Мини ТЭЦ для дома
Значительная стоимость источников энергии, трудности и дороговизна подключения газа и централизованного электроснабжения, а в некоторых случаях и техническая невозможность подвода сетей, заставляет обращать внимание на альтернативные установки, способные обеспечить отопление и работу электроприборов.
При определенных условиях решить эту задачу может мини ТЭЦ для дома, работающая на различном топливе.
Пример установленной мини ТЭЦ
Отличия мини ТЭЦ и традиционных генераторов
Генератор — устройство способное преобразовать различные виды топлива в электрическую энергию. Большинство массово эксплуатируемых установок приводятся в действие двигателями внутреннего сгорания или газотурбинными установками. При этом значительная часть тепловой энергии, получаемая в результате сгорания топлива попросту выбрасывается на ветер.
Основные потери приходятся на систему охлаждения двигателя, выхлопные (отработанные) газы, нагрев смазочных жидкостей. По этой причине КПД всех существующих генераторов, которые можно использовать в частном порядке, невысок.
Мини ТЭЦ для дома на твердом топливе (или других типах источников энергии) позволяет использовать теплопотери, характерные генераторам, для получения значительного количества тепловой энергии. В промышленных масштабах теплоцентрали (ТЭЦ), работающие на крупных предприятиях, способны обеспечить потребности даже большого города. В последнее время все более востребованы становятся установки ТЭЦ сравнительно небольшой мощности, которые можно использовать в индивидуальных целях. При этом основной упор делается на агрегаты, способные работать на альтернативных источниках энергии (биотопливо, торф, брикеты и пеллеты, древесные отходы, дрова).
Современные ТЭЦ могут работать в двух основных режимах:
- Когенерация — получение электрической энергии и сопутствующая выработка тепла.
- Тригенерация — обеспечение электричеством и дополнительное получение не только тепла, но и холода для рефрижераторных установок.
Принцип работы и существующие виды ТЭЦ
Если для традиционной ТЭЦ основным агрегатом считается двигатель внутреннего сгорания, то мини ТЭЦ на дровах или древесных отходах работает за счет прямого сжигания топлива в котлах.
Поэтому несколько отличается и принцип действия установок:
- Вращение вала ДВС (двигателя внутреннего сгорания) приводит в действие генерирующую установку, вырабатывающую электроэнергия. Тепловая мощность снимается с системы охлаждения двигателя и из продуктов сгорания топлива.
- Установки на альтернативных источниках энергиив основном работают в комплекте с паровой турбиной, вырабатывающей электроэнергию. Сжигаемое топливо позволяет получить пар, необходимый для работы турбин. В качестве источника тепловой энергии используется отработанный водяной пар и продукты сгорания (дым).
На практике чаще всего применяют следующие модификации ТЭЦ:
1. Агрегаты на основе ДВС. К ним можно отнести оборудование с бензиновыми и дизельными двигателями, газопоршневыми и газотурбинными установками. Наиболее производительными считаются именно газовые модификации.
Мини ТЭЦ работающая на дизельном топливе
Эксплуатация ТЭЦ с дизельным приводом осложнена тем, что установка должна работать практически на полную мощность. В противном случае двигатель разогревается недостаточно и снять тепловую энергию с него достаточно проблематично.
Средняя стоимость мини ТЭЦ данного типа зависит от вырабатываемой мощности. На сегодняшний день она составляет около 20-30 тысяч за каждый кВт электроэнергии. При этом стоит учитывать то, что минимальная мощность таких установок составляет 25-30 кВт, и использование их в личных целях достаточно проблематично.
2. ТЭЦ на отходах деревообрабатывающих производства вполне может использоваться в лесных местностях или при наличии дешевого источника топлива.
Мини ТЭЦ работающая на древесных отходах
Для частного дома вполне подойдет мини ТЭЦ от компании SUN SYSTEM. Такая установка вполне способна обеспечить потребности жилого дома площадью до 400 квадратных метров.
