[go: up one dir, main page]

RU2527773C1 - Power generator with stirling engine - Google Patents

Power generator with stirling engine Download PDF

Info

Publication number
RU2527773C1
RU2527773C1 RU2013115057/06A RU2013115057A RU2527773C1 RU 2527773 C1 RU2527773 C1 RU 2527773C1 RU 2013115057/06 A RU2013115057/06 A RU 2013115057/06A RU 2013115057 A RU2013115057 A RU 2013115057A RU 2527773 C1 RU2527773 C1 RU 2527773C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stirling engine
rectifier
heater
output
inverter
Prior art date
Application number
RU2013115057/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Сергеевич Цгоев
Евгений Николаевич Шлыков
Иван Сергеевич Козлов
Армен Воваевич Погосян
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2013115057/06A priority Critical patent/RU2527773C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2527773C1 publication Critical patent/RU2527773C1/en

Links

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: power generator comprises Stirling engine with electric generator fitted on one shaft, Stirling engine cooling system and engine heater. Proposed plant us equipped with solar tower electric station with mirrors. Stirling engine heater is located atop said solar tower electric station. Said mirrors are arranged to track the Sun and reflect sun rays to Stirling engine heater. The plant is equipped with rectifier and inverter units, engine working fluid temperature controller and transducer. Temperature transducer output is connected with controller input. Controller output is connected with control inputs of rectifier and inverter units. Electric generator power output is connected with power input of rectifier unit. Inverter unit power output is connected with the network of consuming hardware.
EFFECT: higher efficiency.
1 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое техническое решение относится к энергетике, более конкретно - к возобновляемы источникам энергии на основе солнечных башенных электростанций.The proposed technical solution relates to energy, and more specifically to renewable energy sources based on solar tower power plants.

Известны устройства (аналоги) - солнечные башенные электростанции на основе реализации цикла Ренкина с использованием расположенных на большой площади следящих за Солнцем плоских зеркал, отражающих солнечные лучи на центральный приемник (котел), помещенный на вершине башни (Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат. 1990. Стр.134-136).Known devices (analogues) are solar tower power plants based on the implementation of the Rankine cycle using flat mirrors located over a large area of the Sun-watching mirrors reflecting the sun's rays onto a central receiver (boiler) placed on the top of the tower (Twidell J., Weir A. Renewable sources Energy: Translated from English - M .: Energoatomizdat. 1990. Pp. 134-136).

В таблице приведены основные характеристики некоторых созданных в мире солнечных башенных электростанций с реализацией цикла Ренкина.The table shows the main characteristics of some solar tower power plants created in the world with the implementation of the Rankine cycle.

ХарактеристикиCharacteristics Название солнечной башенной электростанции с циклом РенкинаThe name of the solar tower power station with the Rankine cycle Solar-1 (Барстоу, США)Solar-1 (Barstow, United States) СЭС-5 (Крым, СССР)SES-5 (Crimea, USSR) THEMIS (Таргасонн, Франция)THEMIS (Targasonne, France) Eurelios (Андрано, Италия)Eurelios (Andrano, Italy) CESA-1 (Альмерия, Испания)CESA-1 (Almeria, Spain) CRS(Альмерия, Испания)CRS (Almeria, Spain) Форма поляField shape ЭллипсEllipse КругA circle СекторSector СекторSector СекторSector СекторSector Электрическая мощность, МВтElectric power, MW 1010 55 2.52.5 1one 1.21.2 0.50.5 Суммарная площадь зеркал, тыс.м2 The total area of mirrors, thousand m 2 73.273.2 4040 10.810.8 6.26.2 11.411.4 3.73.7 Число зеркал (гелиостатов)Number of mirrors (heliostats) 18181818 16001600 201201 7070 300300 9393 Площадь гелиостата, м2 Heliostat area, m 2 40.340.3 25.525.5 53.753.7 53.753.7 3838 3939 Коэффициент отражения зеркалMirror Reflection 0.90.9 0.710.71 0.90.9 0.770.77 0.870.87 0.910.91 Высота башни, мTower height, m 9191 8989 101.5101.5 5555 6060 4343 Тип приемника (котла)Type of receiver (boiler) Отрытый цилиндрOpen cylinder Отрытый цилиндрOpen cylinder ПолостнойAbdominal ПолостнойAbdominal ПолостнойAbdominal ПолостнойAbdominal Площадь приемника, м2 The area of the receiver, m 2 294294 154154 1616 1616 11.611.6 9.79.7 Температура приемника,°СReceiver temperature, ° С 516516 250250 505505 512512 520520 530530 Полный КПДFull efficiency 0.1370.137 0.1250.125 0.2310.231 0.1610.161 0.1050.105 0.1350.135

