Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Charakterystyka wybranych technologii produkcji energii z biomasy w energetyce rozproszonej

Mirowski T., Mokrzycki E., Filipowicz M., Sornek K.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2018

|

nr 105

63--73

PL

Zmiany, które dokonują się na krajowym rynku paliw stałych, w szczególności prognozy dotyczące wzrostu cen, a także rosnące wymagania związane z przestrzeganiem obowiązujących norm ochrony środowiska, powodują wzrost zainteresowania odnawialnymi źródłami energii, zwłaszcza biomasą, wiatrem i promieniowaniem słonecznym. Źródła te umożliwiają osiągnięcie redukcji emisji CO2, a tym samym uniknięcie kosztów środowiskowych po 2020 roku. Dlatego też istotne znaczenie w tym zakresie będzie miał rozwój energetyki rozproszonej, która wyposażona w kotły biomasowe, kotły gazowe i wysokosprawne CHP, umożliwi spełnienie obowiązujących norm w zakresie efektywności energetycznej oraz emisji zanieczyszczeń do powietrza. Trzeba podkreślić, że podejmowane działania związane z ograniczeniem emisji (ustawa antysmogowa) będą przyczyniać się do zmniejszenia zużycia węgla w sektorze drobnych odbiorców (gospodarstwa domowe, rolnictwo oraz pozostali odbiorcy) na korzyść biomasy bądź innych źródeł odnawialnych. W artykule dokonano przeglądu wybranych technologii biomasowych: - kotły opalane biomasą rozdrobnioną (fluidalne, pyłowe oraz rusztowe), - kotły do spalania słomy, - układy kogeneracyjne zasilane biomasą, - toryfikacja i karbonizacja biomasy. W wymienionych technologiach biomasowych pokłada się nadzieję na ich dynamiczny rozwój i praktyczne zastosowanie w najbliższych latach, a tym samym na poprawę trudnej sytuacji w sektorze energetyki rozproszonej w zakresie mocy do 50 MW.

EN

The changes in the domestic solid fuel market (including forecasted increases in the fuel prices) and the growing requirements related to actual environmental standards, result in increased interest in renewable energy sources, such as biomass, wind and solar energy. These sources will allow to achieve reduction in the CO2 emission, and consequently – avoid environmental costs after 2020. Therefore, the development of distributed energy systems, based on the use of biomass boilers, gas boilers and high efficiency combined heat and power units, will enable the fulfillment of current standards in the field of energy efficiency and emission of pollutants to the atmosphere. It should be emphasized that the actions taken to reduce emissions (e.g. anti-smog act) will contribute to reducing coal consumption in the municipal and housing sector (households, agriculture and other customers) in favor of biomass and other renewable energy sources. The article reviews selected biomass technologies: - fluidized, dust and grate boilers, - straw-fired boilers, - cogeneration systems powered by biomass, - torrefaction and biomass carbonisation. The mentioned technologies are characterized by a high potential of in the field of dynamic development and practical application in the coming years. Thus, they can improve difficult situation in the distributed energy sector with a capacity up to 50 MW.

2

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

Sornek K., Filipowicz M.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2018

|

nr 103

159--170

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.

3

Analiza możliwości spalania biomasowych paliw energetyki zawodowej w domowych kominkach

Pawełek K., Papis K., Żołądek M., Sornek K., Filipowicz M.

Rynek Instalacyjny

|

2018

|

Nr 11

26--29

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących parametrów procesu spalania dla czterech paliw: peletów ze słomy, peletów z łusek słonecznika, brykietu ze słomy oraz zrębek drzewnych, które pobrano z placów składowych elektrowni konwencjonalnej. Analizowano udział CO2, O2, emisje CO, NOx i SO2 oraz rozkład temperatury w komorze spalania i ciągu spalinowym przy regulowanym dopływie powietrza do kominka.

EN

The paper presents results obtained during study of the pararmeters of the combustion process of four biomass fiiels: straw pellets and sunflower husks, straw briquettes and wood chips which were taken from conventional power plants storage yards. CO2, O2, content, CO, NOx, SO2 emissions and also temperatures in the combustion chamber and exhaust system were annalysed.

4

Azotowanie gazowe powierzchni wewnętrznych długich otworów

Filipowicz M., Wach P., Burdyński K., Michalski J., Komorek Z.

Inżynieria Powierzchni

|

2018

|

nr 2

24--29

PL

W przemysłowych zastosowaniach obróbek cieplno-chemicznych azotowanie gazowe jest szeroko rozpowszechnioną metodą azotowania. Azotowaniu podlegają elementy o różnych kształtach i wielkościach, m.in. wiertła, frezy, matryce, wały, pierścienie, kulki łożyskowe itp., charakteryzujące się często skomplikowanym kształtem. Aby warstwy azotowane cechowały się dobrymi właściwościami eksploatacyjnymi powinny mieć kontrolowaną grubość zarówno strefy dyfuzyjnej, jak i przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza. Przy prawidłowo przygotowanej powierzchni na stalach niskostopowych po azotowaniu otrzymuje się równomierną warstwę azotowaną. W przypadkach, w których trudno prawidłowo przygotować powierzchnię, np. w elemencie o skomplikowanym kształcie czy z cienkimi otworami wewnętrznymi, mogą wystąpić niejednorodności struktury warstwy azotowanej lub nawet całkowity jej brak. Problemem podczas azotowania nie jest zatem powierzchnia zewnętrzna elementów obrabianych lecz wewnętrzna. Celem pracy była ocena możliwości azotowania głębokich otworów o małej średnicy. Badania zrealizowano na walcowych próbkach ze stali niestopowej oraz niskostopowych z wydrążonymi elektroiskrowo i mechanicznie otworami przelotowymi oraz nieprzelotowymi. Na przygotowanych próbkach, w oparciu o przeprowadzone badania metalograficzne i badania twardości, oceniono jakość wytworzonych warstw azotowych.

