ЕНЕРГОУТВОРЮЮЧІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ДВИГУНА ЗОВНІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ - Наукові конференції
Головна
UA RU EN

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

ЕНЕРГОУТВОРЮЮЧІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ДВИГУНА ЗОВНІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

07.12.2022 15:27

[3. Технічні науки]

Автор: Косминський Ігор Владленович, кандидат технічних наук, доцент, Київський національний університет будівництва та архітектури, м. Київ


У багатьох країнах світу (перш за все, ЄС і США) основою інноваційного розвитку промисловості стає завдання переходу на новий технологічний рівень, пов'язаний з енергозбереженням, екологією та скороченням частки використання традиційних енергоресурсів. Так, до 2025 року в країнах ЄС більше 20% енергії вироблятиметься за рахунок використання альтернативних і поновлюваних видів палива[1]. В рамках вирішення цих завдань, за оцінками багатьох фахівців, найбільш перспективним шляхом є розробка, виробництво і широке впровадження енергоутворюючих  систем на основі двигунів Стірлінга.

Термодинамічний цикл розглянутих двигунів був запропонований в 1816 році шотландцем Робертом Стірлінгом. Наявність двох ізотерм визначає рівність термодинамічної ефективності ідеального циклу Стірлінга і циклу Карно. Тому теоретично двигуни, що працюють по циклу Стірлінга, потенційно найбільш високоефективні машини з усіх існуючих типів двигунів.

Перші найбільш інтенсивні і серйозні роботи по створенню конкурентоздатних двигунів Стірлінга, що відрізняються чистотою викидів, низьким рівнем шуму через відсутність вибухового згоряння, відсутністю систем газорозподілу і запалення, високою паливною економічністю почалися в 1934 році в  компанією «Philips N.V.»[2].

З 1975 року до 1990-х років роботи по створення двигунів Стірлінга велися в основному для автомобілебудівних компаній, таких як, " General Motors Co", "Ford Motor Co", "MAN" і для військових потреб [2]. Транспортні двигуни Стірлінга, як правило, виконувалися за типом подвійної дії, з лінійним приводом та інш. На даний час  транспортні типи двигунів Стірлінга широко використовуються в аерокосмічній техніці, підводному кораблебудуванні, в якості джерел енергії для переносних станцій зв'язку диверсійних груп і військ спеціального призначення, а також в інших галузях військової техніки.

 Наприкінці минулого століття в  створенні двигунів Стірлінга стало превалювати напрямок стаціонарних енергетичних установок. При їх серійному виробництві і експлуатації найбільш значущим показником є вартість, яка складається з вартості виготовлення і обслуговування. Масові і габаритні характеристики для стаціонарних когенераційних установок не є настільки визначальними. На основі цього, в сучасних типах двигунів Стірлінга закладені нові технічні рішення, що дозволили значно знизити їх вартість. Основні технічні характеристики пропонованих сьогодні на ринку енергетичних установок на основі двигунів Стірлінга, залежно від фірми виробника, коливається в межах:

- питома вартість від 1300 $ до 3000 $ за кіловат установленої потужності;

- моторесурс від 20000 до 87000 годин;

- ефективний к.к.д. до 45%.

Необхідно відзначити, що в останні роки на ринку виробників двигунів Стірлінга відбуваються серйозні зміни. До робіт по створенню двигунів Стірлінга приступили практично у всіх великих енергетичних компаніях світу. Про свої програми по двигуну Стірлінга заявили такі провідні в світі фірми з виробництва енергетичних установок, як «TODEM», "Cummins Power Generation", "Toshiba Corp.", "Mitsubishi Electric Corp."[3]. З'явилися нові потужні об'єднання, наприклад, європейський швейцарсько-німецький концерн «Stirling Systems AG» та транснаціональна корпорація, до складу якої входять провідні американські, японські, італійські і німецькі енергетичні фірми ("Merloni Termosanitari (MTS Group)" (Італія), "Bosch Group" (Німеччина) , "Rinnai" (Японія), "Infinia" (США).

Поява таких великих компаній, які об'єднують в собі значні фінансові та виробничі потужності, пояснюється новим вищим рівнем вимог до ефективності енергетичних систем, їх екологічної чистоти, зростанням вимог по використанню поновлюваних і чистих місцевих енергоресурсів. 

Перспективи використання машин Стірлінга в різних областях енергетики в даний час стали очевидним для всіх промислово розвинених країн світу, так за даними  експертів, в даний час в усьому світі не менше 140 науково-дослідних організацій і компаній ведуть інтенсивні дослідження в цьому напрямку. Провідними країнами в галузі проектування і створення машин Стірлінга є США, Великобританія, Японія, ФРН, Швеція та Нідерланди. Крім перерахованих країн, останнім часом почалися інтенсивні дослідження по двигунах Стірлінга в Китаї, ПАР, Австралії, Ізраїлі, Канаді, Індії та низці інших країн. Об'єктивно, в останні 15-20 років в світі почала формуватися нова перспективна галузь машинобудування - стірлінгобудування.

Сучасна світова енергетика розвивається в напрямку децентралізації енергопостачання, яке сприяє створенню автономних когенераційних установок і максимального використання поновлюваних джерел енергії. Виключна властивість двигунів Стірлінга, як двигуна із зовнішнім підведенням теплоти, дозволяє застосовувати не тільки традиційні види палива, але також всі без винятку види альтернативних палив, відомих в даний час в світі, наприклад, біогаз, вугілля, відходи деревообробної промисловості та сільського господарства, сонячну , атомну, високопотенційну теплоту димових газів і будь-які інші види енергії, робить їх особливо привабливими в зв'язку з використанням енергії з відновлюваних джерел. Двигун Стірлінга можна використовувати у всіх областях, де потрібно перетворення теплової енергії в механічну.