Недостаток устройств-аналогов - низкая эффективность, заключающаяся, как следует из последней строки таблицы, в низком КПД. Полный реальный КПД определяется для солнечного ясного полдня при плотности потока солнечного излучения G=1 кВт/м2 по формуле: η= P G S ,

Figure 00000001
Р[кВт] - электрическая мощность по второй строке таблицы, 8[м2] - суммарная площадь зеркал по третьей строке таблицы. Например, для СЭС-5 η= P G S = 5000 1 40000 = 0.125.
Figure 00000002
The disadvantage of analog devices is low efficiency, which consists, as follows from the last row of the table, in low efficiency. The full real efficiency is determined for a clear half day at a solar flux density of G = 1 kW / m 2 according to the formula: η = P G S ,
Figure 00000001
P [kW] is the electric power in the second row of the table, 8 [m 2 ] is the total mirror area in the third row of the table. For example, for SES-5 η = P G S = 5000 one 40,000 = 0.125.
Figure 00000002

Известна когенерационная установка, содержащая двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, гидролинии, систему охлаждения двигателя Стирлинга с насосом, камеру сгорания двигателя Стирлинга, теплообменник для передачи тепловой энергии потребителям, теплообменники утилизации теплоты систем охлаждения двигателя Стирлинга, отработанных газов, газофикатор, магистраль генераторного газа, магистраль отработанных газов, двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на одном валу с ним, дополнительные системы охлаждения, утилизации теплоты. (Жаров А.В., Павлов А.А. Когенерационная установка с двигателем внутреннего сгорания и двигателем Стирлинга. Патент РФ №2440504, опубл. 20.01.2012)Known cogeneration unit containing a Stirling engine with an electric generator on one shaft, hydraulic lines, a Stirling engine cooling system with a pump, a Stirling engine combustion chamber, a heat exchanger for transferring heat energy to consumers, heat recovery heat exchangers for Stirling engine cooling systems, exhaust gases, a gasifier, a gas generator line , exhaust gas line, internal combustion engine with an electric generator on the same shaft with it, additional cooling systems heat recovery. (Zharov A.V., Pavlov A.A. Cogeneration plant with an internal combustion engine and a Stirling engine. RF patent No. 2440504, publ. 01.20.2012)

Данная установка-прототип обладает тем недостатком, что использует для своей работы углеводородное топливо различных видов, следствием чего всегда является выброс в окружающую среду углекислого газа, что ухудшает экологическую обстановку среды.This prototype installation has the disadvantage that it uses various types of hydrocarbon fuel for its work, the result of which is always the release of carbon dioxide into the environment, which worsens the environmental situation.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении эффективности солнечных башенных электростанций при одновременном улучшении экологической обстановки среды путем исключения выброса в окружающую среду углекислого газа при работе устройства.The technical problem solved by the proposed device is to increase the efficiency of solar tower power plants while improving the environmental situation by eliminating the release of carbon dioxide into the environment during operation of the device.