EN

In industrial applications of thermo-chemical treatments, gas nitriding is a widespread method of nitriding. Elements of various shapes and sizes are nitrided, including drills, cutters, dies, shafts, rings, bearing balls, etc. often characterized by a complicated shape. In order for the layers to have good operational properties they should have a controlled thickness of both the diffusion zone, and the near-surface layer of iron nitrides. With a properly prepared surface on low alloy steels, a uniform nitrided layer is obtained after nitriding. In cases, where it is difficult to prepare the surface properly, e.g. in a complicated shape element or an element with thin internal openings, there may be inhomogeneities in the structure of the nitrided layer or even its complete absence. The problem during nitriding is, therefore not the external surface of the workpieces but the internal one. The aim of the work was to assess the possibility of nitriding deep holes with small diameters. The tests were carried out on cylindrical specimens of unalloyed and low-alloy steel with electro-bored and mechanically hollow through holes and blind holes. The quality of the obtained nitrided layers was evaluated on the prepared samples on the basis of metallographic and hardness tests.

5

Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej z wykorzystaniem dedykowanego koncentratora promieniowania słonecznego

Traczykiewicz I., Żołądek M., Filipowicz M.

Instal

|

2018

|

nr 6

20--22

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań odbiornika ciepła, którego zewnętrzne ściany są pokryte ogniwami fotowoltaicznymi. Odbiornik został umieszczony w ognisku płasko-parabolicznego koncentratora promieniowania słonecznego. Koncentrator jest wyposażony w dwuosiowy system nadążny, dzięki czemu o każdej porze słonecznego dnia skupiana jest możliwie największa ilość promieniowania słonecznego. Przy analizach wzięto pod uwagę wpływ chłodzenia wodnego na pracę układu.

EN

The paper presents results of operation for a heat collector with photovoltaic modules placed on it, located in focus of solar radiation concentrator. The impact of water cooling on system operation was taken into consideration of the analyzes.

6

Model CFD heterogenicznego spalania cząstki biomasy

Pawłowicz M., Papis K., Żołądek M., Filipowicz M., Szubel M.

Instal

|

2018

|

nr 9

36--39

PL

W pracy przedstawiono model heterogenicznego spalania pelletu uwzględniający kinetykę procesu, zachodzące reakcje chemiczne i dynamikę zmian wartości temperatury. Badany model oraz sama symulacja zostały przygotowane z wykorzystaniem obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) i narzędzi analizy numerycznej – ANSYS Workbench 18.0. W modelu zastosowano specjalną technikę tzw. definiowanych funkcji użytkownika (UDF) umożliwiających dokładniejsze odzwierciedlenie zachodzących procesów. Efektywna symulacja danego przypadku pozwala zaimplementować wyniki w bardziej złożonych modelach opisujących proces termochemicznej konwersji biomasy. Lepsze poznanie mechanizmów spalania umożliwia przeprowadzenie optymalizacji podczas projektowania komór kotłów czy samego procesu spalania.

EN

The paper presents a model of heterogeneous combustion of a pellet using defined user functions (UDF) describing process kinetics, chemical reactions taking place and dynamics of temperature changes. The tested model and the simulation itself were prepared using computational fluid mechanics (CFD) and numerical analysis tools – ANSYS Workbench 18.0. Effective simulation of a given case allows to implement results in more complex models describing the process of thermochemical biomass conversion.

7

Experimental and Numerical Analysis of Photovoltaics System Improvements in Urban Area

Żołądek M., Sornek K., Papis K., Figaj R., Filipowicz M.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2018

|

Vol. 28, no. 4

13--24

EN

Nowadays, photovoltaic systems installed in urban areas have to be an essential part of distributed generation systems, and lead to improve energy efficiency of buildings. The paper describes the operation aspects of the 7,5 kWp photovoltaic installation located on the roof of the didactic building of AGH University of Science and Technology. The significant part of the roof Is occupied by HVAC installation, so the periodic shading is occurring. It makes, that a level of energy generated in the PV system is lower than expected. The first part of the test was focused on the validating model of the installation and determine its impact on the CO2 emissions. Then, modifications in the arrangement of the panels were considered (redirecting of additional light stream). Moreover, an economic and environmental analysis of proposed improvements were conducted.

PL

Obecnie instalacje fotowoltaiczne zainstalowane na obszarach miejskich muszą stanowić istotną część rozproszonych systemów wytwarzania energii i prowadzić do poprawy efektywności energetycznej budynków. Najpopularniejszym sposobem montażu paneli fotowoltaicznych na dachach budynku jest zamontowanie ich pod optymalnym kątem względem słońca. Niestety w wielu miejskich przypadkach niemożliwe jest umieszczenie fotowoltaiki na najlepszej dostępnej pozycji ze względu na efekt cieniowania lub specjalne warunki budowlane. W artykule opisano aspekty eksploatacyjne instalacji fotowoltaicznej o mocy 7,5 kWp zlokalizowanej na dachu budynku dydaktycznego Akademii Górniczo-Hutniczej. Znaczna część dachu jest zajęta przez instalację HVAC, więc występuje okresowe zacienienie. To sprawia, że poziom energii generowanej w systemie PV jest niższy niż oczekiwano. Przedstawiono analizę możliwości zwiększenia wydajności instalacji za pomocą narzędzia Transient System Simulation (TRNSYS). Pierwsza część badania koncentrowała się na walidacji modelu instalacji i określeniu jej wpływu na emisję CO2. Następnie rozważono modyfikacje układu paneli (przekierowanie dodatkowego strumienia świetlnego). Ponadto przeprowadzono analizę ekonomiczną i środowiskową proponowanych ulepszeń.

