Kogenerácia je združená výroba elektrickej energie a tepla v jednom technologickom zariadení. V súčasnosti kogeneračné jednotky nachádzajú svoje uplatnenie aj v inštaláciách, kde sa požaduje nízky elektrický a tepelný výkon, napríklad v rodinných domoch alebo v menších objektoch. V týchto oblastiach sa uplatňuje mikrokogenerácia - kogenerácia s maximálnym elektrickým výkonom do 50 kWe.
Filozofia ich použitia je vo výrobe tepla na pokrytie tepelných strát objektu a na prípravu teplej vody, ako bonus získava užívateľ elektrickú energiu. Vyrobená elektrická energia nie je primárne určená na predaj, ale spotrebováva sa priamo v mieste výroby, preto elektrický výkon mikrokogeneračnej jednotky musí čo najlepšie kopírovať spotrebu elektrickej energie objektu.
Princíp a história Stirlingovho motora
Patent Stirlingovho motora bol udelený škótskemu farárovi Robertovi Stirlingovi už v roku 1816 - v tom čase to bol vynález, ktorý predbiehal vtedajšie vedecké poznanie. Ideálny Stirlingov cyklus pozostáva zo štyroch termodynamických vratných dejov, z dvoch izochorických zmien (zmeny pri konštantnom objeme) a z dvoch izotermických zmien (zmeny pri konštantnej teplote). Teoretická termická účinnosť ideálneho Stirlingovho cyklu má pri daných teplotách rovnakú hodnotu ako termická účinnosť Carnotovho cyklu. Závisí len od pracovných teplôt, maximálnej teploty Th (závisí od zdroja tepla a vlastností konštrukčných materiálov) a minimálnej teploty Tk (závisí od účinnosti chladenia).
Stirling Engine Animation
Uzavretý cyklus vykonáva pracovné médium (najčastejšie vzduch, dusík alebo hélium), ktoré je pod stálym pretlakom, pričom veľkosť pretlaku vplýva na výkon motora. Pracovný priestor Stirlingovho motora pozostáva z dvoch pracovných častí (kompresný a expanzný) a z troch výmenníkov tepla (ohrievač, regenerátor a chladič).
Technické riešenie jednotky
Použitá mikrokogeneračná jednotka používa dvojvalcový Stirlingov motor s usporiadaním valcov do tvaru V. Ako pracovné médium používa hélium, ktoré je schopná kontinuálne podľa požiadaviek dopĺňať z externej tlakovej fľaše. Zdrojom tepla je plynový horák umiestnený v špeciálnej valcovej spaľovacej komore. Pri spaľovaní plynu sa využíva technológia FLOX - technológia bezplamennej oxidácie.
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Maximálny elektrický výkon | 2 - 9 kWe |
| Maximálny pracovný tlak | 150 barov |
| Priemerná elektrická účinnosť | 0,23 |
| Celková účinnosť | 0,91 |
Prevádzkové skúsenosti a regulácia
Zmenou tlaku pracovného plynu možno priamo ovplyvňovať dosahovaný elektrický výkon Stirlingovho motora. Zvýšenie tlaku pracovného plynu spôsobuje pri konštantnom objeme pracovného priestoru motora nárast hmotnosti pracovného plynu, a tým aj zvýšenie vykonanej práce. Dlhodobá prevádzka mikrokogeneračnej jednotky so Stirlingovým motorom typu alfa ukázala možnosti jej nasadenia v technickej praxi na zabezpečenie potrieb tepla a elektrickej energie pri menších objektoch (administratívne budovy, bytové domy, menšie prevádzky a pod).
Uskutočňuje sa uzatvorením plynovej armatúry a následným ochladzovaním spaľovacej komory vháňaním studeného vzduchu pomocou ventilátora pre spaľovací vzduch. Produkcia elektrického výkonu postupne klesá, následne je elektrický generátor prepólovaný do polohy trojfázového elektromotora, čo brzdí Stirlingov motor a prejaví sa odoberaním elektrickej energie z vonkajšej siete. Pozvoľné spomaľovanie a brzdenie Stirlingovho motora sa prejavuje zvýšeným hlukom a vibráciami.
tags: #mikrokogeneracny #kotol #stirlingov #motor