Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Микро-теплоэлектроцентраль , микро-ТЭЦ , мкТЭЦ или мТЭЦ - это расширение идеи когенерации для дома на одну / несколько семей или небольшого офисного здания мощностью до 50 кВт . [1] Обычными технологиями производства тепла и электроэнергии в одном общем процессе являются, например, двигатели внутреннего сгорания , микрогазовые турбины , двигатели Стирлинга или топливные элементы .

Местная генерация имеет потенциал для более высокого КПД, чем традиционные генераторы сетевого уровня, поскольку ей не хватает 8-10% потерь энергии при транспортировке электроэнергии на большие расстояния. Также отсутствуют 10–15% -ные потери энергии от переноса тепла в тепловых сетях из-за разницы между теплоносителем тепловой энергии (горячей водой) и более холодной внешней средой.

Наиболее распространенные системы используют природный газ в качестве основного источника энергии и выделяют углекислый газ ; тем не менее, эффективная эффективность производства тепла ТЭЦ намного выше, чем у конденсационного котла, что снижает выбросы и затраты на топливо.

Обзор [ править ]

Система микро-ТЭЦ обычно содержит небольшую тепловую машину в качестве первичного двигателя, используемого для вращения генератора, вырабатывающего электроэнергию , при одновременном использовании отходящего тепла первичного двигателя для обогрева помещений отдельного здания и обеспечения горячей водой для бытовых нужд . [2] В топливных элементах нет вращающегося оборудования, но батарея топливных элементов и, где это применимо, также установка риформинга будут обеспечивать полезное тепло. Стек действительно генерирует мощность постоянного тока, которая преобразуется инвертором постоянного / переменного тока в сетевое напряжение. ЕС определяет микро-ТЭЦ как выходную электрическую мощность менее 50 кВт [1]однако у других есть более строгие определения, вплоть до <5 кВтэ. [3]

Генератор микро-ТЭЦ может в первую очередь следовать спросу на тепло, поставляя электричество в качестве побочного продукта, или может следовать спросу на электроэнергию для выработки электроэнергии с теплом в качестве побочного продукта. При использовании в основном для отопления системы микро-ТЭЦ могут вырабатывать больше электроэнергии, чем требуется мгновенно; затем излишки поступают в сеть.

Целью когенерации является использование большего количества химической энергии в топливе. Причина использования систем ТЭЦ заключается в том, что в соответствии с теоремой Карно крупные тепловые электростанции, вырабатывающие электроэнергию путем сжигания топлива, производят от 40% до 60% низкотемпературных отходов тепла . [4] Температура, производимая этим отходящим теплом (около 80 ° C - 150 ° C), позволяет использовать его для отопления помещений, поэтому в некоторых городских районах были установлены сети централизованного теплоснабжения. Тепловые сети имеют ограниченную протяженность, так как транспортировка тепла на большие расстояния неэкономична из-за потерь тепла из труб, и она не достигнет районов с низкой плотностью населения, иначе выручка на капитальные затратыспустится. Если централизованное теплоснабжение невозможно из-за низкой плотности потребности в тепле или из-за того, что местное коммунальное предприятие не инвестировало в дорогостоящие тепловые сети, эта тепловая энергия обычно расходуется через градирни или сбрасывается в реки, озера или море.

Системы микро-ТЭЦ обеспечивают высокоэффективную когенерацию с использованием отходящего тепла, даже если обслуживаемая тепловая нагрузка довольно низка. Это позволяет использовать когенерацию за пределами населенных пунктов или даже при отсутствии сети централизованного теплоснабжения. Эффективно производить электричество рядом с местом, где также можно использовать тепло. Малые электростанции (µCHP) расположены в отдельных зданиях, где тепло можно использовать для поддержки системы отопления и пополнения резервуара для горячей воды для бытового потребления, тем самым экономя мазут или отопительный газ. Системы ТЭЦ способны увеличить общее использование энергии первичных источников энергии. Таким образом, ТЭЦ неуклонно набирает популярность во всех секторах энергетической экономики из-за увеличения стоимости электроэнергии и топлива, особенно ископаемого топлива, а также из-за экологических проблем, в частностиизменение климата . [5]

На традиционной электростанции, поставляющей электроэнергию потребителям, около 34,4% первичной энергии входящего топлива, такого как уголь , природный газ , уран , солнечная энергия нефти или биомасса , доходит до потребителя через электричество [6], хотя эффективность может составлять 20% для очень старых заводов и 45% для новых газовых заводов. Напротив, система ТЭЦ преобразует 15–42% первичного тепла в электричество, а большая часть оставшегося тепла улавливается для горячего водоснабжения или отопления помещений.. В целом, более 90% тепла от первичного источника энергии (на основе LHV) может быть использовано, если производство тепла не превышает потребности в тепле. [7] [8] [9] [10] [11]

После 2000 года микро-ТЭЦ стала рентабельной на многих рынках по всему миру из-за роста цен на энергию. Развитию систем микро-ТЭЦ также способствовали недавние технологические разработки небольших тепловых двигателей. Это включает улучшенные характеристики и экономическую эффективность топливных элементов , двигателей Стирлинга , паровых двигателей , газовых турбин , дизельных двигателей и двигателей Отто .

Комбинированные системы теплоэнергетики (ТЭЦ) для домов или небольших коммерческих зданий обычно работают на природном газе для производства электроэнергии и тепла. [12] Если нет доступа к сети природного газа, что в целом является самой дешевой альтернативой, альтернативой может быть СНГ , СПГ или отопительное топливо (дизельное топливо). ПОМТЭ топливный элемент МЧП работает при низких температурах ( от 50 до 100 ° С) и требует высокой степени чистоты водорода. Он склонен к загрязнению; внесены изменения для работы при более высоких температурах и усовершенствования в установке риформинга топлива. ТОТЭтопливный элемент mCHP работает при высокой температуре (от 500 до 1000 ° C) и может хорошо работать с различными источниками топлива, но для работы с высокой температурой требуются дорогостоящие материалы; изменения сделаны для работы при более низкой температуре. Из-за более высокой температуры ТОТЭ в целом имеет более длительное время запуска и требует постоянной тепловой мощности даже в те моменты, когда нет тепловой нагрузки.