Технический результат, заключающийся в повышении КПД солнечных башенных электростанций» достигается тем, что в известной генерирующей установке, содержащей двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга и нагреватель двигателя Стирлинга, согласно изобретению, нагреватель двигателя Стирлинга помещен на вершине башни солнечной башенной электростанции с зеркалами, которые выполнены с возможностью слежения за Солнцем и отражения солнечных лучей на нагреватель двигателя Стирлинга, при этом установка снабжена выпрямительным и инверторным блоками, регулятором, датчиком температуры рабочего тела в нагревателе двигателя Стирлинга, выход которого соединен с входом регулятора, выход последнего соединен с управляющими входами выпрямительного и инверторного блоков, силовой выход электрогенератора соединен с силовым входом выпрямительного блока, а силовой выход инверторного блока соединен с сетью потребителей. На чертеже представлен общий вид генерирующей установки, содержащей двигатель Стирлинга 1 с электрогенератором 2 на одном валу, систему охлаждения 3 двигателя Стирлинга и нагреватель 4 двигателя Стирлинга. Нагреватель 4 двигателя Стирлинга помещен на вершине башни 5 солнечной башенной электростанции, а расположенные на большой площади зеркала 6 выполнены с возможностью слежения за Солнцем и отражения солнечных лучей 7 на нагреватель 4 двигателя-Стирлинга, при этом электрогенератор 2 снабжен выпрямительным 8 и инверторным 9 блоками, регулятором 10 скорости вращения электрогенератора 2, датчиком 11 температуры рабочего тела в нагревателе 4 двигателя Стирлинга, выход которого соединен с входом регулятора 10, выход последнего соединен с управляющими входами 12 и 13 соответственно выпрямительного 8 и инверторного 9 блоков, силовой выход 14 электрогенератора 2 соединен с силовым входом 15 выпрямительного блока 8, а силовой выход 16 инверторного блока 9 соединен с сетью 17 потребителей. К цепи между выпрямителем 8 и инвертором 9 подключена аккумуляторная батарея 18. The technical result, which consists in increasing the efficiency of solar tower power plants, is achieved by the fact that in a known generating installation comprising a Stirling engine with an electric generator on one shaft, the Stirling engine cooling system and the Stirling engine heater, according to the invention, the Stirling engine heater is placed on top of the tower with a solar tower power plants with mirrors that are capable of tracking the Sun and reflecting sunlight on the Stirling engine heater, at The unit is equipped with a rectifier and inverter blocks, a regulator, a temperature sensor for the working fluid in the heater of the Stirling engine, the output of which is connected to the input of the regulator, the output of the latter is connected to the control inputs of the rectifier and inverter blocks, the power output of the generator is connected to the power input of the rectifier block, and the power output the inverter unit is connected to a consumer network. The drawing shows a General view of a generating installation containing a Stirling engine 1 with an electric generator 2 on one shaft, a cooling system 3 of a Stirling engine and a heater 4 of a Stirling engine. The heater 4 of the Stirling engine is placed on top of the tower 5 of the solar tower power station, and the mirrors 6 located on a large area are capable of tracking the Sun and reflecting the sun's rays 7 onto the heater 4 of the Stirling engine, while the electric generator 2 is equipped with rectifier 8 and inverter 9 blocks, the regulator 10 of the rotation speed of the generator 2, the sensor 11 of the temperature of the working fluid in the heater 4 of the Stirling engine, the output of which is connected to the input of the controller 10, the output of the latter is connected to the control and the inputs 12 and 13 respectively of the rectifier 8 and the inverter units 9, 14, an electric power output 2 is connected to the power input unit 8, the rectifier 15 and power output 16 of the inverter unit 9 is connected to the network 17 consumers. The circuit between the rectifier 8 and the inverter 9 is connected to the battery 18.

Генерирующая установка работает следующим образом.The generating installation operates as follows.

При нормальной работе плотность потока солнечного излучения в течение дня меняется по синусоидальному закону, т.е. в периоды восхода и заката плотность потока солнечного излучения имеет минимальное значение, а в солнечный полдень - максимальное значение, характерное для данного времени года (на плотность потока солнечного излучения влияет и облачность). По мере нарастания плотности потока солнечного излучения после восхода Солнца нарастает температура нагревателя 4 двигателя Стирлинга 1. Нагреватель 4 двигателя Стирлинга 1, помещенный на вершине башни 5 солнечной башенной электростанции, нагревается расположенными на большой площади зеркалами 6, следящими за Солнцем и отражающими солнечные лучи 7 на нагреватель двигателя Стирлинга 1.During normal operation, the flux density of solar radiation during the day changes according to a sinusoidal law, i.e. during periods of sunrise and sunset, the flux density of solar radiation has a minimum value, and at sunny noon - the maximum value characteristic of a given time of the year (cloudiness also affects the flux of solar radiation). As the solar radiation flux density increases after sunrise, the temperature of the heater 4 of the Stirling engine 1 increases. The heater 4 of the Stirling engine 1, placed on top of the tower 5 of the solar tower power plant, is heated by mirrors 6 located over a large area, watching the sun and reflecting the sun's rays 7 on Stirling engine heater 1.

