Комбинированное производство электрической энергии и тепла.

Двигатель Стирлинга состоит из меньшого количества подвижных частей, чем обычные двигатели и нет никаких клапанов, кулачков, или систем зажигания. Он несколько тише обычных двигателей, что является результатом непрерывного сгорания топлива. Двигатели Стирлинга требуют минимального обслуживания и имеют низкий уровень выхлопных газов. Эффективность данных машин потенциально больше аналогичных установок внутреннего сгорания или газовых турбин.Основное направление использования технологии — применение в микро-когенерационных котлах. Данный тип котлов требует малых двигателей с мощностью от 0,2 до 4 кВт*э. Газовые турбины не дают столь малую мощность, тогда как двигатель Стирлинга дают такую возможностьРисунок 7: схема двигателя Стирлинга.Двигатели Стирлинга малой мощностью уже есть на рынке. Электрическая эффективность невелика: от 10% (для 350 Вт двигателя), 12,5% (для 800 Вт) до 25% (для 3000 Вт), в перспективе возможен 25% электрический КПД с общим КПД в 90%.Преимущества двигателя СтирлингаВозможность использования в области высоких мощностей;Малое количество подвижных частей;Отсутствие камеры сгорания;Высокая эффективность;Отсутствие дополнительного котле;Независимое производство электроэнергии;Низкий уровень загрязенения;Удобный контроль;Большой ресурс;Взаимозаменяемость компонентов.Недостатки двигателя СтирлингаОтсутствие опыта в области низких мощностей;Низкая эффективность существующих машин;Высокая стоимость. МикротурбиныРазвитиемикротурбин начались в конце 80-х годов прошлого века, когда понадобились автономные источники электро- и теплоснабжения малой мощности с низким уровнем выхлопных газов и небольшими затратами на эксплуатацию. При комплектации котлом-утилизатором, микротурбинаспособна вырабатывать тепло. Данные энергетические системы одновременной выработки электричества и тепла называют микрокогенерацией (micro-CHP). Применение микрокогенерации повышает общий КПД и обеспечивает отопление и горячую воду. Микротурбины работают параллельно с сетью, автономно, автономно с возможностью перехода на параллельную работу с сетью, параллельно с несколькими однотипными агрегатами и т.д. Рисунок8: МикротурбинаПреимуществаВысокая надежность турбины.Упрощенная конструкция.Компактные размеры.Низкий вес.Низкий уровень шума.Низкий выхлоп.Высокое качество энергии. Автономная работа.Параллельная работа нескольких установок.НедостаткиВысокий уровень затрат.Производительность ниже, чем у поршневых двигателей.Низкая выходная мощность.Неотработанная технология.ГенераторГенераторы используются для преобразования механической энергии в электроэнергию.Генераторы бываютсинхронными или асинхронными. Синхронный генератор может работать автономно или параллельно с сетью. Асинхронный генератор работает только параллельно с сетью. При обрыве или другие неполадки в сети, асинхронный генератор прекращает работу. Поэтому вкогенерационных энергосистемах чаще используются синхронные генераторы.Таблица 1: Анализ работы различных двигателей.ДвигательИспользуемое топливоДиапазон мощностей (МВт*э)Отношение тепло: электроэнергияКПД эл.Паровая турбинаЛюбое1 — 1000+3:1 — 8:1+10-20%Газовая турбинагаз, биогаз, дизельное топливо, керосин, LFO, LPG, HFO0,25 —300+1,5:1 — 5:1*25-42%Парогазовая установкагаз, биогаз, дизельное топливо, керосин, LFO, LPG3 — 300+1:1 — 3:1*35-55%Поршневой двигатель с воспламенением от сжатия (дизель)газ, биогаз, дизельное топливо, керосин, LHO, HFO0,2 — 200,5:1 — 3:1*Вариант по умолчанию: 0,9-235-45%Поршневой двигатель с воспламенением от искрыгаз, биогаз, керосин, LHO0.003 — 61:1 — 3:1*Вариант по умолчанию: 0,9-235-43%* Высокое значение (тепло: электроэнергия) достигается дополнительным сжиганием топлива.Типы топлива: LFO (light fuel oil); LPG (liquefied petroleum gas) - пропан-бутан; HFO (heavy fuel oil) - мазут; LHO (Gasoline light heating oil).4. Режимы работыОсновной режим работыкогенератора - параллельно с внешней сетью. Щироко применятся асинхронные генераторы, которые относительно дешевы, что и обусловило их широкое применение в системах когенерации. Основной недостаток асинхронного генератора - невозможность его работы без дополнительного источника реактивной мощности.Предпочтительнее вариант с синхронным генератором, который синхронизирован по амплитуде, частоте и фазе при переходе на параллельную работу с сетью. При автономной работе когенератора система стабилизации частоты вращения первичного двигателя дает высокое качество электроэнергии на шинах потребителя. Параллельно с сетью.В этом режиме микротурбинная установка генерирует электрический ток, синхронизированный с сетью по напряжению и частоте. Микротурбинаиз-за высокой частоты и работает через выпрямительно-инверторную установкуАвтономно.Микротурбинная установка работает независимо от сети в качестве основного источника энергии. В этом режиме выходная мощность определяется нагузкой, параметры определяются с потребностями нагрузки по напряжению и частоте. Устройство для автономной работы включает преобразователь энергии, управляющий работой блока аккумуляторных батарей (АКБ). Имеется зарядное устройство, котрое производит необходимые соединения между основной системой управления и блоком АКБ. Запуск и работа микротурбиныпроизводитсяв автоматическом режиме. Двойной режим (автономно и параллельно с сетью). В этом режиме микротурбина подключена к местной сети и можетпереведена в автономный режим работы. Переключение производиться в ручном или автоматическом режиме. ЗаключениеТаким образом, когенерация– одна из наиболее успешных технологий с точки зрения снижения расхода топлива, которая всё чаще используется в схемах энергоснабжения. Использование когенерации позволит снизить экологическую нагрузку на города, стабилизировать цены на электро и тепловую энергию, повысить качество энергоснабжения. Список литературыУшаков В.Я. Современная и перспективная энергетика: технологические, социально-экономические и экологические аспекты: монография / В.Я.Ушаков.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.Основы современной энергетики: В двух частях. / Под общей редакцией Е.В. Аметистова. Часть 2. Современная электроэнергетика / Под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева. — М.: Издательство МЭИ, 2003.Ольховский Г. Г.Энергетические газотурбинные установки. - М.: Энергоатомиздат, 1985.Основы современной энергетики: В двух частях. / Под общей редакцией Е.В. Аметистова. Часть 1. Современная теплоэнергетика / Трухний А.Д., Макаров А.А., Клименко В.В. — М.: Издательство МЭИ, 2002.Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах.- М.:ВШ, 1985.