Системы когенерации, связанные с абсорбционными чиллерами, могут использовать отработанное тепло для охлаждения . [13]

В отчете Ecuity Consulting за 2013 год для Великобритании говорится, что MCHP является наиболее экономичным методом использования газа для выработки энергии на бытовом уровне. [14] [15]

В обзоре отрасли топливных элементов в 2013 году было заявлено, что с 64% мировых продаж микрокомбинированные тепловые и энергетические системы топливных элементов превзошли по продажам обычные системы микротЭЦ на базе двигателей в 2012 году. [16]

Технологии [ править ]

Системы двигателей Micro-CHP в настоящее время основаны на нескольких различных технологиях: [17]

  • Двигатель внутреннего сгорания
  • Двигатели Стирлинга
  • Топливная ячейка
  • Микротурбины
  • Паровой двигатель / Паровой двигатель [18] (с использованием либо традиционной воды, либо органических химикатов, таких как хладагенты )

Топливо [ править ]

Существует множество видов топлива и источников тепла, которые можно рассматривать для микро-ТЭЦ. Свойства этих источников различаются с точки зрения стоимости системы, стоимости тепла, воздействия на окружающую среду, удобства, простоты транспортировки и хранения, обслуживания системы и срока службы системы. Некоторые из источников тепла и топлива, которые рассматриваются для использования с микро-ТЭЦ, включают: природный газ , сжиженный нефтяной газ , биомассу , растительное масло (например, рапсовое масло), древесный газ , солнечное тепло , а в последнее время также водород., а также многотопливные системы. Источники энергии с наименьшими выбросами твердых частиц и чистого углекислого газа включают солнечную энергию, водород, биомассу (с двухступенчатой ​​газификацией в биогаз ) и природный газ. Благодаря высокой эффективности процесса когенерации, когенерация имеет все еще более низкие выбросы углерода по сравнению с преобразованием энергии в котлах, работающих на ископаемом топливе, или на тепловых электростанциях. [19] [20]

В большинстве когенерационных систем в качестве топлива используется природный газ, поскольку природный газ горит легко и чисто, он может быть недорогим, доступен в большинстве районов и легко транспортируется по трубопроводам, которые уже существуют в более чем 60 миллионах домов. [21]

Типы двигателей [ править ]

Поршневые двигатели внутреннего сгорания - самый популярный тип двигателей, используемых в системах микро-ТЭЦ. [12] Системы на основе поршневых двигателей внутреннего сгорания могут иметь такие размеры, чтобы двигатель работал с одной фиксированной скоростью, что обычно приводит к более высокому электрическому или общему КПД. Однако, поскольку поршневые двигатели внутреннего сгорания могут регулировать свою выходную мощность, изменяя свою рабочую скорость и расход топлива, системы микро-ТЭЦ, основанные на этих двигателях, могут иметь изменяющуюся электрическую и тепловую мощность, предназначенную для удовлетворения меняющегося спроса. [22]

Природный газ подходит для двигателей внутреннего сгорания , таких как двигатель Отто и газотурбинные системы. Газовые турбины используются во многих небольших системах из-за их высокой эффективности, небольшого размера, чистого сгорания, долговечности и низких требований к техническому обслуживанию. Газовые турбины с фольгированными подшипниками и воздушным охлаждением работают без смазочного масла и охлаждающих жидкостей. Отработанное тепло газовых турбин в основном находится в выхлопных газах, тогда как отработанное тепло поршневых двигателей внутреннего сгорания разделяется между выхлопной системой и системой охлаждения.

Двигатели внешнего сгорания могут работать от любого высокотемпературного источника тепла. Эти двигатели включают двигатель Стирлинга , турбонагнетатель на горячем «газе» и паровой двигатель . Оба варианта имеют КПД от 10% до 20%, и по состоянию на 2014 год небольшие партии продукции микро-ТЭЦ производятся.

Другие возможности включают органический цикл Ренкина , который работает при более низких температурах и давлениях с использованием низкопотенциальных источников тепла. Основным преимуществом этого является то, что оборудование по существу представляет собой кондиционер или холодильный агрегат, работающий как двигатель, при этом трубопровод и другие компоненты не должны быть рассчитаны на экстремальные температуры и давления, что снижает стоимость и сложность. Электрическая эффективность страдает, но предполагается, что такая система будет использовать отходящее тепло или источник тепла, такой как дровяная печь или газовый котел, которые в любом случае существовали бы для целей отопления помещений.

На будущее комбинированного производства тепла и электроэнергии, особенно для домов и малых предприятий, по-прежнему будут влиять цены на топливо, включая природный газ. Поскольку цены на топливо продолжают расти, это сделает экономику более благоприятной для мер по энергосбережению и более эффективного использования энергии , включая ТЭЦ и микро-ТЭЦ.

Топливные элементы [ править ]

Топливные элементы производят электричество и тепло в качестве побочного продукта. Преимущества стационарного топливного элемента перед ТЭЦ Стирлинга заключаются в отсутствии движущихся частей, меньшем техническом обслуживании и более тихой работе. Излишки электроэнергии можно вернуть в сеть. [23]

В топливных элементах PEMFC, работающих на природном газе или пропане, используется установка парового риформинга для преобразования метана в подаваемый газ в диоксид углерода и водород; затем водород вступает в реакцию с кислородом в топливном элементе с образованием электричества. [24] ПОМТЭ топливный элемент на основе микро-ТЭЦ имеет электрическую эффективность 37% LHV и 33% HHV и рекуперации тепла КПД 52% LHV и 47% ВГЧ с сроком службы 40000 часов или 4000 циклов старт / стоп , который приравнивается к 10 годам использования. По оценкам, к концу 2014 года в Японии было установлено 138 000 когенерационных систем на топливных элементах мощностью менее 1 кВт [17]. Большинство этих систем когенерации основаны на PEMFC (85%), а остальные - на SOFC.

