|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 12/2003
Gazowa elektrociepłownia w każdym domu : WhisperGen
|
|
|
Autor: opr. red.
|
Data publikacji: 13.12.2003 07:32
|
Skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej w elektrociepłowniach jest z powodu swej wyższej sprawności coraz szerzej stosowane w wielu krajach świata. Dążenie do obniżania kosztów zaspokajania energetycznych potrzeb sprawia, że również drobni odbiorcy komunalni zaczynają coraz śmielej sięgać po nowatorskie technologie lokalnej produkcji ciepła i elektryczności. W języku angielskim ten nowy podsegment energetyki określany jest jako „micro CHP”, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej w gospodarstwie domowym. Dogodną i uzasadnioną ekonomicznie okazją do wprowadzania nowych źródeł tego rodzaju będzie wymiana zużytych gazowych kotłów centralnego ogrzewania. Wytwarzana przy tym energia elektryczna może być zużywana na miejscu lub sprzedawana do sieci zasilającej.
|
Od kilku lat na rynku dostępne są różne układy skojarzonej produkcji ciepła i elektryczności przeznaczone dla gospodarstw domowych. Brytyjska firma Baxi Technologies dostarczyła już ok. 8 tys. urządzeń rozproszonej kogeneracji o nazwie Dachs. Najnowsze z nich wytwarza 12,5 kWt mocy cieplnej i 5,5 kWe mocy elektrycznej, co w pełni zaspokaja potrzeby dużego domu jednorodzinnego. Parametry te przy stosunkowo dużych gabarytach agregatu (106 x 72 x 100 mm), a zwłaszcza masie 520 kg, znacznie przewyższają potrzeby drobnych użytkowników. Ich oczekiwania powinno spełnić urządzenie o nazwie WhisperGen firmy Whisper Tech Ltd. (Nowa Zelandia), które dzięki kompaktowej budowie o znacznie mniejszych niż Dachs gabarytach ma znaleźć zastosowanie w milionach gospodarstw domowych różnej wielkości. Według prognoz specjalistów, w 2020 r. ok. 1/3 brytyjskich domów będzie korzystać z tego wynalazku. Główna zaleta nowego układu tkwi w zdecydowanej poprawie wykorzystania energii paliwa (w tym przypadku gazu ziemnego). W tabeli 1 zawarto porównanie ekonomiki trzech obecnie stosowanych technologii produkcji energii elektrycznej (i ewentualnie cieplnej) z gazu ziemnego.
Tab. 1.
| Rodzaj instalacji | Maksymalna sprawność procesu | Straty przesyłu | Energia użyteczna u odbiorcy | | Elektrownia | 50 % | 10 % | 45 % | | Elektrociepłownia | 80 % | 2 % | 78 % | | „micro CHP” (WhisperGen) | 90 % | 0 % | 90 % |
Warto również porównać efektywność układu WhisperGen z powszechnie stosowanymi gazowymi piecami centralnego ogrzewania. Nawet w najnowocześniejszych piecach gazowych jedynie 70-80 proc. energii zawartej w paliwie zostaje przetworzone na ciepło, pozostałe 20-30 proc. ulatuje ze spalinami do atmosfery. Natomiast nowa technologia umożliwia – przy podobnym stopniu wykorzystania energii gazu do celów grzewczych – dodatkowo przetworzenie 10 do 25 proc. energii paliwa na energię elektryczną. W rezultacie straty energii wynoszą co najwyżej 10-15 proc. Źródłem znacznych efektów ekonomicznych uzyskiwanych w urządzeniu WhisperGen (rzędu 200 euro/rok w przeciętnym gospodarstwie domowym) są dwa czynniki: wyżej wskazana oszczędność gazu oraz zmniejszenie wydatków na zakup droższej energii elektrycznej z sieci przy zużywaniu „własnej” energii. Ten drugi efekt ma większą wartość i wzrasta w miarę zwiększania zużycia wytworzonej energii elektrycznej kosztem obniżania poboru z sieci.
W ofercie firmy Whisper Tech Ltd znajdują się m.in. dwa urządzenia przeznaczone dla rozproszonego wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej w skojarzeniu. Pierwsze z nich, oznaczone symbolem AC, służy do zaspokajania typowych potrzeb gospodarstwa domowego, drugie, o symbolu DC, przewidziano do ładowania baterii akumulatorów m.in. na łodziach i statkach oraz w latarniach morskich. Zestawienie parametrów technicznych obu modeli zawiera tabela 2.
Tab. 2.
