Calor combinado micro y poder

El calor combinado micro y el poder o micro-CHP están una extensión del ahora bien idea establecida de la cogeneración a la familia sola/multi-edificio de la oficina de casa o pequeño.

Descripción

Micro-chp es definido por la CE que como es de la salida de energía eléctrica de menos de 50 kWs. En la mayoría de aplicaciones de la energía, la energía requerida en formas múltiples. Estas formas de la energía típicamente incluyen alguna combinación de: calefacción, ventilación, y aire acondicionado, energía mecánica y energía eléctrica. A menudo, estas formas adicionales de la energía son producidas por un motor de calor, que corre en una fuente de calor de alta temperatura. Un motor de calor nunca puede tener la eficacia perfecta, según la segunda ley de la termodinámica, por lo tanto un motor de calor siempre producirá un exceso del calor de temperatura baja. Esto comúnmente se refiere como calor de desecho o "calor secundario", o "calor de bajo grado". Este calor es útil para la mayoría de aplicaciones calentadores, sin embargo, no es a veces práctico para transportar la energía calórica sobre distancias largas, a diferencia de energía de combustible o electricidad. Transportando el combustible, sin embargo, el "calor de desecho" se está esencialmente transportando junto con el combustible, antes de que el calor de desecho realmente se produzca.

Para hacer el uso efectivo de la energía, el "calor de desecho" se debe usar resueltamente. Ya que es práctico para transportar la electricidad, pero no siempre práctico para transportar el calor de desecho, una energía el sistema eficiente debe generar la electricidad cerca de posiciones donde el calor de desecho se puede poner al uso bueno. Esto se conoce como un calor combinado y poder (CHP) sistema o "cogeneración".

En una central eléctrica central, el suministro "del calor de desecho" puede exceder la demanda de calor local. En tales casos, si no es deseable reducir la producción de energía, el calor de desecho excedente se debe disponer en p.ej torres de refrigeración o mar que se enfría sin usarse. Una manera de evitar el calor de desecho excedente es reducir la entrada de combustible a la planta CHP, reduciendo tanto el calor como potencia de salida para equilibrar la demanda de calor. En hacer esto, la producción de energía es limitada por la demanda de calor.

Los sistemas de CHP son capaces de aumentar la utilización de la energía total de fuentes de energía primarias, como el combustible y concentraron la energía termal solar. Así CHP ha estado ganando constantemente la popularidad en todos los sectores de la economía de la energía, debido a los gastos aumentados de combustibles, combustibles particularmente basados en el petróleo, y debido a preocupaciones ambientales, cambio particularmente climático.

En una central eléctrica tradicional entregando la electricidad a consumidores, aproximadamente el 30% del contenido de calor de la fuente de la energía calórica primaria, como biomasa, carbón, el gas natural, termal solar, petróleo o uranio, alcanza al consumidor, aunque la eficacia pueda ser el 20% para muy viejas plantas y el 45% para plantas de gas más nuevas. En contraste, un sistema CHP convierte el 15 el %-42% del calor primario a la electricidad, y la mayor parte del calor restante se captura para agua caliente o calefacción espacial. En total, hasta el 90% del calor de la fuente de energía primaria va a objetivos útiles cuando la producción de calor no excede la demanda.

Los sistemas de CHP han beneficiado el sector industrial desde el principio de la revolución industrial. Durante tres décadas, estos sistemas CHP más grandes eran más económicamente justificables que micro-CHP, debido a la economía de escala. Después del año 2000, el micro-CHP se ha hecho rentable en muchos mercados alrededor del mundo, debido a gastos de la energía crecientes. El desarrollo de sistemas micro-CHP también ha sido facilitado por el desarrollo tecnológico reciente de pequeños motores de calor. Esto incluye el rendimiento mejorado y/o la rentabilidad de pilas de combustible, motores de Stirling, máquinas de vapor, turbinas de gas, motores diesel y motores de Otto.

Sistemas de Micro-CHP

En muchos casos los sistemas CHP industriales principalmente generan la electricidad y el calor es un subproducto; los sistemas de micro-CHP en casas o pequeños edificios comerciales son controlados por la demanda del calor, entregando la electricidad como el subproducto. Cuando usado principalmente para el calor en circunstancias de la demanda eléctrica fluctuante, micro-CHP sistemas a menudo generará más electricidad que se está exigiendo al instante.