8

The use of IR thermography for testing operation parameters of plate steel and accumulative wood stoves

Żołądek M., Sornek K., Boroń A., Nabożna S., Filipowicz M.

Measurement Automation Monitoring

|

2017

|

Vol. 63, No. 4

162--165

EN

This paper shows the possibility of the use of IR thermography for testing the operational parameters of wood stoves. The study showed differences in the operation parameters of the plate steel wood stove, plate steel wood stove with accumulation and accumulative wood stove. There were compared temperature distribution on the external surfaces of tested units and the amount of energy transferred to heated rooms. Moreover, there were also tested two types of units dedicated to heat recovery from flue gas: flue gas to air steel heat exchanger and accumulative ceramic heat exchanger. The use of IR thermography allowed to simplify measurements and gave approximate results in comparison to more detailed tests.

9

Odporność korozyjna w obojętnej mgle solnej azotowanej stali S355

Tacikowski J., Michalski J., Wach P., Filipowicz M., Wojucki M.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 4

62--67

PL

W artykule omówiono wyniki badań realizowanych w projekcie „TANGO: „Innowacyjne warstwy azotowane nowej generacji o podwyższonej odporności korozyjnej wytwarzane na elementach maszyn”. Celem projektu było m.in. opracowanie technologii azotowania antykorozyjnego przemysłowych zawiasów drzwiowych wykonanych ze stali S355. Zawiasy drzwiowe i próbki kontrolne azotowano w procesach regulowanego azotowania gazowego w temperaturze 570oC przez 5 h. Zastosowane parametry umożliwiły uzyskanie warstwy azotowanej z warstwą azotków żelaza  + ( + ’). W artykule wykazano, że warstwa azotków żelaza  + ( + ’) impregnowana inhibitorem korozji ma bardzo dobrą odporność na korozję w atmosferze obojętnej mgły solnej, a także ma dobrą odporność na zużycie przez tarcie.

EN

The article discusses the results of the research carried out in the "TANGO" project: "Innovative nitrided layers of a new generation with increased corrosion resistance produced on machine elements". The goal of the project was, among others, to an anti-corrosive nitriding technology for industrial door hinges made of S355 steel. Door hinges and control samples were nitrided in controlled gas nitriding processes at 570oC for 5 hours. The applied parameters made it possible to obtain a nitrided layer with a layer of iron nitrides  +( +’). The article shows that the layer of iron nitrides  +( +’) impregnated with a corrosion inhibitor has a very good corrosion resistance in a neutral salt spray atmosphere and also good resistance to friction wear.

10

Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu – numeryczne modelowanie pracy

Pieszka M., Szubel M., Filipowicz M.

Instal

|

2017

|

nr 5

9--17

PL

Ciekawą alternatywą dla turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu są turbiny o osi pionowej, które charakteryzują się cichą pracą w szerokim zakresie prędkości wiatru i pracują niezależnie od jego kierunku. Z uwagi na liczne zastosowania w energetyce rozproszonej (instalacjach małej mocy) bardzo istotne staje się projektowanie turbin tak, aby zapewnić maksymalną sprawność i możliwość pracy przy relatywnie niskich prędkościach wiatru. Użyteczną metodą optymalizacji geometrii turbiny na wczesnym etapie projektowania prototypu jest obliczeniowa mechanika płynów (CFD), umożliwiająca skrócenie procesu projektowania oraz obniżenie kosztów. W ramach niniejszej pracy omówiono zagadnienia teoretyczne związane z różnymi aspektami energetyki wiatrowej. Przeprowadzono krótki przegląd literatury w zakresie wykorzystania obliczeniowej mechaniki płynów w podobnych pracach. Zasadniczą część pracy stanowi analiza wariantowa wybranych parametrów dwóch turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu, charakteryzujących się różną geometrią. Na podstawie wyników obliczeń i przedstawionych zagadnień teoretycznych opracowano wnioski dotyczące relacji pomiędzy wybranymi parametrami turbin wiatrowych oraz zestaw zaleceń konstrukcyjnych.

EN

Vertical axis wind turbines (VAWT) are very interesting alternative to more popular horizontal axis wind turbines (HAWT). VAWT are characterized by relatively quiet operation as well as possibility to operate independent of airflow direction. Moreover, this type of turbines uses efficiently wide range of wind velocity. Due to increasing popularity of distributed generation (low-power devices) it is crucial to design wind turbines providing maximal efficiency of energy conversion as well as possibility to operate in conditions of relatively low wind velocity. On the early stage of development of the prototype, a useful method to optimize the geometry is computational fluid dynamics (CFD), which allows the companies shorten the time of design and reduce the costs. In the thesis theoretical issues related with various aspects of wind energy were described. Literature and papers devoted to application of the CFD simulation of wind turbines were briefly discussed. The main part of the thesis is variant analysis of two designs of vertical axis wind turbines. Based on the results of the computation, analysis of the selected parameters were performed, and finally the conclusions were drawn. Furthermore, set of design recommendations have been developed.

