proposed cogeneration MPP efficiency can reach the level of 90%. Most of the energy is used for local heating and the rest is used for additional production of electrical energy. The high speed steam turbine using low-temperature evaporation working fluid and an permanent magnet voltage generator directly coupled with turbine are proposed. The topologies of the power-electronic converters suitable for application in MPPs of different power have been analyzed and discussed.

PL

W artykule przedstawiono rozważania nad zastosowaniem domowej mikrosiłowni kogeneracyjnej, czyli jednoczesnego wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej. Taka mikrosiłownia może stanowić element systemu generacji rozproszonej. Rozpatrzono zastosowanie mikroturbin gazowych wykorzystujących spaliny powstające przy wytwarzaniu ciepła w autonomicznych instalacjach domowych. W systemie generacji rozproszonej użytkownicy energii - posiadacze kotłów z mikrosiłownią stają się producentami energii elektrycznej wytwarzanej na własne, bądź też odbiorców zewnętrznych, potrzeby. Mikrosiłownia kogeneracyjna wykorzystuje energię paliwa prawie w 90%, podczas gdy w siłowniach konwencjonalnych wykorzystanie energii zawartej w paliwie nie przekracza czterdziestu kilku procent. W mikrosiłowni kogeneracyjnej 70 do 80% tej energii stanowi ciepło, a około 10 do 20%, wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej. Rozmiary wysokoobrotowej mikroturbiny oraz przykład rozwiązania konstrukcji maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi zostały podane w kolejnym rozdziale. Założono, że prądnica dostarcza trójfazowe napięcie wyjściowe, którego częstotliwość i wartość zależą od prędkości obrotowej i rozwiązań konstrukcyjnych. Przy danej konstrukcji moc prądnicy jest funkcją prędkości obrotowej. W kolejnych rozdziałach zaprezentowano rozwiązania układowe przekształtników energoelektronicznych umożliwiających przyłączanie mikrosiłowni do sieci elektroenergetycznej. Zaprezentowane zostały trzy układy przekształtnikowe, o różnym stopniu złożoności i różnych właściwościach: przekształtnik z prostownikiem diodowym, z filtrem aktywnym i przekształtnik matrycowy. Omówiono właściwości poszczególnych rozwiązań, zamieszczono wnioski i spis literatury.

Słowa kluczowe

EN

micromachines; renewable energy; cogeneration; power converters

PL

mikrosiłownia; odnawialne źródła energii; przetwornica

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2011
• Tom: Z. 253
• Strony: 115--135
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Iwaszkiewicz J.

autor

Perz J.

• The Electrotechnical Institute, Gdansk Branch,

Bibliografia

• 1. Mikielewicz D., Mikielewicz J.: “Micro-power plants: A novel application of cooling agents”, Refrigeration & Air-conditionig Engineering, 3/2008, pp. 98-104.
• 2. Murray W. Davis: "Mini Gas Turbines and High Speed Generators: a Preferred Choice for Serving Large Commercial Customers and Microgrids, Part I – Generating System", IEEE , pp. 669-676, 2002.
• 3. Murray W. Davis, Theodore J. Krupa and Arland Gifford: "Microturbines an Economic and Reliability Evaluation for Commercial, Residential, and Remote Load Applic.", IEEE Transactions on Power Systems, PE-480 PWR-0-10-1998. pp. 1-7.
• 4. Murray W. Davis: "Distributed Resource Power Systems Offer Significant Advantages Over Central Station Generation and T&D Power Systems", IEEE T&DConference and Exposition, Atlanta, Georgia, October 28 - November 1, 2001.
• 5. Fu-Sheng Pai, Shyh-Jier Huang: Design and Operation of Power Converter for Microturbine Powered Distributed Generator with Capacity Expansion Capability”, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 23, No.1, March 2008.
• 6. Haoran Bai, Fengxiang Wang, Tianyu Wang: “A SHEPWM Modulation Strategy of APF to Reduce Current Harmonics for High Speed PM Generator”, Proceedings of International Conference on Electrical Machines and Systems 2007, October 8-11, Seoul, Korea.
• 7. Hamouda M., AL-Haddad K., Fnaiech F., Blanchette H.: “Input-State Feedback Linearization Control of Two-Stage Matrix Converters Interfaced with High-Speed Microturbine Generators”, 2007 IEEE Canada Electrical Power Conference.
• 8. Iwaszkiewicz J.: “A Predictive Algorithm for Current Controlled Voltage Source Inverter”, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE 93, Budapest, 1993.
• 9. Perz J.: „An active filter control for improvement of the voltage inverter output current waveforms”, PhD thesis, The Electrotechnical Institute, 2000.
• 10. Iwaszkiewicz J.: „Mathematical models of power-electronics multilevel converters – analysis and applications”, Proceedings of Electrotechnical Institute, no. 227, monograph, pp.142, 2006. Manuscript submitted 06.12.2011