Идея практического применения энергии пара далеко не нова, использование паровых турбин в промышленных масштабах давно стало частью нашей жизни. Именно эти агрегаты, установленные на различных электростанциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электричеством наши дома. Однако, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип преобразования тепловой энергии в электрическую у себя дома. Для этого используется самодельная паровая турбина минимальных размеров и мощности. О том, как ее собрать в домашних условиях, и пойдет речь в данной статье.
Как выполнить паровую турбину
Идея использования на практике энергии пара далеко не нова, применение паровых турбин в масштабах промышленности давно стало частью нашей жизни. Собственно эти агрегаты, установленные на самых разных электрических станциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электротоком наши дома. Однако, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип изменения энергии тепла в электрическую в своем доме. Для этого применяется рукодельная паровая турбина очень маленьких размеров и мощности. Про то, как ее собрать дома, и пойдёт речь в этой публикации.
Как не прекращает работу паровая турбина?
В сущности, паровые турбины являются важной частью сложной системы, призванной изменить энергию топлива в электричество, порой – в тепло.
Сейчас такой способ считается рентабельным. Технологически это происходит так:
- твёрдое или жидкое горючее сжигается в паровой котельне. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;
- получившийся пар дополнительно перегревается и может достигать температуры 435 ?С при давлении 3.43 МПа. Это нужно для того, чтобы достигнуть самого большого КПД работы всей системы;
- по трубопроводам рабочее тело транспортируется к турбине, где одинаково делится по соплам при помощи специализированных агрегатов;
- сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и заставляет его вращаться. Подобным образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть рабочий принцип паровой турбины;
- вал генератора, представляющего собой «электрический двигатель наоборот», крутится ротором турбины, благодаря чему формируется электрическая энергия;
- отработанный пар проникает в конденсатор, где от соприкасания с охлажденной водой в теплообменном аппарате переходит в состояние жидкости и насосом опять подается в котел на прогрев.
Примечание. Как максимум КПД паровой турбины может достигать 60%, а всей системы – не больше 47%. Большая часть энергии топлива уходит с потерями тепла и тратится на преодоления силы трения во время вращения валов.
Ниже на практической схеме показан рабочий принцип паровой турбины одновременно с котельной, электрогенератором и прочими системными элементами:
Чтобы не допускать снижения рабочей эффективности, на роторном валу размещается максимальное расчетное количество лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается минимальный просвет при помощи специализированных уплотнений. Обычными словами, чтобы пар «не крутился попусту» изнутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована поэтому, чтобы увеличение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но также и в ее углублении. Как это происходит, отображает рабочая схема паровой турбины:
Нужно сказать, что рабочее тело, чье давление после проникания на лопатки уменьшается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу проникает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом энергии тепла, а поэтому по трубопроводам пар отправляется во второй блок малого давления, где опять действует на вал при помощи лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, устройство паровой турбины может учитывать несколько подобных блоков:
1 – подача перегретого пара; 2 – пространство для работы блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.
Для справки. Частота вращения ротора генератора достигает 30 000 оборотов в минуту, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.
Можно ли сделать электро вариант своими руками
Паровая турбина
Гипотетически можно, причем многие такое устанавливают на свой автомобиль. Лично я также задумывался над установкой на свой авто, но цена меня остановила.
Вам нужно решить рад пунктов:
1) Однозначно установка мощного генератора, что на иномарку уже дорого.
2) Мощный и компактный электромотор, желательно бесколлекторный именно он отдает большие обороты при оптимальном потреблении энергии. Лично я видел такие для компактных моделей, однако мощностью от 0,5 Квт стоит также не дешево.
3) Крыльчатка и корпус. Также нужно сделать самому либо купить, для максимального нагнетания воздуха. Также непростая задача.
4) Ну и конечно стабилизатор или инверторы, для питания электромотора.
Задачи не простые, на некоторые иномарки нет мощных генераторов, так что сделать очень сложно!
Но многие умельцы, в гараж устанавливают на свои автомобили, прирост мощности действительно можно достичь до 20 – 30 %.
