RU2527773C1 - Power generator with stirling engine - Google Patents
Power generator with stirling engine Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 241000078491 Almeria Species 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
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.
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=
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)
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)
| 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)
| 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 |
-
2013
- 2013-04-04 RU RU2013115057/06A patent/RU2527773C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| 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)
| 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 |