Электростанция на дровах: мини-ТЭС на твердом топливе и простая турбина своими руками

Домашняя электростанция на дровах

Дровяная электростанция — один из альтернативных способов подачи электроэнергии потребителю.

Устройство способно получать электроэнергию с минимальными затратами энергии даже в тех местах, где нет электричества. Такая электростанция может стать отличным вариантом для владельцев дачных участков и загородных домов.

Также есть миниатюрные версии, подходящие для любителей долгих походов и времяпровождения на природе. Но сначала о главном.

Область применения

Как и любая другая техника такого типа, дровяной электрогенератор вполне подходит для двух основных задач:

• Обеспечить резервный источник питания на случай нестабильной работы централизованных электрических сетей или в случае возникновения аварийной ситуации, а также при отключении электроэнергии.
• Обеспечить постоянный источник питания для подключения потребителей малой мощности.

Конечно, дровяной генератор не может претендовать на роль полноценного автономного источника электроэнергии, и основная сфера применения — только в бытовых условиях. А также, скорее, в очень ограниченных условиях, так как малая мощность такого оборудования не даст потребителю «блуждать». Но для прогулок на природе, охоты, дачи или кемпинга автономный дровяной электрогенератор станет отличным решением проблемы электроснабжения.

Особенности

Дровяная электростанция — далеко не новое изобретение, но современные технологии позволили несколько усовершенствовать ранее разработанные устройства. Кроме того, для выработки электроэнергии используются разные технологии.

Кроме того, понятие «на дровах» несколько неточно, поскольку для работы такой станции подходит любое твердое топливо (дрова, щепа, поддоны, уголь, кокс), в общем все, что может гореть.

Сразу отметим, что дрова, а точнее процесс их сжигания, выступают только как источник энергии, обеспечивающий работу устройства, в котором вырабатывается электричество.

Принцип действия

Как уже отмечалось, дровяная электростанция использует несколько технологий для выработки электроэнергии. Классическим из них является энергия пара или просто паровой двигатель.

Здесь все просто: дрова или любое другое топливо, горя, нагревает воду, в результате чего она переходит в газообразное состояние — пар. Образующийся пар подается на турбину генераторной установки и, вращая генератор, вырабатывает электричество.

Поскольку паровая машина и генераторная установка соединены в один замкнутый контур, после прохождения через турбину пар охлаждается, подается обратно в котел, и весь процесс повторяется.

Такая компоновка силовой установки одна из самых простых, но имеет ряд существенных недостатков, один из которых — опасность взрыва. После перехода воды в газообразное состояние давление в контуре значительно возрастает, и если его не регулировать, велика вероятность разрыва трубопровода. И хотя в современных системах используется целый набор клапанов регулирования давления, работа паровой машины все же требует постоянного контроля.

Кроме того, обычная вода, используемая в этом двигателе, может вызвать образование накипи на стенках труб, что снижает эффективность станции (загрязнение ухудшает теплопередачу и снижает скорость потока в трубах). Но теперь эта проблема решается за счет использования дистиллированной воды, жидкостей, очищенных осаждающих примесей или специальных газов.

С другой стороны, эта электростанция может выполнять еще одну функцию — обогревать помещение. Здесь все просто: после выполнения своей функции (вращения турбины) пар необходимо охладить, чтобы он снова перешел в жидкое состояние, для чего нужна система охлаждения или, проще говоря, радиатор. А если поставить внутрь этот радиатор, то со временем от такой станции мы будем получать не только электричество, но и тепло.

Плюсы и минусы

Как и любое устройство, у электрогенератора на дровах есть свои достоинства и недостатки. Сравнив их, можно понять, сколько вам нужна такая плита и какую выбрать.

Преимущества

Среди основных достоинств такого устройства можно выделить:

• возможность обогрева помещения до 50 м3 и приготовления пищи;
• компактность;
• большая продолжительность;
• возможность использовать не только дрова, но и древесные отходы;
• низкая стоимость энергии;
• возможность сделать самому.

Недостатки

Существенными недостатками являются:

• высокая цена готовой генераторной печи;
• малая мощность (около 50-60 Вт) и сетевое напряжение (12 вольт).

По сути, дровяной электрогенератор позволяет подключить освещение в небольшом доме и обеспечить зарядку телефонов и других гаджетов.

вы можете подключить радио или портативный телевизор. При необходимости можно с помощью инвертора получить в сети более высокое напряжение, то есть обычные 220 вольт. Сегодня производятся различные модели дровяных генераторов: от компактных устройств до 1 килограмма, удобных для того, чтобы брать с собой на природу, до автономных дровяных электростанций мощностью до 100 кВт, способных обеспечивать электроэнергией небольшие производства.

Будьте осторожны при использовании дровяных генераторов, так как это устройства с «живым» огнем. Обязательно соблюдайте меры безопасности, особенно при использовании духовок ручной работы.

Другие виды мини-электростанций

Паровая машина — лишь одна из технологий, используемых на твердотопливных электростанциях, и не самая подходящая для домашнего использования.

Кроме того, сейчас для выработки электроэнергии используются:

• термоэлектрические генераторы (по принципу Пельтье);
• газовые генераторы.

Термоэлектрогенераторы

Достаточно интересный вариант — электростанции с генераторами, построенными по принципу Пельтье.

Физик Пельтье обнаружил эффект, заключающийся в том, что когда электричество проходит через проводники, сделанные из двух разнородных материалов, тепло поглощается одним из контактов и выделяется на другом.

Причем этот эффект обратный: если проводник с одной стороны нагреть, а с другой — охладить, в нем будет генерироваться электричество.

на дровяных электростанциях используется противоположный эффект. При горении нагревают одну половину пластины (это термоэлектрический генератор), состоящую из кубиков разных металлов, а вторую ее часть охлаждают (для чего используются теплообменники), в результате чего на клеммы пластины.

Но у такого генератора есть несколько нюансов. Один из них заключается в том, что параметры выделяемой энергии напрямую зависят от разницы температур на концах пластины, поэтому для их выравнивания и стабилизации необходимо использовать регулятор напряжения.

Второй нюанс заключается в том, что выделяемая энергия — это всего лишь побочный эффект, большая часть энергии при сжигании дров просто превращается в тепло. По этой причине КПД такого типа станций не очень высок.

