Kocioł gazowy z generatorem elektrycznym: urządzenie, zasada działania, przegląd najlepszych marek

Ostrożne podejście do zasobów energii podyktowane jest przede wszystkim faktem, że niemal wszystkie zasoby przyrody nie są nieskończone.Ekonomiczne zużycie wszystkich rodzajów paliw wymaga opracowania nowych systemów lub radykalnej modernizacji istniejących.

Tym samym kocioł gazowy z agregatem prądotwórczym to jeden z typów systemów hybrydowych, które pozwalają inteligentnie zarządzać niebieskim paliwem. Zapoznamy Cię z zasadą działania urządzeń wytwarzających energię elektryczną wraz z energią cieplną. Wyobraźmy sobie typowe modele jednostek hybrydowych.

Efektywne zużycie energii

Nawet przeciętny człowiek, który ma zainstalowany kocioł gazowy do ogrzewania domu, może zastanawiać się nad racjonalnym wykorzystaniem energii cieplnej. Rzeczywiście, podczas spalania gazu w kotle nie całe wytworzone ciepło jest wykorzystywane.

Kiedy działa instalacja grzewcza, zawsze część ciepła zostaje bezpowrotnie utracona. Dzieje się tak zazwyczaj, gdy produkty spalania przedostają się z kotła do atmosfery. W rzeczywistości jest to zmarnowana energia, którą można było wykorzystać.

O czym dokładnie mówimy? O możliwości wykorzystania „zmarnowanego” ciepła do produkcji energii elektrycznej.

Jeśli przyjmiemy, że instalacja kotła grzewczego jest już zoptymalizowana pod kątem maksymalizacji efektywności, to „odrzucona” energia nadal stanowi znaczną część energii, która uwalnia się podczas spalania paliwa

Rodzaje paliwa mogą być różne, począwszy od banalnego drewna opałowego i wszelkiego rodzaju brykietów, a skończywszy na najbardziej ekonomicznych opcjach: głównym gazie z przewagą metanu w swoim składzie, sztucznym niebieskim paliwie i skroplonych mieszaninach propan-butan.

Może się wydawać, że jest to dalekie od „odkrycia Ameryki”, ale tak naprawdę istnieje technologia, a raczej instalacja opracowana w 1943 roku przez Roberta Stirlinga. Cechy konstrukcyjne i podstawowa zasada działania pozwalają zaliczyć ten układ do silników spalinowych.

Dlaczego więc instalacja ta nie była użytkowana przez tak znaczący czas? Odpowiedź jest prosta – teoretyczny rozwój technologii w latach czterdziestych ubiegłego wieku okazał się w praktyce bardzo uciążliwy.

Technologie i materiały, które istniały w momencie opracowania, nie pozwalały na zmniejszenie rozmiarów instalacji, a istniejące metody wytwarzania energii elektrycznej były bardziej opłacalne.

Włączenie do obwodu kotła gazowego urządzenia przetwarzającego ciepło odpadowe na energię elektryczną może znacznie zwiększyć wydajność instalacji przetwarzania gazu.

Co może skłonić nas dzisiaj do ostrożniejszego podejścia do zasobów, które nie są klasyfikowane jako odnawialne? Obecnie na całym świecie istnieje powszechny problem – rozwój technologii nieuchronnie prowadzi do wzrostu zużycia energii elektrycznej.

Wzrost zużycia następuje w tak szybkim tempie, że przedsiębiorstwa sieciowe nie mają czasu na modernizację systemów przesyłu energii elektrycznej, nie mówiąc już o produkcji.Sytuacja ta nieuchronnie prowadzi do tego, że elementy systemów zasilania ulegają awariom, a w niektórych przypadkach może się to zdarzać z godną pozazdroszczenia regularnością.

Nowoczesne kotły grzewcze są wyposażone w systemy sterowania, które są również zależne od energii. Pompa obiegowa, czujniki, automatyka i sam panel wymagają zasilania. Cały zestaw urządzeń nie może nie budzić obaw o utrzymanie funkcjonalności podczas przerwy w dostawie prądu.

