Vedspisen blir ”kraftverk?”

av Claus Laurén Forum 1996-06-07, sida 38-39, 13.06.1996

Vedspisen blir

KRAFTVERK?”

VEDELDAD ELENERGI LÅTER SOM FRIA FANTASIER. MEN IBLAND GER TEKNISKA KURIOSA FÖRDOMSFRIA LÖSNINGAR: SPILLVÄRME FRÅN VEDELDNING KAN DIREKTOMVANDLAS TILL EL.

en som någon gång försök sköta ett hushåll med ve som enda värmekälla, ha säkert mer än en gång ställ sig frågan, om det inte hade lönat sig bättre att använda sågningsoch huggningsenergin till elgenerering. Därmed må nu vara hur som helst — faktum kvarstår, att en apparat för direktomvandling av vedeldningens spillvärme till elström har installerats på en ödemarksgård långt uppe i svenska Norrland.

Att direkt utnyttja värme för elframställning, dvs. utan turbiner eller kolvar, är absolut inget nytt. Den sk. Seebeck-effekten är känd sedan mer än hundra år tillbaka, och har även tillämpats praktiskt i några fall. Redan 182122 konstaterade tysken Th. J. Seebeck, att en temperaturskillnad över ett metalliskt medium genererar en spänning.

Drygt tjugo år senare — 1834 — vände klockmakaren J.C. A. Peltier på det hela och skapade, genom att lägga en spänning över en metallplatta, ett riktat värmeflöde genom metallmediet så att plattan blev varm på en sidan och kall på den andra. I modern tid är det snarare Peltier-effekten än Seebeck-effekten som har fått praktisk tillämpning — inte minst inom datatekniken, där punktkyla är en viktig faktor.

En riktig Oppfinnar-Jocke

Pappa till norrlandsgårdens ”kraftverk”, som baserar sig just på Seebeckeffekten, är en jovialisk, ung ingenjör vid namn Anders Killander. Han är industridoktorand vid institutionen för produktionssystem vid KTH (Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm), och betraktar sig själv som problemlösare. — En problemiösare är en person

Claus Lauré som inte är rädd för att vandra vid sidan av de redan upptrampade huvudvägarna, säger han. Sådant kräver en speciell kunskapsbredd, och inte minst goda insikter i teknikhistoria. Mycket av det som vanligen betraktas som tekniska kuriosa kan i vissa speciella kravsituationer visa sig vara användbart.

Förutsättningarna för att Killanders ”kraftverk” skall bli intressant är dels total avsaknad av elström, dels ett begränsat behov av denna nyttighet (förslagsvis till belysning), och dels tillgång till gratis spillvärme. De här förutsättningarna förelåg på den avsides liggande gården Skerfa vid Piteälven.

Konstruktionen öppnar överhuvudtaget fältet för småskaliga energilösningar på platser och under förhållanden där strömförsörjningen är nöd vändig men problematisk. Förutom otillgängliga platser ser man framför sig tillämpningsområden inom det militära, inom olika mobila områden och kanske även inom rymdteknologin.

En billig lösning på problemen — Det hade kostat en god miljon att dra fram elkabel till gården, förklarar Anders. — Den som är villig att byta ut fotogenlampor mot elljus till det priset är naturligtvis gravt sinnesrubbad. Ma an ha roligare för pengarna… Men en liten manick i limpformat,som ligger på spisen och som på egen hand laddar ackumulatorbatterier, medan man ändå eldar, är en helt annan sak. I all synnerhet om kostnaden är rimlig.

Det här med ”medan man ändå eldar” är en viktig detalj. Den ålder Anders Killander bar utvecklat en anläggning som omvandl mImnovationen baserar sig på den sk. Seebeck-effekten. Lösningen är inte speciellt kostnadseffektiv men ger elektricitet där sådan annars vore oproportionertigt dyr.

FORUM NR 6-7/9 stigna Seebeck-effekten ger en verkningsgrad på 3…8 procent, och det betyder att det absolut inte lönar sig att gå ut i skogen och fälla trän för att på detta sätt alstra eLAtt utnyttja befintlig spillvärme är däremot en annan sak.

— Det finns också en annan hake, påpekar problemlösare Killander. En sådan här manick är inte speciellt stor eller tung, men den är ytkrävande. Man kan, i bästa fall, räkna med ett effektutfall på 20 W/kvadratdecimeter — nota bene, i bästa fall! Det betyder max I kW/0,5 kvm. Och ytterligare — konstruktionen ställer ganska höga krav, eftersom generatorn kräver perfekt termiskt flöde från den varma till den kalla sidan.

Användaren behöver fantas — Däremot kan den ju användas i alla möjliga sammanhang, förutom att ge el till belysning, påpekar Anders. Man kan tänka sig att koppla den till en ackumulatortank för hetvatten, där man har stora varma ytor, och låta värme/el från tanken driva en cirkulationspump. Eller varför inte koppla den till en braskamin och låta den driva en rökgasfläkt, alternativt fläkt för varmluftspridning, som startar när man börjar elda och stannar av sig själv när brasan falnat.

