मुझे थर्मोकोस्टिक जनरेटर की आवश्यकता क्यों है?

अंजीर। 1 एक घर थर्मोकोस्टिक गैस जनरेटर की अनुमानित उपस्थिति

पिछले लेख में, मैंने एक थर्मोकोकस जेनरेटर विकसित करने के बारे में बात की थी: "एक यात्रा तरंग थर्मोकैस्टिक इंजन बनाना और शुरू करना" । इस लेख में मैं इस जनरेटर के संभावित अनुप्रयोगों के बारे में और बात करना चाहता हूं और इसे मौजूदा विद्युत प्रणाली में कैसे एकीकृत किया जाए।

हाल के वैश्विक रुझानों में से एक विकेंद्रीकरण है। बड़ी संख्या में लोग बड़े संगठनों से यथासंभव स्वतंत्र होना चाहते हैं। यह प्रकट होता है, उदाहरण के लिए, एक 3D प्रिंटर के रूप में अपने स्वयं के माइक्रो कारखाने की इच्छा के रूप में, अपने स्वयं के धन को रिहा करने की इच्छा के रूप में, जैसे कि क्रिप्टोकरेंसी, या YouTube पर एक चैनल के रूप में, अपने स्वयं के मीडिया की इच्छा के रूप में। ऊर्जा ने भी लंबे समय से विकेंद्रीकरण की दिशा में एक कदम उठाया है। लोगों की बढ़ती संख्या में विद्युत और तापीय ऊर्जा का अपना स्रोत होना चाहते हैं।


अंजीर। 2. डेनमार्क में ऊर्जा के विकेन्द्रीकरण का एक चित्र वितरित वितरण पर आधारित है। स्रोत: डेनिश एनर्जी एजेंसी

उदाहरण के लिए, डेनमार्क में, ऊर्जा का विकेंद्रीकरण बहुत सक्रिय है (छवि 2)।

विकेंद्रीकृत ऊर्जा के क्या लाभ हैं?

विकेंद्रीकरण के दौरान प्रत्येक व्यक्ति की स्वतंत्रता और स्वतंत्रता को बढ़ाने के अलावा, फायदे हैं:

- माइक्रो-सीएचपी हमेशा बड़े सीएचपी की तुलना में उपभोक्ता के अधिक करीब होता है। इस प्रकार, विद्युत और तापीय ऊर्जा का नुकसान क्रमशः तारों और हीटिंग मेन के माध्यम से संचरण के दौरान गायब हो जाता है।


अंजीर। 3. एक आंतरिक दहन इंजन, 5.5 किलोवाट पर माइक्रो-सीएचपी सेनेरटेक डाच F5.5

- उन जगहों पर घरों और उद्यमों को बनाने का एक अवसर है जहां ऊर्जा की आपूर्ति करना बहुत महंगा या असंभव था। उदाहरण के लिए, आपको परिदृश्य की सुंदरता के साथ एक जगह पसंद है, लेकिन वहां बिजली लाना संभव नहीं है। इस मामले में, घर में ऊर्जा की आपूर्ति करने का एकमात्र तरीका मौके पर बिजली और थर्मल ऊर्जा उत्पन्न करना है, अर्थात घर में ही।


अंजीर। 4. सभ्यता से दूर निजी घर

- वितरित ऊर्जा उत्पादन विभिन्न दुर्घटनाओं और आपदाओं के लिए ऊर्जा प्रणाली की स्थिरता को बढ़ाता है। एक बड़े थर्मल पावर प्लांट में तबाही की स्थिति में, विकेंद्रीकृत पीढ़ी के साथ, ऊर्जा आपूर्ति से कटे हुए लोगों की संख्या कम हो जाती है।


अंजीर। 5. फुकुशिमा पावर स्टेशन पर आपदा

- वितरित पीढ़ी में पूरे क्षेत्र में ऊर्जा खपत में तेज, असमान परिवर्तन के साथ महान लचीलापन और अनुकूलन क्षमता है। विकेंद्रीकरण के लिए धन्यवाद, माइक्रो ग्रिड नामक एकल बुद्धिमान नेटवर्क में कई ऊर्जा स्रोतों को जोड़ना संभव हो जाता है, जो ऊर्जा उत्पादन और खपत को संरेखित और अनुकूलित करता है।


