Принцип работы тепловой электростанции на дровах плюсы и минусы. Электрогенератор на твердом топливе

Мини ТЭЦ для дома на твердом и биотопливе: мощность, стоимость

Значительная стоимость источников энергии, трудности и дороговизна подключения газа и централизованного электроснабжения, а в некоторых случаях и техническая невозможность подвода сетей, заставляет обращать внимание на альтернативные установки, способные обеспечить отопление и работу электроприборов.

При определенных условиях решить эту задачу может мини ТЭЦ для дома, работающая на различном топливе.

Пример установленной мини ТЭЦ

Отличия мини ТЭЦ и традиционных генераторов

Генератор — устройство способное преобразовать различные виды топлива в электрическую энергию. Большинство массово эксплуатируемых установок приводятся в действие двигателями внутреннего сгорания или газотурбинными установками. При этом значительная часть тепловой энергии, получаемая в результате сгорания топлива попросту выбрасывается на ветер.

Основные потери приходятся на систему охлаждения двигателя, выхлопные (отработанные) газы, нагрев смазочных жидкостей. По этой причине КПД всех существующих генераторов, которые можно использовать в частном порядке, невысок.

Мини ТЭЦ для дома на твердом топливе (или других типах источников энергии) позволяет использовать теплопотери, характерные генераторам, для получения значительного количества тепловой энергии. В промышленных масштабах теплоцентрали (ТЭЦ), работающие на крупных предприятиях, способны обеспечить потребности даже большого города. В последнее время все более востребованы становятся установки ТЭЦ сравнительно небольшой мощности, которые можно использовать в индивидуальных целях. При этом основной упор делается на агрегаты, способные работать на альтернативных источниках энергии (биотопливо, торф, брикеты и пеллеты, древесные отходы, дрова).

Современные ТЭЦ могут работать в двух основных режимах:

Когенерация — получение электрической энергии и сопутствующая выработка тепла.
Тригенерация — обеспечение электричеством и дополнительное получение не только тепла, но и холода для рефрижераторных установок.

Принцип работы и существующие виды ТЭЦ

Если для традиционной ТЭЦ основным агрегатом считается двигатель внутреннего сгорания, то мини ТЭЦ на дровах или древесных отходах работает за счет прямого сжигания топлива в котлах.

Поэтому несколько отличается и принцип действия установок:

Вращение вала ДВС (двигателя внутреннего сгорания) приводит в действие генерирующую установку, вырабатывающую электроэнергия. Тепловая мощность снимается с системы охлаждения двигателя и из продуктов сгорания топлива.
Установки на альтернативных источниках энергии в основном работают в комплекте с паровой турбиной, вырабатывающей электроэнергию. Сжигаемое топливо позволяет получить пар, необходимый для работы турбин. В качестве источника тепловой энергии используется отработанный водяной пар и продукты сгорания (дым).

На практике чаще всего применяют следующие модификации ТЭЦ:

1. Агрегаты на основе ДВС. К ним можно отнести оборудование с бензиновыми и дизельными двигателями, газопоршневыми и газотурбинными установками. Наиболее производительными считаются именно газовые модификации.

Мини ТЭЦ работающая на дизельном топливе

Эксплуатация ТЭЦ с дизельным приводом осложнена тем, что установка должна работать практически на полную мощность. В противном случае двигатель разогревается недостаточно и снять тепловую энергию с него достаточно проблематично.

Средняя стоимость мини ТЭЦ данного типа зависит от вырабатываемой мощности. На сегодняшний день она составляет около 20-30 тысяч за каждый кВт электроэнергии. При этом стоит учитывать то, что минимальная мощность таких установок составляет 25-30 кВт, и использование их в личных целях достаточно проблематично.

2. ТЭЦ на отходах деревообрабатывающих производства вполне может использоваться в лесных местностях или при наличии дешевого источника топлива.

Мини ТЭЦ работающая на древесных отходах

Для частного дома вполне подойдет мини ТЭЦ от компании SUN SYSTEM. Такая установка вполне способна обеспечить потребности жилого дома площадью до 400 квадратных метров.

Мощность мини ТЭЦ данной серии составляет 3 кВт по электроэнергии и 10 кВт по теплу. Основу агрегата составляет двигатель Стирлинга, в качестве топлива используются пеллеты. Средняя стоимость установки составляет 19 тысяч евро.

