Домашняя мини тэц своими руками

Электричество из отопления. Часть 3. Когенерационные установки для дома (микро-ТЭЦ).

В предыдущих первой и второй частях мы рассказали о когенерации и ее преимуществах как способе производства электрической и тепловой энергии. Теперь пришел черед обзору домашних когенерационных установок (далее дКГУ) — какие бывают, как устроены, их преимущества и недостатки.
Как известно, дКГУ предназначены для обеспечения частных домов электричеством и теплом для отопления и горячего водоснабжения. По своему назначению дКГУ — домашние электростанции с функцией использования выделяемого тепла. В настоящее время все серийно выпускаемые дКГУ в качестве топлива потребляют магистральный природный газ. Ранее также выпускались установки на дизельном топливе, но из-за низкого спроса их выпуск был свернут. Далее рассмотрим, какие бывают дКГУ (только те, что в серийном производстве, экспериментальные образцы брать во внимание не будем). Как мы уже описали ранее, все КГУ состоят из следующих основных элементов: двигателя, электрогенератора, системы охлаждения двигателя и отвода полезного тепла, корпуса, системы управления и безопасности, и ряда других. Поэтому все дКГУ можно разделить по способу генерации электричества, а именно каким двигателем приводится электрогенератор. Двигатели современных дКГУ образуют 3 основных вида — газовые ДВС, двигатели внешнего сгорания (Стирлинга или паровой), и топливные элементы (ТЭ). Рассмотрим их по отдельности.

Газовые ДВС

Проще всего устроены дКГУ с газовым ДВС (двигателем внутреннего сгорания), иногда называемым газопоршневым двигателем. По сути, это обычный ДВС с жидкостным охлаждением, аналоги которого применяются в бензогенераторах, садовой технике и мототехнике. Только этот двигатель адаптирован к работе на магистральном газе и система охлаждения изменена для обеспечения перекачки через нее жидкого теплоносителя, далее используемого в домашней системе отопления. Для обеспечения автоматической работы двигателя и всей дКГУ применяется специальная система управления, и кроме того к ДВС добавляются еще некоторые необходимые элементы — система безопасности и другие.

Конструктивная простота дКГУ с ДВС компенсируется рядом недостатков, принципиально неустранимых из-за наличия ДВС с его особенностями. Это повышенный шум и вибрация, высокий уровень вредных выбросов, малый ресурс работы двигателя, большое потребление моторного масла. В то же время этот тип дКГУ — самый популярный среди потребителей, что можно объяснить его основным преимуществом — сравнительно высоким КПД по электричеству. Этот преимущество определяется тем, что современные ДВС достигли довольно высокого уровня механического КПД, благодаря чему, напрмер, в бензогенераторах электрический КПД может достигать 20-25%. У большинства производителей дКГУ модели с ДВС — основа их производственной линейки.

Двигатели внешнего сгорания

Следующий тип дКГУ — на двигателях внешнего сгорания. Как следует из названия, в таких КГУ сгорание топлива происходит снаружи двигателя, пламя через теплообменник нагревает жидкое или газообразное рабочее тело, при помощи которого и приводится двигатель. Отработавшая жидкость или газ обладает остаточным теплом, которое выводится через систему охлаждения и используется потребителем, например, для отопления. Такие двигатели бывают двух типов — Стирлинга и паровые. Сначала разберем двигатели Стирлинга — у них рабочим телом является газ, как правило гелий, который попеременно под воздействием поршня перетекает из нагреваемой камеры в охлаждаемую и наоборот. Движение поршня приводит электрогенератор — линейный или обычный вращающийся. На первый взгляд двигатель Стирлинга обладает целым рядом неоспоримых преимуществ — высокий КПД (теоретический), простота конструкции, способность работать на любом сгораемом топливе (тоже теоретическая). Однако на практике оказывается, что при современном уровне технологий достичь теоретических высоких параметров не получается, по крайней мере в серийном производстве. Для достижения хотя бы нескольких процентов КПД приходится использовать дорогой гелий под высоким давлением, который имеет способность постепенно утекать даже через самые изощренные уплотнения. А значит, (довольно часто) надо восполнять потери, и делать это нужно на специальном оборудовании — что затратно для потребителя. Сами уплотнения оказываются недолговечными и тоже периодически подлежащими замене при полной разборке двигателя. Кроме того, для эффективной работы двигатель Стирлинга должен быть оснащен довольно большими и дорогостоящими теплообменниками — а это означает, что стоимость всего дКГУ не может быть низкой. И с «любым» топливом тоже возникли проблемы — технически пока ни у одного производителя не получилось выпустить двигатель Стирлинга, работающего на чем-либо еще, кроме газа. В целом дКГУ с двигателем Стирлинга еще выпускаются, но за последние 10 лет число производителей во всем мире сократилось с 10-15 до 2-3.

