Villapanna som ger värme och el

Kraftvärmeverk i miniformat: "- Vår elproducerande värmepanna är enkel att installera, återbetalar sig snabbt och är tillförlitlig, säger vd Anders Malmquist. Den patentsökta konstruktionen består av tre delar: en värmepanna, ett system av värmeväxlare samt den lilla mikroturbinen, som genererar el. "

Staten ger bidrag: "Lundaföretaget Compower får ett villkorslån på 4,5 miljoner kronor från Energimyndigheten. Pengarna ska gå till att vidareutveckla företagets miljövänliga värmepanna med en mikroturbin som genererar både värme och billig el i villor och flerfamiljshus."

Ok, men vad är det för fel på en diselmotor nersänkt i en ackumulatortank, drivande generatorer 24/400 V ? Motorn monteras med flänsanslutning mot tankens gavel. Tar jag inte fel så byggde Gustav von Platen detta som energipaket till sitt fritidshus. Drivmedlet skall naturligtvis vara rapsdisel i våra breddgrader och kokosolja i närheten av ekvatorn. Jag har sett liknande projekt som Compowers genom åren och slår mig ständigt av hur lätt det är att gå över ån efter vatten. Som generator är en kortsluten asynkronmotor absolut billigast och mest driftsäker som småskalig elgenerator. Sveriges mycket frekvensstabila elnät tål en stor andel asynkrongeneratorer inkopplade, om man nu skulle vilja leverera överskottsel och har förmågan att kunna få till ett avtal med den gigant som äger nätet. Lönsamhet finner man hur som hellst även utan extern elleverantör. Enda motivet torde vara att slippa glykol i accumulatorvattnet. Kostnaden för att konstant hålla anläggningen på minst några plusgrader via elpatroner, torde med marginal överstiga kostnad för några hundra liter glykol. Leveranssäkerheten i våra elnät är heller inte hundraprocentig. Ur alla synpunkter skall man eftersträva låg omgivningstemperatur. Det är bra ur energiekonomisk synvinkel likväl som ur tillförlitlighetssynpunkt. Gas och ångturbiner är inget för amatörer att underhålla.

Vilken enkel lösning, Conny! Varför är det ingen som har en sådan lösning tro? Vilka är problemen? Kanske för dyrt bränsle?

Ett annat sätt att få el från värme är att använda termoelektrisk elproduktion. Företaget Komatsu lanserar i dagarna en ny sådan modul som ska ha högre effektivitet än vad som funnits tidigare. Om modulen värms till 280 grader på ena sidan och är 30 grader på andra så utvinns 7,2 % av energin som el. Inte så dumt att sätta på t.ex. katalysatorer, eller?

VW testar termoelektisk utrustning och hävdar att de får ut 600 watt under landsvägskörning. BMW ska lansera något liknande i BMW 5-serien någon gång mellan 2010 och 2014.

Intressant tråd som vaknat till liv igen... Termoelektriska anordningar är ju kul och hightech, men det är väl bra mycket dyrare och ineffektivare än vanliga värmemaskiner, typ turbiner. Compowers idé har ju gamla svenska anor. Bra lik den typ av maskiner som John Ericsson (han med propellern) jobbade med. Fast på hans tid var det ju kolvmaskiner och inte turbiner som gällde. En modern ”kolvversion” av Compowers lösning finns (dock ej färdigutvecklad) här: http://proepowersystems.com/ Något att jämföra dieselmotorer med, som ju också är kolvmaskiner En motor med extern brännare är lättare att få "ren" än en diesel (NOx och PM) och dessutom återvinner man ju restvärmen från turbinen, som annars inte är så effektiv. Dessutom kan fler bränslen användas. Det vore ännu mer intressant om man kunde förbättra effektiviteten på kompressionssidan. Där försvinner nog en del verkningsgrad och specifik effekt. Svårigheten med att göra kompressionen mer isoterm ligger väl i kostnader och komplexitet. En bra intercooler är inte gratis, precis. Vatteninsprutning är väl också lite väl komplicerat för en mikroanläggning av detta slag. Därför bara 20% verkningsgrad, istället för 35-40% (dieselmotorn nivåer) som nog vore möjligt annars Idé 1: Befuktning av inluft. Ta alltid inluft via markrör under varma halvåret. Sparar kompressorkraft, vilket ger mer el ut. Idé 2: Halvbakad tanke om att sätta på en vindriven turbo för att förladda inluften. Det skulle då behöva vara en helt mekanisk överföring från vindsnurran på taket till en turbo som laddar till turbinkompressorn i huset. Svårt att få snyggt dock..