3. На сегодняшний день различные компании предлагают мини ТЭЦ для дома на биотопливе различных модификаций. При выборе таких установок следует учитывать тот факт, что экономическая целесообразность применения данных устройств будет присутствовать только при ежегодном потреблении не менее 3000 кВт*ч электроэнергии и 20 тысяч кВт тепла.

Мини-ТЭЦ на биотопливе от MW Power

При этом быстро окупается только то оборудование, которое работает с максимальной загрузкой. В противном случае срок окупаемости оборудования может значительно увеличится. Данный вариант наиболее подходит для коллективного использования, например, на 3-5 коттеджей или целый небольшой поселок.

Современные разработки микро ТЭЦ

Для индивидуальной эксплуатации рекомендуется обратить внимание на новое поколение оборудования — микро ТЭЦ. Для потребителей с небольшими потребностями в тепловой и электрической энергии такое оборудование будет лучшим выбором.

Так, микро ТЭЦ на основе того же двигателя Стирлинга,

VIESSMANN — VITOTWIN 300-W

VITOTWIN 300-W Mikro-KWK

Идеально подойдет для небольшого загородного дома (при условии наличия доступа к природному или сжиженному газу).
Средняя стоимость данной установки составляет 10,5 тысяч евро.
Она позволяет получать 1 кВт электрической и 6 кВт тепловой энергии.

К основным преимуществам агрегата стоит отнести экономичность, низкий уровень создаваемого при работе шума. Еще одним плюсом считается простой монтаж (не сложнее обычного настенного котла).

Установка любой мини ТЭЦ, это в первую очередь работа на перспективу. Учитывая достаточно высокую стоимость оборудования, целесообразно коллективное применение данных агрегатов.

Но даже при личном использовании мини и микро ТЭЦ способны гарантировать энергетическую независимость от центральных сетей. Поэтому таким агрегатам предназначено большое будущее.

Также советуем посмотреть:

climanova.ru

Принцип работы тепловой электростанции на дровах плюсы и минусы

Экология потребления.Усадьба:Современная электростанция на дровах является очень эффективным и при этом относительно недорогим оборудованием, основным топливом в которой являются дрова.

Современная электростанция на дровах является очень эффективным и при этом относительно недорогим оборудованием, основным топливом в которой являются дрова. Сейчас это оборудование достаточно широко используется в частном жилом секторе, а также на небольших производственных площадях и в походных условиях.

ПРИНЦИП КЛАССИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Само понятие «на дровах» по которому работает тепловая электростанция на дровах нужно понимать, что в качестве топлива, имеется возможность использовать разнообразные материалы способные гореть. При этом, самым распространенным и часто используемым ресурсом являются именно дрова. Вы можете электростанции на дровах купить из большого представленного на рынке ассортимента по относительно невысокой стоимости. Основное устройство этих видов электростанций такое:

Печь.
Специальный котел.
Турбина.

При помощи печи происходит нагревание котла в котором находится вода или же может находиться специальный для этого газ. Затем вода направляется по трубопроводу к турбине. Она вращается и при помощи этого в специально смонтированном генераторе преобразуется электричество. Электростанции на дровах своими руками сделать достаточно просто и это не займет очень много времени и значительных финансовых вложений.

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

При работе электростанции, вода не будет сразу испаряться, а постоянно будет ходить по контуру. Отработавший пар охлаждается и затем опять становится водой и так по кругу. Некоторым недостатком подобной схемы работы мини электростанции на твердом топливе является достаточно высокая взрывоопасность. Если вдруг вода, которая находится в контуре сильно перегреется, тогда котел может не выдержать и его разорвет давлением. Для предотвращения этого, используются современные системы и автоматические клапаны. Вы всегда можете купить походную электростанцию на дровах, которая имеет высокие показатели эффективности и безопасности совсем недорого по стоимости.

Также, в стандартной схеме генератора на пару имеются некоторые требования к используемой воде. Обычную воду из под крана заливать в это оборудование не рекомендуется. Потому, как в ней большое количество солей, что с течением определенного времени станет основной причиной возникновения налета на стенках используемого котла и в трубах электростанции, которая использует дрова в качестве основного топлива.