अंजीर। 6. माइक्रो ग्रिड का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व, एक बुद्धिमान पावर ग्रिड जो ऊर्जा उत्पादन और खपत का अनुकूलन करता है।

- जिन देशों में कानूनी रूप से उत्पन्न बिजली को एक आम नेटवर्क को बेचने की अनुमति है, उन देशों में माइक्रो पीपीपी की मदद से पैसा कमाना संभव है। वर्तमान में सबसे आम प्रकार की कमाई सौर क्षेत्रों में है, जिसमें, अपने घर की छत पर सौर पैनलों को ठीक करके, आप बिजली बेचने के कई वर्षों के लिए पैनलों की लागत वापस कर सकते हैं और फिर उनसे लाभ कमा सकते हैं।


अंजीर। 7. घर की छत पर सौर ऊर्जा संयंत्र

- फिर, माइक्रो सीएचपी की संभावना इस तथ्य में निहित है कि जब मौजूदा बड़े बिजली संयंत्रों का संसाधन समाप्त हो जाता है, तो दुविधा पैदा होती है: एक नए बड़े बिजली स्टेशन या कई छोटे लोगों का निर्माण करने के लिए? हाल ही में, पसंद को एक बड़े के बजाय मध्यम, मिनी और माइक्रो सीएचपी का एक नेटवर्क बनाने पर ध्यान केंद्रित किया गया है जो विफल रहा है।

ऊर्जा के विकेंद्रीकरण पर सीमाएं

ऊर्जा के विकेंद्रीकरण के कई फायदे हैं। उसी समय, कोई यह नहीं कह सकता है कि सबसे बड़े संभव विकेंद्रीकरण के मामले के लिए प्रयास करना आवश्यक है। यही है, इस मामले में जब प्रत्येक निजी, प्रत्येक बहु-मंजिला इमारत में, प्रत्येक उद्यम में और प्रत्येक भवन में अपना थर्मल पावर स्टेशन होता है। ऊर्जा उपभोक्ताओं की घनी भीड़ के स्थानों में, एक बड़ी सीएचपी, कम ऊर्जा उत्पादन लागत के कारण अधिक अनुकूलित रखरखाव प्रक्रियाओं, कम जटिलता और सामग्री की खपत से जुड़े सूक्ष्म सीएचपी के एक समूह को आगे बढ़ा देगी।


अंजीर। 8. उत्तर-पश्चिमी सीएचपी

हालांकि, कम उपभोक्ता घनत्व और ऐसी जगहें हैं जिनमें बड़े थर्मल पावर प्लांट का निर्माण या तो असंभव है या अनुचित है। यह इन स्थानों पर है कि माइक्रो-सीएचपी धीरे-धीरे बाजार पर कब्जा कर लेते हैं और बड़े सीएचपीपी को बाहर निकालते हैं। माइक्रो-सीएचपी के साथ, वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत भी हैं, जैसे कि सौर और पवन ऊर्जा संयंत्र, जो ग्रह की घनी आबादी और कठोर-से-पहुंच वाले क्षेत्रों पर भी केंद्रित हैं, लेकिन वे कम सौर गतिविधि वाले स्थानों में और पवन ऊर्जा की आवश्यक मात्रा के अभाव में कार्यात्मक नहीं हैं।

इस प्रकार, यह कहा जा सकता है कि अपेक्षाकृत कम सौर गतिविधि और अपेक्षाकृत कम पवन ऊर्जा या अस्थिर हवा के साथ घनी आबादी वाले क्षेत्रों में सूक्ष्म सीएचपी का उपयोग कर ऊर्जा उत्पादन का विकेंद्रीकरण सबसे अधिक आशाजनक है।

रूस में सूक्ष्म ताप विद्युत संयंत्रों के उपयोग के लिए इष्टतम क्षेत्र


अंजीर। 9. रूस में ऊर्जा उत्पादन का नक्शा

तो माइक्रो-थर्मल पावर प्लांट का उपयोग करने के लिए इष्टतम क्षेत्र के आकार क्या हैं और कितने लोग इस पर रहते हैं? उदाहरण के लिए, रूस को लें। लगभग 13% आबादी, यानी 19.1 मिलियन लोग, क्षेत्र में केंद्रीकृत बिजली आपूर्ति (2018 के लिए) से आच्छादित नहीं हैं। देश का केवल एक तिहाई क्षेत्र केंद्रीकृत बिजली आपूर्ति से आच्छादित है।