В 2013 году срок службы составляет около 60 000 часов. Для блоков топливных элементов PEM, которые отключаются ночью, это соответствует расчетному сроку службы от десяти до пятнадцати лет. [25]

Технические цели Министерства энергетики США : бытовые комбинированные топливные элементы для производства тепла и электроэнергии мощностью 1–10 кВт, работающие на природном газе . [26]

Разработка топливных элементов
Тип2008 г.2012 г.2015 г.2020 г.
Электрический КПД при номинальной мощности 234%40%42,5%45%
Энергоэффективность ТЭЦ 380%85%87,5%90%
Заводская стоимость 4750 $ / кВт650 $ / кВт550 $ / кВт450 $ / кВт
Переходный отклик (10–90% номинальной мощности)5 минут4 мин3 мин2 мин
Время запуска при температуре окружающей среды 20 ° C60 мин.45 мин.30 минут20 мин.
Деградация при езде на велосипеде 5<2% / 1000 ч0,7% / 1000 ч0,5% / 1000 ч0,3% / 1000 ч
Срок службы 66000 часов30,000 часов40 000 часов60 000 часов
Доступность системы97%97,5%98%99%

1 Стандартный коммунальный природный газ, поставляемый при типичном давлении в линии бытового распределения.
2 Регулируемая чистая / нижняя теплота сгорания топлива переменного тока.
3 В расчет энергоэффективности ТЭЦ включается только тепло, доступное при температуре 80 ° C или выше.
4 Стоимость включает затраты на материалы и рабочую силу для производства штабеля, а также любые остатки оборудования, необходимые для работы штабеля. Стоимость определена из расчета 50 000 единиц продукции в год (250 МВт в модулях мощностью 5 кВт).
5 На основе операционного цикла, который будет выпущен в 2010 году.
6 Время до снижения чистой мощности> 20%.

Термоэлектрики [ править ]

Термоэлектрические генераторы, работающие на эффекте Зеебека, перспективны благодаря полному отсутствию движущихся частей. Однако эффективность является главной проблемой, поскольку большинство термоэлектрических устройств не могут достичь 5% эффективности даже при больших перепадах температур.

Солнечная микро-ТЭЦ [ править ]

CPVT [ править ]

Это может быть достигнуто с помощью фотоэлектрических тепловых гибридных солнечных коллекторов , другой вариант - это концентрированные фотоэлектрические и тепловые ( CPVT ), также иногда называемые комбинированными солнечными батареями тепла и энергии ( CHAPS ), - это технология когенерации, используемая в концентрированных фотоэлектрических элементах, которые производят как электричество, так и тепло. тот же модуль. Тепло можно использовать в системах централизованного теплоснабжения , водяного отопления и кондиционирования воздуха , опреснения или технологического тепла .

Системы CPVT в настоящее время производятся в Европе [27], а Zenith Solar разрабатывает системы CPVT с заявленной эффективностью 72%. [28]

Sopogy производит систему микроконцентрированной солнечной энергии (microCSP) на основе параболического желоба, которую можно установить над зданием или домами, тепло можно использовать для нагрева воды или солнечного кондиционирования воздуха , а также можно установить паровую турбину для производства электроэнергии.

CHP + PV [ править ]

Недавняя разработка небольших систем когенерации дала возможность для внутреннего резервного питания фотоэлектрических (PV) массивов жилых помещений . [29] Результаты недавнего исследования показывают, что гибридная система PV + CHP не только имеет потенциал для радикального сокращения потерь энергии в существующих электрических и отопительных системах, но также позволяет увеличить долю солнечных PV примерно на в пять раз. [29] В некоторых регионах, чтобы уменьшить отходы от избыточного тепла, был предложен абсорбционный чиллер для использования тепловой энергии, производимой ТЭЦ, для охлаждения фотоэлектрической системы. [30] Эти триген- фотоэлектрические системы могут сэкономить еще больше энергии.

Чистые измерения [ править ]

На сегодняшний день системы микро-ТЭЦ достигают значительной экономии и, следовательно, привлекательности для потребителей за счет стоимости электроэнергии, которая заменяется электроэнергией, производимой самостоятельно. Модель «генерировать и перепродавать» или нетто-учетная модель поддерживает это, поскольку вырабатываемая дома электроэнергия, превышающая мгновенные потребности дома, продается обратно электроэнергетической компании. Эта система эффективна, потому что используемая энергия распределяется и используется мгновенно по электрической сети . Основные потери связаны с передачей энергии от источника к потребителю, что обычно меньше, чем потери, возникающие при локальном хранении энергии или выработке энергии с КПД, меньшим, чем пиковая эффективность системы микро-ТЭЦ. Итак, с чисто технической точки зрения динамическое управление спросом и нетто-учет очень эффективны.

Еще одно преимущество net-metering заключается в том, что его довольно легко настроить. Абонентская электрический счетчик может легко записывать электрический energyr выход, а также войти в дом или бизнес. Для сети с относительно небольшим количеством пользователей микро-ТЭЦ не требуется вносить никаких изменений в конструкцию электрической сети. Кроме того, в Соединенных Штатах федеральные, а теперь и многие государственные нормативные акты требуют, чтобы операторы коммунальных услуг выплачивали компенсацию любому, кто добавляет мощность в сеть. С точки зрения оператора сети, эти точки создают операционную, техническую и административную нагрузку. Как следствие, большинство операторов сетки компенсировать не- полезностивкладчиков власти по ставке, меньшей или равной ставке, которую они взимают со своих клиентов. Хотя эта схема компенсации может показаться почти справедливой на первый взгляд, она представляет собой лишь экономию затрат потребителя за счет отказа от покупки электроэнергии по сравнению с истинными затратами на производство и эксплуатацию для оператора микро-ТЭЦ. Таким образом, с точки зрения операторов микро-ТЭЦ, нетто-учет не идеален.

Хотя нетто-учет является очень эффективным механизмом для использования избыточной энергии, вырабатываемой системой микро-ТЭЦ, у него есть недостатки: в то время как основным источником генерации в электрической сети является крупный коммерческий генератор, генераторы нетто-измерения «переливают» электроэнергию на смарт сеткислучайным и непредсказуемым образом. Однако эффект незначителен, если только небольшой процент потребителей вырабатывает электроэнергию, и каждый из них производит относительно небольшое количество электроэнергии. При включении духовки или обогревателя из сети потребляется примерно столько же электроэнергии, сколько вырабатывает домашний генератор. Если процент домов с генерирующими системами станет большим, то влияние на сеть может стать значительным. Координация между генерирующими системами в домах и остальной частью сети может быть необходима для надежной работы и предотвращения повреждения сети.