Parametr | DC | AC | | Parametry wyjścia elektrycznego przy pracy ciągłej | 750 W, 24 lub 12 VDC | 850 W (maks. 1200 W), 230 VAC | | Moc cieplna przy jednoczesnym wytwarzaniu energii elektrycznej | 6 kW | 8 kW | | Paliwo | Olej napędowy, nafta | Gaz ziemny | | Zużycie paliwa przy pełnej mocy | 0.8 l oleju/godz. | 1.1 m3/godz. | | Sterowanie | Inteligentny system sterowania i nadzoru z opcjami programowania trybów regulacji | Inteligentny system sterowania i nadzoru z opcjami programowania trybów regulacji | | Chłodzenie | Wodne o przepływie min. 5 l/min | Wodne o przepływie min. 6 l/min | | Wymiary (mm) | 450 x 500 x 640 | 500 x 600 x 850 | | Masa (kg) | 90 | 138 | | Poziom hałasu | < 50 dB | --- | | Przewidywany okres międzyremontowy | 20 000 godz. | 20 000 godz. | | Obszar zastosowania | Ładowanie baterii akumulatorów | Rozproszone skojarzone wytwarzanie ciepła i elektryczności |
W modelu AC zastosowano 4-cylindrowy silnik Stirlinga. Na uwagę zasługuje istotne udoskonalenie układu mechanicznego tej znanej od blisko 200 lat maszyny cieplnej. Tłoki w cylindrach tego silnika wyposażono w szereg prowadnic i uszczelnień zapobiegających wypływowi gazu roboczego. Jednak w odróżnieniu od typowych silników wewnętrznego spalania w cylindrach nie stosuje się smarowania, wskutek czego pierścienie i uszczelnienia pracują „na sucho”. Gdyby napęd z tłoków był przetwarzany na ruch obrotowy za pomocą tradycyjnego mechanizmu korbowego nastąpiłoby przyspieszone zużycie wspomnianych elementów. Zastosowany w WhisperGen oryginalny układ zamiany liniowego ruchu czterech tłoków na ruch obrotowy wału napędzającego prądnicę praktycznie eliminuje to zagrożenie.
Prądnicę stanowi czterobiegunowa maszyna indukcyjna bezpośrednio przyłączana do zewnętrznej sieci. Urządzenie przewidziano jako wolnostojące lub do zabudowy we wnęce. Obudowa z nierdzewnej stali posiada panel sterowania miejscowego dla ewentualnej zmiany lub odczytu parametrów pracy. Zespół jest przyłączany w sposób standardowy do istniejącej instalacji gazowej budynku.
Model AC WhisperGen 0,8kWe/6kWt ma być stosowany w domach o rocznym zapotrzebowaniu ciepła rzędu 18 000 kWh i rocznym czasie pracy 3000 godzin. Przy założeniu, że z wytworzonej łącznej ilości 2400 kWh energii elektrycznej 85 proc. zostanie zużyte na miejscu, a pozostałe 15 proc. zostanie sprzedane do sieci, uzyska się oszczędność ok. 142 funty. Przy orientacyjnej cenie urządzenia wynoszącej 500 funtów okres zwrotu wydatków na jego zakup wyniesie 3-4 lat.
Wyższa sprawność układów „micro CHP” pozwoli na osiągnięcie poważnych korzyści ekologicznych. Ocenia się, że ich zastosowanie w 13 mln brytyjskich domów przyniesie obniżenie emisji dwutlenku węgla o ok. 16 mln t rocznie. Dla zakładów energetycznych duże znaczenie będzie miało zmniejszenie szczytowego obciążenia systemu elektroenergetycznego oraz możliwość odroczenia budowy nowych mocy wytwórczych dzięki instalowaniu rozproszonych generatorów WhisperGen.
Łączny wpływ czynników ekonomicznych i ekologicznych przy ciągłym doskonaleniu rozwiązań technicznych stwarza podstawę dla szybkiej ekspansji układów rozproszonego skojarzonego wytwarzania ciepła i elektryczności już w najbliższych kilku latach. Optymiści twierdzą zaś, że brytyjski rynek tej technologii może ulec nasyceniu jeszcze przed 2020 r. Wtedy to łączna elektryczna moc zainstalowana w gospodarstwach domowych tego kraju osiągnie poziom 15-20 GW i zrówna się z potencjałem wytwórczym energetyki atomowej. Wdrażanie nowych układów rozproszonej kogeneracji będzie ważnym elementem postępującej decentralizacji energetyki. Stanie się poważnym krokiem na drodze do własnej elektrociepłowni „domowej” i umożliwi aktywne włączenie się praktycznie wszystkim uczestnikom rynku energii do nadchodzącej rewolucji energetycznej.
Na podstawie materiałów firmy Whisper Tech Ltd. przygotował Piotr Olszowiec
|
|
|
|