अंजीर। 10. रूस में सौर पृथक्करण का नक्शा


अंजीर। 11. रूस में पवन गतिविधि का नक्शा

यदि आप सौर गतिविधि और पवन ऊर्जा के मानचित्रों को देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि रूस के यूरोपीय भाग के अधिकांश उपयोगकर्ता जो केंद्रीकृत ऊर्जा आपूर्ति से जुड़े नहीं हैं, वे कम सौर और पवन गतिविधि वाले क्षेत्र में हैं। इस प्रकार, वे सूक्ष्म-ताप विद्युत संयंत्रों के लिए इष्टतम क्षेत्र में हैं।

फिलहाल, इस क्षेत्र में अधिकांश मामलों में, आंतरिक दहन इंजन पर आधारित माइक्रो-टीपीपी या आंतरिक दहन इंजन पर एक जनरेटर का एक गुच्छा और एक हीटिंग बॉयलर का उपयोग किया जाता है।


अंजीर। 12. मास्को क्षेत्र के क्लिन शहर में तरलीकृत और प्राकृतिक गैस पर मिनी-सीएचपी

Capstone microturbine गैस जनरेटर सेट भी रूस में वितरण प्राप्त किया है।


अंजीर। 13. कैपस्टोन माइक्रोगेनरेटर

वर्तमान में विद्यमान सूक्ष्म विद्युत संयंत्रों की समस्याएं क्या हैं?

मौजूदा सक्रिय रूप से शोषित सूक्ष्म सीएचपी की मुख्य समस्याएं हैं:

• कम रखरखाव अंतराल, कम विश्वसनीयता।

अंजीर। 14. डीजल जनरेटर की मरम्मत

डीजल और गैस टरबाइन जनरेटर को वर्ष में एक बार रखरखाव की आवश्यकता होती है। इससे बिजली पैदा करने की लागत बढ़ जाती है, इस तरह की स्थापना के मालिकों के लिए अनावश्यक संगठनात्मक कार्य बनाता है, और रखरखाव के दौरान, स्थापना को स्वाभाविक रूप से एक निश्चित समय के लिए रोकना पड़ता है, जो उपभोक्ताओं के लिए समस्याएं पैदा करता है।

- डीजल और गैस टरबाइन संयंत्रों में सभी प्रकार के दहनशील ईंधन (तरल, गैसीय, ठोस ईंधन) का उपयोग करने की क्षमता नहीं है, और थर्मल ऊर्जा (सौर, भूतापीय, अपशिष्ट गर्मी) के वैकल्पिक स्रोतों का उपयोग करने का कोई तरीका भी नहीं है।


अंजीर। 15. माइक्रो सीएचपी के लिए थर्मल ऊर्जा के संभावित प्रकार। बाएं से दाएं: उद्यम, भूतापीय ऊर्जा, सौर ऊर्जा, दहनशील ईंधन की ऊर्जा से अपशिष्ट गर्मी

माइक्रो-सीएचपी के लिए सभी उपभोक्ताओं के पास थर्मल ऊर्जा का सबसे अच्छा स्रोत नहीं है - डीजल ईंधन या प्राकृतिक गैस है। यह थर्मल ऊर्जा के अन्य स्रोतों का उपयोग करने के लिए बहुत सस्ता हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक उद्यम में जहां थर्मल ऊर्जा को वायुमंडल में छुट्टी दे दी जाती है, इस ऊर्जा का हिस्सा एक माइक्रो-थर्मल पावर प्लांट में इससे बिजली पैदा करके बचाया जा सकता है। या भूतापीय स्रोतों वाले क्षेत्रों में (उदाहरण के लिए, कमचटका क्षेत्र) पृथ्वी के आंत्र की ऊष्मीय ऊर्जा का उपयोग करते हैं। उच्च सौर गतिविधि वाले क्षेत्रों में, सौर ऊर्जा का उपयोग हीटिंग के लिए, या एक साथ सौर ऊर्जा और दहनशील दहनशील ईंधन की ऊर्जा के लिए किया जा सकता है।