Мощность мини ТЭЦ данной серии составляет 3 кВт по электроэнергии и 10 кВт по теплу. Основу агрегата составляет двигатель Стирлинга, в качестве топлива используются пеллеты. Средняя стоимость установки составляет 19 тысяч евро.
3. На сегодняшний день различные компании предлагают мини ТЭЦ для дома на биотопливе различных модификаций. При выборе таких установок следует учитывать тот факт, что экономическая целесообразность применения данных устройств будет присутствовать только при ежегодном потреблении не менее 3000 кВт*ч электроэнергии и 20 тысяч кВт тепла.
Мини-ТЭЦ на биотопливе от MW Power
При этом быстро окупается только то оборудование, которое работает с максимальной загрузкой. В противном случае срок окупаемости оборудования может значительно увеличится. Данный вариант наиболее подходит для коллективного использования, например, на 3-5 коттеджей или целый небольшой поселок.
Современные разработки микро ТЭЦ
Для индивидуальной эксплуатации рекомендуется обратить внимание на новое поколение оборудования — микро ТЭЦ. Для потребителей с небольшими потребностями в тепловой и электрической энергии такое оборудование будет лучшим выбором.
Так, микро ТЭЦ на основе того же двигателя Стирлинга,
VIESSMANN — VITOTWIN 300-W
- Идеально подойдет для небольшого загородного дома (при условии наличия доступа к природному или сжиженному газу).
- Средняя стоимость данной установки составляет 10,5 тысяч евро.
- Она позволяет получать 1 кВт электрической и 6 кВт тепловой энергии.
К основным преимуществам агрегата стоит отнести экономичность, низкий уровень создаваемого при работе шума. Еще одним плюсом считается простой монтаж (не сложнее обычного настенного котла).
Установка любой мини ТЭЦ, это в первую очередь работа на перспективу. Учитывая достаточно высокую стоимость оборудования, целесообразно коллективное применение данных агрегатов.
Но даже при личном использовании мини и микро ТЭЦ способны гарантировать энергетическую независимость от центральных сетей. Поэтому таким агрегатам предназначено большое будущее.
Источник
Как сделать паровую турбину
Идея практического применения энергии пара далеко не нова, использование паровых турбин в промышленных масштабах давно стало частью нашей жизни. Именно эти агрегаты, установленные на различных электростанциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электричеством наши дома. Однако, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип преобразования тепловой энергии в электрическую у себя дома. Для этого используется самодельная паровая турбина минимальных размеров и мощности. О том, как ее собрать в домашних условиях, и пойдет речь в данной статье.
Как работает паровая турбина?
В сущности, паровые турбины являются составной частью сложной системы, призванной преобразовать энергию топлива в электричество, иногда – в тепло.
На данный момент этот способ считается экономически выгодным. Технологически это происходит следующим образом:
- твердое или жидкое топливо сжигается в паровой котельной установке. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;
- полученный пар дополнительно перегревается и достигает температуры 435 ºС при давлении 3.43 МПа. Это необходимо для того, чтобы добиться максимального КПД работы всей системы;
- по трубопроводам рабочее тело доставляется к турбине, где равномерно распределяется по соплам с помощью специальных агрегатов;
- сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и заставляет его вращаться. Таким образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть принцип действия паровой турбины;
- вал генератора, представляющего собой «электродвигатель наоборот», вращается ротором турбины, в результате чего вырабатывается электроэнергия;
- отработанный пар попадает в конденсатор, где от соприкосновения с охлажденной водой в теплообменнике переходит в жидкое состояние и насосом снова подается в котел на прогрев.
Примечание. В лучшем случае КПД паровой турбины достигает 60%, а всей системы – не более 47%. Значительная часть энергии топлива уходит с теплопотерями и расходуется на преодоления силы трения при вращении валов.
