/energi

Masseproducerede stirlingmotorer til elkraft i USA

Et demonstrationsprojekt i Arizona er faldet så godt ud, at firmaerne, der står bag, er gået i gang med en storproduktion af små, soldrevne kraftværker. Stirlingmotoren behøver ikke kølevand og har dermed en fordel over soldrevne dampturbiner i tørkeområder.

Af Kent Krøyer, tirsdag 26. jan 2010 kl. 08:16

To amerikanske firmaer, Tessera Solar og Stirling Energy Systems, er nu parat til at massproducere soldrevne elværker til en samlet etableringspris på 15 kroner/Watt.

Det første demonstrationsværk på 1,5 MW er netop begyndt at producere strøm til forbrugerne i Phoenix, Arizona, efter en opførelsestid på fire måneder. Der er foreløbig tegnet kontrakter i det amerikanske solbælte. To californiske værker bliver på henholdsvis 750 MW og 850 MW, hvoraf de 300 MW skal stå færdige i år. Et mindre værk på 27 MW er også på vej i Texas.

Grundpillen i værkerne, en enhed med navnet Suncatcher, består af en 25 kW elgenerator, som drives af en firecylindret stirlingmotor, altså en varmluftmotor med et lukket gaskredsløb. I modsætning til forbrændingsmotoren skal stirlingmotoren opvarmes udvendigt, og så kan mange varmekilder bruges. Stemplerne i den aktuelle stirlingmotor drives af luftarten brint, som ekspanderes i cylindrene på grund af varmen fra et 13 meter stort parabolspejl. Enheden peges kontinuerligt mod solen af en automatisk trackerfunktion, som også parkerer spejlet i nattetimerne og under uvejr.

Chefkonsulent Flemming Ulbjerg, Rambøll, siger:

»Den slags anlæg, hvor sollyset skal koncentreres med hulspejle, kan ikke bruges i Danmark, hvor cirka halvdelen af lysenergien består af diffust lys. Det er vores atmosfæriske forhold, blandt andet fugtmængden i luften, der gør det. Derfor er det på vores breddegrader langt bedre med solvarmepaneler og solceller. Men i andre lande, hvor sollyset er skarpt, kan man bruge spejlkonstruktioner.«

De to amerikanske firmaer har sammen med Sandia National Laboratory produktudviklet Suncatcher-konceptet gennem adskillige år for at få fremstillingsomkostningerne bragt ned. For eksempel kan spejlene nu produceres med en formningsteknik, som bruges i den kriseramte bilindustri.

En væsentlig fordel ved brugen af stirlingmotorer er, at de ikke behøver kølevand i modsætning til andre solenergiteknologier.

Elværker med soldrevne dampturbiner er således under opførelse flere steder i det amerikanske solbælte, men de mødte voldsom lokal modstand, for eksempel i Las Vegas, da det blev afsløret, at de skulle bruge store mængder af områdets sparsomme vandressourcer til køling. Derfor blev de tvunget til at køle med ventilatorer i stedet, men det gik ud over værkernes effektivitet og rentabilitet.



26. jan 2010 kl 09:33

Claus Andreaseen

Ja det er en genial motor

Virkningsgraden er ikke super og samtidig spekulerer jeg på hvad der skal smøre stempel og cylinder.
Men den ide er ikke ny men super god.


26. jan 2010 kl 09:40

Bjarke Mønnike

Stirlingmotorer ......

.....skal da også køles, ellers virker de ikke!

Om det sker med at en blæser , der blæser på køleribber eller med kølevand der bliver kølet med en blæser, kan da være ligefedt.

I det ovennævte tilfælde anvendes også brint, der en velegnet gas til formålet, men også er svær at holde indlukket.


26. jan 2010 kl 10:07

Claus Andreaseen

Re: Stirlingmotorer ......

Køling sker i materialet...har den ikke køling vil stemplet ikke bevæge sig, det er jo essensen idenne motor, men ellers vandkøling, hvis det ikke bliver for varmt.


26. jan 2010 kl 10:12

Rolf Hansen

Re: Stirlingmotorer ......

I det ovennævte tilfælde anvendes også brint, der en velegnet gas til formålet, men også er svær at holde indlukket.

Nemlig, små udslip af brint er måske ikke problematisk, men i stor skala er det, da noget af brinten reelt forsvinder fra vores atmosfære og går tabt i solvinden, det som ikke forsvinder ud af atmosfæren, binder til ozon i ozonlaget og reelt nedbryder det. Så stor skala brint samfund er no go! Læs venligst dette politikere!