Такой налет, имеет пониженную теплопроводность, что негативно скажется на работе твердотопливной электростанции купить, которую вы можете с любыми необходимыми рабочими параметрами по самой приемлемой стоимости. Но, сейчас, проблемы и сложности с образованием налета, могут достаточно быстро и легко решаться, при помощи использования специализированных средств, которые разработаны для борьбы с появлением налета. Они дают прекрасную возможность, очень быстро и эффективно справится с образованием налета в подобном оборудовании, что в значительной степени упрощает процесс эксплуатации электростанций, которые в качестве топлива используют дрова.

РАЗЛИЧНЫЕ ВАРИАНТЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА ДРОВАХ

Сейчас очень популярной и недорогой является твердотопливная туристическая мини электростанция, которую можно приобрести из большого представленного ассортимента. Такие электростанции пользуются высокой популярностью и востребованностью у большого числа туристов и путешественников. В этом оборудовании используется специальное твердое топливо, которое обеспечивает высокие показатели эффективности, надежности, а также безопасности в эксплуатации.

Миниэлектростанция использующая в виде топлива дрова, является достаточно успешным и уже давно применяемым оборудованием, которое может быть использовано в различных сферах деятельности человека. Очень популярны, такие виды электростанций у дачников, где могут быть частые проблемы с отключением электричества, а также в труднодоступных регионах где отсутствуют линии электропередач. Помимо этого, все большую популярность сейчас приобретают походные варианты электростанций, которые используют дрова или любые другие твердотопливные элементы. опубликовано econet.ru

econet.ru

способ работы газотурбинной электростанции на твердом или жидком топливе - патент РФ 2245445

Изобретение относится к газотурбинным электростанциям и предназначено для получения электроэнергии в районах, где имеется большое количество дешевого топлива. Предложен способ работы электростанции, состоящей из компрессора, приводимого в действием энергией электрической сети, паротрубного котла, нагреваемого сжиганием твердого (угля, торфа, древесных отходов) или жидкого топлива (сырой нефти, мазута), газовой турбины, спаренной с электрогенератором, и холодильника, охлаждаемого проточной водой. Рабочий газ (воздух, азот, аргон, гелий) при исходном давлении 2-50 атмосфер адиабатически сжимается компрессором, повышая давление газа в 2-5 раз и температуру на 50-250 К, нагревают газ в паротурбинном котле до 800-1400 К и через сопла направляют на ротор газовой турбины, где газ вращает турбину и спаренный с ней электрогенератор и, адиабатически расширяясь, совершает механическую работу, преобразуемую в электроэнергию, направляемую в электросеть. После выхода из турбины отработанный газ поступает в холодильник, охлаждаемый проточной водой, и при исходном давлении и температуре поступает в компрессор для очередного рабочего цикла, который может повторяться неограниченное число раз. При прохождении отработанного газа через холодильник проточная вода нагревается и может быть использована для отопления зданий и бытовых нужд. Изобретение позволяет получать электроэнергию при более высоком коэффициенте полезного действия, используя дешевое низкосортное топливо, чем при его сжигании на паротурбинных электростанциях. 2 ил.

способ работы газотурбинной электростанции на твердом или жидком топливе, патент № 2245445

Рисунки к патенту РФ 2245445

Изобретение относится к способам работы газотурбинных электростанций и предназначено для получения электроэнергии в районах, где имеется большое количество дешевого твердого топлива в виде торфа, бурого или каменного угля, горючих сланцев или отходов лесной и лесообрабатывающей промышленности или жидкого топлива в виде мазута или сырой нефти.

Известно устройство, называемое паротурбинными электростанциями, в которых получаемый в паровом котле пар направляют на сопла паровой турбины, вращающей электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию, направляемую потребителям в электросеть [1, 2]. Недостатком этого устройства является необходимость затрачивать большое количество тепла на подогрев воды и ее испарение, и это тепло не может быть использовано для преобразования в электроэнергию, в результате чего коэффициент полезного действия таких электростанций невысок.

Дополнительный недостаток этих электростанций в том, что предельно высокая температура получаемого пара, используемого в турбинах, не может превышать 800К [1], так как при более высокой температуре начинается заметная термическая диссоциация молекул воды на кислород и водород, которые разрушают трубы парового котла. Недостаточно высокая температура также приводит к невысокому коэффициенту полезного действия паротурбинных электростанций.

