Своя минитеплоэлектростанция

Перспективное направление. Давайте обсудим, может кто попробует и смастерить.

Паровики уже давно устарели. Стирлинги очень сложно строятся.
Для использования энегрии биомассы (дрова и т. п.) и утилизации тепла сейчас в мире применяют устройства с Organic Rankine Cycle (тема активно набирает обороты). Устройства эти не сложно повторяемые и реально работающие, хорошо масштабируются. Например


Вот видео небольшого устройства на 10кВт


Вот обучающее видео, где рассказывают как это работает


Для небольших устройств думаю вполне можно использовать готовые автоузлы - турбину, компрессор от автокондея, автогенератор. Все остальное делается в гараже. Работает от перепада температур в 60-80 градусов. Подаешь холодную и горячую воду в него, например выход с котла и обратку с теплого пола. Итоговый КПД системы котел генератор 70-90%. Короче своя микро теплоэлектростанция. Можно использовать все что горит, а также солнце.

 

Ничего так что на этом цикле и так работают турбины ТЭЦ? Только вот на перепаде 60-80 градусов кпд не просто притянут за уши, но и сильно натянут

 

Тубины на ТЭЦ работают в цикле Rankine Cycle.
Рабочей средой является перегретый пар.
На Organic Rankine Cycle старые ТЭЦ не работают.
Рабочая среда фреон.

Почитайте хоть википедию что-ли https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_Rankine_Cycle
На ORC цикле строят сейчас все установки для утилизации низкотемпературного тепла. И хватает в принципе и меньшего перепада для работы.

 

Фреоны или пропан в качестве рабочего тела-не важно. Важно то что кпд в 90 % ну никак не получить. Притянут кпд. Хотя согласен что низкопотенциальное тепло преобразует. сам интересуюсь установками, где перепад буквально 2-3 десятка градусов. У финнов такие есть геотермалки.
У кипятильника с охлаждальником кпд менее 1 У горелки или печки и того менее. Генератор с турбиной тоже не идеальные. Ну и где здесь кпд в 80-90%?

 

КПД явно суммарный, а не электрический. Термодинамику вроде ещё не отменили.
А вот электрический КПД интересен. Но он будет зависеть от конкретных деталей. Думаю, что не заточеные специально под этот цикл компоненты будут не особо эффективны.

 

Георг, там было не 80-90, а 70-90. По моим прикидкам 60% общий. Буржуи видать печку не включали в КПД. Хотя могу и ошибаться. Автору за тему респект, ибо в средней полосе, а тем паче в Сибири ТЭЦ актуально. Народ, а на русскоязычных сайтах по Ренкинам трёп где нибудь идёт? Я что то не встречал.

 

Так я и пишу - итоговый КПД., т.е. в режиме когенерации, но разве нам тепло не нужно?

КПД по электричеству даже в 20% по дому будет достаточно.
Рассмотрим типовой случай - дом 150 м2.
Тепловая мощность твердотопливного котла 20кВт (обычно меньше не делают).
Т.е. на выходе для пикового потребления можем получить 4кВт. Если особенно не привередничать, то в принципе хватит, НО!
Если нам мало будет пиковой мощности, то можно просто поставить теплоаккумулятор, в котором накопить 90 градусов и пиковую мощность получить любую. Он же поможет обойтись в промежутках между топками.
Ну а теплоаккумулятор, в отличии от аккумулятора устройство практически вечное
Система хорошо сопрягается с солнечными коллекторами, особенно летом.
Ресурс устройств на ORC большой и обычно проектируется на 20 лет работы.

Короче прям идеальная вещь, на первый взгяд. Но конечно на самом деле проблемы есть. Буржуи делают турбины и генераторы в одном корпусе, чтобы небыло утечек по фреону. Самодельщикам нужно будет как то выкручиваться.
И вторая проблема - это компрессор. Он должен качать жидкую фазу, а не пары, т.е. нужен какой-то специализированный.
Давайте думать.

 

Допустим перепад 10-90 градусов - тогда идеальный КПД тепловой машины
(363-283)/363=0.22
И уже от этого можно считать реальный КПД по электричеству.
Если использовать тепло после ОРЦ - то охладитель будет не 10 градусов, а минимум 40(обратка после батарей), тогда КПД упадёт до 363-313/363=0.13

 

Вот я об чем и говорю. Вложений на миллион, а отдачи с гулькин ...
Если нужен когенератор, то лучше уж тогда газовую микротурбину создать с внешней камерой сгорания. Нет ни фреона, ни двух теплообменников. Теплообменник один и весьма компактный с нормальной температурой для обычной системы отопления. И кпд по электричеству точно в районе 15-20 можно будет получить.