Jeg vil også sige at lige i den her sammenhæng hvor det fungerer i et lukket system kan det måske være udemærket, men det kræver stadigvæk at man tænker sig om, det nytter jo ikke hvis anlægget skal genopfyldes flere gange i sin levetid(hvilket jeg ikke lige kan se noget information om).


26. jan 2010 kl 10:31

Svend Ferdinandsen

Re: Re: Stirlingmotorer ......

Hvorfor er brint mere velegnet en andre luftarter?
Særligt når man tænker på hvor svært det er at holde på det.


26. jan 2010 kl 11:45

Per L. Grunth

Re: Ja det er en genial motor

"Virkningsgraden er ikke super og samtidig spekulerer jeg paa hvad der skal smöre stempel og cylinder".

I et örkenomraade som Arizona hvor solindstraalingen er gratis og kvadratmeterprisen er uväsentlig betyder en lidt mindre virkningsgrad ikke saa meget, saa derfor er det netop som der skrives en super god ide.

Jeg var for et eller to aar siden paa en energimesse, hvor flere Sterlingmotorer til produktion af el og varme blev forevist. Selve varmluftmotorenheden var identisk med den der i kombination med et parabolspejl bliver brugt til en solpark under etablering i Californien.

Det saa iövrigt ud til at der var rigtig godt gang i salget af anläg paa selve udstillingen. Standen var en af de störste og särdeles godt besögt.

Og jeg fik fölgende forblöffende oplysning af en sälger: At de to stempler og to cylindre i selve varmluftsmotoren skal overhovedet ikke smöres!!!

De er teflonbelagte, og da der jo ikke foregaar nogen forbränding inde i de to cylindre, bliver de ikke varmere, end at anläggets egen udnyttelse/afgivelse af varmeenergi var nok til at "köle" motoren!

Ifölge sälgeren skulle stempel og cylinder kunne holde til mindst 60.000 timers drift!

Nu var jeg altsaa selv kun ca en halv dag paa den paagäldende udstilling. Men da jeg forlod udstillingen körte maskinerne i hvert fald endnu!




26. jan 2010 kl 11:58

Mads Brøkner Christiansen

15 kroner per 2 watt?

I starten af artiklen står en pris på 15 kr/2watt...er det fordi 2 ligger tæt på w på tastaturet eller er det bare en ny enhed (som Lynch uden tvivl vil have en del at sige om ;-))

Og hvad er prisen per W (eller per 2 W) i almindelige solceller? Er den ikke ved at nå en euro per W hvis man bor et sted, der ligner Arizona? For der er jo ingen bevægelige dele at smøre eller slide.


26. jan 2010 kl 12:20

Rud Wacherhausen Wichmann

Re: Re: Stirlingmotorer ......

Brint bruges formodentlig fordi Brint er det stof vi har til rådighed, som har den største varmefylde - ca 3,5 gange større end f.eks vand.

Varmefylde: Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Et stofs varmefylde, c-værdi, specifikke varmekapacitet eller specifikke varme er per definition den varmemængde i joule, der skal anvendes for at opvarme 1 kilogram af stoffet 1°C, ved den givne stoffase.

Varmefyldens enhed er , hvor T er temperaturen i Kelvin eller Celsius.

Det skal bemærkes, at et stofs varmefylde normalt langsomt ændres som funktion af temperaturen. F.eks. er flydende vands (H2O) varmefylde ved ca. 0°C og 100°C ca. 4,21 - ved 30...40°C er varmefylden ca. 4,18 .

Ved faseovergange er varmefylden, som funktion af temperaturen, diskontinuert.

Sammenhængen mellem varmekapacitet og varmefylde er: varmefylde = varmekapacitet / masse, eller

[redigér] Varmefyldetabel for nogle kendte stoffer
Varmefyldetabel for nogle kendte stoffer, sorteret efter varmefylde:

Stof fase ved 101,325 kPa (=1 atm), 20°C ca. varmefylde (J×g-1×°C-1)

hydrogen gas 14,3
helium gas 5,2
H2O Vand flydende 4,184–4,186


26. jan 2010 kl 13:50

Bjarke Mønnike

Re: Re: Re: Stirlingmotorer ......

Brint bruges ganske rigtigt på grund af sin varmefylde og massefylde, men skal i forbindelse med en stirlingmotor sammenlignes med luft og ikke med vand, da stirlingmotoren er en tryk og temperaturdreven luftmotor (Gay-Lussac ).

Brinten vejer ca 1/6 del af atmosfærisk luft og er derfor let at flytte ved samme tryk. Varmefylden er som nævnt ret høj, således at en temperaturstigning hurtigt opnås med den medfølgende ønskede trykstigning. Denne hurtighed anvendes så til at højne motorens omdrejningstal og dermed øge effekten.