11

Zastosowanie obliczeniowej mechaniki płynów w wielowariantowej analizie homogenicznego spalania produktów zgazowania biomasy

Szubel M., Papka M., Filipowicz M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 4/I

177--184

PL

Z uwagi na konieczność dywersyfikacji źródeł energii, pod koniec ubiegłego stulecia uwaga producentów kotłów zwróciła się ku technologiom opartym na odnawialnych surowcach energetycznych. Dużą popularność zyskała biomasa pochodzenia roślinnego, obecnie coraz częściej stosowana do produkcji ciepła w energetyce rozproszonej. Na terenach wiejskich stosowanie kotłów wsadowych zasilanych słomą niesie za sobą znaczne korzyści ekonomiczne. Jednostki te są także przyjazne środowisku, przy czym z uwagi na dużą zawartość części lotnych w paliwie i intensywność jego zgazowania w komorze spalania, proces musi być prowadzony przy zapewnieniu odpowiedniej konstrukcji systemu podawania powietrza, a także przy zastosowaniu dedykowanego algorytmu sterującego w/w systemem. Niniejszy artykuł opisuje analizę CFD kotła wsadowego o mocy 100 kW, zasilanego słomą w postaci prostopadłościennych balotów. Konstrukcja analizowanej jednostki grzewczej została opracowana na podstawie wyników prac eksperymentalnych i numerycznych przeprowadzonych na kotle wsadowym o standardowej konstrukcji. Do budowy modelu numerycznego i przeprowadzenia obliczeń wykorzystano moduły pakietu ANSYS Workbench 15. Dyskretyzację domeny ciągłej przeprowadzono narzędziem ANSYS Meshing. Do obliczeń modelu zastosowano solver ANSYS Fluent. Chemizm procesu spalania opisano za pomocą zredukowanych mechanizmów reakcji. Zaprezentowane wyniki dotyczące rozkładu temperatury, koncentracji substratów i produktów reakcji chemicznych oraz turbulentności ich strumieni w komorze wtórnej zostały omówione pod kątem kolejnych planowanych zmian, m.in. w zakresie sposobu doprowadzania powietrza.

EN

Due to necessity of diversification of energy sources, at the end of the last century manufacturers paid attention to technologies based on renewable energy sources, which have not been fully developed. Significant popularity has been gained by plant-based biomass, including wastes from agricultural production as well as energy crops. Modern approach assumes intensification biomass usage in distributed heat production. In rural areas, which are characterized by high availability of solid biofuels, application of batch biomass - fired boilers gives significant economical profits. Moreover, such units are environmental friendly, although combustion has to be carried out using appropriate air feeding system as well as according to dedicated control algorithm. Studies in range of optimization of operation of small scale biomass - fired heating units are conducted on Faculty of Energy and Fuels in AGH University of Science and Technology in Krakow. The paper presents the CFD numerical analysis of the 100 kW straw - fired batch boiler. Construction of the heating unit has been designed based on results of the studies carried out using standard design of the batch boiler. Numerical model has been developed based on the ANSYS Workbench 15 software. Computations have been performed by ANSYS Fluent solver.

12

Symulacje dynamiczne systemów oze z wykorzystaniem oprogramowania TRNSYS

Sornek K., Filipowicz M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 4/II

387--394

PL

Prawidłowe planowanie i projektowanie instalacji opartych na wykorzystaniu energii ze źródeł odnawialnych ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia ich prawidłowej i efektywnej pracy. Aktualnie coraz większą popularność zyskują metody symulacji dynamicznych, które uzupełniają lub zastępują stosowane dotąd obliczenia statyczne. W niniejszym artykule przedstawione zostały wyniki symulacji dynamicznych przeprowadzonych z wykorzystaniem oprogramowania TRNSYS (Transient System Simulation Tool). Symulacje wykonane zostały dla dwóch przykładowych instalacji wykorzystujących energię promieniowania słonecznego: instalacji solarnej z kolektorami słonecznymi (fototermicznej) oraz instalacji fotowoltaicznej. Parametry obu systemów dostosowane zostały do typowych budynków jednorodzinnych. Przeprowadzone symulacje pozwoliły na określenie parametrów pracy badanych systemów, w tym ilości wytwarzanego ciepła, ilości generowanej energii elektrycznej, a także stopnia zmienności produkcji energii w rozważanym przedziale czasowym (365 dni) i wybranej lokalizacji (Kraków). Wyniki porównane zostały z wynikami obliczeń statycznych przeprowadzonymi z wykorzystaniem ogólnodostępnych narzędzi do projektowania instalacji solarnych i fotowoltaicznych. Analiza otrzymanych wyników pozwala wnioskować, że wykorzystanie symulacji dynamicznych na etapie projektowania instalacji OZE może istotnie pomóc w eliminacji wielu potencjalnych problemów eksploatacyjnych (w przypadku instalacji wykorzystujących energię promieniowania słonecznego jest to np. niska wydajność, przegrzewanie się elementów systemu itp.), a także zapewnić długotrwałą, bezpieczną eksploatację projektowanych instalacji.

EN

The proper design of renewable energy based systems is really important to provide their efficient and safe operation. Nowadays, more and more popular are dynamic simulations which are characterized by many advantages in comparison to typical, static calculations. During described study, the simulations of solar thermal and photovoltaic installations designed for a typical residential building were conducted in the TRNSYS software. Carried out calculations allowed to determine the heat and power generation in the discussed systems in each case as well as to estimate the efficiency of considered installations. Obtained results were compared with the results from other available tool based on the static calculations. It may be concluded, that using dynamic simulations at the designing stage of renewable energy based systems may help to avoid many exploitation problems (including low efficiency, overheating etc.) and allows to provide safe exploitation of such installations.