По мере роста температуры нагревателя 4 растет температура рабочего тела в нем и тепловая мощность двигателя Стирлинга 1. Датчик 11 фиксирует температуру рабочего тела и формирует на своем выходе соответствующий сигнал, который поступает на вход регулятора 10. В простейшем случае регулятор 10 выполнен в виде функционального блока, который формирует на своем выходе сигнал задания скорости вращения электрогенератора 2 в функции температуры рабочего тела, например, по мере роста температуры рабочего тела растет и скорость вращения электрогенератора 2.As the temperature of the heater 4 rises, the temperature of the working fluid in it and the thermal power of the Stirling engine 1 increase. The sensor 11 captures the temperature of the working fluid and generates a corresponding signal at its output, which is fed to the input of the controller 10. In the simplest case, the controller 10 is made in the form of a functional unit , which generates at its output a signal for setting the rotation speed of the generator 2 as a function of the temperature of the working fluid, for example, as the temperature of the working fluid increases, the rotation speed of the electric Rathor 2.

Сигнал задания скорости вращения электрогенератора 2 поступает на управляющие входы 12 и 13 соответственно выпрямительного 8 и инверторного 9 блоков, которые обеспечивают скорость вращения электрогенератора 2 в функции мощности двигателя Стирлинга 1. При этом при переменной скорости вращения электрогенератора 2 на выходе инвертора 9 обеспечивается качество электрической энергии, удовлетворяющее требованиям ГОСТ Р 54149-2010.The signal for setting the rotation speed of the generator 2 is supplied to the control inputs 12 and 13 of the rectifier 8 and inverter 9, respectively, which provide the rotation speed of the generator 2 as a function of the power of the Stirling engine 1. In this case, with a variable rotation speed of the generator 2, the output of the inverter 9 ensures the quality of electric energy meeting the requirements of GOST R 54149-2010.

Особенностью некоторых типов двигателей Стирлинга является то, что в начале работы уже при достижении рабочей температуры двигатель не может стронуться с места. Для запуска в таких случаях предусмотрена возможность работы блоков 8 и 9 как в выпрямительном, так и в инверторном режимах, выполнив их на запираемых ключах, например на транзисторах. При этом, если сеть 17 выполнена автономной (т.е. не содержит других источников), для начального разворота двигателя Стирлинга к цепи между выпрямителем 8 и инвертором 9 подключена аккумуляторная батарея 18, что позволяет кратковременно электрогенератор 2 включить в двигательный режим.A feature of some types of Stirling engines is that at the beginning of work, even when the operating temperature is reached, the engine cannot move. To start in such cases, it is possible to operate blocks 8 and 9 in both the rectifier and inverter modes, by executing them on lockable keys, for example, transistors. Moreover, if the network 17 is autonomous (i.e. does not contain other sources), for the initial turn of the Stirling engine, a battery 18 is connected to the circuit between the rectifier 8 and the inverter 9, which allows the electric generator 2 to be switched on for a short time in the motor mode.

Поставленная задача решена, т.к. повышена эффективность солнечных башенных электростанций применением двигателя Стирлинга, обладающего более высоким КПД (на практике до 35%) при сохранении присущей солнечным башенным электростанциям экологичности.The problem is solved, because The efficiency of solar tower power plants has been improved by using the Stirling engine, which has a higher efficiency (in practice, up to 35%) while maintaining the environmental friendliness of solar tower power plants.

Claims (1)

Генерирующая установка, содержащая двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга и нагреватель двигателя Стирлинга, отличающаяся тем, что она снабжена солнечной башенной электростанцией с зеркалами, нагреватель двигателя Стирлинга расположен на вершине башни солнечной башенной электростанции с зеркалами, которые выполнены с возможностью слежения за Солнцем и отражения солнечных лучей на нагреватель двигателя Стирлинга, при этом установка снабжена выпрямительным и инверторным блоками, регулятором, датчиком температуры рабочего тела в нагревателе двигателя Стирлинга, выход которого соединен с входом регулятора, выход последнего соединен с управляющими входами выпрямительного и инверторного блоков, силовой выход электрогенератора соединен с силовым входом выпрямительного блока, а силовой выход инверторного блока соединен с сетью потребителей. A generating installation comprising a Stirling engine with an electric generator on one shaft, a Stirling engine cooling system and a Stirling engine heater, characterized in that it is equipped with a solar tower power station with mirrors, a Stirling engine heater is located on top of a tower of a solar tower power station with mirrors that are configured to tracking the sun and reflecting the sun's rays to the heater of the Stirling engine, while the installation is equipped with a rectifier and inverter unit and, by a controller, a temperature sensor of the working fluid in the heater of the Stirling engine, the output of which is connected to the input of the controller, the output of the latter is connected to the control inputs of the rectifier and inverter blocks, the power output of the generator is connected to the power input of the rectifier block, and the power output of the inverter block is connected to the consumer network .
RU2013115057/06A 2013-04-04 2013-04-04 Power generator with stirling engine RU2527773C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013115057/06A RU2527773C1 (en) 2013-04-04 2013-04-04 Power generator with stirling engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013115057/06A RU2527773C1 (en) 2013-04-04 2013-04-04 Power generator with stirling engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2527773C1 true RU2527773C1 (en) 2014-09-10

