Silnik Stirlinga i PVT w systemie energetycznym dla prosumenta
Brytyjscy naukowcy opracowali system mający zapewnić niezależność energetyczną gospodarstw domowych w oparciu o niskoemisyjną energię. Do jego budowy wykorzystano m.in silnik Stirlinga oraz panel fotowoltaiczno-termalny.
Międzyuczelniana grupa naukowców z Wielkiej Brytanii opracowała system wykorzystujący m.in. silnik Stirlinga, instalację fotowoltaiczn0-termalną (Photovoltaic Thermal, PVT) oraz magazyn energii elektrycznej i cieplnej w celu całkowitego zaspokojenia potrzeb energetycznych różnych typów domów na Wyspach.
Dywersyfikacja źródeł
W pracy naukowej podkreśla się, że instalacja fotowoltaiczna nie jest w stanie efektywnie ze stałą wydajnością dostarczać energii na potrzeby gospodarstw domowych, głównie z uwagi na zmieniające się warunki atmosferyczne. Aby rozwiązać problem nieciągłości pracy instalacji PV, dobrym pomysłem według Brytyjczyków może okazać się hybrydyzacja różnych technologii i stworzenie układu kogeneracyjnego z wykorzystaniem np. silnika Stirlinga, odpowiadającego za przetwarzanie energii cieplnej na energię mechaniczną bez wewnętrznego procesu spalania paliwa.
Zaproponowany przez naukowców układ, który ma odpowiedzieć na zapotrzebowanie zarówno na energię cieplną, jak i elektryczną, składa się z modułów PVT, jednostki kogeneracyjnej opartej na silniku Stirlinga zasilanego gazem ziemnym, magazynu c.w.u. oraz baterii ołowiowo-węglowej. Dodatkowo w zaprojektowanym przez Brytyjczyków układzie pracują również dwie pompy. Pierwsza z nich odpowiada za doprowadzanie zimnej wody do panelu fotowoltaiczno-termalnego PVT, a druga dostarcza zimną wodę do układu z silnikiem Stirlinga.
Woda ogrzana za pośrednictwem dwóch źródeł – zanim trafi do zbiornika – miesza się ze sobą (osiągając temperaturę 60 st. C.) i następnie jest magazynowa w zbiorniku i wykorzystywana na potrzeby ogrzewania pomieszczeń i jako źródło c.w.u.
Alternator w silniku Stirlinga odpowiada za generację prądu przemiennego AC. Układ PVT z kolei wytwarza prąd stały DC. Za dystrybucję prądu użytecznego z perspektywy domowników (prąd przemienny) odpowiedzialny jest falownik, który to również odprowadza nadmiar niewykorzystanej energii elektrycznej do baterii ołowiowo-węglowej będącej tańszą alternatywą wobec magazynów litowo-jonowych.
W przypadku gdy opracowany system okazuje się niewystarczająco wydajny, nadal istnieje możliwość pobrania energii z sieci operatora dystrybucyjnego.
Z potencjałem, ale…
Opisany układ został przetestowany dla trzech różnych typów budynków: wolnostojącego domu jednorodzinnego, domu typu bliźniak oraz domu szeregowego.
Pod względem wyników ekonomicznych najlepiej wypadł dom wolnostojący, dla którego uśredniony koszt energii elektrycznej wyniósł około 3,1 zł/kWh, a uśredniony koszt energii cieplnej naukowcy ustalili na około 0,73 zł/kWh. Ponadto system wykazał maksymalny potencjał ograniczenia emisji CO2 w przypadku domu jednorodzinnego. Osiągnięte wskaźniki redukcji emisji CO2 dla różnych konfiguracji zużycia energii w domach mieszczą się w przedziale od 30 do 45 proc.
W przypadku pozostałych dwóch konfiguracji średni koszt energii elektrycznej wyniósł 3,98 zł/kWh oraz 4,09 zł/kWh – odpowiednio dla domu w zabudowie bliźniaczej i szeregowej. Koszty energii cieplnej wyniosły dla tych budynków odpowiednio: 1,10 zł/kWh i 1,13 zł/kWh.
Badacze zaznaczają, że średni koszt wytworzenia energii jest obecnie jednym z głównych wyzwań związanych z praktycznym zastosowaniem systemu. Wiąże się on z koniecznością dużych nakładów finansowych na instalację PVT, silnik Stirlinga i pozostałe niezbędne urządzenia. Jednakże, jak podkreślają, system wciąż wykazuje duży potencjał w kontekście redukcji CO2, co dla strategii energetycznej Wielkiej Brytanii jest znaczące w kontekście ambitnego celu dekarbonizacji do 2050 r.
Więcej informacji na temat efektów prac brytyjskich naukowców można znaleźć w artykule „Techno-economic and environmental analyses of a solar-assisted Stirling engine cogeneration system for different dwelling types in the United Kingdom” opublikowanym w „Energy Conversion and Management”.
[artykuł edytowany]
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
„zapewnić niezależność energetyczną gospodarstw domowych w oparciu o zeroemisyjną energię”
czy twórca artykułu nie widzi na obrazku butli z gazem? jak widać na obrazku ciepła strona silnika jest pozyskiwana z gazu ziemnego, więc to nie jest „zeroemisyjne” …. ech, portal specjalistyczny 😉
Rozwiązanie ciekawe, użycie silnika i pozornie zbędne ciepło wykorzystać do grzania a to co wytworzy to jest do przodu. Na pewno duża i westycja na początku. Zastanawiam się czy np silnik 10kW lub kulka dających 10 nie wystarczyły by do niejako ogrzewania gazem, a resztę niewykorzystanej energii można by sprzedać. Układ najwięcej ciepla by generował zimą, kiedy zapotrzebowanie na energię może być duże zważywszy na rosnącą ilość pomp ciepła
Ach jak to trudno w tytule zacytować poprawnie nazwisko Stirlinga…..panie Pajonk
Taki układ jaki rzekomo ci naukowcy ,,opracowali” pracuje w dziesiątkach lokalizacji na całym świecie.Ci sami mogliby ,,opracować” skonstruowanie koła, lub wynaleźć proch strzelniczy
Temat silnika Stirlinga jest ciekawy ale nadal nikt nie wymyślił jak go sensownie wykorzystać, bo wymaga dużo energii cieplnej, daje mało elektrycznej i jest drogi. Może pracować z tradycyjnym źródłem ogrzewania typu kocioł na pellet ale wtedy kiedy z pelletu ciągniemy 10kW cieplnej, silnik może wydusi z tego 400-500W elektrycznej. Nowoczesny budynek jednorodzinny potrzebuje 10kW cieplnej jak jest -25 na zewnątrz :>
Chyba że palimy dla samego palenia i ciepło idzie na zewnątrz, ewentualnie wykorzystujemy jego niewielką część na grzanie chaty. Ale wtedy koszty rosną no i nieszczęsnego ceo2 już się nie ograniczy 😉
Wszystkie większe wytwornice ciepła powinny przetwarzać możliwą część energii cieplnej na elektryczną
Rzeczywiście bardzo opłacalne bo agregat 5 kw. spala na godzinę 1.5 litra oleju w cenie 7 zł za litr i cała ta misterna kalkulacja naukowa bierze w łeb. Podsumowując 10 zł za paliwo podzielone przez 5 kwh daje 2 zł za 1 kwh. I po co ta cała checa z panelami itd.?