Når det er brint der anvendes så kan et sådant værk selv skaffe sig det ved hydrolyse.

Van kan kun avendes som udvendigt kølemiddel .


26. jan 2010 kl 14:44

Richard Foersom

Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

Det er et glimrende princip at bruge Sterling motor i sol termiske anlæg. Det har været undervejs i en del år.

Sterling motorerne/generatorerne som bruges i Stirling Energy Systems (SES) er dog meget små blot 25KW. Til sammenligning er en standard vindmølle 2MW altså 80* Sterling motoren her.

De omtaler et kraftværk på 750MW, med den nuværende SES model er det altså 30000 enkelt systemer der skal opstilles og vedligeholdes. Er det driftsmæssigt effektivt at have så mange små enheder i stedet for færre større enheder?

Selve Sterling motoren og generatoren kan sagtens skaleres op i størrelse, men begrænsningen her vil så være at parabol spejlet areal tilsvarende bliver større. Med blot 250KW skal spejlet altså 10* større areal hvilket vil kræve en meget stærkere konstruktion for at holde og dreje parabol spejlet også når der er stormvejr.

For større kraftværker feks. >100MW er mit bud at det ville være bedre at droppe det runde parabol spejl og i stedet benytte en opskaleret Sterling motor på måske 1MW som placeres i enden af en dobbelt-række af parabolske trug spejle (à la type som benyttes på Andasol kraftværket). Derved kan spejlene placeres på jorden, lette af vedligeholde og langt mindre udsat for vind påvirkning. Men det er muligt at benytte langt færre og større Sterling motorer.

Jeg er ikke ekspert på området, så hvis der er nogen der kender fordele/bagdele ved stor drift af mange små generator enheder modsvarende færre større enheder, så forklar venligst.


26. jan 2010 kl 15:08

Bjarke Mønnike

Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

Jeg mener også at en vindmølle giver mere for pengene hvis og såfremt at det blæser....men det er så også kravet, som de solfangende anlæg ikke har som problem, idet de er placerede på steder hvor solen er fremme stort set 12 timer hver dag.

Jeg tror at disse anlæg er optimeret i størrelse og næppe vil give fordele, ved at være større. De har den fordel at de kan følge solen nøje og ikke som i et reflekterende anlæg, hvor spejlene skal tilgodese solen og modtager delens placeringer.


26. jan 2010 kl 16:05

Richard Foersom

Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

@Bjarne Mønnike

Jeg tror at disse anlæg er optimeret i størrelse og næppe vil give fordele, ved at være større. De har den fordel at de kan følge solen nøje og ikke som i et reflekterende anlæg, hvor spejlene skal tilgodese solen og modtager delens placeringer.

Begge typer er reflekterende anlæg.

Parabolske trug drejer også om deres akse i løbet af dagen, de har en friheds grad, hvor SES formodentlig kan drejes på to akser. Jeg tror fordelen med de to akser er ret begrænset.


26. jan 2010 kl 22:19

Frits Knudsen

Re: Re: Re: Re: Stirlingmotorer ......

Varmefylden er som nævnt ret høj, således at en temperaturstigning hurtigt opnås med den medfølgende ønskede trykstigning. Denne hurtighed anvendes så til at højne motorens omdrejningstal og dermed øge effekten.

For mig at se må den høje varmefylde da tvært imod kræve mere energi for at opnå en given temperaturstigning, og dermed trykstigning. Men lette gasser leder varmen bedre end tunge, og da brint er den letteste gasart vi har, giver det en fordel, når opvarmningen skal ske udvendigt fra. På grund af brints varmeledende egenskaber er det på elværker almindeligt at køle generatorens rotor med brint, og brinten køles så med noget, der ligner en bilkøler med vand -- her virker den bare omvendt -- det er vandet, der er koldt og brinten der er varm. Statoren køles med ultrarent vand.
I Stirlingmotoren er det naturligvis også en fordel, at brint er let, og derfor let at flytte rundt med!


26. jan 2010 kl 22:41

Bjarke Mønnike

Re: Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

De to akser er da helt nødvendige for at holde solen i fokus på varmesektionen hele dagen. Et trug kan ikke med en akse være ligeså effektivt som som et toakset hulspejl. Man kan kun ved at dreje det om en akse der går nord syd lige på eller meget tæt på ekvator få noget de der ligner hulspejlets evner til at holde varmemodtageren i fokus.