Паротурбинные электростанции производят большую часть электроэнергии на тепловых электростанциях и большая их часть работает на твердом топливе в виде каменного, бурого угля, горючих сланцев и на жидком топливе в виде мазута. Эти электростанции могут также работать на торфе, запасы которого в России огромны, и на отходах лесной и лесообрабатывающей промышленности. Эти виды топлива в настоящее время мало используются, но в отличие от других видов топлива они являются возобновляемыми, и это очень важно.

Паротурбинные электростанции могут работать и на природном газе. Однако запасы природного газа ограничены и постепенно истощаются. Поэтому такие электростанции постепенно будут перепрофилироваться на другое топливо.

Известны также газотурбинные электростанции [3], в которых горящий природный или подобный ему газ с температурой 1300-1400 К через сопла направляют на лопатки газовой турбины, вращающей электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию. Недостатком этих электростанций является использование дефицитного газообразного топлива, и потому, несмотря на заметно более высокий коэффициент полезного действия, эти электростанции не могут быть основными производителями электроэнергии на тепловых электростанциях.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретения, является преобразование паротурбинной электростанции в газотурбинную, работающую на вышеуказанном твердом и жидком топливе, и таким образом значительно повысить коэффициент полезного действия этих электростанций без фундаментальной реконструкции.

Указанная цель достигается тем, что в способе работы газотурбинной электростанции путем первоначального впуска рабочего газа при запуске электростанции, адиабатического сжатия газа в компрессоре, нагрева газа в паротрубном котле, направления газа на сопла газовой турбины (каскад турбин), вырабатывающей электроэнергию, и направления отработанного газа в холодильник, охлаждаемый проточной водой, впуск рабочего газа осуществляют под давлением 2-50 атмосфер (0,2-5 МПа), в компрессоре повышают давление до Р2 =0,4-25 МПа и температуру газа на 50-250 К, нагревают газ в паротрубном котле до температуры Т3=800-1400 К, а в холодильнике охлаждают газ до температуры T1=350-370 К при нагреве воды до 340-350 К, причем нагретую воду используют для водяного отопления и бытовых целей.

Сущность изобретения состоит в том, что в традиционных паротурбинных электростанциях пар заменяют инертными по отношению к трубам котла газами (обезвоженным воздухом, азотом, аргоном или гелием), что дает возможность избежать затрат тепловой энергии на подогрев и испарение воды, повысить температуру рабочего газа, поступающего в турбины электростанции, и значительно увеличить ее коэффициент полезного действия без больших капиталовложений, превратив паротурбинные электростанции в газотурбинные, работающие на дешевом твердом топливе или жидком топливе в виде мазута и сырой нефти. В результате значительно увеличится производство дешевой электроэнергии в стране в целом.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для реализации предложенного способа. На фиг.2 изображен цикл рабочего газа при работе устройства по фиг.1. Устройство по фиг.1 состоит из впускного крана 1 и выпускного крана 2 для рабочего газа, впускной камеры 3, теплоизолированного трубопровода 4, компрессора 5, топки котла 6 с нагревательными трубами 7, колосниковой решеткой 8 с твердым топливом 9, форсунками для вдувания воздуха 10 (или форсунками для жидкого топлива при работе на нем), отверстиями 11 с крышками для загрузки топлива в топку, отверстием 12 с крышкой для удаления золы.

Трубы котла 7 присоединены к теплоизолированному трубопроводу 13, который заканчивается соплом 14 турбины 15, спаренной с электрогенератором 16. Для отвода отработанного в турбине рабочего газа и его охлаждения выполнен змеевик 17 в холодильнике 18, охлаждаемом проточной водой. Теплоизолированным трубопроводом 19 через кран 2 змеевик 17 соединен с впускной камерой 3.

Продукты горения топлива из топки котла 6 удаляются через дымовую трубу 20.

Работа устройства по фиг.1 осуществляется следующим образом. Первоначально зажигают топливо в топке котла 6. Далее при запуске 5 устройства кран 1 открывают на впуск газа в камеру 3 и начинают впуск одного из рабочих газов (обезвоженного воздуха, азота, аргона, гелия), затем открывают кран 2 на выпуск выдавливаемого из устройства воздуха наружу и запускают компрессор 5, работающий от внешней электрической сети. После промывания устройства газом кран 2 закрывают на выход наружу и открывают на впуск в камеру 3. Далее, запуская газ через кран 1, постепенно повышают давление до заданного значения P1, фиг.2, включают турбину 15 и холодильник 18 и, регулируя температуру в топке котла 6 подачей газа через кран 1, устанавливают стационарный режим работы устройства и кран 1 закрывают. Работа устройства по фиг.1 в стационарном режиме происходит следующим образом и наглядно демонстрируется газовым циклом на фиг.2 с состояниями газа 1, 2, 3, 4.