 

Конечно вы правы. От идеального цикла не скрыться никуда (а тем более реального). Подравняем цифры под реальность:

С 90 до 30 градусов (обратка теплого пола) идеальный кпд - 16,5%.
Возьмем КПД турбины и генератора 60% (хотя пишут 75%) = 9,9% реальный.

Но что это означает? Да то, что просто наш теплоаккумулятор разрядится быстрее с низким КПД. Т.е. из теплоаккумулятора тепловой поток мы можем кратковременно сделать любой (почти). И разряжаем мы его не куда-то, а на все на тоже отопление.

Если исходить из цифры КПД 9,9% от 20кВт, то средняя мощность в 1,98 кВт - тоже неплохо.
К тому же у машины нет преград для увеличения пикового КПД и пиковой мощности.
Пиковый КПД можно временно получить напрямую нагревая от котла минуя теплоаккумулятор (например другим контуром) или охлаждая улицу или нагревая ГВС (с +10).
Короче это уже дело схемотехники в обвязке. Сама машина останется одна и та же.

Вложений копейки. Выше выкладывал видео с 10кВт машинкой. Неужели она на миллион тянет. А если нужен КПД, то никто не запрещает подать 250 градусов.

Там обороты 100 тыс об/мин, здесь 8-20 тыс.
Там супер пупер генератор, тут обычный подключенный напрямую.
Там супер жаростойкие лопатки, тут алюминиевые.


Вот здесь Capstone microturbine против Infinity (ORC) бодается.

 

Пожалуй для нас не подойдет. Нагреть фреон то мы нагреем, он поработает в турбине, а чем потом охлаждать? Забортной водой? Так это мы просто будем тепло на улицу выкидывать. На термальных источниках это еще пройдет, а вот у нас окажется нецелесообразным.

 

Посмотрел по телеящику вашу ссылку. Ну очень как-то однобоко эта Инфинити сравнивает свое изделие с микротурбиной Капстоун. На биомассе с биогазом и газовая микротурбина может работать, а отсутствие выхлопа не такое уж и преимущество, т.к. для эффективной работы изделие от Инфинити просто в окружающую среду тепло должно сбрасывать.
Там даже в комментариях просмотревшими говорится о сравнении двух абсолютно разных вещей с гипертрофированной рекламой Инфинити. Надеюсь вы это могли сами прочитать, т.к. достаточно английским владеете. Не та это вещь, за которую ее выдают. Я уважаю ваше стремление найти действительно автономный источник и ценю ваш опыт в использовании солнечных коллекторов, но тут вы промахнулись.
Обороты относительно низкие преимуществом считаете? А вам случайно не известно что с ростом оборотов габариты генератора и его стоимость снижаются?
Сложность установки велика, объем фреона офигительный, полная невозможность самому техобслуживанием заниматься. С использованием солнца в качестве нагревателя даже у вас в Хабаровске установка может не окупиться никогда, не говоря о большей части территории России.

 

Конечно у инфинити это реклама, и как любая реклама она однобока, но зерно там есть. Другое дело почему ORC все называют перспективной?

Низкие обороты считаю премуществом в плане простоты подшипников.
Объем фреона офигенный на мощных установках (мегаваты), на 10кВт -ой я ничего дорогого и сложного не увидел.Ошибаюсь?
Солнце предлагаю использовать в качестве летнего дополнения, т.к. летом все-равно от них переизбыток энергии. Об окупаемости речи не вел.

Да и ведь не инфинити одна их уже выпускает. См. табличку
Обратите внимание на области применения:
солнечная, утилизация тепла, геотермальная, генерация.

Я не спорю, просто хочется разобраться уже в вопросе досканально для себя.

 

В любом тепловом двигателе нужно охлаждение. А куда в других системах его сбрасывают? Туда же и тут. Просто ORC дает возможность работы на небольших перепадах температуры.

 

не такой уж небольшой
они хотят 100 градусов перепада температуры
при этом высокая температура падает на 20 градусов, а низкая - поднимается на 10 градусов
и КПД у них всего 8-11%

тем, у кого есть большие выбросы например через вытяжную трубу (типа газовых котельных), это может быть интересно, но они просят много денег - 130 кб за 50 кВт