इस प्रकार, केवल दहनशील ईंधन के डीजल और गैस टरबाइन जनरेटर का उपयोग उनकी स्पष्ट खामी है।

- माइक्रो-सीएचपी की उच्च शुरुआती कीमत। उच्च कीमत के कारण, कई लोग स्थापना को खरीदने से इनकार कर देते हैं, क्योंकि कम से कम कई वर्षों बाद स्थापना का उपयोग पावर ग्रिड से जुड़ने की तुलना में सस्ता हो जाता है, लोग तुरंत माइक्रो-थर्मल पावर प्लांटों की कीमत पर काबू पाने में सक्षम नहीं हैं।

समस्या हल करना

ऊपर दिए गए पहले दो लोगों के बीच कम अंतराल के साथ समस्याओं की पहचान की। स्टर्लिंग इंजन के आधार पर निर्मित प्रतिष्ठानों द्वारा सेवा और सर्वव्यापीता का निर्णय लिया जाता है।


अंजीर। 16. वीसमैन विटोटविन 300-डब्ल्यू माइक्रो सीएचपी

पहले दो समस्याओं का एक और समाधान स्टीम माइक्रोटर्बाइनों के आधार पर स्थापना है, अर्थात, रैंकिन चक्र के अनुसार स्थापित करने वाले इंस्टॉलेशन।

इस तरह की स्थापना के एक उदाहरण के रूप में, रूस में विकसित, एक डॉन-टेक्नोलॉजीज रिसर्च और प्रोडक्शन एंटरप्राइज द्वारा बनाए गए गीले-स्टीम माइक्रोटरबाइन पर आधारित एक सूक्ष्म ऊर्जा परिसर का हवाला दे सकता है


अंजीर। 17. 5 किलोवाट की विद्युत शक्ति के साथ IEC "डॉन टेक्नोलॉजीज"

आंतरिक दहन इंजन और गैस टरबाइन इंजन की स्थापना की तुलना में इन पौधों के सभी फायदे होने के बावजूद, उच्च प्रारंभिक लागत, मरम्मत की जटिलता या अनिर्धारित रखरखाव (योग्य श्रमिकों की कमी जो अनिर्धारित मरम्मत कर सकते हैं) की वजह से उन्हें अभी तक बहुत लोकप्रियता नहीं मिली है। नई तकनीक के लिए लोगों की लंबी लत का कारण।

थर्मोकोकस जेनरेटर

बस स्टर्लिंग इंजन पर और स्टीम टरबाइन चक्र पर अधिष्ठापन उन लोगों के बीच कम अंतराल के साथ समस्याओं को हल करते हैं। ईंधन का चयन करते समय रखरखाव और सर्वाहारी की कमी, थर्मोकैकोस्टिक जनरेटर इसी तरह इन समस्याओं को हल करता है। तदनुसार, बाजार में एक जगह लेने के लिए, एक थर्मोकोटिक जनरेटर को इन पौधों की तुलना में प्रारंभिक लागत कम होना चाहिए, और डीजल और गैस टरबाइन वाले की तुलना में अधिमानतः कम होना चाहिए। विचार करें, जिसके कारण थर्मोकैकोस्टिक जनरेटर उन लोगों की समस्याओं को हल करता है। सेवा और सर्वाहारी, और क्या उच्च प्रारंभिक मूल्य के साथ समस्या को हल करना संभव है।

मुझे याद दिलाएं, उन लोगों के लिए, जिन्होंने पिछले लेख, "1 लेख" , "2 लेख" नहीं पढ़े हैं, जो कि मेरे द्वारा विकसित थर्मोकैस्टिक इंजन इस तरह योजनाबद्ध रूप से दिखता है:


अंजीर। 18. एक यात्रा की लहर के साथ एक चार-स्पीड इंजन की योजना

एक गुंजयमान यंत्र और हीट एक्सचेंजर्स से युक्त प्रणाली तापीय ऊर्जा के प्रभाव में ध्वनिक ऊर्जा उत्पन्न करती है। यही है, हीट एक्सचेंजर्स के बीच एक निश्चित तापमान अंतर की उपस्थिति में, एक यात्रा ध्वनिक तरंग गुंजयमान यंत्र में दिखाई देती है।