Den 20 september ska en BMW visas upp som får 200 watt el från avgasvärmen.

Saxat från Kanehira Maruos nyhetsbrev: Det japanska Showa Denko K.K. (SDK), drygt 11 000 anställda, som tillverkar, bl.a, värmeväxlare till AC, har framgångsrikt genomfört tester med sin nya termoelektriska omvandlarmodul som kan generera el från spillvärme på temperaturområden 300°C - 600°C. Man började testa de nya modulerna i slutet av augusti 2009. Testet pågick under 4 månader och 3 000 kontinuerliga drifttimmar i en sopförbränningsstation. Fr.o.m. 15:de februari 2010 kommer SDK att genomföra en ny test med moduler med längre hållbarhet. SDK hävdar att det sedan tidigare funnits termoelektriska omvandlare som kunde tillvarata lägre temperaturområden 100°C - 300°C t.ex. i dieselavgaser och varmkällor. Termoelektriska omvandlare som kan tillvarata mellanhöga temperaturområden 300° - 600°C är något nytt. Man kan alltså ta vara på värmeenergin i bensinavgaser. Verkningsgraden är 6,2% i laboratoriemiljö vid utnyttjandes temperaturskillnaden på mellan 600°c och 50°C. Power density 2,4 W/kvadrat.cm. SDK:s modul, 30 mm x 30 mm x 4 mm stor, kunde utveckla 21,6 W vid 600°C. Vid 300°C omkring 6 W, enligt SDK:s tabell. SDK tror att man kan nå verkningsgrad 11% på modulnivå, och vid verkningsgraden 11% kan termoelekriska modulen bli huvudförsörjaren av ombord-el för APU. (I sådana fall måste man placera minst 10 moduler på eller inuti avgasrör - min kommentar). Ca 40% av all spillvärme från en bil finns samlade i dess avgasrör, menar SDK.

Kör man med nanoteknik går det tydligen att klämma ut mer el.

http://www.greencarcongress.com/2010/02/thermocell-20100220.html#trac

Egen El har testat en kommersiell termoelektrisk produkt. Den är dock dyr och gav max 19 watt i Egen Els test. 

http://egenel.etc.se/nyhet/ny-kullendag-23-september-med-el-fran-eld

Hej allihop, den här tråden har jag följt i många år. Får se om det går att skaka liv i den igen med detta mitt allra första inlägg.

Bakgrunden till mitt intresse för Compowers lösning är situationen som min familj och jag befann oss i efter stormen Gudrun i januari 2005. Vi bor på vår skogsfastighet i sydöstra Småland, trots skadorna på skogen så klarade vi oss bättre än många andra (vedpanna och vedspis), men erfarenheten av sex veckor utan ström satte definitivt sina spår…

Någonstans där började drömmen om el från vedpannan.

Compowers lösning är ju så tilltalande. Brayton-cykel med extern förbränning, till synes mycket enklare än alternativa småskaliga lösningar som Stirling motorer, ORC, ångmaskin osv. Det verkar också finnas möjligheter att få en vettig verkningsrad som det visas i det här italienska exemplet (Turbec turbinen känner ni säkert igen) http://www.holzenergie-symposium.ch/Dokumente/Referate11/13Barsali.pdf. 17,7% elverkningsgrad på en flispanna på 500kW är inte illa. Jag har inte lyckats hitta några riktiga siffror från Compower tyvärr.