Причем многие ставят дополнительный датчик потребления воздуха в патрубок перед турбиной, он «видит» прокачиваемый объем и автоматически регулирует большую подачу топлива (подает значения в ЭБУ), для обогащения топливной смеси. Так что прошивка может и не понадобиться.
Для более эффективной работы Вашего транспортного средства, автомобильные производители часто прибегают к системам турбонаддува. Но так ли положительно новый тип турбокомпрессора скажется на работе двигателя? Чтобы топливный расход автомобиля стал гораздо меньше, производители зачастую используют одно ключевое решение – сокращение объёма силового агрегата. Но кроме всего прочего, чтобы производительность таких двигателей оставалась на достойном уровне, обычно устанавливают турбокомпрессоры, которые управляются выхлопом и обладают задержкой, что более известна под термином «турбо лаг».
Автомобили с подвергались этой проблеме много лет подряд, что сопровождалось постоянными жалобами и недовольством со стороны владельцев. Была найдена, как казалось, панацея – одновременная установка двух турбин, что минимизировало эффект турбо ямы. Но это, увы, не стало ключевым решением.
История электрической турбины
Электрическая турбина после длительного времени разработок уже готова к массовому применению. Об этом первой заявила компания Controlled Power Technologies (CPT)
из Британии. Электрический турбонагнетатель, по их словам, уже готов к массовому производству. Руководство СРТ уже подписало соглашение с фирмой Switched Reluctance Drives Limited, что займётся разработкой OEM-модуля, основанного на этой технологической базе.
Switched Reluctance Drives займётся серийным производством электрических компрессоров. Британские разработчики, тем временем уже преуспели в создании реальных электрических компрессоров для двигателей внутреннего сгорания. Турбонагнетатель CPT будет устанавливаться на любые двигатели: атмосферные, турбированные дизельные или бензиновые.
Компания Controlled Power Technologies разрабатывала электрическую турбину на протяжении почти восьми лет, работа над ней началась ещё в начале 21-го века. Создатели электрической турбины заявляют, что она может работать от бортовой электросети напряжением в 12 вольт, а её использование избавит двигатель от эффекта турбоямы, а также задействует нагнетатель даже в режиме низких оборотов. Особенность данной технологии заключается в использовании регенеративной энергии. Обратное давление, что ранее сбрасывалось через обводной клапан блоу офф при сбросе акселератора, теперь направляется на вращение лопастями турбины маховика, что позволяет вырабатывать энергию и заряжать аккумулятор.
Прототип машины с электрической турбиной разработала немецкая компания AVL List.
Электрический нагнетатель был адаптирован к двухлитровому бензиновому двигателю с непосредственным топливным впрыском. Такой силовой агрегат, который был установлен на Vokswagen Passat, загрязняет атмосферу очень деликатно, если так можно выразиться, всего 159 граммов на каждый километр пути, а это на целых 20 процентов меньше чем у аналогичного традиционного 2.0 TFSI с такой же мощностью, и меньше, чем у 170-сильного турбодизеля с таким же объёмом.
Как выполнить паровую турбину дома?
Много интернет-ресурсов публикует метод, по которому дома и с использованием минимального количества инструментов делается мини паровая турбина из консервной банки. Кроме самой банки потребуется проволока из алюминия, маленький кусочек жести для вырезания полосы и крыльчатки, и также крепежные элементы.
В крышке банки выполняют 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести режут крыльчатку турбины, закрепляют ее к полосе, согнутой в виде буквы П. После полосу крепят к другому отверстию, разместив крыльчатку поэтому, чтобы лопасти пребывали напротив трубки. Все технологичные отверстия, созданные в ходе работы, тоже запаивают. Изделие необходимо установить на подставку из проволки, наполнить водой из шприца, а снизу распалить сухое горючее. Импровизированный ротор паровой турбины начнет вращаться от струйки пара, вырывающегося из трубки.
Ясно, что эта конструкция служит лишь прототипом, игрушкой, потому как эта паровая турбина, выполненная собственными руками, не может применяться с какой-нибудь целью. Очень мала мощность, а о каком-нибудь КПД и речи не идет. Разве что можно выказывать на ее примере рабочий принцип теплового мотора.