Теперь о паровых двигателях — как известно, они приводятся в действие паром, получающимся из воды путем вскипания в паровом котле. При работе в режиме когенерации, как в дКГУ, отработавший пар поступает в систему конденсации, где охлаждается и конденсируется в воду, и далее при помощи насоса снова подается в котел.

По конструкции паровой двигатель — не самый простой агрегат, если дополнить его паровым котлом и системой конденсации, но у него есть свои преимущества. По сравнению с ДВС — паровой двигатель гораздо тише, меньше вибрации, вредные выбросы почти отсутствуют (в этом паровой дКГУ аналогичен обычному отопительному котлу). Ресурс парового двигателя во много раз выше ресурса ДВС, а оборот воды и масла в режиме когенерации полностью замкнут — значит, нет нужды в постоянном доливе. Но главное преимущество «паровика» — в его реальной (и подтвержденной на практике) способности работать на любом сгораемом топливе, в том числе на твердом — пеллеты, дрова, уголь, торф и т. д. Несмотря на очевидные преимущества, существуют и довольно серьезные технические сложности в создании парового дКГУ. Хотя разработки в этом направлении ведутся, серийно такие дКГУ пока не выпускаются.

Топливные элементы

Перейдем к третьему типу дКГУ — на топливных элементах (ТЭ). В таких установках нет двигателя в обычном понимании, его роль играет специальное устройство — ТЭ, где происходит разложение природного газа с выделением водорода, далее водород проходит через особую мембрану и соединяется с кислородом из окружающего воздуха, образуя воду. На своем пути водород теряет электрон, который проходит по электрической цепи, создавая ток. В описании выглядит просто, но для осуществления этого процесса необходимы специальные дорогостоящие материалы — катализаторы. Кроме того, используется особая керамика, выдерживающая высокие необходимые температуры (до 700 град. С).

Все это приводит к главному недостатку ТЭ — очень высокой стоимости. Также недостатком можно считать небольшую электрическую мощность дКГУ на ТЭ — не более 1 Квт, которой сумели добиться производители для своих серийных моделей. Среди преимуществ — сравнительно небольшие размеры, отсутствие вредных выбросов и самый высокий электрический КПД (до 40%). Последнее время все больше производителей внедряют в производство модели на ТЭ — это объясняется их «экологичным» статусом и соответствующими финансовыми преференциями в некоторых государствах (в основном страны ЕС и Япония).

На этом третья часть нашего рассказа заканчивается, а в следующей части мы сделаем обзор серийно выпускаемых дКГУ — производители, модели, характеристики, стоимость.

А пока можете более подробно ознакомиться с темой когенерации на официальном сайте проекта КРОПАТ .

Подписывайтесь и ставьте лайки! Скоро появится следующая часть!

*все иллюстрации взяты из открытых источников в интернете

Источник

🔥 НАСТОЛЬНАЯ ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ⚒️ СВОИМИ РУКАМИ и ОЧЕНЬ ПРОСТО

Настоящая Паровая машина с Электрогенератором способная вырабатывать электричество создана на кухонном столе из самых бросовых материалов и с минимальным набором инструментов.