Статус рынка [ править ]

Япония [ править ]

По величине развертывания микро-ТЭЦ в Японии в 2009 году с более чем 90000 единиц в месте, [17] с подавляющим большинством существа Honda «s [31] типа„ЭКО-волевого“. [32] Шесть японских энергетических компаний запустили в производство продукт PEMFC / SOFC ENE FARM мощностью 300 Вт – 1 кВт [33] [34] в 2009 году, с 3000 установленных единиц в 2008 году, производственная цель - 150 000 единиц на 2009–2010 годы и цель - 2 500 000 единиц в 2030 году. [35] В 2012 году в рамках проекта Ene Farm было продано 20 000 единиц, что составляет примерно 50 000 установок PEMFC и до 5 000 установок SOFC. [36]На 2013 год действует государственная субсидия на 50 000 единиц. [25] В рамках проекта ENE FARM в 2014 году будет установлено 100 000 систем, в период 2012–2014 гг. Было установлено 34 213 PEMFC и 2,224 SOFC, 30 000 единиц на СПГ и 6 000 на СНГ . [37]

ЭКОВИЛЛ [ править ]

Продается различными газовыми компаниями и по состоянию на 2013 год смонтировано в общей сложности в 131 000 домов. Изготовлено компанией Honda с использованием одноцилиндрового двигателя EXlink, способного сжигать природный газ или пропан. Каждая установка производит 1 кВт электроэнергии и 2,8 кВт горячей воды. [38]

PEMFC [ править ]

  • В декабре 2012 года Panasonic и Tokyo Gas Co., Ltd. продали около 21 000 единиц PEM Ene-Farm в Японии по цене 22 600 долларов США до установки. [39] [40]
  • Toshiba and Osaka Gas Co., Ltd./Nichigas [41] установила 6 500 единиц PEM ENE FARM (производства CHOFU SEISAKUSHO Co., Ltd. [42] ) в ноябре 2011 года. [43]

SOFC [ править ]

  • В середине 2012 года, JX Nippon Oil Co. и Sanyo и Сейба Gas Energy Co. проданы около 4000 единиц ТОТЭ Эна Farm. [44]
  • Aisin Seiki в сочетании с Osaka Gas, Kyocera , Toyota и Chofu Seisakusho начали в апреле 2012 года продажи SOFC ENE-FARM Type S примерно за 33 500 долларов США до установки. [45]
  • НГК является производителем мТЭЦ мощностью 700 Вт-1 кВт. [46]
  • Miura Kogyo [47] и Sumitomo Precision Products с блоком 4,2 кВт.
  • Тото Лтд. [48]

Южная Корея [ править ]

В Южной Корее субсидии начнутся с 80 процентов стоимости отечественного топливного элемента. [49] Возобновляемые Портфолио Стандартная программа с возобновляемыми сертификаты энергии прогонов с 2012 по 2022 [50] Системы квот выступают крупные, вертикально интегрированные генераторы и многонациональные электрические коммунальные услуги, если только потому , что сертификаты , как правило , номинированные в единицах одного мегаватт-час. Их также сложнее разработать и внедрить, чем зеленый тариф . [51] В 2012 году было установлено около 350 жилых блоков МТЭЦ. [52]

  • PEMFC, GS FuelCell , [53] FuelCell Power, [54] Hyundai Hysco [55] СП с Plug Power и Hyosung , [56]
  • SOFC производства KEPRI , [57] LS Industrial Systems (от ClearEdge Power ), Samsung Everland (ClearEdge Power).
  • MCFC компании POSCO Energy ( FuelCell Energy ) [58] и Doosan .
  • PAFC Doosan Fuel Cell America
  • AFC AFC Energy

Европа [ править ]

Проект ene.field в рамках седьмой рамочной программы Европейского государственно-частного партнерства « Топливные элементы и водород» направлен на развертывание к 2017 году [59] до 1000 бытовых установок комбинированного производства тепла и энергии (микро-ТЭЦ) на топливных элементах в 12 странах-членах ЕС.

  • Программа объединяет 9 зрелых европейских производителей микро-ТЭЦ с ТЭЦ в общую аналитическую структуру для проведения испытаний всех доступных технологий ТЭЦ на топливных элементах. Испытания микро-ТЭЦ на топливных элементах будут установлены и активно контролироваться в жилых домах в различных европейских рынках отопления, типах жилых помещений и климатических зонах , что приведет к получению бесценного набора данных о внутреннем потреблении энергии и применимости микро-ТЭЦ по всей Европе.
  • Проект ene.field также объединяет более 30 коммунальных предприятий, поставщиков жилья и муниципалитетов для вывода продуктов на рынок и изучения различных бизнес-моделей для развертывания микро-ТЭЦ. [60] [61] [62]

Швеция [ править ]

Powercell Sweden - компания по производству топливных элементов, которая разрабатывает экологически чистые электрические генераторы с уникальной технологией топливных элементов и риформинга, которые подходят как для существующего, так и для будущего топлива.

Германия [ править ]

В Германии в 2015 году было установлено около 50 МВт от мТЭЦ до блоков мощностью 50 кВт. [63] Правительство Германии предлагает крупные льготы по ТЭЦ, включая рыночную надбавку на электроэнергию, вырабатываемую ТЭЦ, и инвестиционный бонус для микро-ТЭЦ. В рамках немецкого испытательного проекта Callux на ноябрь 2014 г. было установлено 500 м ТЭЦ. [37] Северный Рейн-Вестфалия запустил программу субсидирования 250 миллионов для до 50 кВт, рассчитанную на период до 2017 года. [64]

PEMFC [ править ]

  • BDR Thermea / BAXI (Toshiba)
  • Виссманн (Panasonic) [65]
  • Elcore , [66] аддон мощностью 300 Вт. [67]
  • Тропический [68]
  • Dantherm Power
  • Riesaer Brennstoffzellentechnik GmbH (собственное проектирование) [69]

SOFC [ править ]

  • Центр технологий топливных элементов (ZBT) ( JX Nippon ) [70]
  • Компания Ceramic Fuel Cells установит до 2014 года до 100 блоков ТОТЭ в рамках проекта SOFT-PACT [71] с E.ON в Германии и Великобритании. Завод в Хайнсберге , Германия, по производству блоков микро-ТЭЦ на основе ТОТЭ был запущен в июне 2009 года для производства 10 000 блоков мощностью 2 киловатт в год. [72]
  • Вайллант (Санфайр / Стаксера) [73]
  • Buderus / Junkers - Bosch Thermotechnik (Айсин Сейки) [74]
  • SOFCpower / Аристон
  • Ито-Даалдероп ( Сила Цереры )
  • Виссманн ( Hexis ), [75] [76]