Hasta ahora, micro-CHP sistemas consiguen la mayor parte de sus ahorros, y así atractivo a consumidores, a través de un modelo de medición "generar-y-revender" o neto en donde el poder generado por la casa que excede las necesidades en la casa instantáneas se vende atrás a la utilidad eléctrica. Este sistema es eficiente porque la energía usada se distribuye y se usa al instante sobre la rejilla eléctrica. Las pérdidas principales están en la transmisión de la fuente al consumidor que será típicamente menos que pérdidas incurridas almacenando la energía en la localidad o generando el poder en menos que la eficacia máxima del sistema micro-CHP. De este modo, desde un punto de vista puramente técnico la dirección de demanda dinámica y la medición de la red son muy eficientes.

El otro seguro para la medición de la red es el hecho que es bastante fácil configurar. El metro eléctrico del usuario es simplemente capaz de registrar la salida de energía eléctrica así como la entrada en la casa o negocio. Como tal, registra la cantidad neta del poder que entra en la casa. Para una rejilla con relativamente pocos usuarios micro-CHP, ningunos cambios del diseño en la rejilla eléctrica tienen que hacerse. Además, en los Estados Unidos, federales y ahora mucha regulación estatal requiere que operadores de utilidad compensen a cualquiera que añade el poder con la rejilla. Desde el punto de vista del operador de la rejilla, estos puntos presentan cargas operacionales y técnicas así como administrativas. Como una consecuencia, la mayor parte de operadores de la rejilla compensan a donantes del poder de no utilidad en menos que o igual al precio acusan a sus clientes. Mientras este esquema de la compensación puede parecer casi justo a primera vista, sólo representa los ahorros en costes del consumidor de no alimentación para servicios auxiliares adquisitiva contra el coste verdadero de generación y operación al operador micro-CHP. Así desde el punto de vista de operadores micro-CHP, la medición de la red no es ideal.

Mientras la medición de la red es un mecanismo muy eficiente para usar la energía excedente generada por un sistema micro-CHP, no es sin sus detractores. De los puntos principales de los detractores, el primer para considerar es que mientras la fuente de generación principal en la rejilla eléctrica es un generador comercial grande, los generadores que miden la red "derraman" el poder con la rejilla elegante de una moda desordenada e imprevisible. Sin embargo, el efecto es insignificante si hay sólo un pequeño porcentaje de clientes que generan la electricidad y cada uno de ellos genera una relativamente pequeña cantidad de la electricidad. Cuando la conexión de un horno o calentador espacial, sobre la misma cantidad de la electricidad se dibuja de la rejilla que un generador de casa saca. Si el porcentaje de casas con la generación de sistemas se hace grande, entonces el efecto en la rejilla se puede hacer significativo. La coordinación entre los sistemas de generación en casas y el resto de la rejilla puede ser necesaria para la operación confiable y prevenir el daño a la rejilla.

En una evaluación a partir de 2008 por Claverton Energy Group, Stirling engined CHP micro se juzgó la más rentable de varias tecnologías de microgeneración en la disminución del carbón en el Reino Unido.

Tipos de motor y tecnologías

Los sistemas del motor de Micro-CHP están actualmente basados en varias tecnologías diferentes:

Combustibles y tipos de motor

La mayoría de sistemas de la cogeneración usa el gas natural para el combustible, porque el gas natural se quema fácilmente y limpiamente, puede ser barato, está disponible en la mayor parte de áreas y fácilmente se transporta a través de tuberías, que ya existen para muchas casas. El gas natural es conveniente para motores de combustión internos, como motor de Otto y sistemas de la turbina de gas. Las turbinas de gas se usan en muchos pequeños sistemas debido a su alta eficacia, tamaño pequeño, limpian combustión, durabilidad y requisitos de gastos de explotación bajos. Las turbinas de gas diseñadas con portes de hoja de metal y refrigeración por aire, actúe sin aceite lubricante o refrigerantes. El calor de desecho de turbinas de gas está generalmente en los gases de combustión, mientras que el calor de desecho de intercambiar motores de combustión internos, se parte entre los gases de combustión y sistema de refrigeración.

El futuro de calor combinado y poder, en particular para casas y pequeños negocios, seguirá siendo afectado por el precio de combustible, incluso el gas natural. Mientras que los precios de combustible siguen subiendo, esto hará la economía más favorable para medidas de conservación de la energía y uso de la energía más eficiente, incluso CHP y micro-CHP.

