Nowa koncepcja parownika pracującego w obiegu ORC z przepływem wspomaganym siłami kapilarnymi i grawitacyjnymi

Nowym obiecującym kierunkiem rozwoju współczesnej energetyki, uzupełniającym scentralizowany sektor energetyki, jest sektor energetyki rozproszonej, w którym wytwarzana jest energia elektryczna w kogeneracji z ciepłem. W Instytucie Maszyn Przepływowych PAN powstała koncepcja domowej mikrosiłowni kogeneracyjnej [1÷4]. Mikrosiłownia ta ma służyć do produkcji energii elektrycznej i ciepła do użytku domowego. W przyszłości mikrosiłownia kogeneracyjna zastąpi konwencjonalne kotły do ogrzewania obiektów. Zaletą mikrosiłowni domowej jest jej kompaktowość oraz małe wymiary. Małe wymiary siłowni uzyskuje się dzięki wykorzystaniu nowoczesnych materiałów i nowoczesnej mikro- technologii. Gabarytowo kocioł z mikrosiłownią będzie niewiele różnić się od dotychczasowego kotła grzewczego, ale będzie oprócz funkcji ogrzewania wytwarzać dodatkowo energię elektryczną. Układ taki pracuje według cyklu Clausiusa-Rankina z czynnikiem organicznym jako płynem roboczym. Źródłem energii dla mikrosiłowni, może być gaz pochodzący ze spalania zasobów naturalnych lub źródła odnawialne. Mikrosiłownia parowa na czynnik niskowrzący, pracująca w zakresie znacznie niższych temperatur niż silnik spalinowy i turbina gazowa, wymaga mniej cennych materiałów, łatwiejsza też jest technologia jej wytworzenia. Za jej pomocą staje się możliwe generowanie energii elektrycznej przy cenach zbliżonych do cen energii wytwarzanej w tradycyjnych siłowniach dużej mocy Mikrosiłownia kogeneracyjna wykorzystuje energię paliwa, w prawie 90%. To oznacza, że około 70 do 80% stanowi ciepło dostarczane do ogrzewania obiektu, a około 10 do 20% to dodatkowa produkcja energii elektrycznej. Lepsze wykorzystanie energii paliwa w mikrosiłowniach kogeneracyjnych prowadzi do obniżenia szkodliwych emisji towarzyszących procesowi spalania paliwa. Mała siłownia kogeneracyjna może być w pełni zautomatyzowana i nie wymaga obsługi. W ten sposób użytkownicy energii, posiadacze kotłów z mikrosiłownią, stają się producentami energii elektrycznej. Schemat siłowni domowej skojarzonej z kotłem przedstawia rys. 1. Podstawowymi elementami składowymi mikrosiłowni są: kocioł (parownik), maszyna ekspansyjna (turbina parowa), skraplacz, generator elektryczny i pompa obiegowa. Koncepcja mikrosiłowni domowej wymaga rozwiązania szeregu nowych problemów, takich jak dobór czynnika roboczego i innych [5]. Jednym z nich jest też opracowanie kompaktowych wymienników ciepła. To właśnie od wymiarów wymienników zależy objętość zajęta przez mikrosiłownię w kotle domowym. Wykorzystanie sił kapilarnych do przetłaczania czynnika w obiegu ORC mikrosiłowni kogeneracyjnej jest pomysłem nowym, pozwalającym na zredukowanie lub nawet wyeliminowanie pompy przetłaczającej czynnik w obiegu Rankina. Należy podkreślić w tym miejscu fakt, że w przypadku czynników niskowrzących moc wymagana do napędu pompy jest nie do pominięcia, gdyż może stanowić nawet do kilkudziesięciu procent produkowanej przez system energii elektrycznej.

Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne, nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka, nauki o ziemi i środowisku