Великобритания [ править ]

По оценкам, по состоянию на 2002 год в Великобритании находилось в эксплуатации около 1000 систем микро-ТЭЦ. В основном это Whispergen с двигателями Стирлинга и поршневые двигатели Senertec Dachs . Рынок поддерживается правительством посредством регулирующей работы, и некоторые правительственные деньги на исследования расходуются через Energy Saving Trust и Carbon Trust , которые являются государственными органами, поддерживающими энергоэффективность в Великобритании. [77] Начиная с 7 апреля 2005 года, правительство Великобритании снизило НДС с 20% до 5% для систем микро-ТЭЦ, чтобы поддержать спрос на эту появляющуюся технологию за счет существующих, менее экологически чистых технологий. Снижение НДС составляет 10,63% [78]. субсидия для микро-ТЭЦ по сравнению с обычными системами, что поможет микро-ТЭЦ стать более конкурентоспособным по стоимости и, в конечном итоге, стимулировать продажи микро-ТЭЦ в Великобритании. Считается, что из 24 миллионов домашних хозяйств в Великобритании от 14 до 18 миллионов подходят для установки микро-ТЭЦ. [79] Две разновидности топливных элементов когенерационных установок mCHP почти готовы к массовому производству и планируется выпустить на коммерческие рынки в начале 2014 года. Поскольку льготный тариф правительства Великобритании доступен на 10-летний период, a ожидается широкое распространение технологии.

PEMFC [ править ]

  • В начале 2012 меньше , чем 1000 1 кВтэ Baxi -Innotech [80] РЕМ микро-ТЭЦ блоки из BDR Thermea были установлены [81]
  • ИП-ТЭЦ

SOFC [ править ]

  • Предполагается, что завод Ceres Power в Хоршэме, Великобритания, по производству микро-ТЭЦ на основе ТОТЭ, начнет мелкосерийное производство во второй половине 2009 года [82]
  • Керамические топливные элементы

Дания [ править ]

Датский проект мТЭЦ с 2007 по 2014 год с 30 блоками находится на острове Лолланн и в западном городе Варде . [83] Дания в настоящее время участвует в проекте Ene.field.

  • Топливный элемент EWII
  • Дантерм Пауэр ( Баллард Пауэр )

Нидерланды [ править ]

Субсидия на микро-ТЭЦ была прекращена в 2012 году. [81] Чтобы проверить влияние мТЭЦ на интеллектуальную сеть , 45 блоков ТОТЭ на природном газе (каждый 1,5 кВтч) от Republiq Power ( керамические топливные элементы ) будут размещены на Амеланд в 2013 г. будет функционировать как виртуальная электростанция . [84]

Соединенные Штаты [ править ]

Федеральное правительство [ когда? ], предлагая 10% налоговую скидку для небольших коммерческих приложений ТЭЦ и микро-ТЭЦ. [ необходима цитата ]

В 2007 году американская компания «Climate Energy» из Массачусетса представила «Freewatt» [85], систему микро-ТЭЦ, основанную на двигателе Honda MCHP в комплекте с газовой печью (для систем теплого воздуха) или бойлером (для гидравлической или принудительной вентиляции). системы водяного отопления).

  • AFC Doosan Fuel Cell America
  • PEMFC Plug Power ( Ballard Power Systems )

Freewatt больше не поступает в продажу (по крайней мере, с 2014 года). В ходе испытаний было обнаружено, что он работает с КПД 23,4% для электричества и КПД 51% для рекуперации отработанного тепла. [86] [87]

Marathon Engine Systems, компания из Висконсина, производит систему микро-ТЭЦ с регулируемой электрической и тепловой мощностью, называемую ecopower, с электрической мощностью 2,2–4,7 кВтэ. Согласно независимым измерениям, эффективность ecopower составила 24,4% и 70,1% эффективности утилизации электроэнергии и отходящего тепла, соответственно. [86] [88]

Канада [ править ]

  • Hyteon PEM [89]

В рамках пилотной программы, запланированной на середину 2009 г. в канадской провинции Онтарио, система Freewatt предлагается строителем Eden Oak [90] при поддержке ECR International, [91] Enbridge Gas Distribution и National Grid . [92]

Исследование [ править ]

В настоящее время в Амеланде , Нидерланды, проводятся трехлетние полевые испытания углеводородного природного газа до 2010 года, когда 20% водорода добавляется в местную распределительную сеть КПГ , а также задействованы кухонные плиты , конденсационные котлы и котлы на микро-ТЭЦ. [93] [94]

В ходе полевых испытаний Micro-CHP Accelerator, проведенных между 2005 и 2008 годами, изучались характеристики 87 двигателей Стирлинга и устройств внутреннего сгорания в жилых домах в Великобритании. Это исследование показало, что устройства привели к экономии углерода в среднем на 9% для домов с потреблением тепла более 54 ГДж / год. [95]

В документе ASME (Американского общества инженеров-механиков) полностью описаны характеристики и опыт эксплуатации двух комбинированных теплоэлектроцентралей жилого размера, которые работали с 1979 по 1995 год. [96]

Университет штата Орегон, финансируемый Агентством перспективных исследований Министерства энергетики США - Энергетика (ARPA-e), протестировал современные системы микро-ТЭЦ в Соединенных Штатах. Результаты показали, что современная микро-ТЭЦ номинальной мощностью 1 кВтэ работала с электрическим и общим КПД (на основе LHV) 23,4 и 74,4% соответственно. [87] Современная система номинальной мощностью 5 кВтэ работала с электрическим и общим КПД (на основе LHV) 24,4 и 94,5% соответственно. [88]Самый популярный домашний резервный генератор мощностью 7 кВт (не ТЭЦ) работал с электрическим КПД (на основе LHV) 21,5%. Цена на аварийный резервный генератор была на порядок ниже, чем на генератор мощностью 5 кВтэ, но прогнозируемый срок службы системы был более чем на 2 порядка меньше. Эти результаты показывают компромисс между эффективностью, стоимостью и долговечностью. [86]

Агентство перспективных исследований Министерства энергетики США - Энергетика (ARPA-e) выделило 25 миллионов долларов на исследования mCHP в программе GENerators for Small Electric and Thermal Systems (GENSETS). [97] [98] 12 проектных групп были отобраны для разработки технологии м ТЭЦ мощностью 1 кВтэ, которая может обеспечить 40% -ный электрический КПД, иметь 10-летний срок службы системы и стоить менее 3000 долларов.