Мини-генератор электрической энергии можно по настоящему сделать из старого металлического чайника. Для этого, помимо самого чайника, понадобится медная или нержавеющая трубка с тонкими стенками, кулер от компьютера и маленький кусочек листового алюминия. Из последнего вырезается круглая крыльчатка с лопатками, из которой будет выполнена паровая турбина небольшой мощности.
С кулера снимается электрический двигатель и ставится на одной оси с крыльчаткой. Получившееся устройство устанавливается в круглом алюминиевом корпусе, по размеру он должен подойти взамен крышки чайника. В дно последнего выполняется отверстие, куда впаивается трубка, а с наружной стороны из нее делается полотенцесушитель. Как можно заметить, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, потому как полотенцесушитель роль играет пароперегревателя. Второй конец трубки, как несложно догадаться, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.
Примечание. Очень сложная и сложная часть устройства – это как раз полотенцесушитель. Сделать его из медной трубки легче, чем из нержавеющей стали, однако она долго не будет служить. От контакта с открытым огнём медный перегреватель быстро прогорит, благодаря этому лучше выполнить его собственными руками из нержавеющей трубки.
Регулятор тяги
Единственная проблема: владелец котлоагрегата должен регулировать положение воздушной заслонки вручную, опираясь на показания термометра и собственный опыт. Для автоматизации этого процесса был придуман автоматический регулятор тяги.
Устройство состоит из термического элемента, регулятора, металлического рычага и цепочки. Термоэлемент с регулятором собраны в единый корпус, выполненный из термостабильных и коррозийноустойчивых сортов стали. Терморегулятор устанавливается в посадочное гнездо до контакта с теплоносителем, циркулирующим в водяной рубашке котлоагрегата.
Принцип работы регулятора: при воздействии температуры на термоэлемент, он меняет свою форму и через шток воздействует на рычаг, который с помощью цепочки соединяется с воздушной заслонкой котельной установки. При изменении температуры теплоносителя, автоматически меняется положение воздушной заслонки. Регулятором устанавливается верхний температурный предел.
Чтобы настроить регулятор тяги для твердотопливных котлов своими руками, нужно выполнить следующие действия:
- Установите регулятор в отопительную установку. В зависимости от модели котла, может быть предусмотрен как горизонтальный, так и вертикальный монтаж устройства. Каждому варианту монтажа соответствует определенный цвет шкалы на регуляторе. На этом этапе цепь не подсоединяется к воздушной заслонке и свободно свисает.
- Настройте (выбрав соответствующий ориентации цвет шкалы) желаемый температурный показатель теплоносителя и произведите запуск котельной установки.
- При достижении температуры теплоносителя значению, выставленному вами на терморегуляторе, закройте воздушную заслонку, оставляя щель 2-3 мм.
- Закрепите цепочку на тяге заслонки.
Для корректной работы регулятора тяги, цепочка, между воздушной заслонкой и тягой терморегулятора должна быть натянута.
Немного отвлечёмся, так как хотим сообщить вам, что нами был составлен рейтинг твердотопливных котлов по модеям. Подробнее вы сможете узнать из следующих материалов:
Использование паровой турбины
Налив в чайник воды и поставив его на включеный газ, можно удостовериться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара достаточно, чтобы на выходе электрического двигателя возникла ЭДС. Для этого к нему стоит присоединить светодиодный фонарик. Кроме питания для электрических лампочек, возможно и другое использование паровой турбины, к примеру, для зарядки аккумулятора мобильного телефона.
В условиях квартиры или приватного дома аналогичная мини-электростанция на первый взгляд покажется простой игрушкой. А вот очутившись в походных условиях и взяв с собой бездымоходный чайник с электрическим генератором, вы сумеете оценить по праву его практичность. Возможно, в процессе у вас получится найти еще какое-нибудь назначение турбины. Больше информации об изготовлении походного генератора из чайника узнать можно, посмотрев видео:
Особенности выбора
Производительность котлоагрегата, функционирующего на твёрдом топливе, в значительной мере обусловливается профессионально выбранным нагнетателем.
Для того чтобы правильно выбрать вентилятор нужно обратить внимание на такие параметры:
- Сопоставимость с отопительным котлом.
- Производительность дутьевого устройства и рабочее напряжение.
- Тип и принцип функционирования.