К преимуществам электростанций с термоэлектрическими генераторами можно отнести:

• длительный срок службы (отсутствие движущихся частей);
• при этом вырабатывается не только энергия, но и тепло, которое можно использовать для обогрева или приготовления пищи;
• тихая работа.

Дровяные электростанции по принципу Пельтье — довольно распространенный вариант и изготавливаются как портативные устройства, которые могут подавать электроэнергию только для зарядки маломощных потребителей (телефон, фонарик), и промышленные, способные питать мощные агрегаты.

Газогенераторы

Второй тип — газогенераторы. Такое устройство можно использовать по нескольким направлениям, в том числе для выработки электроэнергии.

Здесь стоит отметить, что такой генератор сам по себе не имеет ничего общего с электричеством, так как его основная задача — выработка горючего газа.

Суть работы такого устройства сводится к тому, что в процессе окисления твердого топлива (горения) выделяются газы, в том числе горючие — водород, метан, CO, которые можно использовать для самых разных целей.

Например, такие генераторы ранее использовались в автомобилях, где обычные двигатели внутреннего сгорания отлично работали на выбрасываемом газе.

Из-за постоянных толчков топлива некоторые автомобилисты и мотоциклисты уже начали устанавливать эти устройства на свои автомобили.

То есть, чтобы получить силовую установку, достаточно иметь газогенератор, двигатель внутреннего сгорания и обычный генератор.

В первом элементе будет выделяться газ, который станет топливом для двигателя, который, в свою очередь, будет вращать ротор генератора для получения электроэнергии на выходе.

К преимуществам газовых электростанций можно отнести:

• Надежность конструкции самого газогенератора;
• Полученный газ можно использовать для привода двигателя внутреннего сгорания (который станет приводом для электрогенератора), газового котла, духовки;
• В зависимости от используемого двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора электричество также можно получать для промышленных целей.

Основным недостатком газогенератора является громоздкость конструкции, так как он должен включать в себя котел, в котором происходят все процессы производства газа, систему его охлаждения и очистки.

И если это устройство будет использоваться для выработки электроэнергии, станция должна также включать двигатель внутреннего сгорания и электрогенератор.

Электростанции заводского изготовления

Отметим, что эти варианты — термоэлектрический генератор и газогенератор — сейчас в приоритете, поэтому производятся готовые к эксплуатации станции, как бытовые, так и промышленные.

Вот некоторые из них:

• духовка «Индигирка»;
• туристическая печь «BioLite CampStove»;
• электростанция «БиоКИБОР»;
• электростанция «Эко» с газогенератором «Куб».

Печь «BioLite CampStove»

Переносные печи представлены древесной стружкой и решетками, снабженными электроконвертерным элементом. Такая плита хороша для разогрева еды в походе, можно подогреть чашку чая, поджарить небольшой кусок мяса и заодно зарядить гаджеты. Они не рассчитаны на большее.

Например, печь BioLite CampStove может работать на любом древесном топливе: ветках, стружках, шишках. Он обеспечивает мощность до 5 Вт и оснащен USB-портом. Чтобы вскипятить литр воды, нужно всего лишь много дров, а это займет буквально 5 минут. Цена BioLite CampStove — 9600 рублей.

«Индигирка»

Печь Индигирка — самая известная модель дровяных электрогенераторов. Эта печь отапливает помещение объемом до 50 м3, весит 37 килограммов, изготовлена ​​из жаропрочной стали и находится в эксплуатации более десятка лет. Объем топки 30 литров. Выходное напряжение «Индигирки» — 12 вольт, максимальная выходная мощность — 50 ватт. Конечно же, основное предназначение печи — отопление; удобная чугунная плита позволяет готовить горячую пищу или чай. В качестве электрогенератора печь способна работать в течение 15 минут после включения.

В комплект поставки входят:

• кабель с зажимом «крокодил»;
• кабель с разъемом типа прикуривателя для автомобилей;
• USB 5 вольт.

Конечно, 50 Вт — это не много, но 2-3 светодиодных лампы для освещения, телевизор с диагональю 10 дюймов и зарядное устройство для мобильного телефона смогут «потянуть» такой электрогенератор».

«Индигирка-2»

Это обновленная модель, которая немного больше и вырабатывает на 10 ватт электроэнергии больше, то есть 60, что дает еще больше возможностей.

Стоимость такой печи составляет порядка 30 000 — 50 000 рублей в зависимости от комплектации и поставщика.

Печи Kibor с электрогенератором

Кибор представляет две модели дровяных электрогенераторов. Первая модель весит всего 22 килограмма, имеет объем пода 30 литров и выходную мощность 25 Вт. Стоит такая плита 45000 руб.

Самая мощная модель способна выдать 60 Вт. Он больше по размеру, весит 59 килограммов и имеет объем пода 60 литров. Цена — 60 000 руб.

В электростанции БиоКИБОР также используется термоэлектрический генератор, но это уже промышленный вариант.

Производитель по запросу может изготовить устройство, обеспечивающее производство электроэнергии мощностью от 5 кВт до 1 МВт. Но это сказывается на размерах станции и количестве потребляемого топлива.

Например, установка мощностью 100 кВт потребляет 200 кг дров в час.

Электростанция «Эко»

Эко-электростанция — это газогенератор. В его конструкции используется газогенератор «Куб», бензиновый двигатель внутреннего сгорания и электрогенератор мощностью 15 кВт.

Критерии выбора

Благодаря тому, что дровяной автономный электрогенератор существует в разных исполнениях, выбор пользователя упрощается. Поскольку для дома подходит только генераторная печь, других вариантов нет. А большие дровяные электростанции используются для энергоснабжения промышленных или гражданских предприятий, поскольку их мощность колеблется в пределах 100-200 кВт.

При выборе следует учитывать, какой объект площади будет обслуживаться и какой мощности следует ожидать. Для определения количества расхода топлива необходимо спланировать, с какой степенью эффективности и как часто прибор будет использоваться, исходя из этого также выбирается объем загрузочной емкости для дров.