Killander har alltså skapat en elkälla, som fyller små och specifika, men viktiga behov. Med hjälp av hans termoelektriska generator, som är förhållandevis liten och lätt, kan man generera lågspänd elström under den enkla förutsättningen att det går att åstadkomma en varmsida och en kallsida.

— Det har visat sig att rena metaller ger ett mycket dåligt energiutfall, på FORUM NR &8-7/96 pekar Killander. -— Legeringar är bättre och i dag är forskningen dessutom inne på att utnyttja halvledare i sådana här sammanhang. Själv har jag använt föreningen vismuttellurid, men andra metalltellurider har också gett hyfsade utfall. En 20 Watts (4 A vid 5 V) modul består av 72 seriekopplade kristaller. En sådan cell har ungefär samma format som en diskett och väger lika mycket.

Evighetssystem?

Behöver man högre spänning är det bara att seriekoppla två eller flera moduler.Och det är att märka, att systemet inte slits eller åldras i något avseende, så driftsikerheten är hundraprocentig, då det gäller själva kärnan i konstruktionen.

Kostnadens rimlighet är givetvis en relativ historia. Ett 20 W element kostar, enligt Killander, 200 dollar, dvs. runt en tusenlapp. Någon kommersiellt gångbar lösning ger alltså Seebeckapparaten inte, under normala förhållanden. I vissa speciella tillämpningar kan den däremot motiveras, där konventionella alternativ hade blivit vettlöst dyra.

— Det handlar ju bland annat om solförhållandena, påpekar Killander. — På sydligare breddgrader lönar det sig naturligtvis bättre att installera solceller, och i blåsiga områden kan en liten vindgenerator vara att föredra. Men i det här speciella fallet, där norrländskt vintermörker kombineras med svaga vindstyrkor, är den här lösningen inte alldeles fel.

Småskalighet gäller

En Seebeck-generator är absolut inte tänkt att användas som någotslags universalapparat för generering av elström. Däremot fungerar den utmärkt som leverantör av marginella tillskott av el. Helst skall den kopplas till ackumulatorbatterier, vilket gör det möjligt att ladda in el när man ändå råkar elda för komfortens eller matlagningens skull. På så vis kan problemet med elieveransens diskontinuitet elegant Överbryggas.

Verkningsgraden ligger, som sagt, på blygsamma 5…8 procent, vilket alltså inte motiverar uppvärmning enkom för produktion av elkraft. Däremot kan man notera, att vid tillgång till extrem kyla fungerar generatorn lika väl som vid uppvärmning. Den baserar sig alltså inte på tillförsel av värmeenergi i egentlig mening, utan på skillnaden i temperatur mellan kall- och varmsida. 002-000 0.0

LJ JE JE JE

SJK JIE JL JIE OR JE 0 JG EI 8 0 0 0 0 OS 0 0 ORO 0 S . . . . .| o . . . .

Porr 00 000000 ORC O — I första hand är det fråga om kostnaderna för ett byte av kylmedium. Dessutom måste ämnet vara lätt att använda och det måst fungera perfekt, säger han.

Takten för ersättandet av de ozonförstörande ämnena är alltså i hög grad avhängig av alternativens tekniska egenskaper. Priset på själva kylmediet utgör ingen större del av kostnaderna, det är själva arbetet som kostar. Därför blir kostnaderna mindre och tröskeln för byte lägre ju mera lätthanterliga de nya kylmedlen är.

Exempelvis ISCEON 49 somär en drop in kan utan extra åtgärder fyllas på i en gammal kylanläggning. Proceduren är i all sin enkelhet att det gamla kylmediet tas till vara, det nya mediet tankas in och apparaten kan kopplas på. Man behöver inte byta kompressorolja om den är i gott skick, och byter man olja kan man fortsätta använda samma typ. Inga större komponentbyten behövs och de justeringar som behövs är enkla att genomföra.

Liten inverkan på drivhuseffekten

CFC:erna är inte enbart farliga för ozonskiktet, de bidrar dessutom till drivhuseffekten. Alla substitut till CFC som hittills tagits fram inverkar också på drivhuseffekten i någon mån, oftast ändå betydligt mindre. Bidraget från kylmedlen är stort sett minimalt, i klassen 1-2 procent av människans totala påverkan på drivhuseffekten.

Kylmedlet utgör dessutom en rätt liten andel av apparatens inverkan på drivhuseffekten. Den största påverkan, i genomsnitt 85 procent, är indirekt och kommer via den elektricitet som apparaten använder. Elproduktionen ger som bekant ofta upphov till utsläpp av drivhusförstärkande koldioxid. Följaktligen är inverkan från kylanläggningarna beroende av hur elektriciteten produceras. Mest inverkan på klimatet har kylanläggningarna i länder som till stor andel använder fossila bränslen. Mobila kylanläggningar som drivs med diesel har också högre indirekt inverkan på klimatet.

Med tanke på detta och på nolr-ODP alternativen anser Neil Roberts på RhönePoulenc att kylbranschen slagit in på rätt väg.

— Vi kan inte längre betraktas som några stora ozonförstörare, säger han. &