- Металл корпуса и рабочей крыльчатки.
В случае неправильного выбора оборудования, когда вентилятор для твердотопливного котла не сможет подавать в топку необходимый объем воздуха, начнется процесс неполного сгорания топлива, КПД котла упадет, а температурный режим достигнут не будет.
В случае, когда нагнетатель будет установлен большой мощности, он выдаст большое количество воздуха в топку. Процесс горения будет интенсивным, котел быстро наберет необходимую температуру и контроллер блока управления подаст сигнал на отключение вентилятора, таким образом, дутьевое устройство попадет в процесс тактования, когда будет часто включаться и выключаться, что приведет к преждевременному износу оборудования и выходу его из строя.
Рекомендованные варианты установки вентиляторов WPA для котлов ЗОТ или Карбон, для отопительных агрегатов, работающих на антраците:
- WPA 120, объем поступающего воздуха — 285 м3, мощность — 32, кВт.
- WPA 140, объем поступающего воздуха — 395 м3, мощность — 44, кВт.
- WPA 142, объем поступающего воздуха — 505 м3, мощность — 56, кВт.
- WPA 160, объем поступающего воздуха — 600 м3, мощность — 67, кВт.
Работа паровой турбины
В турбинной установке находящейся в котле, три среды: вода, пар, и также конденсат создают такой себе закрытый цикл. В процессе изменения, при этом, теряется лишь минимальное количество пара и воды. Это кол-во воды регулярно восполняется добавкой в установку сырой воды, которая проходит заранее через фильтр для очистки воды. Там вода обрабатывается химическими составами, нужными для убирания находящихся в водной массе, не необходимых примесей.
Рабочий принцип:
- Отработавший пар с достаточно-таки пониженными давлением и температурой проникает из турбины в конденсатор.
- Там он встречает на пути систему разных трубок, по которой постоянно прокачивается при помощи насоса циркуляционного охлаждающая вода. Берут ее в основном из рек, озер или водоемов.
- Соприкасаясь с холодной поверхностью трубка конденсатора, выработавший пар конденсируется, превращаясь таким образом, в воду (конденсат).
- Постоянно откачиваясь из конденсатора специализированным насосом, конденсат через подогреватель проникает в деаэратор.
- Оттуда насос передает его в паровой котел.
В установке есть также турбонаддув и подогреватель. Его функцией считается необходимость сообщить конденсату добавочное кол-во тепла. Современные паротурбинные установки в основном оснащены несколькими подогревателями. К тому же, для подогрева питательной жидкости нужна, в основном, теплота от пара, который отбирается из промежуточных ступенек самой турбины в границах 15-30% от совокупного расхода пара. Это даёт прекрасное увеличение КПД установки.
Автоматика для твердотопливного котельного оборудования
Регулятор тяги работает прекрасно, но только в случае, когда есть условия для создания тяги. Основная проблема естественной тяги – погодозависимость: чем меньше разницы между температурами воздуха на улице и в доме, тем хуже тяга. «Масла в огонь» добавляют и современные герметичные дома с металлопластиковыми окнами, в который приток воздушной смеси полностью отсутствует или ограничен. Для решения проблемы тяги была придумана автоматика. Контролируя работу вентилятора и циркуляционного насоса, решается вопрос о стабилизации температурных показателей теплоносителя.
Современная паровая электростанция в действии
Тепло, отработанного в турбине пара поступает в конденсатор через трубки. Кол-во высвобождаемого тепла велико, и, поэтому, охлаждающая вода должна быть нагрета несущественно. В виду этого, расход у мощных паротурбинных установок весьма велик. Порой он может достигать до 20000 м3/час. Тем более если мощность станции 100000 кВт. В данных случаях охлаждающая подается вода циркулярным насосам из речки и после выполнения собственной функции сливается опять в реку, только ниже места забора.
Действие крепкой струйки пара на лопасти приводит вал во вращение в паровых турбинах
В паровых турбинах строение такое, что возможная энергия пара, пройдя процесс расширении в соплах, превращается в кинетическую энергию, способную перемещаться с высокой скоростью. Мощная струйка пара подается на изогнутые лопатки, которые закреплены по окружности диска, насаженного на вал. Действие крепкой струйки пара на лопасти и приводит вал во вращение.