Полноценное высокопроизводительное оборудование, такое как электростанция БиоКИБОР, стоит довольно дорого. Если для объекта был выбран дровяной генератор, то вы можете приобрести его на сумму от 2000000 рублей. По конструкции это модульная установка с автоматической подачей топлива. Чтобы обеспечить дровами оборудование мощностью 100 кВт на сутки, потребуется 5 тонн (или 200 кг за час работы). Указанное количество топлива необходимо для полноценной работы станции.

Такой прибор, как печь-генератор на дровах (торговая марка «Индигирка», «Термофор») обойдется пользователю примерно в 30 000 рублей. При покупке учитывается объем камеры сгорания (41 литр), а максимальная загрузка 30 литров. Для отвода продуктов сгорания предусмотрен дымоход диаметром 80 мм и высотой 3 м. Выходное напряжение 12 В, мощность 60 Вт.

Как сделать электростанцию своими руками

Кроме того, многие мастера создают своими руками станции (обычно на базе газогенератора), которые потом продают.

Все это говорит о том, что можно самостоятельно построить электростанцию ​​из подручных средств и использовать в своих целях.

Далее давайте посмотрим, как можно сделать устройство самостоятельно.

Что понадобится

Элемент Пельтье, используемый в генераторах энергии

Основное необходимое устройство — элемент Пельтье, который можно купить или снять с кулера. Помимо него необходимо подготовить и другие детали:

Комплект инструментов для электросварки:

• регулятор напряжения;
• металл для корпуса;
• радиатор охлаждения и кулер;
• термопаста;
• инструмент — заклепочник,
• ножницы по металлу;
• дрель;
• сварщик;
• заклепки.

На основе термоэлектрогенератора

Первый вариант — это силовая установка на основе пластины Пельтье. Сразу отметим, что самодельное устройство подходит только для зарядки телефона, фонарика или для освещения с помощью светодиодных ламп.

Для изготовления вам потребуются:

• металлический корпус, который сыграет роль топки;
• пластина Пельтье (продается отдельно);
• стабилизатор напряжения с установленным выходом USB;
• теплообменник или просто вентилятор для охлаждения (можно получить компьютерный кулер).

Построить электростанцию ​​очень просто:

1. Делаем печь. Берем металлический ящик (например, компьютерный корпус), открываем его так, чтобы у духовки не было дна. В стенах снизу проделываем отверстия для подачи воздуха. Вверху можно установить решетку, на которую можно установить чайник и т.д.
2. Крепим пластину на заднюю стенку.
3. Установите холодильник на тарелку.
4. К выводам пластины подключаем регулятор напряжения, от которого питаем охладитель, а также делаем выводы для подключения потребителей.

Работает все просто: зажигаем дрова, пока плита нагревается, на ее выводах будет вырабатываться электричество, которое будет подаваться на регулятор напряжения. Кулер запускается и работает от него, обеспечивая охлаждение пластины.

Осталось только подключить потребителей и следить за процессом горения в печи (своевременно подбрасывать дрова).

На основе газогенератора

Второй способ построить электростанцию ​​- построить газогенератор. Такое устройство изготовить намного сложнее, но выработка электроэнергии намного выше.

Для его изготовления вам понадобятся:

• Цилиндрическая емкость (например, газовый баллон в разобранном виде). Он будет играть роль печки, поэтому должны быть предусмотрены люки для загрузки топлива и очистки твердых продуктов сгорания, а также подача воздуха (потребуется нагнетательный вентилятор для обеспечения лучшего процесса горения) и выход газа.
• Радиатор охлаждения (можно сделать в виде змеевика), в котором будет охлаждаться газ.
• Возможность создания фильтра типа «Циклон».
• Возможность создания газового фильтра тонкой очистки.
• Бензиновый генератор (но можно взять любой бензиновый двигатель).

После этого все нужно объединить в одну конструкцию. Газ из котла должен идти в радиатор охлаждения, затем в «циклон» и фильтр тонкой очистки. И только после этого полученный газ подается в двигатель.

Это принципиальная схема производства газогенератора. Исполнение может быть самым разным.

Например, можно установить механизм принудительной подачи твердого топлива из бункера, который, кстати, тоже будет питаться от генератора, а также всевозможные устройства управления.

При создании силовой установки на основе эффекта Пельтье особых проблем не возникнет, так как схема простая. Единственное, что следует предпринять, — это меры безопасности, так как огонь в такой печи практически открыт. Но при создании газогенератора следует учитывать множество нюансов, в том числе: обеспечение герметичности всех соединений системы, по которой проходит газ. Чтобы двигатель внутреннего сгорания работал нормально, следует побеспокоиться о качественной очистке газа (наличие в нем примесей недопустимо).

Газогенератор представляет собой громоздкую конструкцию, поэтому для него нужно правильно выбрать место, а также обеспечить нормальную вентиляцию при установке в помещении.

Поскольку такие силовые установки не новы и выпускаются любителями довольно давно, отзывов о них было много. В основном все они положительные. Даже самодельную печь с элементом Пельтье можно отметить, что она справляется с поставленной задачей в полной мере. Что касается газогенераторов, то установка таких устройств даже на современные автомобили может служить здесь наглядным примером, что говорит об их эффективности.

Простейший самодельный термогенератор

Итак, идея теплогенератора довольно проста: нужно взять элемент Пельтье и сильно нагреть одну из его поверхностей. В сборных генераторах для этого используются газовые горелки. Но сделать такое устройство в домашних условиях довольно сложно — сложно обеспечить стабильное горение пламени в течение длительного времени.

Поэтому мастера отдают предпочтение более простому варианту теплогенератора, о котором мы сейчас и поговорим.

Пошаговая инструкция

Схематично устройство самодельной ТЭЦ можно представить следующим образом:

1. Ставим элемент Пельтье на дно глубокой посуды: миски или чашки.
2. Итак, поставьте в этот корабль еще одну — если используются чаши, вам понадобится такая же; если ваш выбор пал на чашки, вторая должна быть немного меньше первой.
3. К проводам, снятым с элемента Пельтье, подключаем преобразователь напряжения.
4. Наполняем внутренний сосуд снегом или холодной водой, после чего поджигаем всю конструкцию.

Через некоторое время снег растает, превратится в воду и пузыри. При этом производительность генератора снизится, но у туриста появится возможность попить горячего чая. Выпив чай, можно заправить генератор новой порцией снега.

