Мини – электростанция, КПД парового двигателя
. . . . .Мини-электростанции с современными малыми паровыми двигателями имеют очень хорошую перспективу обладать вполне достойным коэффициентом полезного действия (КПД). Когда идет разговор о КПД паровых машин и паросиловых установок, то почему- то даже относительно осведомленные в технике люди, сразу начинают вспоминать и приводить в пример КПД паровозов столетней давности: «Да КПД паровой машины- это жалкие 5-6%!. Ваш двигатель внешнего сгорания для мини — электростанции с топкой на дровах, котлом и паром- это каменный век истории техники…».
…… .Но почему-то мало кто вспоминает современные большие электростанции (ТЭЦ И ГРЭС) на паровых турбинах — где КПД по электричеству составляет 26-28%… А ведь паровая турбина- это тоже паровой двигатель.
. . . . К тому же, старая добрая поршневая (паровозная) поршневая машина и сейчас не забыта. Например — германская фирма SPILLING создает большие поршневые паровые машины на основе блоков цилиндров от больших дизелей тепловозного типа и мощностью на валу до 1200 КВт.. И производитель утверждает что КПД у него на перегретом паре доходит до 20%, что для парового поршневого двигателя очень солидно.
. . . . Но- для пытливого ума есть еще одна очень подходящая пища для размышлений. Мало кто знает, что есть двигатели внешнего сгорания у которых КПД лучше, чем у чемпионов по КПД среди двигателей внутреннего сгорания — выше чем у дизелей. И такой КПД составляет более 50% и подбирается к отметке в 60%.
… Это двигатели Стирлинга, у которых КПД в 40% — это обычное дело. Правда у двигателей Стирлинга есть свои большие недостатки- чрезмерная громоздкость, очень малая мощность на единицу веса (удельная мощность или удельный вес) и малые обороты вала…. Поэтому двигатели Стирлинга сейчас не используют ни на больших, ни на мини электростанциях. Но вот КПД у них отменный- и это архаический (по мнению очень многих обывателей) двигатель внешнего сгорания, т.е. это близкий родственник паровой машины от паровоза. И при этом такой двигатель — многотопливный, т.е. он одинаково эффективно работает хоть от энергии лучей солнца, хоть от тепла горящих дров или соломы…
. . . Так вот- автор этого сайта утверждает, что паровой двигатель (паровая машина), т.е.- паросиловой контур с роторным двигателем (или аксиально- поршневым оппозитом) и с использованием легкокипящих жидкостей может приблизиться по значению КПД к другому типу двигателей внешнего сгорания — двигателю Стирлинга с их КПД в районе 50% и выше, но при этом не иметь всех больших недостатков двигателей Стирлинга, и быть тяговитым с первых оборотов — как паровозная паровая машин, а и крайне мощным — как паровая турбина.
. . . Т.е. можно четко заявить, что мини — электростанция мощностью в 10 — 30 — 100 кВт вполне может иметь КПД в достойные 20 — 25 %, и еще давать в виде побочного результата своей работы горячую воду для обогрева, и все это делать на дешевом твердом топливе, а иногда и на бросовых горючих отходах.
….. При этом цена всего оборудования для такой мини — электростанции будет всего лишь немногим больше, чем цена оборудования сравнимой по мощности дизельной электростанции (дизель- генератора), а вот цена вырабатываемой электроэнергии будут во многие разы дешевле, чем дизель -генератор на солярке.
МИНИ – ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ и МИНИ- ТЭЦ, КАК ДОБИТЬСЯ ВЫСОКОГО КПД?
…Термодинамический цикл Ренкина, по которому работают все паровые машины, накладывает свои жесткие ограничения на возможность иметь хороший КПД для мини-электростанции с паровым двигателем. Вообще, чтобы иметь хороший КПД надо высоко поднимать температуру начала цикла. В двигателях внутреннего сгорания эта температура составляет примерно 15000С, поэтому и КПД у них относительно велик. А вот в паросиловых установках температура начала цикла ограничена термической стойкостью материалов парового котла. Обычно она в «большой энергетике» не превышает 560-580 0С, после этого порога начинается потеря прочности стали. Но это в большой энергетике. А в малой энергетике с её мини-электростанциями с небольшими котлами, давления и температуры заведомо ниже. Поэтому – если удастся получить температуру перегретого пара в 4000С, — то это уже хорошо. Соответственно- мини-электростанция реально может иметь КПД в 10-12% при работе с рабочим телом в виде воды, и в районе 20% при работе с рабочим телом в виде легкокипящей жидкости.
….Но ведь это только КПД по электричеству. А если при этом учесть, что значительную часть тепла от работы мини-электростанции можно обратить на пользу в виде горячей воды через конденсатор на нужды отопления и обогрева, то общий КПД по обоим типам энергии – электрической и тепловой (когенерация), можно довести до 45-50%. По сути дела – это уже когенерация, и мини-электростанция превращается в мини-ТЭЦ, которая дает два типа энергии- электрическую и тепловую.
Если котел качественной энергетической установки хорошо спроектирован и имеет подогрев воздуха перед топкой и экономайзер, то общий КПД малой электростанции может быть весьма высоким.
Вернутся — на «Паровой двигатель в малой энергетике«
Перейти — страничка о «Солнечном Электроснабжении»