Jag skulle vilja försöka utveckla Proepower´s koncept baserat på en kolvmotor istället för mikroturbin. Ni har kanske sett deras patent. I sin enklaste form består den av två kolvar, en (kall) för kompression och en (varm) för expansion, mellan dem en värmeväxlare som värms av en brännare. Om enheten ska vara tillräckligt liten för att passa i ett bostadshus (2-3kW), så är nog inte en mikroturbin en realistisk lösning. Fördelen med att använda en kolvmotor är också att enheten kan kombineras med ett system för energilagring baserat på tryckluft. Tanken är inte ny i sig, men det finns några detaljer som jag vill lägga till Proepower´s koncept som jag tror kan göra skillnad:

-          Spiral värmeväxlare. Något i den här stilen. Att använda kolvar gör det möjlighet att få en högre kompression. Kompressionen i Turbec turbinen är 4,5, med en kolv borde man kunna uppnå ca. 15 (i ett steg). En fördel med det borde vara att mängden luft som passerar värmeväxlaren blir mindre (för en given effekt) vilket borde resultera i färre förluster och en bättre värmeöverföring. Finns även bättre möjligheter att hålla värmeväxlaren ren från sot och aska. Lite idéer om det.

-          Fritt styrda ventiler. Flödet och trycket i värmeväxlaren måste styras väldigt exakt, att fritt kunna ändra ventiltiderna borde ge bra möjligheter att uppnå det. För att uppnå bra verkningsgrad krävs också höga temperaturer i expansionskolven, det ställer stora krav på styrningen av ventilerna, t.ex. att kunna kombinera snabbhet med en ”mjuk” landning på ventilsätet. Jag har varit i kontakt med företaget Cargine ang. detta och fått en försiktigt positiv reaktion även om de är noga med att påpeka att det är en tillämpning som är helt utanför deras vanliga verksamhet. Materialvalet i den varma cylindern är heller inget lätt kapitel. Lite idéer om det också.

-          Hybrid system med energi lagring. Beroende på variationer i lasten, ska enheten kunna antingen lagra överskott av energi i en tryckluftstank, eller tvärtom, stänga av kompressionsventilerna och använda den sparade tryckluften. En separat kompressor kan också användas som kan köras när det finns överskott av el på nätet. Möjligheten att (temporärt) kunna utnyttja sparad tryckluft borde göra det möjligt att klara belastningstoppar med en ganska liten enhet.

Ingenting av det som beskrivs är som sagt nytt i sig, och liknande idéer beskrivs på olika vis i flera olika patent, men såvitt jag vet har inga försök att testa i det verkligheten gjorts. Jag har diskuterat idén med ALMI , där det har väckt ett visst intresse. ALMI har redan gett bidrag till en tekniköversikt hos PRV samt en nyhetsgranskning. Trots att det inte finns något uppenbart nyhetsvärde är de positiva till att ge fortsatt stöd bl.a. för en mer omfattande FTO, flera av patenten är inte giltiga i Europa så det borde inte vara helt omöjligt att göra en verksamhet av det hela.

Frågan till er, vad tror ni om det?

Kan det vara värt att jobba vidare med idén? Det är ju ingen uppfinning utan bara en kombination av olika delar. Inte helt enkelt givetvis men ändå inom räckhåll känns det som.

Tacksam för alla kommentarer.

Roligt med ett nytt inlägg i denna gamla tråd, Erik! Och lite lustigt eftersom min bror, som just köpt en gård, bara häromdagen löst nämnde möjligheten att göra värme och el av ved, mha ångmaskin och generator.

Jag hänger inte riktigt med på din idé, men om du lyckas övertyga om att det finns potential att få fram en produkt som kan göra värme och el från ved på ett enkelt, tillförlitligt och prisvärt sätt har du ju en enorm marknad... Vilken fantastisk produkt det vore! Om du har ved, så har du värme, varmvatten och el...

Jag tänker iag att det är viktigt att det blir en så enkel maskin som möjligt, både för driftsäkerhet, möjlighet att underhålla och för kostnaden. Är nog viktigare för att kunna sälja än maximal verkningsgrad.