Чем больше термопар (также называемых ответвлениями) элемента Пельтье вы приобрели, тем лучше. Можно использовать прибор марки ТЕС1-127120-50 — их 127. Этот элемент рассчитан на токи до 12А.

А теперь давайте подробно рассмотрим процесс создания самодельного теплогенератора:

1. Поверхность каждой емкости в месте контакта с элементом Пельтье должна быть ровной и чистой, чтобы обеспечить максимальную теплопередачу. Для идеальной посадки можно отполировать низы смазанным пастой ГОИ куском войлока, закрепленным в патроне электродрели.
2. К контактам элемента Пельтье подключаем провода электроплиты, снабженной термостойкой изоляцией. При их отсутствии можно нанести, например, нить МГТФЭ-0,35, обернув ее термостойкой тканью.
3. Смазав дно одной из емкостей теплопроводной пастой, например КПТ-8, мы поместили на нее элемент Пельтье. Подключенные к нему провода необходимо расположить так, чтобы их концы находились вне емкости.
4. Поверх элемента Пельтье снова смазываем термопастой и вставляем в нашу чашку или таз вторую емкость подходящего размера (ручку чашки придется разрезать).
5. Пространство между емкостями следует заполнить термостойким герметиком (состав для ремонта выхлопных труб можно приобрести в автосалоне). Он обеспечит теплоизоляцию между горячей и холодной сторонами генератора и обеспечит дополнительную защиту проводов.

Генератор электричества для кемпинга

Выступающие концы ниток можно приклеить к стенке чашки тканевым скотчем.

Изготовление преобразователя

Во время эксперимента термогенератор, установленный на электроплите, при наличии снега во внутреннем контейнере, создавал электромагнитное поле 3В и ток 1,5А. После того, как снег превратился в воду и закипел, мощность генератора снизилась в три раза (напряжение 1,2 В).

Чтобы использовать такое устройство в качестве зарядного устройства для телефона или другого гаджета, требующего стабильного напряжения 5 В или 6,5 В, оно должно быть оснащено преобразователем напряжения.

Рассмотрим два варианта.

Вариант 1

Проще всего использовать в качестве преобразователя микросхему КР1446ПН1, оснащенную DIP-корпусом. Он сделан в России и его легко найти в магазине радиодеталей или на радиорынке. Не запрещено использовать более мощные аналоги, но все они доступны в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа, так что распаивать придется мучиться.

Вход микросхемы запитан напряжением от элемента Пельтье и включается в режиме «5 Вольт» (стандарт). Параллельно элементу Пельтье ко входу преобразователя напряжения следует припаять достаточно мощный шунтирующий диод. Предотвращает протекание тока в обратном направлении, если на генератор оказывается противоположное влияние температуры. Например, будучи наполненным горячей водой, он может случайно оказаться на холодной поверхности.

На выходе преобразователя необходимо припаять кабель от старого зарядного устройства, подходящего к нашей модели телефона или камеры, а также светодиодный индикатор 5В.

Недостаток этого варианта — предлагаемая в качестве преобразователя микросхема ограничивает мощность генератора, так как ток на его выходе не превышает 100 мА. Таким образом, элемент Пельтье используется примерно на 20%, чего хватит только для старых телефонов.

Для зарядки более мощных устройств необходимо использовать более совершенный вариант преобразователя напряжения.

Вариант 2

Более мощный преобразователь можно собрать по двухкаскадной схеме с использованием пары микросхем MAX 756. Чтобы при отключении потребителя генерируемый ток не тратился зря, мы оснастим преобразователь встроенными аккумуляторами. Подключенные последовательно, они подключаются к нагрузке первой ступени через переключатель, диод и токоограничивающий резистор. Сам каскад установлен в режим вывода 3,3 В».

На выходе из стадиона им. 1 подключаем этап n. 2, установите режим вывода «5 Вольт». Оба этапа реализованы по схеме, приведенной в документации на микросхему MAX 756 (размещенной в сети). Единственное отличие состоит в том, что петля обратной связи каскада n. 2 (между выходом каскада и ветвью № 6 его микросхемы) интегрирован последовательностью из 3-х кремниевых диодов, расположенных на аноде выхода.

Самый простой дорожный теплогенератор

Это улучшение позволит получить напряжение минимум 6,5 В (необходимое для подзарядки некоторых электронных устройств).

Чтобы упростить схему, вы можете использовать MAX 757, который имеет отдельный выход обратной связи.

Интерфейс этого преобразователя соответствует USB типа A. Но если к нему предполагается подключить USB-устройство, лучше убрать последовательность диодов из цепи обратной связи 2-й ступени, чтобы выходное напряжение вернулось к 5 В.

Эта версия преобразователя не может быть подключена к портам USB-Host.

Видео

Мини-ТЭЦ на древесных отходах

Производство тепла и электроэнергии для предприятий связано с высокими затратами. В общую стоимость входят не только работы по строительству завода, но и его подключение к централизованным источникам газа или электроэнергии, разработка проекта, получение разрешительной документации и т.д. Дополнительные трудности возникают, например, если компания находится вне зоны доступа к централизованным источникам электроэнергии или газа. В этом случае в качестве альтернативы целесообразно строительство мини-ТЭЦ на древесных отходах.

Отличия мини-ТЭЦ и традиционных генераторов

Генератор — это устройство, способное преобразовывать различные виды топлива в электрическую энергию. Большинство массовых установок приводится в действие двигателями внутреннего сгорания или газовыми турбинами. При этом значительная часть тепловой энергии, получаемой в результате сгорания топлива, просто выбрасывается по ветру.

Основные потери составляют система охлаждения двигателя, выхлопные газы (отходы), нагрев смазочных жидкостей. По этой причине урожайность всех существующих генераторов, которые можно использовать в частном порядке, невысока.

Мини-ТЭЦ для дома на твердом топливе (или другого типа источника энергии) позволяет использовать теплопотери, характерные для генераторов, для получения значительного количества тепловой энергии. В промышленных масштабах тепловые сети (ТЭЦ), действующие на крупных предприятиях, способны удовлетворить потребности даже большого города. В последнее время все более востребованными становятся ТЭЦ относительно небольшой мощности, которые можно использовать для индивидуальных целей. При этом упор делается на установки, способные работать на альтернативных источниках энергии (биотопливо, торф, брикеты и пеллеты, древесные отходы, дрова).