Газ при давлении P1 и температуре T1 адиабатически сжимают в компрессоре и при этом затрачивается работа, а давление и температура рабочего газа повышаются до значений Р2 и T2. Далее газ нагревается в котле 6 при постоянном давлении Р2 до температуры Т3 и через сопло 14 поступает в турбину 15, где адиабатически расширяется, совершая полезную работу, вращая турбину 15 и спаренный с ней электрогенератор 16. Вырабатываемая электрогенератором электроэнергия направляется потребителям в электросеть.

При адиабатическом расширении газа в турбине его давление и температура падают до значений P1 и Т4. Далее газ поступает в холодильник 18 и при постоянном давлении P1 охлаждается до температуры T1. Температура воды, проходящей через холодильник 18, существенно повышается, и эта вода может быть использована для водяного отопления зданий и бытовых нужд. Таким образом рабочий газ возвращается в исходное состояние, и его рабочий цикл завершается и далее может повторяться сколько угодно раз. Реальные значения давления и температуры в состояниях 1-4 по фиг.2 указаны выше. Площадь, ограниченная контуром цикла на фиг.2, демонстрирует и дает возможность вычислить полезную работу за один цикл и коэффициент полезного действия предлагаемой электростанции. Характеристики переходов из одного состояния рабочего газа в другое на фиг.2 и изменения давления, температуры и внутренней энергии рабочего газа можно вычислить по известным уравнениям физики для идеального газа [5].

Экономический эффект от предлагаемого изобретения обеспечивается прежде всего тем, что это значительно повысит коэффициент полезного действия паротурбинных электростанций, работающих на твердом или жидком топливе, что повлечет за собой более широкое использование недефицитного твердого топлива в виде каменного угля, бурого угля, торфа и отходов лесной промышленности или мазута и сырой нефти.

Дополнительный экономический эффект может быть получен путем передела без больших капитальных вложений паротурбинных электростанций в газотурбинные с большим коэффициентом полезного действия.

Изобретение также облегчает создание небольших локальных электростанций на основе котлов, используемых для обогрева отдельных зданий, обеспечивая электроснабжение, независимое от государственной или муниципальной электросети, тарифы которых на электроэнергию постоянно растут или электроэнергию вообще отключают.

В целом использование предлагаемого изобретения значительно увеличит выработку дешевой электроэнергии в России, что даст кроме прямого косвенный экономический эффект за счет использования этой электроэнергии в промышленности и сельском хозяйстве.

Полученный экономический эффект будет очень большим, но количественно его в настоящее время оценить трудно.

Литература

1. Теплотехника, под редакцией Крутова В.И. Машиностроение, Москва, 1986 г., стр. 335-340.

2. Теплотехника и теплоэнергетика. Справочник по редакцией Григорьева В.А., Зорина В.М. Энергоатомиздат, Москва, 1987 г., стр. 46-48.

3. [1], стр. 349-352.

4. [1], стр. 149-154.

5. Яворский Б.М., Детлаф Д.А. Справочник по физике. Изд-во физико-математической литературы. Москва, 1963 г., стр. 149-153.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ работы газотурбинной электростанции путем первоначального впуска рабочего газа под давлением при запуске электростанции, адиабатического сжатия газа в компрессоре, нагрева газа в паротрубном котле, направления газа на сопла газовой турбины (каскад турбин), вырабатывающей электроэнергию, и направления отработанного газа в холодильник, охлаждаемый проточной водой, отличающийся тем, что впуск рабочего газа осуществляют под давлением 2-50 атмосфер (0,2-5 МПа), в компрессоре повышают давление до Р2 =0,4-25 МПа и температуру на 50-250К, нагревают газ в паротрубном котле до температуры Т3=800-1400K, а в холодильнике охлаждают газ до температуры T1=350-370К при нагреве воды до 340-350К, причем нагретую воду используют для водяного отопления и бытовых целей.