13

Charakterystyka heliostatów i ich zastosowanie w helioelektrowniach

Wajss P., Filipowicz M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 1

423--430

PL

Rozwój energetyki słonecznej związany jest z powstawaniem coraz to nowych konstrukcji maksymalizującej wykorzystanie promieniowania słonecznego. Jednym z kierunków jest wysokotemperaturowa konwersja promieniowania na ciepło. Wtedy, z termodynamicznego punktu widzenia otwierają się nam możliwości np. na generację energii elektrycznej. Konwersja wysokotemperaturowa wymaga jednak koncentracji promieniowania słonecznego. Sposobów koncentracji jest wiele, jednak w artykule skupiono się na koncentracji w układzie pole heliostatów- wieża słoneczna. System taki ma szereg zalet w porównaniu do pojedynczych układów koncentrujących, m.in. możliwe jest budowanie pojedynczej elektrowni. Zasadniczym elementem jest tutaj heliostat. Artykuł definiuje pojęcie heliostatu, przedstawia zasadę jego działania oraz przeznaczenie w helioelektrowniach typu wieżowego. Dokonany został podział urządzeń na podgrupy w zależności od technologii w nich zastosowanych. Zaprezentowane zostały poszczególne elementy budowy heliostatów oraz czynniki, które pośrednio lub bezpośrednio wpływają na ich typ, wielkość oraz cenę. Przedstawiono problematykę rentowności przed jaką stoi dziś rynek helioelektrowni oraz stopień istotności jaki stanowi pole heliostatów dla budżetu całej inwestycji. Wymieniono szczegółowe parametry jakie winny spełniać tego typu urządzenia, z wyodrębnieniem trzech grup: wymagania operacyjne, optyczne oraz wytrzymałościowe. Zaprezentowano szczegółowo trzy przykładowe, znacząco różniące co do zasady działania oraz skali, rozwiązania i sparametryzowano je w formie tabelarycznej.

EN

The development of a solar energy is associated with the development of new technologies, which maximize the utilization of the solar radiation. One direction is the solar radiation-heat conversion in the high temperature environment. From a thermodynamic point of view, this open new opportunities for power generation. The conversion, however, requires high concentration ratio of the solar radiation. There are many concentration techniques, but this article focuses on concentration on the top of the solar tower due to reflection from the heliostats’ field. Such a system has several advantages in comparison to the small scale concertation systems. Mainly one high capacity power generation unit can be constructed. One of the main part of such system is heliostats’ field. Article defines the concept of heliostat and presents the principles of its operation and its assignment in the Central Receiver Concentrating Solar Power (CR CSP). Different types of heliostats have been investigated and categorized. Factors that directly or indirectly affect the type, size and price of heliostats’ parts have been described. The article presents a problem of the profitability of CR CSP and its relation with CAPEX of the heliostats’ field. Detailed heliostats’ requirements which must be fulfilled have been listed. Those have been divided into three groups: operational, optical and mechanical. Three significantly different by scale and type of operation examples of heliostats have been presented and parametrized in tabular form.

14

Analiza pracy wymiennika akumulacyjnego jako elementu wspomagającego system grzewczy z kominkiem

Żołądek M., Boroń A., Nabożna S., Markuś M., Sornek K., Filipowicz M.

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2017

|

T. 48, nr 10

395--398

PL

W ostatnim czasie obserwowany jest wzrost zainteresowania ogrzewaniem pomieszczeń za pomocą urządzeń energetyki odnawialnej (w tym urządzeń opalanych biomasą) wyposażonych w różnego typu systemy akumulacji ciepła. Praca ta podejmuje zagadnienia związane z zastosowaniem wymiennika ceramicznego do magazynowania ciepła wytwarzanego przy spalaniu drewna w kominku akumulacyjnym, a następnie do oddawania go do ogrzewanych pomieszczeń. Celem badań było uzyskanie wiedzy umożliwiającej konstruowanie domowych układów grzewczych opartych o spalanie drewna oraz opracowanie efektywnego systemu ogrzewania będącego połączeniem źródła ciepła i modułu akumulującego ciepło. Na potrzeby prowadzonych badań wykorzystane zostało stanowisko laboratoryjne Wydziału Energetyki i Paliw, AGH w Krakowie, wyposażone w palenisko akumulacyjne z wymiennikiem akumulacyjnym, zaawansowany system kontrolno-pomiarowy ze sterownikiem PLC oraz czujnikami temperatury typu PTTK i Pt100, kamerę termowizyjną NEC Thermo Tracer H2640 oraz oprogramowanie WAGO e!Cockpit i Radiometric Termography Studio Complete. Otrzymane wyniki pokazują, że zastosowanie wymiennika akumulacyjnego pozwala istotnie ograniczyć stratę kominową (poprawa o ok. 20 punktów procentowych w odniesieniu do układu bez wymiennika), a z drugiej – zapewnić ciepło na potrzeby ogrzewania pomieszczeń w dość długim okresie (od 10–16 godzin w zależności od wielkości wsadu).

