ATAC i system - Energimyndigheten

More documents

Recommendations

Info

Test av kraftvärmeaggregat för ett hushåll med biobränsleeldad stirlingmotor Projekt nr: P20111-1 Projektledare: Gösta Amnell, Vattenfall Utveckling AB Projektdeltagare: Personal vid Vattenfall Utveckling AB Projektets varaktighet: 2001-12-01 till 2002-10-31 Beviljade medel: 930 000 kr Energimyndigheten, 930 750 kr Vattenfall Utveckling AB Referensgrupp: Robert Ingvarsson (Janfire), (ytterligare 2-3 st skall rekryteras) ___________________________________________________________________________ Projektbeskrivning (Project description and background): Stirlingmotorns egenskaper, bränsleflexibel och robust, är fördelaktiga för småskalig biobränslebaserad kraftvärmeproduktion. De enklare stirlingmotorerna har emellertid något låga elverkningsgrader (20-25 %), men det behöver inte vara en avgörande nackdel. En viktig egenskap är istället totalverkningsgraden. En typisk applikation för stirlingmotorn är bostadshus, där den i princip skulle kunna ersätta den befintliga värmepannan och där elproduktionen blir en bonus. Stirlingmotorns enkla konstruktion har också potential för sänkta tillverkningskostnader. De unika förutsättningarna i Sverige kan ge biobränslebaserad stirlingmotor bättre möjligheter än marknadsledande tekniker baserade på naturgas. De avgörande faktorerna är: • El och värme värderas, ur ett kundperspektiv, nästan lika. • Högre värmebehov än många andra länder. • Infrastruktur för leverans av biobränslepellet finns. • Konkurrenskraftiga pelletpriser. Erfarenheter och kunskap om stirlingmotordrift för småskaliga applikationer i bostadshus är begränsade och för att kunna utvärdera tekniken och anpassa den efter marknadens behov behöver drifterfarenhet byggas upp. Projektet omfattar två etapper: Etapp 1, installation- och intrimningsfas Upphandling av biobränsleeldad stirlingmaskin, installation, elinkoppling och intrimning. Maskinen instrumenteras för bl.a. mätning av verkningsgrader och emissioner. I dagsläget kan endast en maskin vara aktuell att införskaffa, nämligen den från Epas, av den enkla anledningen att de är de enda som kan visa upp en någorlunda färdig maskin för pelleteldning. Motorn är av gamma-typ med två vinkelställda cylindrar (90°). Generatorn, som har permanentmagneter monterade i svänghjulet, laddar batterier och ut till nätet levereras en perfekt sinusformad ström via en växelriktare. Eleffekten är för tillfället ca 0,8 kW. Motorn har permanentsmörjning. Service krävs för byte av packning efter ca 10000h, vilket är en enkel operation. Total livslängd beräknas till 100000h. Konstruktionen har medvetet gjorts enkel eftersom den första tillämpningen var en soldriven motor för vattenpumpning i Afrika. Därför använder man luft som arbetsgas. Den påfyllda luften tillförs motorn via ett filter som tar bort fukt och reducerar luften på syre så att det nästan blir ren kvävgas. Trycket underhålls
med en vanlig luftpump (cykel, bil) genom påfyllning ca en gång/vecka. Ingen sofistikerad reglering krävs, utan när motorn går ger generatorn ström till batteriet. Behövd värmeeffekt från pelletpannan är ca 5 kW vid 1000W axeleffekt. Rökgasen behöver då vara ca 900 °C vid den varma värmeväxlaren. Efter värmeväxlaren är den ca 650 °C. Detta innebär att brännaren behöver ge 15 - 20 kW och att det finns minst 14 kW värme som måste tas om hand. Detta är inte ekonomiskt, men det finns ännu ingen färdig lösning för detta p.g.a. att det är tänkt att t.ex. fabrikanterna av pelletbrännare och pannor skall lösa detta. Den lösning som finns i dag är att stirlingmotorn placeras mellan brännaren och pannan i rökgasströmmen. Att det går att få en bättre lösning finns dokumenterat från andra maskiner. Dessa använder en förvärmare för förbränningsluften vilket sänker erforderlig effekt och rökgasernas temperatur ca 150 °C efter