Современные когенерационные установки могут работать в двух основных режимах:

1. Когенерация — это производство электроэнергии и связанное с ней производство тепла.
2. Тригенерация — это подача электроэнергии и дополнительное производство не только тепла, но и холода для холодильных установок.

Принцип работы и существующие виды мини-ТЭЦ

Если для традиционного когенератора основным агрегатом считается двигатель внутреннего сгорания, то мини-когенератор, работающий на древесине или древесных отходах, работает за счет прямого сжигания топлива в котлах.

Поэтому принцип работы растений немного отличается:

• Вращение вала двигателя внутреннего сгорания (двигателя внутреннего сгорания) приводит в движение генераторную установку, вырабатывающую электричество. Тепловая мощность отбирается из системы охлаждения двигателя и продуктов сгорания топлива.
• Установки альтернативной энергетики обычно работают вместе с паровой турбиной, вырабатывающей электричество. Топливо производит пар, необходимый для работы турбин. Отработанный водяной пар и продукты сгорания (дым) используются в качестве источника тепловой энергии).

На практике часто используются следующие модификации ТЭЦ:

1. Агрегаты на основе двигателей внутреннего сгорания. Сюда входит оборудование с бензиновыми и дизельными двигателями, газовыми поршнями и газовыми турбинами. Наиболее производительными считаются именно газовые модификации.

Мини-ТЭЦ дизель

Работа дизельной ТЭЦ осложняется тем, что агрегат должен работать практически на полную мощность. В противном случае двигатель недостаточно нагревается и отвести от него тепловую энергию довольно проблематично.

Средняя стоимость мини-ТЭЦ этого типа зависит от генерируемой мощности. Сегодня на каждый киловатт электроэнергии приходится около 20-30 тысяч. При этом следует учитывать, что минимальная мощность таких установок составляет 25-30 кВт, а использование их в личных целях достаточно проблематично.

2. ТЭЦ, использующие отходы деревообработки, могут использоваться в лесных массивах или при наличии недорогого источника топлива.

Мини-когенерационная установка, работающая на древесных отходах

Мини ТЭЦ от компании SUN SYSTEM вполне подойдет для частного дома. Такая установка вполне способна удовлетворить потребности жилого дома площадью до 400 квадратных метров.

Мощность мини ТЭЦ этой серии составляет 3 кВт по электроэнергии и 10 кВт по теплу. Основа агрегата — двигатель Стирлинга, в качестве топлива используются пеллеты. Средняя стоимость установки — 19 тысяч евро.

3. На сегодняшний день различные компании предлагают мини-когенерационные установки для биотопливных домов различных модификаций. При выборе таких установок следует учитывать, что экономическая целесообразность использования этих устройств будет присутствовать только при годовом потреблении не менее 3000 кВт * ч электроэнергии и 20 тыс. КВт тепла.

Мини ТЭЦ биотопливо от MW Power

При этом быстро окупается только оборудование, работающее с максимальной нагрузкой. В противном случае срок окупаемости оборудования может быть значительно увеличен. Такой вариант лучше всего подходит для коллективного пользования, например, для 3-5 коттеджей или целого небольшого поселка.

Современные разработки микро ТЭЦ

Для индивидуальной эксплуатации рекомендуется обратить внимание на оборудование нового поколения — микро-ТЭЦ. Для потребителей с небольшим спросом на тепло и электроэнергию такое оборудование станет лучшим выбором.

Итак, микрокогенерационная установка на базе все того же двигателя Стирлинга VIESSMANN — VITOTWIN 300-W:

• Идеально подходит для небольшого загородного дома (после выхода на природный или сжиженный газ).
• Средняя стоимость такой установки составляет 10,5 тысячи евро.
• Он позволяет получать 1 кВт электроэнергии и 6 кВт тепловой энергии.

К основным достоинствам агрегата можно отнести экономичность, низкий уровень шума, возникающего при работе. Еще одним преимуществом считается простота монтажа (не сложнее обычного настенного котла).

Установка любой мини-ТЭЦ — это, прежде всего, дело будущего. Учитывая довольно высокую стоимость оборудования, рекомендуется использовать данные агрегаты коллективно.

Но даже для личного пользования мини- и микрогенераторные установки могут гарантировать энергетическую независимость от центральных сетей. Поэтому таким агрегатам уготовано большое будущее.

Котельная на отходах древесины «Гефест-120» («Прометей»)

Назначение и применение

Котельные установки серии «Гефест» — это современное оборудование, предназначенное для нагрева воды в системах теплоснабжения камер сушки древесины, а также для обогрева производственных и жилых помещений. В качестве топлива могут использоваться насыпные древесные отходы, ДСП, ДСП, МДФ с гранулометрическим составом до 30 мм и кусковые отходы длиной до 1,0 м. Влажность топлива: относительная 55%, абсолютная до 110%.

Опилки, стружка	Стружка	Пеллеты
Отходы ДСП после измельчения отходов навалом	Смесь обрезков ЛДСП и стружки ПВХ после панельных пил

Основные преимущества

Работа котельной основана на принципе газогенерации (газификация происходит в специальном агрегате — газогенераторе — термическое разложение древесины на дым и водород). Этот принцип сжигания имеет значительные преимущества перед сжиганием слоистого топлива в обычных котлах.

• высокий КПД котельных систем (до 90%);
• практически полное бездымное сгорание сыпучего топлива (зольность не превышает 1-2%);
• возможность утилизировать любые отходы деревообрабатывающей промышленности, в том числе ЛДСП, ЛДСП, МДФ;
• не требуется установка систем искрогашения и очистки дымовых газов;
• простота управления, автоматический режим дозированной подачи топлива;
• срок службы, срок службы котла без ремонта — до 15 лет;
• автоматическое увлажнение сыпучего топлива (относительная влажность 6-8%), предотвращает нагрев корпуса газогенератора, значительно увеличивая срок его службы без ремонта;
• высокая ремонтопригодность газогенератора;
• конструкция котла исключает образование накипи внутри трубок теплообменника
• характеристики выбросов в атмосферу при сжигании любого вида отходов не превышают ПДК).