Combustibles

Hay muchos tipos de combustibles y las fuentes de calor que se puede considerar para micro-CHP. Las propiedades de estas fuentes varían en términos de coste del sistema, coste de calor, efectos ambientales, conveniencia, facilidad de transporte y almacenaje, mantenimiento del sistema y vida del sistema. Algunas fuentes de calor y combustibles que se están considerando para el uso con micro-CHP incluyen: biomasa, GPL, aceite vegetal (como petróleo de la rabina), woodgas, gas natural y termal solar, así como multisistemas de combustible. (La energía nuclear es arriesgada en pequeñas escalas, debido a riesgos de la radiación, por tanto no es generalmente viable para micro-CHP.) Las fuentes de energía con las emisiones más bajas de partículas y dióxido de carbono neto, incluya la energía solar, biomasa (con la gasificación de dos etapas en el biogas), y gas natural.

Motores

Los motores de combustión externos pueden correr en cualquier fuente de calor de alta temperatura. Estos motores incluyen el motor de Stirling, turbopropulsor "de gas" caliente, máquina de vapor. Amba variedad del 10 eficacia del %-20%, y desde 2008, las pequeñas cantidades están en la producción para productos micro-CHP.

Otras posibilidades incluyen el ciclo Rankine Orgánico, que funciona a temperaturas inferiores y presiones usando fuentes de calor de bajo grado. La ventaja primaria para esto consiste en que el equipo es esencialmente un aire acondicionado o unidad de la refrigeración que funciona como un motor, por lo cual la tubería y otros componentes no se tienen que diseñar para temperaturas extremas y presiones, reduciendo el coste y la complejidad. La eficacia eléctrica sufre, pero se supone que tal sistema utilizaría el calor de desecho o una fuente de calor como una estufa de madera o caldera de gas que existiría anyways con objetivos de la calefacción espacial.

Pila de combustible micro-CHP

Las pilas de combustible generan la electricidad y el calor como un por el producto. Las ventajas a stirling CHP no son ningunas partes móviles, menos mantenimiento y operación más tranquila. La electricidad de sobra se puede entregar atrás a la rejilla.

Como un ejemplo, una pila de combustible PEMFC micro-CHP basado tiene una eficacia eléctrica de LHV del 37% y HHV del 33% y una eficacia de recuperación de calor de LHV del 52% y HHV del 47% con un tiempo de servicio de 40,000 horas o 4000 ciclos del principio/parada que es igual al uso de 10 años.

Ministerio de Energía (DOE) de los Estados Unidos Objetivos Técnicos: pilas de combustible de poder y calor combinadas residenciales de 1-10 kWs que actúan sobre gas natural.

El gas natural de utilidad estándar entregado en presiones de la línea de distribución residenciales típicas.

Corriente alterna regulada valor de calefacción neto/más bajo de combustible.

Sólo el calor disponible en 80 °C o más alto se incluye en el cálculo de eficiencia energética CHP.

El coste incluye materiales y salarios para producir la pila, más cualquier equilibrio de la planta necesaria para la operación de la pila. Coste definido en 50,000 producción de la unidad/año (250 MWS en módulos de 5 kWs).

Basado en ciclo de operación para soltarse en 2010.

Tiempo hasta> degradación de poder neta del 20%.

Thermoelectrics

Los generadores termoeléctricos que actúan sobre el espectáculo del Efecto Seebeck prometen debido a su ausencia total de partes móviles. La eficacia, sin embargo, es la preocupación principal ya que la mayor parte de dispositivos termoeléctricos no pueden conseguir la eficacia del 5% hasta con diferencias de alta temperatura.

Micro-CHP solar

CPVT

Esto puede ser conseguido por Photovoltaic coleccionista solar híbrido termal, otra opción Se concentra photovoltaics y termal (CPVT), también a veces llamado el calor combinado y poder solar (CHAPS), es una tecnología de la cogeneración usada en photovoltaics concentrados que producen tanto la electricidad como el calor en el mismo módulo. El calor se puede emplear en calefacción urbana, calefacción acuática y aire acondicionado, desalación o calor de proceso.

Los sistemas de CPVT están actualmente en la producción en Europa, con el Cenit desarrollo Solar sistemas de CPVT con una eficacia afirmada del 72%.

Sopogy produce un sistema solar Concentrado micro (microCSP) sistema basado en la artesa parabólica que se puede instalar encima de construcción o casas, el calor se puede usar para calefacción de agua o aire acondicionado solar, una turbina del vapor también se puede instalar para producir la electricidad.