См. Также [ править ]

  • Распределенная генерация
  • Районное отопление
  • Зеленый тариф
  • Геотермальная энергия в Исландии
  • Электрическая система с привязкой к сети
  • Домашний топливный элемент
  • Щипковый анализ
  • Относительная стоимость электроэнергии, произведенной из разных источников
  • Стационарные топливные элементы
  • Хронология водородных технологий
  • Тригенерация
  • Виртуальная электростанция

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «ДИРЕКТИВА 2012/27 / ЕС по энергоэффективности, статья 2 (39)» . eur-lex.europa.eu . 2012-10-25 . Проверено 11 августа 2017 .
  2. ^ Микро-когенерация - к децентрализованным энергетическим системам | Мартин Пехнт | Springer . Springer. 2006. ISBN 9783540255826.
  3. ^ Де Паэпе, Мишель; Д'Хердт, Питер; Мертенс, Дэвид (01.11.2006). «Системы микро-ТЭЦ для бытового применения». Преобразование энергии и управление . 47 (18): 3435–3446. DOI : 10.1016 / j.enconman.2005.12.024 .
  4. ^ А., Çengel Юнус (2014-01-07). Термодинамика: инженерный подход . Болес, Майкл А. (Восьмое изд.). Нью-Йорк. ISBN 978-0073398174. OCLC  869741544 .
  5. ^ Ноттер, Доминик А .; Куравелу, Катерина; Карахалиос, Феодорос; Далету, Мария К .; Хаберланд, Нара Тудела (2015). «Оценка жизненного цикла приложений PEM FC: электрическая мобильность и μ-ТЭЦ». Energy Environ. Sci . 8 (7): 1969–1985. DOI : 10.1039 / C5EE01082A .
  6. ^ "Государственные профили электроэнергетики - Управление энергетической информации" . www.eia.gov . Проверено 11 августа 2017 .
  7. ^ Розато, А .; Сибилио, С. (2012-12-01). «Калибровка и проверка модели для моделирования тепловых и электрических характеристик устройства микрокогенерации на базе двигателя внутреннего сгорания». Прикладная теплотехника . 45 : 79–98. DOI : 10.1016 / j.applthermaleng.2012.04.020 .
  8. ^ Экспериментальное исследование бытовых когенерационных устройств и калибровка моделей Приложения 42: отчет подзадачи B FC + COGEN-SIM, Моделирование топливных элементов, интегрированных в здание 1, и других когенерационных систем, Приложение 42 Международного энергетического агентства «Энергосбережение в зданиях» и Программа общественных систем . Босолей-Моррисон, Ян, Арндт, Улли, Канада. Министерство природных ресурсов Канады., Программа энергосбережения в зданиях и общественных системах МЭА. Приложение 42 - Моделирование интегрированных в здание топливных элементов и других когенерационных систем. [Оттава]: [Природные ресурсы Канады]. 2007. ISBN 9780662475231. OCLC  226302449 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  9. ^ де Сантоли, Ливио; Бассо, Джанлуиджи Ло; Альбо, Анджело; Бруски, Даниэле; Настаси, Бенедетто (01.12.2015). «Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, работающий на H2NG, работающий как микро-ТЭЦ для бытового использования: предварительный экспериментальный анализ энергетических характеристик и численное моделирование для оценки LCOE» (PDF) . Энергетические процедуры . 69-я конференция Итальянской ассоциации теплотехники, ATI 2014. 81 : 1077–1089. DOI : 10.1016 / j.egypro.2015.12.130 .
  10. ^ Роселли, Карло; Сассо, Маурицио; Сибилио, Серджио; Цшойчлер, Питер (01.04.2011). «Экспериментальный анализ микрокогенераторов на различных первичных двигателях». Энергия и здания . 43 (4): 796–804. DOI : 10.1016 / j.enbuild.2010.11.021 .
  11. ^ Томас, Бернд (март 2008 г.). «Контрольные испытания блоков микро-ТЭЦ». Прикладная теплотехника . 28 (16): 2049–2054. DOI : 10.1016 / j.applthermaleng.2008.03.010 .
  12. ^ a b Angrisani, G .; Roselli, C .; Сассо, М. (2012-08-01). «Распределенные системы микротригенерации». Прогресс в области энергетики и горения . 38 (4): 502–521. DOI : 10.1016 / j.pecs.2012.02.001 .
  13. ^ Три поколения история успеха архивации 4 марта 2016, в Wayback Machine
  14. ↑ Роль микро-ТЭЦ в мире умной энергетики. Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine.
  15. ^ Отчет Micro CHP вызывает горячие дискуссии о будущем энергетики Великобритании. Архивировано 20 марта 2016 г. на Wayback Machine.
  16. ^ Обзор сотового промышленности топлива 2013 архивации 14 апреля 2016, в Wayback Machine
  17. ^ a b c Элламла HR; Staffell, I; Bujlo, P; Pollet, BG; Пасупати, С. (28 мая 2015 г.). «Текущее состояние комбинированных теплоэнергетических систем на топливных элементах для жилого сектора». Журнал источников энергии . 293 (С): 312–328. Bibcode : 2015JPS ... 293..312E . DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2015.05.050 .
  18. ^ Du, R .; Робертсон, П. (2017). «Экономичный сетевой инвертор для микрокомбинированной теплоэнергетической системы» (PDF) . IEEE Transactions по промышленной электронике . 64 (7): 5360–5367. DOI : 10.1109 / TIE.2017.2677340 . ISSN 0278-0046 . S2CID 1042325 .   
  19. ^ Dorer, Виктор; Вебер, Андреас (2009-03-01). «Энергетический и углеродный след систем микро-ТЭЦ в жилых домах с различным уровнем спроса на энергию». Журнал моделирования производительности зданий . 2 (1): 31–46. DOI : 10.1080 / 19401490802596435 . ISSN 1940-1493 . S2CID 109576810 .  