Лабораторные исследования атмосферного воздуха при сжигании отходов: ДСП, МДФ и сыпучие хвойные отходы.

Точка отбора проб: 100 метров от источника

Источник: «Водогрейный котел серии АГГУ» («Гефест»)

Название данного ингредиента	Обнаруженная концентрация, мг / м3	ПДК, мг / м3
ДСП
Диоксид азота	0,027 ± 0,005	0,2
Монооксид углерода	1,8 ± 0,4	5
Гидроксибензол / Фенол/	0,006 ± 0,001	0,01
Формальдегид	<0,0015	0,04
МДФ
Диоксид азота	0,026 ± 0,005	0,2
Монооксид углерода	2,8 ± 0,4	5
Гидроксибензол / Фенол/	0,007 ± 0,001	0,01
Формальдегид	<0,0015	0,04
Сыпучие отходы хвойной древесины
Диоксид азота	0,024 ± 0,005	0,2
Монооксид углерода	1,5 ± 0,3	5

Описание конструкции и принципа работы

В состав котельной установки входят следующие основные узлы: рабочий бункер, шнековый конвейер подачи топлива, в состав которого входят распределитель — задвижка, газогенератор, водогрейный котел, контроллер — программатор, комплект оборудования для увлажнения топлива и системы пожаротушения.

Насыпное топливо из бункера поступает на шнековый конвейер, который работает в режиме автоматической паузы подачи по расписанию, установленному на контроллере. Лом и куски вручную загружаются прямо в топку котла.

Винтовой конвейер осуществляет дозированную подачу топлива в газогенератор. Для повышения эффективности газификации сухого топлива (опилки, стружка, щепа с относительной влажностью 6-8%) в конструкции системы предусмотрено автоматическое увлажнение топлива в шнеке на входе в газогенератор. Камера газогенератора нагревается до температуры 900-1000 ° C при сжигании древесных отходов, и — до температуры 1100-1200 ° C при сжигании ДСП, ЛДСП, отходов МДФ. Под воздействием высокой температуры в газогенераторе происходит интенсивное термическое разложение древесного топлива, в том числе химических компонентов, входящих в состав ДСП, ЛДСП, МДФ. Основными горючими компонентами этого газа являются пары (CO) и водород (H2). Сжигание газов начинается в газогенераторе и заканчивается непосредственной горелкой в ​​топке котла, в которой нагревается вода. Химический состав газа газогенератора приведен в таблице.

Газификация топлива, происходящая в газогенераторе, позволяет добиться практически полного бездымного сгорания различных видов топлива — после сгорания остается только зола в количестве 1-2%. При этом выбросы вредных веществ в атмосферу не превышают предельно допустимых концентраций (ПДК). Химический состав продуктов сгорания представлен в таблице.

Схема котельной системы

Котел системы имеет цельносварную конструкцию. Все теплообменные поверхности, в том числе решетки, охлаждаются водой. Теплообменник котла имеет дымогарную конструкцию. Пары проходят по трубам и нагревают воду, которая циркулирует внутри теплообменника и омывает внешние поверхности труб. Конструкция дымовой трубы сводит к минимуму необходимость химической обработки воды и значительно упрощает текущую очистку теплообменника. В отличие от котлов многослойного горения топка котла не облицована огнеупорным кирпичом, что исключает необходимость ежегодного ремонта кладки. Причина ремонта топок котлов слоистого горения — разрушение кладки из-за неравномерного прогрева стен и свода, характерного для больших печей. Стены и свод топки цельносварного котла имеют водяную рубашку, не позволяющую им нагреваться выше 95-98 ° С, увеличивая срок их службы без ремонта до 15 лет.

Газогенератор, входящий в состав котельной установки, имеет камеру, объем которой в 5-6 раз меньше топки обычного многослойного котла такой же мощности. Небольшие размеры камеры газогенератора позволяют равномерно нагревать ее объем до более высоких температур (от 900 ° C до 1200 ° C), чем температура топки обычного многослойного котла сжигания, где температура в слое на решетке не превышает 700-750 ° С. В нагретой до высокой температуры камере газогенератора обеспечивается интенсивная газификация и в дальнейшем практически полное бездымное сжигание древесного топлива с относительной влажностью до 55%, в том числе макулатуры ДСП, ЛДСП, МДФ. Равномерный нагрев футеровки камеры газогенератора значительно снижает внутренние напряжения в кладке, предотвращая ее ускоренное разрушение. Срок службы газогенератора без ремонта — не менее 6 лет.

Контроллер-программист выполняет следующие функции: регулирование процесса подачи топлива и воздуха в газогенератор; регулирование процесса увлажнения сухого топлива в шнеке; предотвращение аварийных ситуаций. Контроль и регулировка производятся по следующим параметрам: температура котловой воды; температура камеры газогенератора; температура воздуха в шнеке; уровень топлива в камере газогенератора. Есть два режима управления механизмом подачи топлива и вентилятором: 1 — режим интенсивной установки заданной температуры воды в котле. 2 — режим поддержания заданной температуры воды в котле. Периодическое переключение с одного режима управления на другой позволяет обеспечить высокую точность поддержания необходимой температуры камеры газогенератора, в результате чего достигается стабильная интенсивная газификация топлива, что является основным условием его полного задымления. -свободное горение. В этом случае температура воды в бойлере поддерживается с точностью ± 1 ° C. Следующие чрезвычайные ситуации отслеживаются и предотвращаются: Когда температура воды в котле достигает 95 ° С, отключается механизм подачи топлива. Когда температура воздуха в шнеке достигает 65 ° C, срабатывает двухступенчатая система пожаротушения. При переполнении камеры газогенератора несгоревшим топливом механизм подачи топлива отключается.

Рабочий бункер снабжен мешалкой топлива, в результате чего исключается «зависание» опилок (стружки) в бункере и обеспечивается бесперебойная работа шнекового конвейера подачи топлива в автоматическом режиме. В состав винтового конвейера входит распределитель — задвижка, выполняющая следующие функции: Обеспечивает высокую равномерность подачи топлива. Исключает возможность движения горючих газов, образующихся через короб шнекового транспортера в бункере, что возможно при нарушении тяги в дымоходе или режима подачи топлива в газогенератор, в результате чего предотвращается опасность пожара.

