Stirling-motor mint a decentralizált energiatermelés egy lehetősége Meggi 2003 Kht. KKK Sopron Ökoenergetikai Kutatási Főirány Hallgató Ferenc ügyvezető, okl. erdőmérnök Sopron, 2006. március 3.
Energiaellátás és környezetvédelem • Az energiapolitika alakításakor szerte a világon három alapvető célt tűznek ki: az ellátás biztonságának növelését, gazdaságosságának javítását és a környezet védelmét. • A környezetet kímélő módon kell egyre több villamos energiát előállítani. • Sajnos a hőerőművek hatásfoka termodinamikai okokból korlátozott.
Hagyományos energiaellátás • A példában a felhasznált energia kb. 60%-a kerül a végfelhasználóhoz.
Közismert, hogy az ún. tömbfűtő-erőművek igen terjednek világszerte, így nálunk is. Ezek a gázzal (földgázzal vagy biogázzal) működő kiserőművek nagyon gazdaságosak. Ezek a gázmotoros tömbfűtő-erőművek vagy az ipari kiserőművek általában a villamos középfeszültségű hálózatra (10 kV, 20 kV vagy 35 kV) dolgoznak Ezeket az erőműveket is lehet decentralizált termelésűeknek nevezni. A decentralizált erőműparknak az a nagy előnye, nye hogy csökkenti a villamos hálózati veszteséget (kb. 10%).
500kW -10 MW között a kisebb gázturbinák mellett megjelentek a gázmotorok (dízelmotorok), és ezek elsősorban a helyi hőellátást szolgálják (a távfűtést vagy a közeli fűtést).
Az ún. törpeerőművek, amelyek például 1 kW és 500 kW közötti egységekből állnak. Ezek az erőművek, közvetlenül a fogyasztónál vannak, mindig közvetlen kapcsolatban állnak a hőtermeléssel, a fogyasztó hőés villamosenergia-igényét is kielégítik (ún. kogenerációs megoldások).
Kapcsolt termelés • A példában a felhasznált primer energia kb. 90%-a hasznosításra kerül a végfelhasználónál.
Dr. Stróbl Alajos makro-energetikus által ismertetett törpeerőművek csoportosítása: − − − − − − −
belső égésű motorok, mikro-gázturbinák, tüzelőanyag-elemek, Stirling-motorok, naperőművek (az eddigiek általában kapcsolt hőtermeléssel), mini-vízerőművek és kis szélerőművek (az összes lehet decentralizált kiserőmű).
Az elosztott törpeerőművek általában kisfeszültségre (230 V, 380 V) csatlakoznak, tehát a kisebb villamosenergia-fogyasztók hálózatára. Általában saját igényt elégítenek ki, de mód van – egyre több helyen – a visszatáplálásra is.
Stirling-gépekről • A hőlégmotorok története gyakorlatilag egyidős a gőzgépekével: • Az első utalás egy olyan gépről, ami a „forró levegő elvén működik” a francia Amontons-tól származik, 1699-ből. • Az első működőképes gépet Sir George Cayley, Yorkshirei földbirtokos építette 1807-ben.
• Robert Stirling, skót lelkész, a regeneratív hőcserélő feltalálója 1816-ban zárt ciklusú, regeneratív gépet épített testvérével, James-szel. Erőfeszítéseiket erősen korlátozták az akkori rossz minőségű szerkezeti anyagok.
• Több mint 100 évet váratott magára a gépek nagyobb lendületű fejlesztése. • A XIX. Század végén és a XX. Század elején boltokban árulták e motorokat. (leginkább szivattyúkat, ventillátorokat hajtottak vele)
A motor újjászületése • A Philips cég 1930-tól 100 V-os, 200 W-os kisméretű, csendes, hőenergiával működtetett hordozható villamos áramfejlesztő kifejlesztését tűzte ki célul. A cél eléréséhez a Stirling-motort választották. – A gép középnyomását drasztikusan megnövelték, így nőtt a teljesítménysűrűség; A hőbevitelhez és a hőelvonáshoz hőcserélőket alkalmaztak.
• A tranzisztorok megjelenését követően, 1950-től nagyobb teljesítményű gépeket fejlesztettek. • 1970-ben a fejlesztés megtorpant. • A ’90-es évekre a tüzelőanyag-árak megsokszorozódtak, a környezetvédelmi előírások megszigorodtak, a fejlesztés újabb lendületet vett. (napmotorok, NASA 25 kW-os szabaddugattyús motort fejlesztett.)
Stiling- motor működési elve:
Az ideális Stirling-ciklus:
Stirling-gépek típusai • A Stirling-gépeket a gépen belül bekövetkező térfogatváltozások vezérlik. Nagy számú működőképes variáció építhető. • Lehetnek, kettős működésűek:
• Lehetnek, egyszeres működésűek:
• Vagy pl. az ötletes forgattyús mechanizmussal megépített, M. A. Ross, Ohio-i ügyvéd és amatőr Stirling modell-építő által feltalált változat:
Az alfa típusú Stirling-motor:
• Alafa típusú megoldással működik az általunk forgalmazott (gázüzemű) kapcsolt hő- és elektromos áramot termelő egység:
Elektromos áram termelésekor hogy takarékoskodhatunk a fosszilis energiahordozókkal? • Elsősorban az energiahordozókat több fázisban történő hasznosíthatjuk. (kogenerációban) Mechanikai munka, hőés elektromos áram termelés. • Stirling-motorral (kogenerációban), a megújuló energiahordozók hasznosításával.
Stirling-motorok hasznosításásnak jelenlegi tendenciája • A német SOLO gyár bemutatott 2003-as terméke is és az új-zélandi 2005-ös fejlesztések is földgázüzemű motorok forgalmazását eredményezték eddig.
A modell működési elve:
A fejlesztésünk célkitűzései • A fejlesztésünkkel olyan Stirling-motor családot szeretnénk kifejleszteni, amely az előzőekben bemutatottakhoz hasonló, de megújuló energihordozókkal üzemel. Ezekkel a motorokkal szeretnénk üzemeltetni a kapcsolt hő- és elektromos áramot előállító moduljainkat, ami a tanyavillamosítás egyik fontos berendezése lehet. (kb. 700 W-os egység)
A CHP egységeink felhasználásának indokai: • Bármilyen fűtőanyaggal, így megújuló energiahordozókkal is üzemeltethető. • Kogenerációs és trigenerációs egységek is kialakítható felhasználásukkal. • Megvalósítják a decentralizált energiatermelést a felhasználók közelében. • Szigetüzemben is üzemeltethető. • Könnyen mobilizálható….
Köszönöm megtisztelő figyelmüket MEGGI 2003 KHT. 3526 MISKOLC, ARANY JÁNOS TÉR 10. E-mail:
[email protected]