  20. ^ Dorer, Виктор; Вебер, Андреас (2009-03-01). «Оценка эффективности использования энергии и выбросов CO2 для бытовых систем микрокогенерации с помощью динамических программ моделирования всего здания». Преобразование энергии и управление . 50 (3): 648–657. DOI : 10.1016 / j.enconman.2008.10.012 .
  21. ^ «Число потребителей природного газа в США» . www.eia.gov . Проверено 11 августа 2017 .
  22. ^ «Когенерация ecopower® от Marathon Engine Systems» . www.marathonengine.com . Проверено 11 августа 2017 .
  23. ^ Интеграция микро-ТЭЦ на топливных элементах в сеть низкого напряжения: тематическое исследование в Дании. Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine.
  24. ^ "Система обработки топлива Osaka Gas для ENE ・ FARM | Когенерационная система бытовых топливных элементов с полимерным электролитом (PEFC) | OSAKA GAS" . Архивировано 16 января 2016 года . Проверено 14 августа 2015 .
  25. ^ a b Последние разработки в схеме Ene-Farm. Архивировано 14 апреля 2016 г. на Wayback Machine.
  26. ^ МЭ Распределенная / Стационарные системы топливных элементов архивации 6 ноября 2014, в Wayback Machine
  27. ^ Мировые исследователи возобновляемой энергии исследуют гибридную концентрированную солнечную энергетическую систему. Архивировано 20 декабря 2014 года на Wayback Machine.
  28. ^ "Zenith Solar Projects - Явне" . zenithsolar.com . 2011. Архивировано из оригинального 15 апреля 2011 года . Проверено 14 мая 2011 года .
  29. ^ а б Дж. М. Пирс (2009). «Расширение проникновения фотоэлектрических систем с помощью распределенной генерации в жилых помещениях на основе гибридных солнечных фотоэлектрических + комбинированных систем теплоэнергетики». Энергия . 34 (11): 1947–1954. CiteSeerX 10.1.1.593.8182 . DOI : 10.1016 / j.energy.2009.08.012 . ЛВП : 1974/5307 . 
  30. ^ A. Nosrat; Дж. М. Пирс (2011). «Стратегия и модель диспетчеризации для гибридных фотоэлектрических и комбинированных систем отопления, охлаждения и энергетики». Прикладная энергия . 88 (9): 3270–3276. CiteSeerX 10.1.1.593.5625 . DOI : 10.1016 / j.apenergy.2011.02.044 . ЛВП : 1974/6439 . 
  31. ^ «Honda Worldwide | 17 июля 2007 г.« Компактная бытовая когенерационная установка Honda достигла совокупных продаж в 50 000 единиц в Японии » » . World.honda.com. Архивировано из оригинального 15 июня 2012 года . Проверено 12 июня 2012 .
  32. ^ Микро ТЭЦ в Японии
  33. ^ (на английском языке) Япония 2005-2008 mchp [ мертвая ссылка ]
  34. ^ FCgen-1030V3 архивации 7 июля 2011, в Wayback Machine
  35. ^ В ФАРМ топливные элементы жилые запущены в архиве 16 июня 2012, в Wayback Machine
  36. ^ МЭА CHP и DHC Collaborative архивации 3 марта 2016, в Wayback Machine
  37. ^ a b Enfarm enefield eneware Архивировано 15 февраля 2016 г. в Wayback Machine.
  38. ^ "Honda Global | Honda Motor Co., LTD" . Архивировано 21 ноября 2016 года . Проверено 29 марта 2015 .
  39. ↑ Запуск нового продукта топливных элементов для дома «Ene-Farm», более доступного и простого в установке. Архивировано 10 июля 2014 г. на Wayback Machine.
  40. ↑ Характеристики бытовых топливных элементов Panasonic. Архивировано 29 марта 2016 г. на Wayback Machine.
  41. ^ Nichigas Эне Farm архивации 9 ноября 2013, в Wayback Machine
  42. ^ Центра корпорации TOSHIBA реконструкций «Эн Farm» жилые топливные элементы архивация 3 марта 2016, в Wayback Machine
  43. ^ Центра корпорации TOSHIBA реконструкций «Эн Farm» жилые топливные элементы архивация 3 марта 2016, в Wayback Machine
  44. ^ Последние новости номер 196, 2012 FCDIC архивации 5 марта 2016, в Wayback Machine
  45. ^ В-ФАРМ Тип S архивация 17 марта 2016, в Wayback Machine
  46. ^ Разработка SOFC для бытового использования [ постоянная мертвая ссылка ]
  47. ↑ Миура. Архивировано 4 мая 2016 г. в Wayback Machine.
  48. ^ Toto Ltd [ постоянная мертвая ссылка ]
  49. ↑ Южная Корея объявляет о 80-процентной субсидии на отечественные топливные элементы. Архивировано 17 марта 2010 г., на Wayback Machine.
  50. ↑ Состояние и перспективы НИОКР по топливным элементам в Корее. Архивировано 5 декабря 2013 г. на Wayback Machine.
  51. ^ Механизмы политики в области возобновляемых источников энергии, автор Пол Джип. Архивировано 10 мая 2012 г. в Wayback Machine (1,3 МБ)
    Лаубер В. (2004). «РЕФИТ и RPS: варианты гармонизированной структуры Сообщества», Энергетическая политика, Том. 32, Issue 12, pp.1405–1414.
    Лаубер, В. (2008). «Торговля сертификатами - часть решения или часть проблемы?» Люблянская конференция о будущем торговли выбросами парниковых газов в ЕС, март 2008 г. Зальцбург, Австрия: Зальцбургский университет. Проверено 16 марта 2009 г. на сайте: www.uni-salzburg.at/politikwissenschaft/lauber.
  52. ^ Клетка индустрия топлива обзор 2012 архивации 1 июля 2016, в Wayback Machine
  53. ^ GS FuelCell Co., Ltd Дата архивации 3 марта 2016, в Wayback Machine
  54. ^ FuelCell Сила архивации 7 июля 2014, в Wayback Machine
  55. ^ Hyundai Hysco архивации 31 января 2015, в Wayback Machine
  56. ^ Hyosung в 1кВт низкотемпературная PEMFC Система архивации 4 марта 2016, в Wayback Machine
  57. ^ Kepri архивации 9 июля 2015, в Wayback Machine