Чтобы изменить энергию пара в кинетическую, необходимо обеспечить ему свободный выход из парогенератора, в котором он находится, по соплу, в пространство. Плюс ко всему, давление пара нужно больше, чем давление того самого пространства. Необходимо знать, что пар будет выходить с очень большой скоростью.
Скорость выхода пара из сопла зависит от подобных факторов:
- От температуры и давления до увеличения;
- Какое давление есть в пространстве, в которое он вытекает;
- Форма сопла, по которому вытекает пар, также оказывает влияние на скорость.
Вал турбины должен соединяться с валом самой рабочей машины. Какой она будет, зависит от области, в которой применяется рабочая машина. Это может быть энергетика, металлургия, приводы турбогенераторов, воздуходувные машины, нагнетатели воздуха, насосы, водный и ЖД транспорт.
Опасность детонации
Авто с турбиной зачастую подвержено детонации, возникающей в моторе из-за увеличения количества топливно-воздушной смеси. Для предупреждения возникновения опасности можно применить несколько способов:
- использовать топливо с высоким октановым числом;
- производить обогащение воздушно-топливной смеси для снижения КПД двигателя. Этот метод требует постоянного контроля над расходом топлива, так как его излишек будет догорать за пределами цилиндров, нагревая турбокомпрессор, выпускной коллектор и выпускной тракт;
- уменьшить угол опережения зажигания;
- снизить степень сжатия, для чего производится установка специальных поршней.
Заправляйте автомобиль высокооктановым топливом
Чтобы двигатель и турбина на авто работали правильно, необходимо ими «правильно» управлять, для чего наиболее оптимальным вариантом является использование программного обеспечения. Программа должна быть настроена под конкретный двигатель, так как любая другая настройка может его повредить.
Устройство паровой турбины
Паротурбинная установка – считается главным типом двигателей на современных тепловых и атомных электрических станциях, которые вырабатывают 85 – 90% электрической энергии, потребляемой по всему миру.
Вид и устройство паротурбинной установки
Паровые турбины выделяются большой быстроходностью. Она в основном равна 3000 об. мин., и имеют при этом сравнительно небольшие размеры и массу. В сегодняшней промышленности сегодня выпускают турбоагрегаты разных мощностей, даже такие, где в одном агрегате при высокой экономности более тысячи милионов ватт.
Изобретен этот аппарат издревле. В его создании участвовали многие ученые мужи. В Российской Федерации основоположником строительства паровых турбин в большинстве случаев считают Поликарпа Залесова, который внедрял данные строения в Алтайском крае в начале девятнадцатого столетия.
Паровые турбины разделяют на:
- Конденсационные;
- Теплофикационные;
- Специализированного назначения;
- Оживленные;
- Реактивные;
- Активно-раективные.
Самая популярная – конденсационная турбина – не прекращает работу с выпуском отработанного пара в конденсатор с глубоким вакуумом. От промежуточных ступенек ее турбин, в основном, берется определенное количество пара в целях регенерации. Основное назначение конденсационных установок – выработка электрической энергии.
Обслуживание и эксплуатация
Чтобы продлить срок службы агрегата, нужно уменьшить действие на него влаги, повышенный уровень которой приводить к преждевременной коррозии не только металлических частей машины. Самый простой способ защиты от атмосферных осадков — установка на вершине трубы дефлектора.
Для надёжной работы мотора и вентилятора проводится регулярная смазка и чистка их трущихся частей.
Обслуживать котёл будет проще, если подключить его к управлению системы отопления и вентиляции.
Для того чтобы сделать дымосос для котла своими руками, необходимо всего лишь приготовить набор необходимых инструментов и иметь желание сэкономить. Ведь самодельный дымосос стоит намного дешевле изготовленного на заводе.
Несмотря на популярность газовых отопительных систем, твердотопливные котлоагрегаты прочно удерживают свои позиции на отечественном рынке климатической техники. В представлении обывателя котел, который работает на твердом топливе, является обычной буржуйкой. На самом деле современное твердотопливное котельное оборудование имеет высокий уровень безопасности и способно получать максимум тепловой энергии при минимуме топлива.