Дополнительное оборудование:

Автоматические загрузочные устройства. Предназначен для подачи топлива (опилки, щепа) в действующий бункер.

Шнековый погрузчик мод. ТШ-15Н: Состоит из следующих основных агрегатов: наклонный конвейер с поворотным упругим рычагом для самозагрузки, платформа-накопитель и моторизация (мотор-редуктор). Рекомендуется для мод. «Гефест 250, 400, 600, 800, 1000».

Шнековый погрузчик мод. ТШ-15НГ: Состоит из следующих основных агрегатов: наклонный конвейер с поворотной упругой стрелой для самозагрузки, платформа бункера-накопителя и моторизация (мотор-редуктор). Горизонтальный конвейер с распределителем и приводом (мотор-редуктором). Рекомендуется для мод. «Гефест 1200, 1600». Конвейеры выполнены в виде закрытых ящиков со шнеками внутри.

Дополнительное оборудование:

• дымоход для каждого типа котла;
• циркуляционный насос;
• расширительный бак;
• соединения трубопроводов котельной.

Характеристики
Тепловая мощность, кВт	120
Температура теплоносителя, ° С	95
Количество израсходованного топлива: насыпной объем опилок (стружки), м³ / сутки объем сыпучих отходов, м³ / сутки / кг / час	4-5 1,35-1,50 / 45-50
Энергопотребление, кВт	0,9
Объем бункера, м³	1.5
Размеры отапливаемых жилых помещений тыс.м2 цехов тыс.м3	0,8-1,2 2,4-3,0
Объем загрузки сушильных камер, м³	25-30
Установочные размеры Д / Ш / В, мм	4150x2450x2400
Вес (кг	1950

Котельный комплекс на основе парового котла BIOSTEAM

Предназначен для генерации перегретого пара при сжигании биомассы (древесины, торфа, соломы, соломы и т.д.). Котел может быть использован для технологических нужд, производства энергии, а также в системах отопления и горячего водоснабжения промышленных и бытовых систем в стационарных автоматизированных котельных.

Конструкция парового котла

Барабанный паровой котел с естественной циркуляцией имеет П-образное расположение поверхностей нагрева. Оборудован топкой с подвижной решеткой. Котел газонепроницаемый, стенки камеры сгорания и конвективная часть газовых труб образованы панелями из труб. Для воздушного отопления котел оборудован ТЭНами. Регулирование температуры перегретого пара осуществляется за счет впрыска питательной воды.

Устройство и принцип работы духовки

Основа установки — толстостенная камера сгорания с наклонной чугунной решеткой. Печь выполнена с передней частью печи, что дает возможность проводить обслуживание горизонтальных и наклонных решеток и загрузку сыпучих материалов с тыльной стороны (опилки, стружка, щепа, торф, отходы сельскохозяйственных культур) и с передней стороны. — кусковое топливо (дрова, отходы и др.). Метод противоточного сжигания топлива используется как наиболее эффективный метод сжигания низкокалорийного топлива (влажная кора, щепа, опилки). Когда горячий дымовой газ проходит по поверхности влажного топлива из биомассы, поступающего в печь, конвекция, создаваемая в печи, ускоряет процесс сушки и перенос водяного пара из слоя топлива (дополняя основной радиационный теплообмен с поверхностным топливом).

С передней дверцей топки и задним окном для механизированной загрузки насыпного топлива, облицованной огнеупорным кирпичом вдоль стен и свода, он имеет теплоизоляционный кожух из листовых металлических профилей и, благодаря тяжелой футеровке и сводчатому своду с клиньями из кирпича, обеспечивает возможность горения топлива повышенной влажности без дополнительного освещения (без каких-либо вспомогательных видов топлива).

Для сжигания различных видов топлива в топку устанавливается наклонная чугунная решетка, на которой находятся как сыпучие (опилки, стружка, стружка, фрезерный торф, сельскохозяйственные отходы), так и топливо в кусках (дрова, брикеты, стружка, кора, Отходы МДФ) сжигаются, ДСП, ДСП и тд). Для горения ДСП и МДФ можно облицовывать огнеупорным кирпичом с температурой эксплуатации до 1400 градусов.

Топливо в камере сгорания проходит через четыре зоны сгорания. Первая — зона сушки, вторая — зона выброса летучих топливных частиц и их воспламенения, третья — зона интенсивного горения, четвертая — зона дожигания СО в факеле котла. Кислород атмосферного воздуха подается во все зоны пропорционально подаче топлива разной влажности несколькими вентиляторами (дутьевой и дожигающий.

Вентиляторы подают нагретый первичный воздух в пространство колосниковой решетки, тем самым участвуя в основном сжигании и обеспечивая необходимую вентиляцию колосниковых решеток, а также охлаждая внешнюю и внутреннюю облицовку печи. Отдельные продувочные вентиляторы предназначены для подачи вторичного воздуха в форсажные секции камеры сгорания.

Топливо с помощью шнека (или гидравлического толкателя — в случае большей «толщины» топлива) автоматически подается заданным способом на верхнюю ступень решетки, откуда, просушившись, переливается под решетку давление последующих порций топлива. Из-за теплового излучения огнеупорной кладки, зоны горения и поступающего потока горячих паров топливо высыхает, воспламеняется, горит и горит на средней и нижней ступенях решетки.

После полного сгорания остаточного угля зола через решетку попадает в зольник, откуда она поступает вручную или автоматически через шнек — в зависимости от мощности парового котла, удаляется через люк для очистки непосредственно в работающем котле режим.

Конструкция мини ТЭЦ

Мини-ТЭЦ спроектирована в соответствии с требованиями действующих норм и правил Российской Федерации. В комплект поставки входят следующие дизайнерские разделы:

• генеральный план;
• архитектурные решения;
• конструктивные решения (КЖ, КМ) (по возможности можно использовать существующее котельное);
• термомеханический участок;
• технологический участок, заправка;
• электрооборудование, электрическое освещение, выходная мощность, молниезащита, заземление и др.;
• релейная защита, телемеханизация, АСКУЭ;
• отопление и вентиляция; водоснабжение и канализация;
• автоматика (АСУ ТП); системы связи;
• пожарная и охранная сигнализация;
• внешние сети электроснабжения;
• внешняя тепловая сеть;
• наружные сети водоснабжения и канализации;
• организация условий труда сотрудника;
• защита окружающей среды;
• оценки;
• проект организации строительства;
• пожарная безопасность, энергоэффективность.