EN

Nowadays, we can observe increasing popularity of using renewable energy based systems (including biomass-fired devices) equipped with heat accumulation modules to heating rooms. This work shows the possibility of the use of a ceramic exchanger incorporated with the wood-fired stove, which allows to store heat and then dissipate it to the heating spaces. The main goal of this study was to obtain knowledge about designing domestic heating systems based on the wood combustion and developing efficient heating system equipped with heat source and accumulation modules. The tests have been conducted using dedicated experimental rig of the Faculty of Energy and Fuels, AGH UST in Krakow. The rig was equipped with wood-fired stove with accumulation heat exchanger, advanced control and measurement system with PLC controller, Pt100 and PTTK temperature sensors, infrared camera NEC Thermo Tracer H2640 and software WAGO e!Cockpit and Radiometric Termography Studio Complete. The results show that the use of a heat exchanger significantly reduces the chimney losses (it was observed an improvement of about 20 percentage points in comparison with a system without a heat exchanger) and provides longer time of room heating (10-16 hours after fire died out, depending on the fuel input).

15

Wykorzystanie skoncentrowanego promieniowania słonecznego do celów oświetleniowych

Filipowicz M., Wajss P., Duraczyński M.

Rynek Instalacyjny

|

2016

|

Nr 5

90--93

PL

W artykule zaprezentowano sposób użycia skupionego światła słonecznego przetransmitowanego za pomocą światłowodów. Koncentrację promieniowania słonecznego osiągnięto za pomocą parabolicznego lustra osadzonego na elemencie śledzącym pozorny ruch słońca. Zaprezentowano analizę widma światła odbitego od koncentratora i przetransmitowanego za pomocą światłowodu o zmiennej długości oraz wyniki symulacji komputerowych układu transportującego skupione światło za pomocą światłowodów. Dzięki temu możliwe było przedstawienie sposobu propagacji światła wewnątrz światłowodu, a także rozkładu natężenia promieniowania na istotnych powierzchniach systemu. Wykazano, że skoncentrowane promieniowanie słoneczne może być zastosowane na potrzeby oświetleniowe. Wykonano symulacje natężenia oświetlenia w pomieszczeniu oświetlanym za pomocą światłowodów.

EN

The paper presents a method of application of concentrated solar radiation transmitted by optical fibers. The concentration of solar radiation was performed by the parabolic mirror integrated with the Sun tracker. Spectrum of the radiation reflected from the concentrator and transmitted via the optical fiber with varied length is presented. Moreover, the computer simulations of the optical fiber light transporting system are included. Obtained results allowed for analysis of light transmission via optical fibers and generate maps of light intensity at the important parts of the analyzed system. Finally, it was showed that concentrated solar radiation could be used for room lighting. It was confirmed by simulation of light intensities for exemplary office room lighted by optical fibers.

16

Chłodzenie słoneczne w warunkach polskich

Filipowicz M., Duraczyński M.

Rynek Instalacyjny

|

2016

|

Nr 3

50--54

PL

W artykule przedstawiono praktyczną analizę możliwości wykorzystania rozwiązań energetyki słonecznej do produkcji chłodu przy zastosowaniu urządzeń absorpcyjnych. Do zasilania sprężarkowych urządzeń chłodniczych potrzebna jest energia elektryczna. Długotrwałe upały mogą spowodować znaczne pogorszenie dostaw energii elektrycznej – właśnie wtedy, kiedy jest na nią największe zapotrzebowanie dla celów chłodniczych. Z kolei najwięcej energii cieplnej z promieniowania słonecznego generowane jest w okresie największych upałów. Stosując urządzenia chłodnicze zasilane ciepłem wysokotemperaturowym, możliwe jest zbudowanie systemu pracującego wydajnie w okresie największego zapotrzebowania na chłód. Zaproponowano wykorzystanie systemu helioenergetycznego wykorzystującego skoncentrowane promieniowanie słoneczne. W tym celu opracowano hybrydowy system kolektorów słonecznych z koncentratorem promieniowania słonecznego do produkcji wysokotemperaturowego ciepła zasilającego chłodziarkę absorpcyjną. Przedstawione w artykule wyniki pomiarów potwierdzają zasadność wykorzystania układu skupiającego światło słoneczne do produkcji ciepła o wysokiej temperaturze.

EN

In the paper a practical analysis of solar energy applications for chilling purposes were presented. The usage of absorption chillers were considered with connection of hybrid solar system. The compressor chillers required electrical energy for their work, but as was experienced in August 2015, during a long, very hot period essential problems with energy supply may occurred. But by contrast the maximum of solar radiation energy is reached during such days. Absorption chillers gives possibility to use this energy for cooling purposes. The hybrid solar system including flat plate collectors and a solar radiation concentrator was constructed to show this possibility. In the paper selected results of conducted investigations were presented.

17

Symulacje odbiornika ciepła wysokotemperaturowego pracującego w układzie helioenergetycznym

Przenzak E., Tarnowska J., Filipowicz M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 3