Nie jest możliwe uruchomienie systemów ogrzewania wymuszonego bez prądu. Przerwa w dostawie prądu w sezonie grzewczym to dla nich niemal katastrofa. Nie tylko nieuchronnie doprowadzi to do szybkiego wychłodzenia pomieszczenia, ale jeśli ogrzewanie nie będzie włączone przez dłuższy czas, obwód może zamarznąć.

Długotrwała nieobecność systemu grzewczego w zimnych porach roku prowadzi do zamarznięcia systemu grzewczego, pojawienia się w nim korków lodowych, a ostatecznie do uszkodzenia sprzętu i rur grzewczych w wyniku pęknięcia

Standardowe istniejące opcje rozwiązania problemu - instalacja zasilacze bezprzerwowe, generatory o różnych modyfikacjach (generatory gazowe, benzynowe, diesla lub źródła nietradycyjne - generatory wiatrowe lub minielektrownie cieplne, elektrownie wodne).

Ale to rozwiązanie nie jest do przyjęcia dla wszystkich, ponieważ wielu ma trudności z przydzieleniem miejsca na instalację autonomicznego dostawcy energii elektrycznej.

Chociaż mieszkańcy poszczególnych domów mogą nadal przydzielać miejsce na generator, instalacja w budynku wielopiętrowym jest prawie niemożliwa. Okazuje się zatem, że w przypadku braku prądu w pierwszej kolejności cierpią mieszkańcy apartamentowców z indywidualnym systemem ogrzewania.

Dlatego też firmy produkujące komponenty do montażu systemów grzewczych zadały sobie przede wszystkim pytanie, jak w pełni wykorzystać ciepło, które jest „wyrzucane” przez system grzewczy. Zastanawialiśmy się, jak wykorzystać tę marnowaną substancję do produkcji energii elektrycznej.

Spośród znanych technologii twórcy wybrali „zapomnianą” instalację Stirlinga, nowoczesne technologie pozwalają zwiększyć jej wydajność przy zachowaniu kompaktowych rozmiarów.

Zasada działania silnika Stirlinga polega na ruchu tłoka silnika w dół i w górę. Silnik pracuje niemal bezgłośnie i nie powoduje drgań sprzętu

Zasada działania instalacji Stirlinga opiera się na wykorzystaniu ogrzewania i chłodzenia cieczy roboczej, co z kolei uruchamia mechanizm wytwarzający energię elektryczną.

Wewnątrz tłoka (zamkniętego) znajduje się tłoczony gaz, po podgrzaniu medium gazowe rozszerza się i przesuwa tłok w jedną stronę, po ochłodzeniu w chłodnicy kurczy się i przesuwa tłok w drugą stronę.

Przegląd producentów kotłów z generatorami

Przyjrzyjmy się konkretnym przykładom istniejących obecnie domowych systemów kotłowych, w których z powodzeniem wdrożono zasadę wykorzystania gazów spalinowych (produktów spalania) do produkcji energii elektrycznej. Południowokoreańska firma NAVIEN z sukcesem wdrożyła powyższą technologię w kotle marki HYBRIGEN SE.

W kotle zastosowano silnik Stirlinga, który według danych paszportowych generuje w czasie pracy energię elektryczną o mocy 1000W (lub 1kW) i napięciu 12V. Deweloperzy twierdzą, że wygenerowany prąd można wykorzystać do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego.

Taka moc powinna wystarczyć do zasilenia domowej lodówki (ok. 0,1 kW), komputera osobistego (ok. 0,4 kW), telewizora LCD (ok. 0,2 kW) oraz aż 12 żarówek LED o mocy 25 W każda.

Kocioł serii hybrigen se firmy navien z wbudowanym generatorem i silnikiem Stirlinga. Podczas pracy kotła, oprócz swoich głównych funkcji, wytwarzany jest prąd o mocy około 1000 W

Spośród europejskich producentów firma Viessmann rozwija się w tym kierunku. Firma Viessmann ma możliwość zaoferowania konsumentom do wyboru dwóch modeli kotłów serii Vitotwin 300W i Vitotwin 350F.

Pierwszym rozwiązaniem w tym kierunku był Vitotwin 300W. Wyróżnia się dość zwartą konstrukcją i wyglądem bardzo przypomina konwencjonalny ścienny kocioł gazowy. To prawda, że ​​​​podczas pracy pierwszego modelu zidentyfikowano „słabe” punkty w działaniu silnika Stirlinga.