Описание работы и схема подключения

1. Котельная — помещение, в котором находится паровой котел с бункером подачи топлива, группа питательных насосов, установка химической очистки и деаэрации воды, группа питательных насосов. В котельной выделено помещение для операционной и помещение для обслуживающего персонала ТЭЦ.
2. Машинный зал мини-ТЭЦ расположен в отдельном помещении, соединенном с котельной. Схема оборудования мини-ТЭЦ с общим паросборником. В машинном зале также находятся элементы электросхемы мини-ТЭЦ (синхронизаторы, генераторы и т.д.). Поскольку будет использоваться конденсационная турбина, необходимо будет решить проблему конденсационного охлаждения, то есть будет построена градирня.
3. Топливная экономичность мини-ТЭЦ — это склад готового топлива, главный скребковый конвейер для подачи топлива в приемные бункеры котлов, приемные емкости котлов. Из загрузочного бункера топливо через шнеки подается в топки котла. Зола удаляется из дымовых газов в мультициклонах, установленных рядом с котлами (или электрофильтрами). Процесс сгорания топлива регулируется таким образом, чтобы обеспечить максимальное сгорание топлива. Зола после котлов и мультициклонов удаляется из котельной с помощью закрытых шнеков в золоулавливателе, который опорожняется по мере заполнения.
4. Автоматизация и управление мини-ТЭЦ построены с высоким уровнем автоматизации, что позволяет ей работать автоматически без вмешательства оператора. Системы локальной автоматики машинного отделения, котельной объединены в общий верхний уровень с выводом сигналов на диспетчерский пульт. На диспетчерском пульте отображаются мнемосхемы системы мини-ТЭЦ с указанием номинальных и фактических рабочих параметров.

Разумный подход к хозяйствованию

В чем преимущество дровяной мини-ТЭЦ? Во-первых, для любой компании ужесточаются требования органов экологического контроля. Во-вторых, макроэкономическая ситуация в России ухудшается.

Строительство мини-ТЭЦ на древесных отходах для ряда компаний позволит успешно реализовать меры по снижению затрат. Это отразится на оптимизации энергопотребления. Ведь вместо традиционного газа или электричества, которые имеют высокую стоимость, используются дешевые древесные отходы. Его превращение в энергию происходит практически без ущерба для окружающей среды. Это создало предпосылки для того, чтобы строительство мини-ТЭЦ на древесных отходах пережило сегодня настоящий бум. Опилки, стружка и т.д. Занимают более 85% в общей структуре возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Где востребованы

Строительство ТЭЦ на древесных отходах оправдано для предприятий, где сырье образуется в результате основной деятельности. Они работают в следующих секторах:

• обработка древесины;
• деревообрабатывающая промышленность;
• обработка древесины.

строительство мини-ТЭЦ на отходах лучше доверить профессиональной компании, стоимость ее услуг зависит от ряда факторов. Между ними:

1. Схема выполнения заказа. Услуги, включая проектирование и установку мини-тетов, предоставляются в соответствии с техническими условиями заказчика.
2. Бренды, под которыми производится основное оборудование. Это не просто вопрос предпочтений. Бывают ситуации, когда, например, конкретный производитель специализируется на оснащении мини-ТЭЦ на опилках. Именно ее продукция закупается для этого вида отходов. В свою очередь, для оптимальной работы мини-ТЭЦ, использующей щепу, может потребоваться оборудование другой марки.
3. Степень автоматизации. Для мусорной мини-ТЭЦ все по-другому, и цена это отражает.

Среди предприятий есть тенденция. Большинство из них хотят установить под ключ мини-ТЭЦ на древесных отходах, и в таком городе, как Москва, такой подход сокращает расходы.

А стоит ли игра свеч

Пока что дровяные печи с электрогенератором не очень популярны. Это связано с их дороговизной и малой мощностью.

Некоторые пользователи считают, что гораздо удобнее и выгоднее покупать электрогенератор, работающий на бензине или дизеле. Другие утверждают, что сжигание древесины выгодно, потому что в качестве топлива можно использовать полностью свободные древесные отходы. В любом случае, выбирая электрогенератор, необходимо учитывать все особенности ваших конкретных потребностей и условий.

Экологические вопросы эксплуатации мини-ТЭЦ

Экологические показатели сжигания топлива в современных паровых котлах очень хорошие. Внедрение известной отечественной технологии сжигания твердого топлива (уголь, угольные отходы, шлам, древесные и растительные отходы и др.) В высокотемпературном циркулирующем псевдоожиженном слое (патент на полезную модель RU 15772) позволяет гарантировать работу котла с очень низкими выбросами в атмосферу. Экологические показатели котлов с такими топками соответствуют самым строгим требованиям Ростехнадзора.

В заключение следует отметить, что наиболее подходящими для экологических солнечных электростанций являются энергоблоки с паровыми двигателями (таблица 2), в том числе мини-когенерационные установки, в которых котлы используются для выработки пара не с топками, а с солнечными коллекторами. В результате получилась действительно экологическая электростанция, работающая на солнце, воде и паре!

Таблица 2 Рациональные диапазоны электрической мощности

Тип солнечной энергии электростанции Рациональный электрический мощность, кВт Фотоэлектрическая система 1–100 Перевозить 100–7000 Паровая турбина 7 000–500 000

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

• Паромные мини-ТЭЦ более энергоэффективны, чем паровые турбины. Для них удельный расход пара в генераторных установках для выработки электроэнергии в 1,3-1,5 раза ниже, чем в паротурбинной мини-ТЭЦ, особенно с электрическими мощностями до 1200 кВт.
• Ресурс до капитального ремонта современных паровых машин для мини-ТЭЦ как минимум не меньше, чем у лопастных и винтовых паровых турбин.