Småskaligt soldrivet ångkraftverk : Ett system för elproduktion i tredje världen

• Main Authors: Larsson, Max, Söderberg, Cristofer, Örning, Camilla
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2008
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-171975

Företaget RANOTOR AB utvecklar tillsammans med institutionen för Maskinkonstruktion på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, en ny typ av ångexpander. Ångexpandern som är av axialkolvtyp är tänkt att ha ett antal fördelar över en turbin vid användning i småskaliga ångkraftsapplikationer. En tänkt sådan applikation är ett soldrivet ångkraftverk, varför realiserbarhetsstudier och enkla systemdimensioneringar av ett sådant koncept genomförts som ett kandidatarbete på institutionen för Maskinkonstruktion. Resultaten från detta arbete och hur dessa har erhållits redovisas i denna rapport. Det tänkta systemet ska användas för elproduktion i solrika länder i tredje världen. Det är tänkt att systemet ska vara portabelt i den meningen att det utan tyngre maskineri ska kunna transporteras till platsen där det monteras. Systemet ska leverera en maximal elektrisk effekt på 30 kW och en daglig energimängd på 170 kWh. En litteraturstudie utfördes varefter utvärderingar av befintlig och framtida teknik användes för att välja ut de komponenter som sedan sattes ihop till ett system. Därefter utfördes enklare principdimensioneringar av komponenterna i syfte att ge en indikation om systemets storlek och prestanda. I rapporten utvärderas och dimensioneras komponenterna efter de förhållanden som råder på en godtycklig plats i Namibia. Beräkningarna har utförts iterativt i ett simuleringsprogram skrivet i MATLAB. För den valda platsen i Namibia, visade det sig att det krävdes 57 stycken solfångarmoduler med längden 2,4 meter och bredden 1 meter, i kombination med två enheter, en saltbuffert för latent värmelagring och ett generatorpaket som drivs av ångkraftsprocessen. Hela systemet uppskattas väga under 15 ton och uppskattas kunna transporteras med två stycken lastbilar. Systemets ideala totala verkningsgrad hamnade på ungefär 13 % men uppskattas kunna förbättras till uppemot 30 % genom bland annat anpassning av buffertsystemet. Som fortsatt arbete rekommenderas vidareutveckling och förfining av systemmodellen samt fortsatt utveckling av enskilda komponenter i systemet. === A company called RANOTOR AB, together with the Department of Machine Design at the Royal Institute of Technology in Stockholm, is developing a modern steam expander that has a number of advantages compared to a turbine when used in small scale steam power applications. One such possible application is the use of this expander as an integral part of a solar powered electric generator. A group of students studying at the above mentioned department were therefore given the task to investigate the feasibility and possibilities of such an application. The aim of this project was to, within the ramifications of a Bachelors Thesis, design a simplified system that utilizes energy from the sun to produce electricity in developing nations. The system was designed to deliver a maximum electrical effect of 30 kW and 170 kWh of electric energy per 24 hour period. To begin with, a Frame of Reference briefly covering existing and developing technologies was put together. This information was then used in the evaluation and selection of components used to assemble the system. A simplified system model was generated in MATLAB to determine the dimensions of the different components and model system performance. For a chosen location in Namibia, the system required a total of 57 parabolic trough solar modules with aperture dimensions 2.4 m by 1 m to meet the given demand. This was in combination with a thermal storage unit with a 260 kWh capacity and a unit comprising of an electric generator powered by the above mentioned steam expander and related machinery. The entire system is believed to weigh less than 15 tons and to be manageably transported by two trucks. The theoretical solar to electric energy efficiency of the system was determined to approximately 13 %. The possibility of raising this efficiency to 30 % is believed to be possible through adjustments to the thermal storage system. Recommendations for future work include improving the level of detail within the system model, as well as continued development of integral components within the steam power cycle.