Brorsan är som sagt inne på ångmaskin, till exempel den här:
http://breding.nu/angmaskin/

Kul att kunna skapa lite intresse! Får väl se om det går att övertyga din bror Johan...

Ångmaskiner är jättehärliga och de som Breding tillverkar är hur fina som helst, nästan som små konstverk.

 Men låt oss jämföra lite ångmaskinen mot, vi kan kalla den ”varmluftsmotorn”. Tycker den här artikeln är rätt bra, skrevs för 150 år sedan…

http://www.nytimes.com/1860/01/19/news/ericsson-s-caloric-engine-ericsson-s-caloric-engine-general-agency-depot-for.html

Återkommer med lite utförligare beskrivning på hur en modern variant kan se ut.

Ha ha! Ja, efter att ha besökt cykelmuséet i Nijmegen är jag mer benägen att tro att det går att plocka upp gamla uppfinningar och göra moderna varianter på dem. New York Times har alltså lagt ut alla gamla artiklar på nätet?

Vad tror du om att elda mot ackumulatortank för hög verkningsgrad, värme och varmvatten samt framtidens termoelektriska element (10 % verkningsgrad) där du har 600 grader?

Väldigt mycket enklare lösning, mekaniskt sett iaf... Tystare lär det bli också.

Jag tror definitivt på framtiden, det här med termoelektriska element är också intressant men det finns väl inget direkt applicerbart i nuläget.

Annars har ju hänt en del på 150 år. Främst är det materialteknik och reglerteknik. Motorn som jag ser framför mig har inte mer likhet med Ericsson´s Caloric Engine än vad Breding´s ångmaskiner har gemensamt med t.ex. den här ångmotorn.
http://www.mp.haw-hamburg.de/pers/Gheorghiu/Labor/SKM/Anlagen/Dampfmotor.pdf
Engelska från sidan 13.

Försöker visualisera lite hur motorn kan se ut. Den här bilden är från ett av Proepower´s patent

Det ser ut som en vanlig två-cylindrig kompressor med en värmeväxlare mellan cylindrarna. Det är utförandet på expansionscylindern som är lite speciellt, isolerad för att minska förluster under expansionen av den varma luften. Läs gärna igenom deras patent, tycker faktiskt att de är skrivna på ett rätt pedagogiskt och vettigt sätt (till skillnad från många andra..).

Däremot tror jag inte riktigt på hans idéer om värmeväxlaren. En helt vanlig spiralvärmeväxlare är förmodligen bättre. Helt enkelt ett långt rör format som en spiral med en pelletsbrännare i ena änden. När det gäller själva brännaren är det lite lättare att tänka sig en pelletsbrännare i ett första skede, en modern sådan har ju en låga nästan som en gasbrännare. Men det borde fungera även med en vedpanna med omvänd förbränning, där skulle värmeväxlaren placeras direkt efter den keramiska efterbrännkammaren där temperaturen på rökgaserna är som högst (nästan 1000°C).

Det största problemet med konceptet är bristen på kunskap på hur ventiltiderna ska ställas in. D.v.s. hur man hittar optimalt tryck och flöde på luften genom värmeväxlaren beroende på temperatur och flöde av rökgaserna från brännaren eller pannan. Och det här Cargine´s fria ventiler kommer in. Med helt fritt styrbara ventiler blir det möjligt att (med en och samma prototyp/testbänk) snabbt och systematiskt testa effekten av en mängd olika ventiltider i kombination med olika temperaturer och flöden på rökgaserna. Jag fick ett trevligt och uppmuntrande svar från deras VD Urban Carlsson när jag testade de här idéerna på dem, utan det hade jag nog inte försökt driva det här konceptet vidare…

Nästa viktiga del i konceptet är det här med energilagring, eftersom själva cykeln enbart arbetar med komprimerad luft blir det ganska logiskt att kombinera det med ett system för energilagring med tryckluft. Det pratas ju mycket om behovet av reglerkraft för att kunna integrera mera förnyelsebara energikällor som sol och vind i energimixen. Att använda lagrad tryckluft i kombination med en gasturbin är ju en beprövad teknik, ni känner säkert till Eon´s anläggning Huntorf i Tyskland.