CHP+PV

El desarrollo reciente de sistemas de CHP de pequeña escala ha proporcionado la oportunidad de la reserva de poder interior de la escala residencial photovoltaic (PV) series. Los resultados de un estudio reciente muestran que un sistema híbrido PV+CHP no sólo tiene el potencial para reducir radicalmente la basura de la energía en el status quo eléctrico y sistemas de calefacción, pero también permite a la parte de PV solar ser ampliada por aproximadamente un factor de cinco. En algunas regiones, a fin de reducir la basura del calor excedente, se ha propuesto una absorción chiller para utilizar la energía termal CHP-producida para enfriarse del sistema PV-CHP. Estos sistemas trigen+PV tienen el potencial para salvar aún más energía.

Estado del mercado y política del gobierno

Japón

El despliegue más grande de micro-CHP está en Japón en este tiempo (2009), donde más de 90,000 unidades están en el lugar, con la gran mayoría que es de Hondas "ECO -" escribirá a máquina. Seis empresas de energía japonesas lanzaron el 300 kW w–1 PEMFC ENE producto de la GRANJA en 2009, con 3,000 unidades instaladas en 2008, un objetivo de producción de 150,000 unidades para 2009–2010 y un objetivo de 2,500,000 unidades en 2030.

EL REINO UNIDO

Se considera que aproximadamente 1,000 sistemas micro-CHP estaban en la operación en el Reino Unido desde 2002. Éstos son principalmente motores "de Whispergen" Stirling y Senertec Dachs que intercambia motores. El mercado es apoyado por el gobierno a través del trabajo regulador y un poco de dinero de investigación del gobierno gastado a través de la Confianza de Carbón y Confianza de Ahorro de energía, que son organismos públicos que apoyan la eficiencia energética en el Reino Unido. Eficaz desde el 7 de abril de 2005, el gobierno del Reino Unido ha cortado el IVA del 17.5% al 5% para sistemas micro-CHP, a fin de apoyar la demanda de esta tecnología emergente a cargo de la existencia, tecnología menos ambientalmente amistosa. La reducción del IVA es con eficacia una subvención del 10.63% para unidades micro-CHP sobre sistemas convencionales, que ayudarán a unidades micro-CHP a hacerse el más coste competitivo, y por último conducir ventas micro-CHP en el Reino Unido. De las 24 millones de casas en el Reino Unido, hasta se piensa que los 14 a 18 millones son convenientes para unidades micro-CHP. Se espera que una fábrica en el Reino Unido Horsham para la producción de unidades micro-CHP basadas SOFC comience la producción del volumen bajo en la segunda mitad de 2009

Alemania

En Alemania, 3,000 ecopower micro-CHP unidades se han instalado, usando los Sistemas del Motor del Maratón basados estadounidenses motor de larga duración. El motor corre en gas natural y propano. El ecopower micro-CHP también está disponible en los Estados Unidos. Una fábrica en Heinsberg, Alemania para la producción de unidades micro-CHP basadas SOFC comenzó en el junio de 2009 a producir 10,000 unidades de dos kilovatios por año. El gobierno alemán ofrece incentivos CHP grandes, incluso la comida - en tarifas y las pagas extra para el uso de micro-CHP generaron la electricidad. El gobierno federal de los Estados Unidos ofrece un crédito fiscal del 10% para CHP más pequeño y aplicaciones comerciales micro-CHP.

Corea del Sur

En Corea del Sur las subvenciones comenzarán al 80 por ciento del coste de una pila de combustible doméstica.

Productos y distribuidores

En 2007, la compañía de los Estados Unidos "energía del Clima" de Massachusetts ha introducido su producto del buque insignia llamado "Freewatt" http://www.freewatt.com, un sistema micro-CHP para la venta en el mercado del pequeño negocio y doméstico estadounidense de Nordeste. El sistema Freewatt usa un Honda MCHP motor atado en un fardo a un horno de gas de alta eficacia (para sistemas de aire calientes) o caldera (para hydronic o sistemas de calefacción de agua caliente forzados). El generador solo no está disponible para la compra separada del horno. El motor genera hasta 1.2 kWs de la electricidad en la eficacia del 20%. La mayor parte del calor de desecho se captura para la calefacción espacial, causando la eficacia del 85% en general. El sistema genera la electricidad aprovechadamente, sólo cuando la calefacción espacial es necesaria durante el tiempo frío.