Сегодня, на российском рынке широко представлено оборудование, благодаря которому современным инженерам удалось существенно повысить уровень комфорта при использовании твердотопливных установок. В данной статье будут рассмотрены устройства, которые позволяют контролировать процесс горения топлива, температуры теплоносителя.
Строение паровой турбины
Паровые турбины возводят в качестве неподвижных конструкций, которые применяют по большей части на фабричных силовых установках или электрических станциях, и транспортных, нужных для работы судовых котлов.
независимо от рабочего принципа, сущность происходящих действий останется неизменной – струйка пара, вытекающая из сопла, будет направляться на лопатки диска, имеющегося на валу, и тот приводится в действие.
Паровые турбины отличают по следующим свойствам:
- Оборотам;
- Количеству корпусов;
- Направлению движения струйки пара;
- Числу валов;
- Размещению конденсационной установки;
- Практичности.
Паровые турбины предоставляют долгую производство механической энергии при температуре охлаждающей их воды до 330 С Цельсия. Также турбины должны исполнять продолжительную хорошую работу с нагрузкой номинальной от 30 до 100%. Что нужно для регулирования распределения электрической нагрузки. Самые популярные конденсационные турбины обязаны давать долгое действие при температуре выхлопного процесса до 700 С.
Паровая электростанция: специфики работы установки
Система регулирования работы турбины при резком сбросе мощности и отключении ТГ от сети, должна лимитировать быстрый заброс скорости вращения ее ротора, и не позволить срабатывания датчика безопасности. Работа турбины не исключают вероятность мгновенного сброса электронапряжения до нуля. Также турбины должны предоставляет возможность возобновить нагрузку до исходной, или любой иной цифры в регулировочном диапазоне, при скорости не меньше 10% от номинальной мощности за секунду.
Паровые турбины применяют по большей части на фабричных силовых установках или электрических станциях
Обязательные рабочие режимы:
- С отключенным подогревателем большого давления;
- С нагрузкой в рамках своих нужд в границах 40 минут после сброса;
- На холостом ходу 15 минут после сброса электро- нагрузки;
- Для проведения проверки на холостом ходу 20 часов после пуска турбины;
- Служебный срок рабочих турбин между ремонтами обязан быть не меньше 4 лет;
- Новые агрегаты имеют гарантию в пять лет;
- Период работы на отказ у паровой турбины не меньше 6000 часов;
- Показатель готовности у установки не меньше 0,98.
Паровая турбина имеет служебный срок больше тридцати лет. Как исключение из правил лишь быстроизнашивающиеся детали и детали.
Паровая турбина (видео)
Паровая турбина собственными руками – аппарат, который считается сердцем почти что любой электрические станции, действует по принципу превращения энергии из паровой в механическую. Однако такую машину вполне можно создать и дома. Разумеется это будет мини-устройство, и быстрее всего ваша рукодельная турбина будет газовая или воздушная, однако данная модель также пригодится в обиходе как и паровая турбина для ТЭЦ. Правильно разработанные схема, чертеж и рисунок смогут помочь вам достигнуть хорошего результата от самоделки.
Домашняя ТЭЦ на микротурбине
Можно ли дома иметь свою хорошую, небольшую систему теплогенерации и электричества? Компания MTT Micro Turbine Technology BV (Нидерланды) на данный вопрос ответила утвердительно, создав установку EnerTwin на основе микротурбины, одновременно генерирующей 3 кВт электричества и 15 кВт тепла. Микро-ТЭЦ EnerTwin разработана для замены котлов отопления для малого бизнеса и подсобных хозяйств. Главное внимание уделяют невысокой себестоимости, надежности, уменьшению шумового уровня и невысоким рабочим затратам.