förvärmningen. För att komma runt ovanstående problem tills en bättre lösning står till buds kopplas stirlingmotorns kylvattenkrets så att ett bättre tillvaratagande av kylvattnets energi kan simuleras. Det görs så att systemgränsen läggs närmare maskinen som om det inte behövdes så stor brännareffekt. Överskottet kommer då att dumpas. Hur stor del av den tillförda energin från brännaren om skall tillhöra maskinen kan varieras. På detta sätt kan ett enskilt hushålls behov av el- och värmeenergi simuleras och motorns reaktion på förändrad last mätas. Även olika driftstrategier kan simuleras. Testriggen kan simulera el-, värme- och varmvattenlast. Den simulerade ellasten, som är både resistiv och induktiv, genereras genom in och urkoppling enligt typlastkurvor. Framledningstemperaturen i värmesystemet kommer att styras efter "utetemperaturen" och värmelasten kyls bort i en värmeväxlare som representerar husets värmesystem. Varmvattnet bereds i en varmvattenberedare och lasten simuleras via ett tidstyrt tappschema. Etapp 2, drift- och utvärderingsfas Under denna fas skall olika driftfall testas och då mäts bl.a. verkningsgrader, energitäckningsgrader, emissioner och lastföljningsegenskaper. Dessutom förväntas att erfarenheter kring elinkoppling och drift mot elnätet erhålls. Underlag för testerna kommer att vara lastprofiler för el från mätningar i ett småhus. Mätningarna utförs med en upplösning på 2 sekunder. Ur dessa mätningar tas typkurvor fram för behovet av hushållsel under olika perioder av ett driftår. Typkurvorna kommer sedan att användas för simulering av ett småhus i testriggen för elektrisk last. Samtidigt uppträdande värmelast simuleras i testriggen för värme och varmvatten. Olika driftstrategier kommer att provas för att finna en optimal strategi. För närvarande planeras följande driftstrategier: • F1 – ingen förvärmning. Fullt varvtal på motorn och ackumulering av värme och el vid samtidig drift av panna och motor. • F2 – ingen förvärmning. Motorns varvtal följer pannans drift mot värmebehovet. • F3 – simulering av kontinuerligt reglerbar förvärmning. Fullt varvtal på motorn så länge motorns kyleffekt underskrider värmebehovet. Därefter on/off drift mot ackumulator enligt F1
Page 1 and 2: ATAC i system Projekt nr: P10025 -
Page 3 and 4: I Figur 2 visas ett exempel där 10
Page 5 and 6: Termodynamiska data för luft-vatte
Page 7 and 8: 2002-02-22 liquid components were a
Page 9 and 10: Dimensionering av befuktare för ev
Page 11 and 12: Slutsatser. Utfall i relation till
Page 13 and 14: Rekuperatorer för Gasturbinanlägg
Page 15 and 16: Blomgren) har skett här och viss a
Page 17 and 18: Expertsystem baserat på ANN: Metod
Page 19: Slutsatser. Utfall i relation till
Page 23 and 24: Biobränslebaserad småskalig kraft
Page 25 and 26: These findings together with the di
Page 27 and 28: stirlingmotorer för andra ändamå
Page 29 and 30: Projektets mål (Project goal): Fö
Page 31 and 32: Analys och optimering av avancerade
Page 33 and 34: Biomass and Natural Gas. Increased
Page 35 and 36: cycles, repowering of old steam uni
Page 37 and 38: Systemstudier av kraftcykler med Ch
Page 39 and 40: compensated by the steam cycle. The
Page 41 and 42: Development of tools for the design
Page 43 and 44: High Pressure Catalytic Combustion
Page 45 and 46: combustion catalysts. The incipient
Page 47 and 48: Project goal: The overall objective
Page 49 and 50: pressure ratio of 2.7. Above a pres
Page 51 and 52: Förbränning för koldioxidfria pr
Page 53 and 54: 3 candidate, the measurement strate
Page 55 and 56: Dynamisk processimulering för opti
Page 57 and 58: Slutsatser. Utfall i relation till
Page 59 and 60: Nedan anges viktiga delmål, dvs de
Page 61 and 62: Behov av fortsatta forskningsarbete
Page 63 and 64: Katalytisk förbränning av förgas

ATAC i system - Energimyndigheten

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?