В качестве основания использован деревянный брусок, а в качестве парового котла и водо-накопителя использована пустая банка из под газировки или пива.

Генератором стал подобранный по усилию вращения моторчик от магнитофона.
От его характеристик зависит и сила тока и то как самодельная паровая турбина справится с прокручиванием ротора в момент отбора мощности. первые опыты по запуску такой паровой машины с генератором тока не увенчались успехом.

Пришлось увеличить вращающий момент с помощью специального устройства концентрирующего струю пара на лопатках самодельной турбины.
Турбину, которую легко вращал паровой котел емкостью 0,5 пришлось модернизировать под мощность котла емкостью 0,33 увеличив количество лопаток.

Правда в процессе модернизации у турбины появились отверстия не способствующие КПД отдачи мощности, но с этим пробелом мы разберемся, а пока даже пробные запуски показали эффективность такой установки (настольного макета паровой машины с электрогенератором)

Изначально планировалось использовать в качестве разогрева котла самодельную спиртовку, но её размер оказался слишком велик и на выручку пришли таблетки сухого спирта.

Одной таблетки хватает чтобы буквально за минуту разогреть котел до температуры при которой струя пара очень сильно вращает самодельную турбину. Ток и напряжение я фиксировал с помощью старого советского тестера, что более правильно чем показания китайских дешевых вольтметров.

Результат меня порадовал. Конечно зажечь лампу накаливания даже слабую удастся вряд ли (макет все таки), но пару тройку светодиодов это уж точно, вот только потребуется небольшой преобразователь, которых я уже наделал немалую кучку для различных целей.

Источник

Электричество из отопления. Часть 5. Первая российская домашняя когенерационная установка: микро-ТЭЦ на паровом двигателе

В предыдущих первой, второй, третьей и четвертой частях нашего повествования мы рассказали о домашней когенерации, сравнили ее с другими видами автономного электроснабжения, изучили когенерацию как эффективный способ энергоснабжения и выяснили ее преимущества, дали описание существующих типов домашних когенерационных установок (дКГУ), их достоинств и недостатков, а также сделали обзор серийно производимых дКГУ и привели их технические характеристики и розничные цены.

В пятой части мы расскажем о нашем инновационном проекте из области домашней когенерации — это разработка бытовой когенерационной установки под названием «КРОПАТ». Эта установка, по сути, представляет собой домашнюю электростанцию, от которой отводится полезное тепло, достаточное для отопления и горячего водоснабжения. Таким образом, КГУ «КРОПАТ» заменяет обычный отопительный котел и может обеспечить домохозяйство автономным электроснабжением в полном объеме для бытовых нужд.

К настоящему моменту создан прототип дКГУ, который был испытан в продолжительном автоматическом режиме при работе на древесных пеллетах и на газе (пропан). Как планируется, будущая серийная модель «КРОПАТ» будет иметь примерно такую же конструкцию и размеры, как и прототип, за исключением нескольких комплектующих, которые нужно будет заменить для улучшения потребительских качеств КГУ. Поэтому нижеследующее описание прототипа можно рассматривать как предварительную информацию о запланированной к производству дКГУ «КРОПАТ».

Для начала — общая схема КГУ: в едином стальном корпусе размещены основные элементы — паровой котел, паровой двигатель, электрогенератор, система конденсации, водяной бак, питающий насос, система управления.

Работает КГУ следующим образом: извне топливо поступает в горелку парового котла, там топливо сгорает и нагревает воду в котле до образования водяного пара под давлением. Далее пар направляется в паровой двигатель, где совершает полезную работу — вращает электрогенератор. Электричество, вырабатываемое электрогенератором, направляется потребителю для использования для бытовых нужд. Отработавший пар из двигателя поступает в систему конденсации, где охлаждается теплоносителем (обраткой) из домашней отопительной системы. Нагревшийся от пара теплоноситель идет назад на отопление дома. В системе конденсации пар конденсируется в воду и сливается в бак. Потом вода из бака при помощи питающего насоса закачивается в котел, где она снова нагревается и рабочий цикл повторяется снова. КГУ работает в полностью замкнутом режиме и, кроме топлива, не требует долива рабочих жидкостей (воды, масла и т.д.). Микропроцессорная система управления обеспечивает полностью автоматический режим работы КГУ, не требующий участия пользователя, кроме пополнения запаса топлива.