Смотрится МикроТЭЦ как простой домашний прибор
Микро-ТЭЦ одновременно вырабует (когенерирует) тепловую и электроэнергию в местах, где они две популярны. В основном, ключевым потребителем энергии микро-ТЭЦ считается система обогрева. Электричество, в данном случае, становится побочным продуктом, производимым по очень невысокой себестоимости. Важное достоинство микро-ТЭЦ в том, что энергия топлива применяется почти что полностью. В этом состоит важное отличие от обыкновенных электростанций, где большое количество тепла теряется в атмосферу. Более того, микро-ТЭЦ экономит на передаче электрической энергии от электростанций до конечных клиентов, благодаря уменьшению потерь. Любое превышение выработки электрической энергии от микро-ТЭЦ можно экспортировать в электрическую сеть (в странах Европы, Соединённых Штатов и др.). Есть специализированные программы стимулирования для поставщиков электрической энергии. К примеру в Германии, для тех кто поставляет остатки генерируемой электрической энергии в сеть, дополнительно даются льготы. Это выполняет плюсы когенерации еще большими.
Распределенная система генерации энергии на базе микро-ТЭЦ EnerTwin
Методика
EnerTwin система микро-ТЭЦ выстроена на основе микротурбины. Рабочий принцип состоит в следующем:
Главная схема рабочих узлов микро-ТЭЦ
- Окружающий воздух поступить и сжимается в компрессоре.
- Сжатый воздух заранее греют в рекуператоре.
- В топке, добавляется тепло при горении топлива.
- Горячий сжатый газ становится шире в турбине, что обеспечивает энергию механического типа для нагнетателя воздуха и генератора. «Инвертер» видоизменяет энергию, подаваемую генератором в напряжение и частоту электрические сети ( 230 ?50 Гц).
- Расширенный газ после турбины нагревает воздух, сжатый компрессором в рекуператоре (см.2).
- Остаточное тепло, оставшееся в выходном газе после рекуператора, поглощается в теплообменном аппарате с водой.
- Горячая вода применяется для централизованного отопления и /или горячего водообеспечения.
Устройство внутри EnerTwin
Турбина
Газовые турбины известны собственной большой мощностью, невысоким весом и рабочими затратами. Применение технологии турбонаддува, разработка которой финансировалась государством, приводит к невысокой себестоимости производства. Газотурбинные элементы оптимизировались для использования в турбогенераторе. Скоростной турбогенератор при скорости вращения 240 тысяч оборотов за минуту имеет чистый электрический к.п.д. 15% (19% результативность мощности на валу). Одновременно с низкими расходами, это обеспечивает большой потенциал для экономически продуктивных микро-ТЭЦ систем.
Новая идея
При разработке EverTwin компания применила нетрадиционный подход для разработки хорошего, очень малого газотурбинного мотора. Данный проект построен на вращающейся топке в комбинировании с практичным компрессором.
Результативность газовой турбины в большой мере зависит от потерь из-за утечек потока, потерь тепла и трения. Эти потери становятся еще существенней при попытках создать турбины микро-мощности, масштабируя простые газовые турбины. При уменьшении турбины соотношение щелей и размеров лопастей турбины уменьшается. Также, при уменьшении размера (уменьшается количество Рейнольдса) вязкие потери на трение возрастают, чем в традиционных турбогенераторах. В результате , есть основательное ограничение на результативность микротурбин с обыкновенной конфигурацией.
В концепции вращающейся топки указанные выше масштабные эффекты не так видны. Основной спецификой считается монолитный ротор.
Монолитный ротор микротурбины
Монолитный ротор в разрезе
По большей части , турбина состоит из одного ротора, в котором размещены центробежный нагнетатель воздуха, вращающаяся топка и реакционная турбина. У вращающейся топки, нагнетатель воздуха не имеет диффузора и турбина не имеет лопаток.
Электрический генератор
Успешный высокочастотный генератор на постоянных магнитах видоизменяет энергию механического типа микротурбины в электрическую энергию. Генератор полностью интегрирован в ротор турбины, избегая расходов и потерь от добавочных подшипников и муфт.
Параметр шума
Микротурбины излучают только высокочастотный шумовой фон, который вероятно будет хорошо заглушен. Если сравнивать с обыкновенными генераторами и турбинами, EnerTwin имеет очень небольшой уровень шума.
