Domestic combined micro heat and power plant

• Autorzy: Mikielewicz J.

Warianty tytułu

PL

Domowe mikrosiłownie kogeneracyjne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nowadays the main direction of developments in energy sector is production of electricity in big power plants. The bigger capacity of the plant the lower is cost of the unit of electricity. This direction of development reaches many barriers. So, in energy conversion field a new direction is established called dispersed cogeneration of heat and power in small power plants. In paper the micro combined heat and power unit (CHP) is presented. Produced heat by CHP can be used for preparation of hot water for domestic use, swimming pools, heating purposes or production of ice water. The source of prime energy in the micro CHP can be gas from combustion of natural resources or biomass, geothermal resource or the solar collectors. Also the waste heat from technological processes can be used for that purpose. Electricity is produced by the generator driven by the micro turbine operating on vapor of low-boiling point liquid. The power of such turbine ranges from several to tens of kilowatts. The advantage of the micro CHP is its compactness and small dimensions as well possibility for full automation of the operation of such plant. Small dimensions of the CHP are obtained through implementation of modern materials and up to date micro- or even nanotechnologies. Small dimensions of turbine and heat exchangers, simple materials and simple fabrications of parts of the plants, working in low temperatures range, lead to low costs of electricity production.

PL

Jednym z nowych obiecujących kierunków współczesnej energetyki uzupełniającym scentralizowany sektor energetyki jest sektor energetyki rozproszonej, w którym wytwarzana jest energia elektryczna w kogeneracji z ciepłem. Istnieje szereg technologii energetyki rozproszonej o małej mocy wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Najkrótszy horyzont czasowy związany jest z zastosowanie parowych obiegów Rankine'a na czynnik niskowrzący (Organic Rankine Cycle-ORC) w mikrosiłowni. Na tej bazie powstała w Instytucie Maszyn Przepływowych PAN koncepcja Domowej Mikrosiłowni Kogeneracyjnej. Mikrosiłownia ta o obiegu ORC ma ona służyć do produkcji energii elektrycznej i ciepła do użytku domowego. W przyszłości Mikrosiłownia Kogeneracyjna zastąpi konwencjonalne kotły do ogrzewania obiektów takich jak: domki jednorodzinne, domy wielorodzinne, osiedla itp. Gabarytowo kocioł z Mikrosiłownią będzie niewiele różnić się od dotychczasowego kotła grzewczego ale będzie oprócz funkcji ogrzewania wytwarzać dodatkowo energię elektryczną. Mikrosiłownia parowa na czynnik niskowrzący pracująca w zakresie znacznie niższych temperatur niż silnik spalinowy i turbina gazowa wymaga mniej cennych materiałów, łatwiejsza też jest technologia jej wytworzenia. Przy jej pomocy staje się możliwe generowanie energii elektrycznej przy cenach zbliżonych do cen energii wytwarzanej w tradycyjnych siłowniach dużej mocy. Lepsze wykorzystanie energii paliwa w Mikrosiłowniach Kogeneracyjnych prowadzi do obniżenia szkodliwych emisji towarzyszących procesowi spalania paliwa. Mała siłownia kogeneracyjna może być w pełni zautomatyzowana i nie wymagać obsługi Podstawowymi elementami składowymi mikrosiłowni są: kocioł (parownik), turbina parowa, skraplacz (kondensator), generator elektryczny i pompa zasilająca. Nowa koncepcja mikrosiłowni wymaga rozwiązania szeregu nowych problemów. Jednym z nich jest wybór odpowiedniego czynnika roboczego aby zastosować kompaktne wymienniki ciepła o intensywnej wymianie ciepła w mikrokanałach, analiza obiegu uwzględnia spadki ciśnienia w wymiennikach, które z kolei wpływają na różnice temperatur w wymiennikach a tym samym i na wymiary tych wymienników ciepła. Należało więc w obliczeniach koncepcyjnych uwzględnić spadek ciśnienia przy przepływie dwufazowym przez parownik i skraplacz. Wymianę ciepła podczas wrzenia w parowniku wyznaczono z własnego modelu przepływu dwufazowego. Oprócz prac teoretycznych prowadzone są w Instytucie prace eksperymentalne. Zbudowano stanowisko eksperymentalne symulujące pracę mikrosiłowni, na którym przeprowadzono wstępne pomiary parametrów obiegu, współczynników wymiany ciepła w wymiennikach metodą Wilsona oraz sprawności ekspandera spiralnego. Otrzymane wyniki są zachęcające. W dalszych badaniach eksperymentalnych ekspander (odwrócona chłodnicza sprężarka spiralna) będzie zastąpiony mikroturbiną własnej konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

micro heat; combined; energy sector

PL

mikrosiłownie; kogeneracja; energetyka

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2009
• Tom: Tom 11
• Strony: 25--38
• Opis fizyczny: bibliogr. 7 poz.

Twórcy

autor

Mikielewicz J.

• Institute of Fluid-Flow Machinery PAS, Gdańsk

Bibliografia

• 1. Maizza V., Maizza A.: Unconventional working fluids in organic Rankine-cycles for waste energy recovery systems. Applied Thermal Engineering, 21, 381-390, 2001.
• 2. Saleh B., Koglbauer G., Wendland M., Fischer J.: Working fluids for lowtemperature organic Rankine cycles. Energy, 32, 1210-1221, 2007.
• 3. Mikielewicz J., Bykuć S., Mikielewicz D.: Algorithm and a code for thermodynamical calculations of micro CHP for different working fluids. IFFM internal report, 2007.
• 4. Mikielewicz J., Bykuć S., Mikielewicz D.: Application of renewable energy sources to drive Organic Rankine Cycle micro CHP. Proc. of Heat Transfer and Renewable Sources of Energy, 329-336, Międzyzdroje 2006
• 5. Refprop 8.0, NIST, 2007
• 6. Whalley P.B.: Two-Phase Flow and Heat Transfer. Oxford University Press, 1996.
• 7. Mikielewicz D., Mikielewicz J., Tesmar J.: Improved semi-empirical method for determination of heat transfer coefficient in flow boiling in conventional and small diameter tubes. Int. Journal of Heat and Mass Transfer, 50, 3949-3956, 2007.