इस रूप में एक थर्मोकोस्टिक इंजन के पास एक उच्च उच्च संसाधन होता है, क्योंकि इसमें कोई भी चलने वाले हिस्से नहीं होते हैं। लेकिन बिजली पैदा करने के लिए, टर्बोगेनेटरों की अतिरिक्त आवश्यकता होती है, जो पहले टर्बोजेनर के रोटर के रोटेशन की यांत्रिक ऊर्जा में ध्वनिक ऊर्जा को परिवर्तित करना चाहिए, और फिर बिजली में। इसलिए, यह अपेक्षित है कि उन लोगों के बीच अधिकतम अंतराल। इस भाग में रखरखाव टरबाइन जनरेटर की आवश्यकता से सीमित होगा और, अंतिम लेकिन कम से कम, इंजन ही।

यही है, एक तरफ, सब कुछ भाप टरबाइन स्थापना की तरह निकलता है। हालांकि, एक थर्मोकॉस्टिक इंजन में एक टर्बो-जनरेटर एक भाप-टरबाइन चक्र की तुलना में बहुत कम तापमान (लगभग 40 डिग्री सेल्सियस) पर संचालित होता है, जहां टरबाइन का तापमान 200 डिग्री से अधिक तक पहुंच जाता है। इसके अलावा, एक थर्मोकैस्टिक इंजन में, टर्बाइन एक अक्रिय गैस में होता है - हीलियम या आर्गन, एक भाप टरबाइन के विपरीत, जो भाप में निहित बूंदों के प्रभाव में बाहर निकलता है। इस प्रकार, एक स्टीम टर्बोगेनेटर की तुलना में एक थर्मोकैकोस्टिक इंजन में टर्बोगेनरेटर के जीवन में वृद्धि की उम्मीद कर सकता है।

एक थर्मोकोटिक इंजन थर्मल ऊर्जा के लगभग किसी भी स्रोत का उपयोग कर सकता है, क्योंकि यह गर्मी की बाहरी आपूर्ति के साथ-साथ स्टर्लिंग इंजन है। इसी समय, यह गर्म और ठंडे गर्मी एक्सचेंजर्स के बीच बहुत कम तापमान अंतर होता है, जो इंजन को शुरू करने के लिए आवश्यक होता है (साहित्य में मैंने जो सबसे कम तापमान अंतर 17 डिग्री पाया है)। इसलिए, यह स्पष्ट है कि यह इंजन विभिन्न प्रकार की तापीय ऊर्जा का उपयोग करके समस्या को हल करता है।

आइए देखते हैं, जिसके कारण थर्मोकोस्टिक जनरेटर स्टर्लिंग इंजन पर जनरेटर की तुलना में सस्ता हो सकता है और स्टीम टर्बाइन की तुलना में।

• सबसे पहले, एक गुंजयमान शरीर के रूप में मानक पाइप के उपयोग के माध्यम से। स्टर्लिंग इंजन के विपरीत, थर्मोकैस्टिक इंजन के मामले में उच्च विनिर्माण सटीकता नहीं होनी चाहिए। पारंपरिक स्टील पाइप बिना मुड़ेंगे।
• फिर, स्टर्लिंग फ्री-पिस्टन इंजन के साथ तुलना में, थर्मोकैस्टिक जनरेटर में एक रैखिक नहीं बल्कि एक घूर्णन जनरेटर है, जो इसकी सामग्री की खपत को कम करता है और, परिणामस्वरूप, इसकी लागत।
• और अंत में, टर्बोगेनेरेटर, चूंकि यह लगभग कमरे के तापमान पर काम करता है, इसकी संरचना में प्लास्टिक के हिस्सों का उपयोग कर सकता है, जो इसके निर्माण की लागत को कम करता है।

इस प्रकार, एक वाणिज्यिक डिजाइन के लिए लाया गया थर्मोकोस्टिक जनरेटर माइक्रो-सीएचपी बाजार में अपने स्थान पर कब्जा कर लेना चाहिए।