Специфика EnerTwin
- Электрическая мощность (макс/мин) — 3,0 /1,0 кВт
- Теплопроизводительность (макс/мин) — 14,4 /5,0 кВт
- Электрический КПД (макс/мин) — 15 /10 %
- Самый большой суммарный КПД — 87% (зависит от показателей системы обогрева, к примеру температуры обратного трубопровода)
- Частота вращения ротора (макс/ мин) — 240 / 180 тысяч оборотов в минуту
- Употребление газа (38.5 MJ/nm3, макс/мин) — 1,87 /0,84 nm3/h
- Горючее — сетевой газ
- Параметры системы обогрева (подающая/обратная труба) — 80 ?60 °С
- Шумовой фон — 55 dB(A) 1m
- Размеры — 970 x 610 x 1120мм
- Вес — 225 кг
- Диаметр дымоотвода — 100мм
- Электрическая сеть — 230 В/50 Гц
Основное использование
По мнению разработчика основное использование микро-ТЭЦ:
- Малые и средние предприятия;
- Отрасли с сравнительно небольшим стойким требования тепла;
- Конференц-залы;
- Большие дома для жилья;
- Дома с бассейном и /или сауной;
- Загородные дома;
- Школы, спортивные школы, спортивные залы, студии и кружки;
- Коммунальные строения;
- Автозаправки;
- Гостиницы и рестораны;
- Магазины;
- Лечебные центры;
- Дома престарелых;
- Правительственные строения, например залы, полицейские станции, библиотеки.
Сертификация
В феврале 2013 года EnerTwin получили документ CE для полевых испытаний. Получение этого сертификата собой представляет существенную веху в формировании EnerTwin. Документ был предоставлен по KIWA после всесторонних испытаний работы турбин на газообразном топливе и вопросам безопасности труда. Свидетельство KIWA на самом деле для абсолютно всех стран Европейского Союза, а еще в Норвегии, Хорватии, Турции и Швейцарии.
Европейский документ безопасности KIWA
Где взглянуть?
МТТ в скором времени будет принимать участие на выставках:
- Hannover Messe в Германии с 7 по 11 апреля 2014 года, павильон Holland Energy House, холл 27 G24
- MCE в Милане с 18 по 21 марта 2014 г. в павильоне 5, стенд №. E02 10.
Минусы электрического варианта
Многие мои читатели думают — что сделать такую систему очень просто, нужно взять какой-нибудь кулер и вставить его в патрубок забора воздуха и вот оно счастье! Такие «чудо-кулеры» продаются, как правило в китайских интернет магазинах, про такие типы поговорим ниже.
Однако ребята тут не все так просто. В нормальном (на холостых) режиме, атмосферный двигатель 1,6 литра потребляет примерно 300 – 400 литров воздуха за час работы. А на больших оборотах скажем в 4000 – 5000 умножаем эту цифру на 4 – 5, то есть 1200 – 1600 литров. Просто представите этот объем! Если вычислить минутное потребление 300/60 = 5 литров в минуту, или 20 при больших оборотах.
Так вот – электро турбина должна увеличивать эту цифру, а не тормозить ее! Если вы поставите слабый двигатель, он не будет нагнетать нужное давление, а создаст эффект «воздушной пробки», то есть он своими лопастями будет тормозить приток воздуха в двигатель – мешать нормальному проходу.
А теперь представьте, какой нужен электрический вариант двигателя для нагнетания такого объема! Повторюсь для повышения производительности нужно хотя бы 6 – 7 литров воздуха на холостых, и 25 на высоких и это для 1,6 литрового варианта, для больших объемов нужно больше.
Если провести аналогию с немецкими производителями, то там применяется как минимум бесколлекторный 0,5 КВт электромотор, который вращается с бешенными оборотами, может достигать до 20 000 и его способности к давлению составляют от 1 до 5 атмосфер.
Для более мощных автомобилей, применяются более мощные двигатели до 0,7 КВт.
Как становится понятно штатный генератор может и не потянуть такое потребление электричества, поэтому его заменяют на более мощный, либо ставят дополнительный.
А как известно высокое потребление энергии просто тормозит генераторы, а значит и увеличивает торможение двигателя, что скажется на его отдаче, понижается КПД.
Однако, проведенные эксперименты выявили рост производительности, примерно на 20 – 30% это существенно. Но из-за сложности и дороговизны устройств, применение на автомобилях пока не имеет массового производства.
Например, механические компрессоры намного дешевле и производительнее. Иногда разница в цене может достигать 5 – 7 раз.