Ниже на функциональной схеме показан принцип работы паровой турбины совместно с котельной установкой, электрическим генератором и прочими элементами системы:
Чтобы не допускать снижения эффективности работы, на валу ротора располагается максимальное расчетное число лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается наименьший зазор посредством специальных уплотнений. Простыми словами, чтобы пар «не крутился вхолостую» внутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована таким образом, чтобы расширение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но и в ее углублении. Как это происходит, отражает рабочая схема паровой турбины:
Следует отметить, что рабочее тело, чье давление после попадания на лопатки снижается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу попадает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом тепловой энергии, а потому по трубопроводам пар отправляется во второй блок низкого давления, где снова воздействует на вал посредством лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, устройство паровой турбины может предусматривать несколько таких блоков:
1 – подача перегретого пара; 2 – рабочее пространство блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.
Для справки. Скорость вращения ротора генератора может достигать 30 000 об/мин, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.
Как сделать паровую турбину в домашних условиях?
Множество интернет-ресурсов публикует алгоритм, согласно которому в домашних условиях и с применением небольшого количества инструментов изготавливается мини паровая турбина из консервной банки. Помимо самой банки понадобится алюминиевая проволока, небольшой кусочек жести для вырезания полоски и крыльчатки, а также элементы крепежа.
В крышке банки делают 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести вырезают крыльчатку турбины, прикрепляют ее к полосе, согнутой в виде буквы П. Затем полосу прикручивают ко второму отверстию, расположив крыльчатку таким образом, чтобы лопасти находились напротив трубки. Все технологические отверстия, сделанные во время работы, тоже запаивают. Изделие нужно установить на подставку из проволоки, заполнить водой из шприца, а снизу разжечь сухое горючее. Импровизированный ротор паровой турбины начнет вращаться от струи пара, вырывающегося из трубки.
Понятно, что такая конструкция может служить лишь прототипом, игрушкой, поскольку данная паровая турбина, сделанная своими руками, не может использоваться с какой-то целью. Слишком мала мощность, а о каком-то КПД и речи не идет. Разве что можно показывать на ее примере принцип действия теплового двигателя.
Мини-генератор электроэнергии можно реально изготовить из старого металлического чайника. Для этого, кроме самого чайника, потребуется медная или нержавеющая трубка с тонкими стенками, кулер от компьютера и небольшой кусочек листового алюминия. Из последнего вырезается круглая крыльчатка с лопатками, из которой будет сделана паровая турбина малой мощности.
С кулера снимается электродвигатель и устанавливается на одной оси с крыльчаткой. Получившееся устройство монтируется в круглом корпусе из алюминия, по размерам он должен подойти вместо крышки чайника. В днище последнего делается отверстие, куда впаивается трубка, а снаружи из нее выполняется змеевик. Как видите, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, поскольку змеевик играет роль пароперегревателя. Второй конец трубки, как нетрудно догадаться, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.
Примечание. Самая сложная и трудоемкая часть устройства – это как раз змеевик. Изготовить его из медной трубки легче, чем из нержавейки, но она долго не прослужит. От контакта с открытым огнем медный перегреватель быстро прогорит, поэтому лучше сделать его своими руками из нержавеющей трубки.
Применение паровой турбины
Налив в чайник воды и поставив его на включенный газ, можно убедиться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара достаточно, чтобы на выходе электродвигателя появилась ЭДС. Для этого к нему стоит подключить светодиодный фонарик. Помимо питания для электрических лампочек, возможно и другое применение паровой турбины, например, для зарядки аккумулятора сотового телефона.
В условиях квартиры или частного дома подобная мини-электростанция может показаться простой игрушкой. А вот оказавшись в походе и взяв с собой турбированный чайник с электрогенератором, вы сможете оценить по достоинству его функциональность. Возможно, в процессе вам удастся найти еще какое-нибудь назначение турбины. Больше информации об изготовлении походного генератора из чайника можно узнать, посмотрев видео:
Заключение
К сожалению, конструктивно паровые машины достаточно сложны и сделать дома турбину, чья мощность достигала хотя бы 500 Вт, весьма затруднительно. Если стремиться к тому, чтоб соблюдалась схема работы турбины, то затраты на комплектующие и потраченное время будут неоправданными, КПД самодельной установки не превысит 20%. Пожалуй, проще купить готовый дизель-генератор.
Источник