Family

ID=51540116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013115057/06A RU2527773C1 (en) 2013-04-04 2013-04-04 Power generator with stirling engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2527773C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2709007C1 (en) * 2018-12-25 2019-12-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Solar tower power plant
CN110873028A (en) * 2018-09-04 2020-03-10 赫普科技发展(北京)有限公司 A dish-type photothermal coupled gas Stirling power generation system and power generation method
RU2842602C1 (en) * 2025-02-14 2025-06-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method of solar power plant operation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU964212A1 (en) * 1981-03-05 1982-10-07 Физико-технический институт им.С.В.Стародубцева Exterior heat supply engine
US7026722B1 (en) * 2003-05-08 2006-04-11 United Technologies Corporation Method and apparatus for solar power conversion

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU964212A1 (en) * 1981-03-05 1982-10-07 Физико-технический институт им.С.В.Стародубцева Exterior heat supply engine
US7026722B1 (en) * 2003-05-08 2006-04-11 United Technologies Corporation Method and apparatus for solar power conversion

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110873028A (en) * 2018-09-04 2020-03-10 赫普科技发展(北京)有限公司 A dish-type photothermal coupled gas Stirling power generation system and power generation method
RU2709007C1 (en) * 2018-12-25 2019-12-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Solar tower power plant
RU2842602C1 (en) * 2025-02-14 2025-06-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method of solar power plant operation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2543361C2 (en) Method of electric power generation from sun energy and system using biofuel boiler as additional heat source
Tsoutsos et al. Technical and economical evaluation of solar thermal power generation
Yağlı et al. Designing and exergetic analysis of a solar power tower system for Iskenderun region
Morrone et al. Hybridisation of biomass and concentrated solar power systems in transcritical organic Rankine cycles: A micro combined heat and power application
Assareh et al. An extensive thermo-economic evaluation and optimization of an integrated system empowered by solar-wind-ocean energy converter for electricity generation–Case study: Bandar Abas, Iran
Okoroigwe et al. An integrated combined cycle system driven by a solar tower: A review
Barlev et al. Innovation in concentrated solar power
RU2643910C1 (en) Optimized integrated system for hybrid energy generation based on solar energy and biomass energy
US20120240577A1 (en) Thermal generation systems
GB2449181A (en) Solar hybrid combined cycle power plant
Mehrpooya et al. Investigation of a combined cycle power plant coupled with a parabolic trough solar field and high temperature energy storage system
CN101825018A (en) A system and method for heating a fuel using a solar heating system
Giostri Preliminary analysis of solarized micro gas turbine application to CSP parabolic dish plants
García-Barberena et al. Towards cost-competitive solar towers–Energy cost reductions based on decoupled solar combined cycles (DSCC)
CN103827475A (en) fuel generator
Rady et al. Conceptual design of small scale multi-generation concentrated solar plant for a medical center in Egypt
US20130014508A1 (en) Optimized Heliostat Aiming
Mahdavi et al. Comprehensive thermodynamic investigation of three cogeneration systems including GT-HRSG/RORC as the base system, intermediate system and solar hybridized system
Silinga et al. Scenarios for a South African CSP peaking system in the short term
RU2527773C1 (en) Power generator with stirling engine
Ani et al. Hybrid solar thermal power plant potential in Bangladesh
Vergura et al. Matlab based model of 40-MW concentrating solar power plant
Ehtiwesh et al. The Potential of Using the Incorporation of Concentrated Solar Power and Gas Turbines in the South of Libya
RU2842602C1 (en) Method of solar power plant operation
Arabkoohsar et al. Increasing the output power of steam plants with solar-based preheaters

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180405