  58. ^ 2009-Начальный этап коммерциализации бытовых топливных элементов в Корее. Архивировано 4 марта 2016 г., на Wayback Machine.
  59. ^ 5-я генеральная ассамблея заинтересованных сторон FCH JU. Архивировано 10 ноября 2013 года на Wayback Machine.
  60. ^ ene.field Архивировано 2 октября 2016 г. в Wayback Machine.
  61. ^ Общеевропейские полевые испытания микро-ТЭЦ на топливных элементах. Архивировано 9 ноября 2016 г. на Wayback Machine.
  62. ^ ene.field Грант № 303462. Архивировано 10 ноября 2013 г. в Wayback Machine.
  63. ^ BAFA: Официальная статистика по введенным в эксплуатацию когенерационным блокам за год, загружена 12 марта 2016 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
  64. ^ Северного Рейн-Вестфалия правительства пусков капитал субсидии на микро-ТЭЦ архивного 9 ноября 2013, в Wayback Machine
  65. ^ Номер 211-2013 FDIC -Viesmann-Panasonic архивации 6 октября 2014, в Wayback Machine
  66. ^ Elcore - Elcomax
  67. ^ Обработка стоимости бытовых топливных элементов. Архивировано 6 апреля 2016 г. на Wayback Machine.
  68. ↑ Tropical, архивная копия от 4 апреля 2016 г., в Wayback Machine.
  69. ^ Собственный
  70. ^ ZBT архивации 27 марта 2016, в Wayback Machine
  71. ^ Твердотельного окисного топливного элемента микро-ТЭЦ полевые испытания Заархивированные 6 октября 2014, на Wayback Machine
  72. ↑ Керамические топливные элементы. Архивировано 29 июня 2016 г. на Wayback Machine.
  73. ^ Sunfire архивации 28 ноября 2016, в Wayback Machine
  74. ^ Энергетический центр Buderus Logapower FC10 поставляет как тепло, так и электричество. Архивировано 9 февраля 2015 г., в Wayback Machine.
  75. ^ Hexis архивации 20 мая 2016, в Wayback Machine
  76. ^ Viessmann анонсировала две отдельных сделки с Hexis Архивированного 18 марта 2016, в Wayback Machine
  77. ^ ТЭЦ - бум микрогенерации? Архивировано 6 января 2009 года на Wayback Machine.
  78. ^ Не 12,5%, как можно было изначально подумать: субсидированная система стоит 105 / 117,5% от нормы, разница составляет 12,5 / 117,5 = 10,63%.
  79. ^ Роль микро-ТЭЦ в мире интеллектуальной энергетики = март 2013 г. Архивировано 4 марта 2016 г., Wayback Machine
  80. ^ BAXI-Иннотек архивации 5 февраля 2015, в Wayback Machine
  81. ^ a b Micro-CHP Japan продолжает лидировать по мере появления блоков топливных элементов. Архивировано 11 января 2016 г., в Wayback Machine.
  82. ^ . Ceres Power подписывает контракт на сборку ТЭЦ на топливных элементах с Daalderop. Архивировано 20 марта 2016 года на Wayback Machine.
  83. ^ Демонстрация микро-ТЭЦ на основе датских топливных элементов. Архивировано 6 ноября 2014 г. на Wayback Machine.
  84. ^ "Methaanbrandstoffen op Ameland" (PDF) (на голландском языке). Архивировано из оригинального (PDF) 01.11.2013.
  85. ^ ANnalysis данных , собранных для системы Freewatt microCHP в Сиракузах, штат Нью - Йорк архивной 2 апреля 2015 года, на Wayback Machine
  86. ↑ a b c Taie, Z., Hagen, C. (2016). Заключительный научно-технический отчет ARPA-e - Программа сравнительного анализа домашних генераторов. Государственный университет Орегона. Бенд, Орегон.
  87. ^ a b Taie, Захари; Уэст, Брайан; Szybist, Джеймс; Эдвардс, декан; Томас, Джон; Хафф, Шин; Вишванатан, Гокул; Хаген, Кристофер (2018-06-15). «Детальное термодинамическое исследование микро-ТЭЦ с приводом от ДВС, работающим на природном газе, мощностью 1 кВтэ» . Преобразование энергии и управление . 166 : 663–673. DOI : 10.1016 / j.enconman.2018.04.077 . ISSN 0196-8904 . ОСТИ 1436052 .  
  88. ^ a b Taie, Захари; Хаген, Кристофер (2019-01-15). «Экспериментальный термодинамический анализ первого и второго закона регулируемой мощности 1–4,5 кВтэ, микрогенератора на природном газе, работающего на ДВС». Преобразование энергии и управление . 180 : 292–301. DOI : 10.1016 / j.enconman.2018.10.075 . ISSN 0196-8904 . 
  89. ^ Hyteon архивации 3 марта 2016, в Wayback Machine
  90. ^ "Новые дома и впечатляющие сообщества в Южном Онтарио" .
  91. ^ "ECR International | Семейство брендов отопления и охлаждения" .
  92. ^ "Огромная экономия, заявленная новой системой" . 20 сентября 2008. Архивировано 2 апреля 2015 года . Проверено 29 марта 2015 .
  93. ↑ Micro-CHP. Архивировано 27 февраля 2012 г., на Wayback Machine.
  94. ^ Полевые испытания Амеланд
  95. ^ Углеродный траст (2011). Micro-CHP Accelerator (PDF) (Отчет).
  96. ↑ Фредерик Р. Росс: ОПЫТ РАННЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМ ПОКОЛЕНИЯ Архивировано 14 марта 2016 г. в Wayback Machine , Proceedings of IJPC-2003 2003 International Joint Power Conference, paper IJPGC2003-40192
  97. ^ "ГЕНЕРАТОРЫ" . ARPA-e . Проверено 11 августа 2017 года .
  98. ^ "ДЕПАРТАМЕНТ ЭНЕРГЕТИКИ ОБЪЯВЛЯЕТ 18 НОВЫХ ПРОЕКТОВ ПО УСКОРЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЖИЛЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ И РАЗВИТИЯ БИОЭНЕРГЕТИКИ" . ARPA-e . Проверено 11 августа 2017 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Топливные элементы Министерства энергетики США в комбинированном производстве тепла и электроэнергии