Tänk er att systemet i huset går för fullt, pelletsbrännaren ger säg 20kW värmeeffekt, eleffekten som produceras är då ca. 2-3kW (10-15% verkningsgrad). Plötsligt behöver man köra igång vinkelslipen, effektförbrukningen i huset överstiger då generatorns effekt, lösningen blir att man stänger av kompressionsventilerna och utnyttjar en buffert av tryckluft istället. Eftersom kompressionsarbetet i motorn försvinner kan generatorn kortvarigt ge en mycket högre effekt 4-5kW. Man kan även tänka sig att man använder en separat kompressor för att fylla buffertanken med tryckluft, t.ex. med energi från en vindsnurra som går för fullt en blåsig natt när elförbrukningen är låg.

Om det går att få ihop lite finansiering för en prototyp så finns också möjligheten att få fram bra underlag för att dimensionera lite större anläggningar, baserat på samma cykel.

Kolla gärna igenom det här amerikanska exemplet, nästan samma sak men med sol som värme källa.
http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/1045668

Alltså, målet är ”ett biobränsleeldat, fjärrvärmeanslutet, micro-Huntorf” ...

Kul om ni orkar kommentera.
 

Min ryggmärgsreflex är att detta blir en väldigt komplex maskin, och att komplexa maskiner har problem med kostnader och driftsäkerhet. Men å andra sidan sitter det en komplex maskin i varenda fossilbil, och där har man fått ned pris och upp driftsäkerhet.

Skulle föreslå att fokusera på grundidén till att börja med. Tryckluftslagringen kan vara en trevlig utökning den dagen som ditt mikrokraftvärmeverk fungerar.

Föreslår också att du går ihop med en eller två partners, föreslagsvis de som levererar vitala komponenter till maskinen. Då kan ni söka de pengar som behövs för prototyparbete tilllsammans. Cargine låter ju som en given partner. Marknaden är ju enorm så det borde ju vara lockande för dem. Och så kanske någon värmeväxlartillverkare är bra att ha med också? Jag hänger tyvärr inte med på allt det tekniska, så du vet nog bättre vad som är vitala komponenter än jag.

Men med den lilla erfarenhet jag har hittills av att komma vidare med innovationer så föreslår jag att du går ihop med någon befintlig aktör som är någorlunda trygg ekonomiskt, det gör ansökandet av prototyppengar från t.ex. Energimyndigheten så mycket enklare. Och så tar ni ett möte med Energimyndigheten helt enkelt så de får berätta vilka stödprogram som finns.

Har du något förslag på namn på maskinen? Är mikrokraftvärmeverk en bra benämning förresten?

Kan inte släppa den här idén, tycker det är rätt otroligt att det ännu inte finns ngt på marknaden som gör el och värme av vad i småhus! Börjar kännas som en högst relevant möjlighet att ta en ledande marknadsposition...

Compowers hemsida fungerar inte så jag antar att det aldrig blev ngt. 

För ngt år sedan var en pelletseldad Stirlingmotor från Inresol aktuell, men de gick i konken. Och nu förstår jag att det ju är Stirlingmotorer Erik pratar om! Hittat på nätet:

"Ericsson built a more successful engine which worked on a closed cycle with external heating. He demonstrated a working model in London in 1833, this he called his Caloric Engine. ... Although Ericsson claimed priority of invention for this form of regeneration it was in fact patented by Robert Stirling in 1816."

Här verkar det finnas en färdig lösning för € 20000, färdig att integreras med vedpanna: https://genoastirling.com/eng/engine-ml3000.php

Ny artikel i ämnet här: https://www.ecoprofile.se/thread-3505-Producera-egen-el-med-ved%2C-flis-eller-pellets.html