El sistema se valora en aproximadamente 14$ k, con el horno siendo por valor de aproximadamente 5$ k.

El generador de motor se ha demostrado para dirigir aproximadamente 4000 horas por año (deber de casi el 50%) y producir hasta 5000 kWhs de la electricidad por año, por valor de aproximadamente 1$ k al nivel residencial. El sistema es Internet relacionado y después de aproximadamente 4000 horas, automáticamente envía un servicio de solicitación del correo electrónico. El objetivo principal del servicio regular es para un cambio de aceite de motor.

Se ha demostrado en docenas de casas que Freewatt producirá aproximadamente el 50% de las necesidades de la energía eléctrica de una casa estadounidense típica del combustible ahora solía calentar la casa (que debe ser el gas natural o el propano), así doblando el valor del combustible calentador comprado por el propietario y considerablemente reduciendo la huella de carbón de la casa reduciendo demanda de la electricidad y emisiones de centrales eléctricas centralizadas grandes.

El producto ha recibido ya numerosos premios, incluso el producto de brecha del año de la Revista de la Mecánica Popular, y es esperado por unos estar extensamente disponible en todas partes de los Estados Unidos en 2008 o 2009. Las estimaciones son que este producto se podría usar en aproximadamente 50 millones de casas en los Estados Unidos. El producto Freewatt se está trayendo al mercado estadounidense y canadiense nacional por el ECR Internacional http://www.ecrinternational.com, el socio de negocio principal de la energía del Clima. ECR International es una compañía de 80 años con el surtido amplio de calefacción y refrigeración de productos para la casa.

A través de un programa piloto programado para mediados de 2009 en Ontario del sur, el sistema de Freewatt está siendo ofrecido exclusivamente por el Roble del Edén y ofrece a propietarios una nueva opción para controlar sus gastos de la energía y reducir su huella ambiental. La iniciativa, que refleja los esfuerzos de colaboración del Gobierno de Canadá, Roble del Edén, ECR International, Distribución de Gas de Enbridge y Red eléctrica nacional, implicará la venta y la instalación de los sistemas de Freewatt en nuevas comunidades del Roble del Edén en el área de Toronto.

Trenergi Corp., Hopkinton, Massachusetts, una compañía de la etapa temprana, en el junio de 2010, anunció su Trion alta temperatura, residencial (300 F) micro-CHP, en la etapa de la prueba del concepto, que actúa tanto sobre gas como petróleo, demostrando la eficiencia de energía eléctrica y calor combinada de hasta el 90%. Sus primeros productos serán 1, 3, y unidades de 5 kWs.

Ventajas

Hablaron de la ventaja de tener alguna "propiedad" de la energía eléctrica de alguien encima. Los ahorros de la factura de servicios actuales son probablemente mínimos mirando el coste del ciclo vital de este enfoque comparando con un horno de gas natural simple.

Hay ventajas de reducción de la contaminación definidas si la unidad sustituye un sistema de calefacción eléctrica impulsado por una central eléctrica de carbón.

También, como otras redes eléctricas distribuidas, el usuario final puede configurar la unidad como una fuente de poderes extraordinarios en caso de un corte de corriente.

Una ventaja de cuadros grande de este enfoque es la capacidad de distribuir la generación de energía, en la localidad, en el usuario final, más bien que una central eléctrica remota. De ser desplegado a gran escala, esto puede reducir la necesidad de nuevas instalaciones de la central eléctrica y liberar la capacidad de la línea de transmisión para otros usos (p.ej energía solar o granjas de la turbina del viento). También hay las pérdidas de transmisión de largo alcance reducidas. La evitación de pérdidas de la línea de transmisión y construcción de la central eléctrica reduce gastos, consumo de energía y contaminación para cada uno. En un guión de generación de energía distribuido totalmente realizado, el micro-CHP puede ser usado para complementar la generación menos previsible proporcionada por solar, viento y otras fuentes de energía, y por lo tanto aumentar la fiabilidad de la rejilla.

Investigación

Las pruebas están en marcha en Ameland, los Países Bajos para una prueba sobre el terreno de tres años hasta 2010 de HCNG eran el hidrógeno del 20% se añade a la red de distribución CNG local, las aplicaciones implicadas son estufas de la cocina que condensan calderas y calderas micro-CHP.

Véase también

Códigos y estándares

Enlaces externos



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