Висока екологічна чистота і ефективність забезпечують перспективність застосування двигунів Стірлінга в когенераційних установках (КУ) потужністю до 100 кВт, для одночасного вироблення електроенергії і тепла в місцях їх безпосереднього споживання. Це нова технологія для комбінованого виробництва електроенергії і тепла, на основі автономних двигунів і системи рекуперації тепла, в якій енергія охолоджуючої води і відпрацьованих газів використовується для потреб теплопостачання споживчей. Ефективність застосування двигунів Стірлінга в когенераційних установках, в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння і газовими турбінами, обумовлена особливістю його теплового балансу, що виражається в різниці між втратами теплоти з відпрацьованими газами і в охолоджуючу воду. Для двигуна Стірлінга цей баланс становить, відповідно, 10% і 40%, що з урахуванням більш високого ККД самого двигуна, дозволяє створювати компактні і високоефективні когенераційні установки (КУ). ККД сучасних стірплінг-генераторів з урахуванням отримання додаткового тепла може досягати до 95%[4].

Застосування КУ на основі двигунів Стірлінга дозволяє на 40% знизити витрату палива на виробництво електроенергії і тепла, в порівнянні з централізованим енергопостачанням. Собівартість 1 кВт х год  електроенергії, виробленої в когенераційної установки, в 3 - 4 рази нижче, ніж діючі тарифи централізованих енергосистем, а тепло виходить фактично безкоштовним. Застосування КУ дозволяє ефективно доповнювати  ринок теплоенергопостачання без реконструкції старих, перевантажених мереж, що особливо актуально для  українських реалій, викликаних війною. Автономна робота когенераційної установки дозволяє забезпечити споживачів теплом і електрикою зі стабільними температурними показниками і якісною гарячою водою.

Для прикладу в Німеччині починаючи з  2008 року реалізуюється федеральна енергетична програми по встановленню в будинках і помешканнях когенераційних установок з двигуном Стірлінга та  електричною потужністю від 1,5 кВт[5]. На думку німецьких фахівців, перетворення  в життя даного проекту дозволить уникнути будівництва трьох великих атомних електростанцій на території країни.

Сьогодні  з огляду на подорожчання органічного палива (нафти та природного газу), для багатьох країн світу становить значний інтерес можливість серійного виробництва електрогенераторів середньої потужності (від 3 до 100 кВт) з модифікацією двигуна Стірлінга під місцеве паливо. В якості місцевого палива для стірлінг-генераторів може використовуватися торф, подрібненне вугілля, сланці, відходи сільського господарства і лісопереробної промисловості. Вирішення даного питання найближчим часом дозволить забезпечити багато регіонів світу дешевими в експлуатації автономними енергоджерелами на місцевому паливі.

 Зараз на ринку вже з'явилися когенераційні установки з двигунами Стірлінга, в якості  палива для яких використовуються деревна тріска, торф, біогаз та відходи сільського господарства.

Повернення до біоресурсів - це не повернення в минуле, а розумний підхід до економіки та екології. Широке використання автономних джерел енергії, які працюють на місцевому паливі, відображає світову тенденцію на енерго- і ресурсозбереження. Найбільш інтенсивно цей напрям розвивається в країнах мають значний запас біоресурсів (ліси, торф'яних боліт і т.д.), до числа яких відносяться: Швеція, Норвегія, Данія, Фінляндія  та інші [6]. 

Література 

1. Топ-5 країн, які вкладають у ВДЕ більше всіх. ЦЕРН: веб-сайт. URL: http:// https://cern.com.ua/2018/09/29/top-5-krayin-yaki-vkladayut-u-vde-bilshe-vsih/ (дата звернення: 07.12.2022)

2. STIRLING. ENGINES. by. G. WALKER. CLARENDON PRESS • OXFORD. 1980.

3. Mehtiyev A.D. MULTI-FUEL ELECTRIC POWER STATION OF SUPER-SMALL POWER WITH EXTERNAL COMBUSTION THERMAL ENGINE CAPABLE OF EFFECTIVELY WORKING IN AGRICULTURAL KAZAKHSTAN / A.D. Mehtiyev, V.V. Yugai, A.D. Alkina et al. // International Research Journal.- 2018. - №12 (78). - URL: https://research-journal.org/archive/12-78-2018-december/mnogotoplivnaya-elektrostanciya-sverxmaloj-moshhnosti-s-teplovym-dvigatelem-vneshnego-sgoraniya-sposobnaya-effektivno-rabotat-v-usloviyax-selskoj-mestnosti-kazaxstana (accessed: 07.12.2022). - doi: 10.23670/IRJ.2018.78.12.015.

4. Когенераційні   технології    в    малій    енергетиці   :   монографія  /  В.А.Маляренко та інш. Харків : ХНУМГ ім.О.М.Бекетова, 2018.  454 с. 

5. Economic and social issues. Overview of the world economic and social situation, 2011 год.  UN: веб-сайт. URL: https://www.un.org (дата звернення: 07.12.2022). 

6. Задорожна І.П. Основи енергоефективності: навчально-методичний посібник для ПТНЗ: Львів, 2011. 78 с.

7. Косминський І. В., Мельниченко М. С. Модификація двигуна Стірлінга з додаванням вакуумної герметичності та охлолоджувача примусової дії //Техніка будівництва. – 2014. – №. 33. – С. 24-27.



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Інші наукові праці даної секції

Конференції

Конференції 2024

Конференції 2023

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення