ELKRAFT Slutrapport for projektet: - Energinet.dk

PSO-FU2204 26 9 kW Stirlingmotor
3.1 Resultater fra laboratorieafprøvning af SM5A
Som en del af projektet er der gennemført et større måleprogram, hvor egenskaberne for 9
kW-motoren, SM5A-002, er blevet kortlagt. Måleresultaterne skal blandt andet anvendes til
at sammenligne med resultater fra en model til simulering af stirlingmotorens egenskaber. I
løbet af måleserien er der i alt lavet 76 målinger af stationære driftstilstande. Forsøgene i
DTU’s laboratorium omfatter måling af den stationære tilstand for forskellige kombinationer af
følgende parametre:
• middeltryk
• hederrørenes temperatur
• kølevandets temperatur
En tabeloversigt over målingerne kan ses i bilag 5, hvor de vigtigste resultater er vist, og de
følgende figurer illustrerer de målte data. Figur 3.4 viser motorens elektriske effekt som
funktion af hederrørenes temperatur. Alle de på figurerne viste forsøg er gennemført med
Helium som arbejdsgas. Teksten på figurerne henviser til:
R0: Regenerator type 0, som er standard regeneratoren fremstillet på DTU
P50, P65, P80: Middeltryk, 50 bar, 65 bar, 80 bar
K40, K55, K79: Kølevandstemperatur, 40°C, 55°C, 70°C
Figur 3.5 viser den elektriske virkningsgrad som funktion af hederrørenes temperatur for de
samme måledata, som ovenfor. Virkningsgraden er beregnet som forholdet mellem den
producerede elektriske effekt og forbruget af naturgas beregnet på basis af den nedre
brændværdi. Resultaterne viser, at den maksimale el-effekt er målt til næsten 11 kW
eksklusive egetforbrug til blæser og styring og den maksimale virkningsgrad til 26%.
Egetforbruget udgør ca. 300 W ved fuld last.
Som forventet stiger motorens effekt og virkningsgrad som funktion af hederrørenes
temperatur, mens stigende kølevandstemperatur medfører et fald i effekt og virkningsgrad.
En nærmere analyse viser også, at motorens effekt er nærmest proportional med
middeltrykket, mens trykket har mindre betydning for virkningsgraden.
Som anført I projektansøgningen var det hensigten at gennemføre forsøg med brint som
arbejdsmedie. Som beskrevet i afsnittet om brint, afsnit 5.4, er fordelene ved anvendelse af
brint i den én-cylindrede motor begrænsede, og sikkerhedsproblemerne taget i betragtning
blev det derfor besluttet ikke at gennemføre brint-forsøgene som planlagt. Af hensyn til
sammenligning af måleresultater med resultater fra modellen til simulering af stirlingmotorers
egenskaber, blev det besluttet at gennemføre en række forsøg med nitrogen som
arbejdsmedie. Viskositeten for nitrogen er højere end for Helium og varmeledningsevnen er
lavere, hvilket medfører, at motorens egenskaber ændres væsentligt. Det er ikke nogen
fordel under almindelig drift, men når man alene skal anvende resultaterne til sammenligning
med resultater fra simulering, er der en stor fordel. Det skyldes, at de høje strømningstab og
den lave varmeledningsevne stiller større krav til nøjagtigheden af de modeller, der
anvendes i simuleringsprogrammet. Resultaterne med nitrogen som arbejdsmedie er
nærmere beskrevet i afsnit 4.2 vedrørende simuleringsmodellen.