27. jan 2010 kl 01:14

Richard Foersom

Re: Re: Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

De to akser er da helt nødvendige for at holde solen i fokus på varmesektionen hele dagen. Et trug kan ikke med en akse være ligeså effektivt som som et toakset hulspejl. Man kan kun ved at dreje det om en akse der går nord syd lige på eller meget tæt på ekvator få noget de der ligner hulspejlets evner til at holde varmemodtageren i fokus.

Som du nævner skal parabolske trug opstilles så aksen går nord-syd. Dermed kan solen følges fra øst til vest i løbet af dagen.

I det parabolske trug er varmemodtageren (absorber) en linje (et rør) ikke et enkelt punkt som i SES. Så vidt jeg kan se virker det derfor også selvom der er en variation at solens position i løbet af året.

Tæt på ækvator? Spanien er tæt nok, men parabolske trug kan ikke bruges effektivt i Frankrig eller højere nord på.

Den bedste introduktion til parabolske trug jeg kan finde er denne her:

EuroTrough - Parabolic Trough Collector
http://www.sbp.de/es/html/cont....pdf


27. jan 2010 kl 21:00

Flemming Ulbjerg

Re: Re: Re: Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

Trugene kan såmænd også vende øst - vest.

Eller en hvilken som helst vinkel, for den sags skyld.

De øst/vest vendte giver faktisk mindre bevægelse af trugene henover dagen, hvis ellers det betyder noget.

Hvad der så er mest optimalt, kan der jo nok regnes på og gives et svar på.


27. jan 2010 kl 21:36

Richard Foersom

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

@Flemming Ulbjerg

Trugene kan såmænd også vende øst - vest.

Eller en hvilken som helst vinkel, for den sags skyld.

Har du et link der forklarer om dette? Orienteringen var ikke noget jeg havde tænkt nærmere over før Bjarke nævnte det.

Det bedste jeg kan finde er dette:

"The trough can be oriented east to west or north to south. They are typically single-axis tracking. When the trough is oriented east to west, the collector moves north to south or south to north as the sun's altitude (height above the horizon) changes throughout the day. When the trough is oriented north to south, the collector moves east to west following the sun's movement across the sky, and returns at sunset to face the sunrise in the morning."

http://cogeneration.net/parabo....htm



27. jan 2010 kl 22:35

Søren Lund

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

Har du et link der forklarer om dette? Orienteringen var ikke noget jeg havde tænkt nærmere over før Bjarke nævnte det.

Forklaringen er, at når man placerer trugene i lange rækker, så behøver de kun at rotere over den langsgående akse, således at parabolen er symmetrisk over det plan der beskrevet af solen og røret.

Placeret i øst/vest, i den rigtige vinkel, så reflekterer de sollyset perfekt mod røret hele dagen. Vinklen skal så korrigeres lidt fra dag til dag, og skal således roterer 46,88 grader fra nord til syd og retur igen, over en sæson.

Dog vil der morgen og om aften være et stykke af røret, i den ene ende af rækken, der ikke får sol. Det kan kompenseres ved at røret rager et stykke udover hver ende.

Hvis man placerer dem nord/syd, skal vinklen i stedet korrigeres, så den følger solen fra morgen til aften, mens der ikke skal tages hensyn til årstiden. Dermed skal truget roteres ca 150 grader fra morgen til aften, hver dag, og tilbage igen efter solnedgang, altså 1.168 gange så meget bevægelse.

Også selvom rækkerne placeres diagonalt, kan man nøjes med at rotere dem over den langsgående akse, men øst/vest er optimalt, mens nord/vest kræver mest bevægelse.


27. jan 2010 kl 23:14

Richard Foersom

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

@Søren, @Flemming og @Bjarke
Tak for svar.

Hvordan med mit første spørgsmål, dette med mange små 25KW enheder modsat få større enheder. Hvad ser I som fordele/bagdele?


28. jan 2010 kl 19:53

Flemming Ulbjerg

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Små 25KW enheder = mange enkelt systemer

Med el effekt ud af disse på 25 kW, en virkningsgrad på ca.32% som Tesserra Solar oplyser på deres hjememside, vil hver parabol være ca. 80 m2 for at forsyne een Stirling motor på 25 kW el-effekt.
Og det er da noget af et spejl at få op i vinden.

Men det er forøvrigt en imponerende total virkningsgrad, sammenlignet med solceller, hvor kommercielle solceller endnu ikke er det halve af det her system.


Ny i debatten? Opret en brugerkonto

  • Seneste nyt
  • Mest læste
  • Topdebat
Populært på Facebook
 

Nyhedsbrev

Tilmeld dig vores nyhedsbrev.

Eksterne links om klima
Klimadebat.dk