Nowe rozwiązanie do taniego wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej w domach

Potrzeba zwiększenia wydajności systemów konwersji energii oraz ograniczenia emisji jest inspiracją do tworzenia niekonwencjonalnych silników cieplnych, szczególnie o mocy od kilku kilowatów do kilku megawatów. W ramach pewnego unijnego projektu powstał innowacyjny, niedrogi regeneracyjny silnik cieplny, dzięki któremu mikrosystemy skojarzonego wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej (mikro-CHP) mogą stać się prawdziwie niskoemisyjnym rozwiązaniem do zastosowań domowych.

Energia

Mikrosystemy kogeneracji energii i ciepła są obecnie oparte głównie na silnikach spalania wewnętrznego i zewnętrznego. Pomimo niskich kosztów eksploatacji i dobrej wydajności, silniki spalania wewnętrznego mogą pracować tylko przy wykorzystaniu paliw węglowodorowych, są hałaśliwe i cechują się krótkim cyklem życia. Silniki Rankine’a i Stirlinga — oba będące przykładami silników spalania zewnętrznego — są skomplikowane, drogie i mają niską wydajność cieplną w przypadku zastosowań o niskim zapotrzebowaniu na energię. Finansowany ze środków UE projekt UP-THERM(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Innovative high efficiency phase change fluid based heat engine) był poświęcony opracowaniu innowacyjnej konfiguracji silnika cieplnego, mającej stanowić realną alternatywę dla aktualnie najnowocześniejszych rozwiązań. Jest on oparty o silnik spalania zewnętrznego. Jego nowy przetwornik ciepła nie tylko nie wymaga wysokich temperatur do uzyskania zadowalających wydajności, ale także wykorzystuje niskotemperaturowy materiał wsadowy pochodzący z gazu ziemnego lub ze źródeł odnawialnych. W silniku tym wykorzystane są różne przyjazne dla środowiska ciekłe płyny robocze, takie jak woda lub dwutlenek węgla. Silnik ten jest cichy, a jego praca oparta jest na unikalnym cyklu cechującym się taką samą wydajnością, jak cykl Carnota. Ponadto jego bardzo prosta konstrukcja umożliwia obniżenie kosztów przy masowej produkcji w porównaniu z aktualnie dostępnymi silnikami Stirlinga o tej samej mocy. Silnik UP-THERM to dwufazowy silnik z jedną częścią ruchomą (pionowym tłokiem), wykorzystujący przemianę fazową cieczy roboczej do przesuwania tłoka i generowania trwałych oscylacji termodynamicznych ciśnienia i przepływu, które można przekształcić na pracę użyteczną. Ważną zaletą nowego silnika jest możliwość wykorzystania różnych regeneratorów. Rozwiązuje to problem uszczelnienia silnika i zużycia tłoków, powszechny w przypadku silników Stirlinga. Opracowany w ramach omawianego projektu silnik to proste i ekonomiczne rozwiązanie, stanowiące konkurencyjną alternatywę w przypadku urządzeń o małej mocy, szczególnie w miejscach oddalonych od sieci energetycznych.