Микрокомбинированные системы производства тепла и электроэнергии (микро-ТЭЦ) - это инновационное решение для энергоэффективных домов и зданий. Эти системы одновременно вырабатывают тепло и электроэнергию из одного источника, такого как природный газ, и поможет значительно снизить затраты на энергию.

Исследователи Национальной лаборатории Ок-Риджа в сотрудничестве с Enginuity Power Systems продемонстрировали, что прототип микро-ТЭЦ, оснащенный инновационной технологией двигателя с оппозитными поршнями, может обеспечить общую энергоэффективность более 93%. 

Разработанная для замены резервного генератора или традиционного газового водонагревателя, экологически чистая микро-ТЭЦ переключается между природным газом, водородом или биогазом и сочетает аккумуляторную батарею и солнечную энергию.

Исследователи оценили прототип mCHP, в котором используется четырехтактный двигатель с оппозитными поршнями (OP4S). Двигатель OP4S может работать на нескольких видах топлива, включая возобновляемый газ (биогаз), природный газ и пропан, а также водород, для одновременной выработки механической энергии и отработанного тепла в виде горячей охлаждающей жидкости и выхлопных газов. Отработанное тепло рекуперируется и хранится в резервуаре для воды, может использоваться в качестве обычного горячего водоснабжения и для обогрева помещений.

Это экологически безопасно и рентабельно, поскольку тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую, улавливается и повторно используется для получения тепловой энергии в небольшом масштабе для здания в одном процессе. Это обеспечивает более высокую эффективность по сравнению с обычным оборудованием, выполняющим только одну функцию.

Во время демонстрации прототип микро-ТЭЦ обеспечил выходную мощность в диапазоне 3,2-7,4 кВт с КПД переменного тока до 26,4% и до 93,1% от общего КПД мТЭЦ при стехиометрических режимах горения. Кроме того, 24-часовая работа в стехиометрическом режиме не ухудшила производительность мТЭЦ, что свидетельствует о хорошем потенциале надежности и долговечности прототипа.

Микро-ТЭЦ также работала в режиме сжигания обедненной смеси, что позволило повысить эффективность использования электроэнергии более чем на 30%. Достигнутый максимальный КПД переменного тока на обедненной смеси составил 35,2 % при КПД двигателя, приближающемся к 40 %.

Прототип микро-ТЭЦ может обеспечить недорогое гибкое согласование тепловых и электрических нагрузок за счет снижения сложности распределения и установки, а также высокой эффективности и возможности использовать различные виды топлива, включая биогаз и водород. Ожидается, что новая технология будет способствовать принятию мТЭЦ и ускорит ее внедрение в жилых и коммерческих зданиях для отдаленных населенных пунктов.