На схеме КГУ не показаны многие вспомогательные элементы: датчики, клапаны, вентили, электродвигатели, дисплеи и кнопки управления и т.д. Для безопасности дКГУ будет снабжена несколькими предохранительными системами: утечка или превышение давления / температуры пара, наличие тяги в котле, утечка или отсутствие топлива, противопожарная сигнализация и аварийное отключение КГУ. Для устранения даже «теоретической» возможности взрыва парового котла при превышении давления пара, в конструкции КГУ применен котел прямоточного типа. В таком котле отсутствует большая нагреваемая емкость с водой, как в паровозе. Она заменена длинной тонкой металлической трубкой, сложенной во много витков, в которой находится и нагревается вода для превращения в пар. Одномоментно в трубке находится очень небольшое количество воды и пара, поэтому даже в случае разрыва трубки из места повреждения будет выходить только небольшая струйка воды или пара, которая будет полностью изолирована от потребителя наружными стенками КГУ.

Для серийной модели запланированы следующие показатели: максимальная электрическая мощность — 2.5 КВт, максимальная тепловая мощность — 25 КВт. На последних испытаниях прототип достиг электрической мощности 1.5 КВт, но нет технических препятствий, чтобы достичь плановой мощности после подбора и замены некоторых комплектующих. Размеры прототипа — 132*68*190 см (длина*ширина*высота), масса — 300 кг. Скорее всего, размеры и масса у серийной модели будут снижены за счет запланированной оптимизации конструкции КГУ. Кроме того, возможны изменение внешнего дизайна корпуса и размещение пульта управления как на корпусе КГУ, так и на стене рядом.

В конструкции КГУ «КРОПАТ» применен паровой двигатель, являющийся двигателем внешнего сгорания. Такой двигатель может использовать для работы любое сгораемое топливо — дрова, газ любой очистки, уголь, различные нефтепродукты, отходы и многое другое. Переход с одного топлива на другое потребует замены горелки парового котла и системы подачи топлива. Также возможно, для некоторых «сложных» видов топлива будет нужен специально под них сделанный паровой котел.

В России КГУ «КРОПАТ» — это первая отечественная когенерационная установка бытового класса (до 5 КВт по электричеству). А в мировом масштабе это первая микро-КГУ, способная работать на твердом топливе. Уникальные способности КГУ «КРОПАТ» обеспечивают ряд изобретений и ноу-хау, на которые уже получены 3 патенты и еще 2 находятся в работе. В частности, в рамках проекта «КРОПАТ» разработаны: принципиально новый паровой прямоточный двигатель, инновационный паровой прямоточный котел, оригинальная система управления, и многое другое.

На сегодня проект «КРОПАТ» — это готовая к внедрению технология создания когенерационных установок различной мощности. Вопрос с налаживанием производства домашних КГУ будет решен по мере поиска стратегических индустриальных партнеров для кооперации и сотрудничества в дальнейшей реализации проекта «КРОПАТ».

На этом наш рассказ о проекте «КРОПАТ» заканчивается, но продолжение следует: в следующей части мы расскажем о перспективах паропоршневой технологии, разработанной в рамках этого проекта для использования на транспорте, в промышленности и даже в солнечной энергетике. А пока вы можете более подробно ознакомиться с проектом КРОПАТ на его официальном сайте .

Подписывайтесь и ставьте лайки! Скоро появится следующая часть!

*все иллюстрации предоставлены разработчиками проекта КРОПАТ

Источник