365--372

PL

W niniejszym artykule przedstawione zostały wyniki symulacji komputerowych układu absorpcji skoncentrowanego promieniowania słonecznego przez odbiornik ciepła wysokotemperaturowego. Przedstawiono metodę Śledzenia Promienia opartą na algorytmie Monte Carlo (Ray Tracing Monte Carlo - RTMC). Przeanalizowany został układ dwuelementowego koncentratora promieniowania słonecznego i różnych wersji odbiornika ciepła wysokotemperaturowego. Zaproponowano odbiorniki: płaski, wypukły oraz wklęsły. Przy tym dwa ostatnie przeanalizowano w wersjach z różnymi promieniami ich krzywizny tj. dla promienia 40, 60 oraz 90cm. Symulacje przebiegu promieni w układzie optycznym koncentratora przeprowadzono dla odbiorników umiejscowionych w różnych odległościach od powierzchni lustra skupiającego. W efekcie przeprowadzonych badań wygenerowano znormalizowane mapy rozkładu natężenia promieniowania na powierzchniach absorpcyjnych odbiorników oraz obliczono wzmocnienie promieniowania na analizowanych powierzchniach. Na ich podstawie wskazano najkorzystniejsze wersje odbiornika z optymalnym umiejscowieniem względem koncentratora. Wykazano, że pomimo osiągnięcia najwyższego wzmocnienia przez odbiornik wypukły, najlepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie odbiornika płaskiego. Jest to spowodowane przede wszystkim bardzo niekorzystnym rozkładem natężenia na powierzchni odbiornika wypukłego oraz zbyt małym wzrostem wzmocnienia promieniowania względem odbiornika płaskiego. Zaznaczono, że dodatkową zaletą odbiornika płaskiego jest jego prostota konstrukcji.

EN

This article presents the results of computer simulations of high-temperature heat receiver powered by concentrated solar radiation. Ray Tracing Monte Carlo (RTMC) methodology was presented. Installation uses two optical elements with different versions of high-temperature heat receiver was analyzed. Flat, convex and concave geometry of the concentrated radiation absorber were proposed. Convex, and concave receivers were analyzed in three more variants – with different radius curvature ie. 40, 60 and 90cm. In addition, the Ray Tracing simulations was performed for varied distances of heat receivers from the focusing mirror. As the results of computer simulations, normalized maps of flux distribution on the absorbing surfaces of the heat receivers were generated. The best versions of the receivers with the optimal location of them were indicated. Not only the flux distribution but also the radiation gain were taken into consideration. It has been shown that, despite the highest gain on the convex heat receiver, the flat one is the best solution. This is primarily caused by very disadvantageous flux distribution on convex receiver and insignificant difference in radiation gain in both cases. Also the simplicity the flat heat receiver was emphasized.

18

Modelowanie hybrydowej instalacji kolektorowej w układzie chłodzenia słonecznego

Filipowicz M., Przenzak E.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 4

133-140

PL

Przedstawiono znaczenie rozwoju technologii chłodzenia z wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego. Systemy takie z reguły używają dodatkowego źródła ciepła pozwalającego osiągnąć temperaturę efektywnej pracy chłodziarki absorpcyjnej. W tym celu w wielu rozwiązaniach stosowane są dodatkowe źródła ciepła w postaci podgrzewaczy elektrycznych, gazowych i innych czyli używających energię nieodnawialną. W krajach południowych możliwa jest praca systemu chłodniczego wyłącznie w oparciu o energię odnawialną przy wykorzystaniu odpowiednio dużych zestawów kolektorów próżniowych. Jednakże w Polsce instalacje kolektorów słonecznych bazują najczęściej na kolektorach płaskich i nie posiadają tak dużej powierzchni. Dlatego przewidziano układ bazujący na kolektorach płaskich z dogrzewaniem czynnika roboczego w postaci koncentratora promieniowania słonecznego. W pracy przedstawiono opis stanowiska badawczego oraz wybrane wyniki badań pracy takiego hybrydowego układu. Wykonano modelowanie pracy układu hybrydowego w celu opisu temperatury na wyjściu z kolektora dla naturalnej zmienności godzinowej natężenia promieniowania słonecznego oraz dla kilku wybranych prędkości przepływu medium roboczego. Wykazano, że możliwy jest wystarczająco dokładny opis za pomocą uproszczonego modelu matematycznego koncentratora, jednakże wymagana jest znajomość parametrów technicznych koncentratora (m.in. sprawności odbiornika ciepła, sprawności koncentracji promieniowania i inne). W wielu przypadkach praktycznych dokładne określenie tych wielkości może być trudne. Dlatego przeprowadzono analizę czułości modelu na niepewności tych parametrów.

EN

The importance of developing solar cooling technologies was described in the paper. Described system mostly use additional heat source to achieve temperature sufficient for efficient operation of an absorption unit. In this aim, in many of the installation such auxiliary heat sources as: electric, gaseous, etc are applied. This heat source use non-renewable energy. In the countries of the south operation of the system using only renewable energy is possible - it require large areas of evacuated tube collectors. However, in Poland solar installations are mostly smaller and based of flat plate solar collectors. Therefore in this paper we consider system based on flate-plate collectors with heating up of working medium by a solar concentrator. Description of the experimental hybrid installation and selected results for variable medium flow are presented in the paper. It was confirmed that it is possible create sufficiently accurate description of the installation by simplified mathematical model, but it requires knowledge of some technical parameters as: efficiency of the heat receiver, concentrating ratio and others. In many practical cases accurate determination of those parameters is difficult. Appropriate anylysis of sensitivity of those parameters were performed.

19

Metody wykorzystywane w suszeniu biomasy

Goryl W., Filipowicz M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 4

151--158

PL

W przeważającej mierze, w suszarkach biomasy wykorzystuje się spaliny pochodzące ze spalania biomasy lub parę technologiczną jako czynnik suszący. Czynnik suszący jakim jest powietrze zazwyczaj stosuje się dla materiałów o charakterze spożywczym ze względu na koszty samej instalacji, sprawności jak również wielkości instalacji związanej z montażem wymiennika spaliny-powietrze. Biomasa charakteryzuje się niską gęstością usypową oraz niską wartością opałową. Dodatkowo, jest to dość problematyczne paliwo ze względu na niejednorodność materiału. Przydatność energetyczna biomasy zależy od wilgotności, składu chemicznego oraz rodzaju. Jednakże, podstawowym problemem energetycznego wykorzystania biomasy jest zawartość wilgoci. Główny wpływ na nią ma okres zbioru oraz warunki jej przechowywania. Biomasa sucha może osiągać wilgotność nawet poniżej 10%, jednak biomasa świeża najczęściej posiada nawet 60-70% wilgotności względnej, co jest wartością bardzo wysoką. Paliwo takie bardzo ciężko spalać lub jest to nawet niemożliwe. Poniższy artykuł ma na celu przedstawienie najczęściej stosowanych w przemyśle metod suszenia biomasy. Pozwoli on na ocenę i możliwości wykorzystania danej metody do danego paliwa. W artykule tym przedstawiona została zasada działania następujących suszarek wraz z elementami składowymi: i) suszarki bębnowe przeponowe i bezprzeponowe z przepływem czynnika suszącego we współ- i przeciwprądzie względem suszonego paliwa, ii) suszarki pneumatyczne, iii) suszarki fluidalne, iv) suszarki taśmowe, oraz v) innowacyjna suszarka na cylindryczne baloty słomy.

EN

Overwhelmingly, biomass dryers as a drying agent used gases from the biomass combustion or process steam. Air as a drying medium is generally used for a food material drying because of the costs of the installation, efficiency and size of the whole system associated with the assembly of the exhaust gas - air heat exchanger. Biomass is characterized by low bulk density and low calorific value. Moreover, it is quite problematic fuel due to the heterogeneity of the material. The usefulness of biomass for energy purposes depends on the humidity, type and composition. However, the basic problem of using biomass as a fuel is moisture content. The main influence on it comes from the period of harvest and the conditions of its storage. Dry biomass can reach humidity even under 10%, but usually fresh biomass has more than 60% relative humidity, which is a very high value. Such kind of fuel is almost impossible to combust. The main goal of the paper is to present the most commonly used industrial methods of biomass drying. The paper will allow to assess and possible use of the best method of biomass drying. This paper present operating principles and main elements of several dryers: i) directly- and indirectlyheated rotary driers with co- and counter-current drying process, ii) flash dryers, iii) fluidized bed dryers, iv) belt dryers and v) an innovative dryer for cylindrical straw bales.

20

Koncentracja bezpośredniego promieniowania słonecznego w układach nadążnych z wykorzystaniem nieobrazujących elementów optycznych

Wajss P., Filipowicz M., Wesołowski W.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 2/I

349--358

PL

Niniejszy artykuł stanowi wprowadzenie w dziedzinę nieobrazujących układów optycznych wykorzystywanych w układach nadążnych za pozornym ruchem Słońca; dokonuje przeglądu aktualnego stanu wiedzy i techniki z tej dziedziny oraz przedstawia konkretny przypadek wykorzystania soczewki Fresnela w układzie nadążnym o kształcie sferycznym. W pierwszej części opisano zagadnienie jakim jest refrakcja (załamanie) promieniowania słonecznego występujące w układach optycznych stosowanych m.in. w energetyce, w dalszej części dokonano analizy dostępnych dziś, w rozwiązaniach komercyjnych, nieobrazujących układów optycznych wykorzystujących soczewki Fresnela, w trzeciej, ostatniej, części przedstawiono metodologię wyznaczenia geometrii takiej soczewki dla układu optycznego o kształcie sferycznym, w celu jego zastosowania w urządzeniu nadążnym za pozornym ruchem Słońca przy jednoczesnej minimalizacji zjawiska aberacji sferycznej. W przeprowadzonych badaniach przyjęta została stała wysokość pierścienia (karbu) w zmienna dla dwóch zakresów zależnych od liczby pierścienia p. W pracy wykorzystano zjawisko załamania światła słonecznego występującego na granicy dwóch ośrodków o różnej gęstości (prawo Snell’a) przy czym na modelowanej soczewce występują dwa punkty załamania zarówno na zewnętrzna jak i na wewnętrznej (karbowanej) powierzchni. Przedstawione wyniki analizy zamodelowanego układu optycznego, w środowisku RayTracing, świadczą o poprawności wykonania programu obliczeniowego oraz o odpowiednim odwzorowaniu wyznaczonych parametrów w projekcie zrealizowanym w środowisku graficznym. Jak założono w projekcie położenie ogniska przypadło w środku (hemi)sfery czyli f=R.

EN

This article provides an introduction to the topic of non-imagining optics used in the sun trackers; gives a review of the current state of the art in this field and presents the specific case study of the spherical shaped Fresnel lens. The first part defines law of refraction of the solar radiation occurring in the optical systems used in ia. energy industry; in the second part analysis of already commercialized optical systems based on nonimagining Fresnel lens is carried out; and in the third and final, section the design methodology for the spherical shaped Fresnel lens to avoid spherical aberration, dedicated to the sun trackers, is presented. The fixed values of height of the notches w are assumed, 1 mm for the notches p from 1 to 100 and 2mm for the notches p from 101 to 150. The final geometry of the lens is based on calculating solutions to Snell’s law along the lens surfaces wherein refraction is occurring in two points simultaneously: outer and inner lens surfaces. Finally, analysis of the modeled lens in ray tracing environment has been carried out. Its results confirm correct calculation of lens geometry. As assumed the focal point has been observed in the center of hemisphere f=R.