Największym problemem okazało się odprowadzanie ciepła, podstawą działania urządzenia jest ogrzewanie i chłodzenie. Te. twórcy stanęli przed tym samym problemem, przed którym stanął Stirling w latach czterdziestych ubiegłego wieku - skutecznym chłodzeniem, które można osiągnąć jedynie przy znacznych rozmiarach chłodnicy.

Dlatego pojawił się model kotła Vitotwin 350F, który obejmował nie tylko kocioł gazowy z generatorem prądu, ale także zabudowany kocioł o pojemności 175 litrów.

Zasobnik ciepłej wody wykonany jest w wersji podłogowej ze względu na dużą wagę zarówno samego urządzenia, jak i cieczy przygotowanej do celów sanitarnych

W tym przypadku problemem jest problem chłodzenia tłoka instalacji Stirlinga pod wpływem wody bojler. Decyzja ta doprowadziła jednak do zwiększenia gabarytów i masy instalacji. Takiego systemu nie można już zamontować na ścianie jak konwencjonalny kocioł gazowy i można go zamontować jedynie na podłodze.

Kotły firmy Viessmann zapewniają możliwość zasilania układów eksploatacyjnych kotła ze źródła zewnętrznego tj. z centralnych sieci zasilających. Firma Viessmann pozycjonowała sprzęt jako urządzenie zaspokajające własne potrzeby (praca kotłów) bez możliwości wybierania nadwyżek energii elektrycznej na potrzeby gospodarstwa domowego.

System Vitotwin F350 to kocioł z bojlerem do podgrzewania wody o pojemności 175 litrów. System pozwala ogrzać pomieszczenie, dostarcza ciepłą wodę i generuje energię elektryczną

W celu porównania efektywności wykorzystania generatorów wbudowanych w system grzewczy. Warto zwrócić uwagę na kocioł, który został opracowany przez firmy TERMOFOR (Republika Białorusi) i firmę Kryotherm (Rosja, St. Petersburg).

Warto je rozważyć nie dlatego, że mogą w jakiś sposób konkurować z powyższymi systemami, ale po to, aby porównać zasadę działania i efektywność wytwarzania energii elektrycznej. Kotły te wykorzystują jako paliwo wyłącznie drewno, prasowane trociny czy brykiety drewnopochodne, dlatego nie można ich porównywać z modelami firm NAVIEN i Viessmann.

Kocioł o nazwie „Piec grzewczy „Indigirka” przeznaczony jest do długotrwałego ogrzewania drewnem itp., ale jest wyposażony w dwa generatory prądu cieplnego typu TEG 30-12. Znajdują się one na bocznej ścianie urządzenia. Moc generatorów jest niewielka, tj. w sumie są w stanie wygenerować jedynie 50-60 W przy napięciu 12 V.

Podstawowa konstrukcja pieca Indigirka pozwala nie tylko ogrzać pomieszczenie, ale także gotować jedzenie na palniku. Uzupełnieniem systemu są dwa generatory ciepła 12V o mocy 50-60W.

W kotle tym zastosowano metodę Seebecka, polegającą na powstaniu pola elektromagnetycznego w zamkniętym obwodzie elektrycznym. Składa się z dwóch różnych rodzajów materiału i utrzymuje punkty styku w różnych temperaturach. Te. deweloperzy wykorzystują również ciepło wytwarzane przez kocioł do wytwarzania energii elektrycznej.

Porównanie sprawności kotłów

Porównując prezentowane typy kotłów, które nie tylko ogrzewają pomieszczenie (ciepło płyn chłodzący), ale także wytwarzają energię elektryczną poprzez wykorzystanie wytworzonego ciepła, należy zwrócić uwagę na istotne aspekty podczas eksploatacji.

Zarówno firma NAVIEN, jak i firma Viessmann pozycjonują swoje kotły, wskazując na niewątpliwe zalety - pełną automatyzację procesu, brak konieczności napraw serwisowych i ogólnie całkowity brak ingerencji po uruchomieniu przez kupującego.

Do pracy tych kotłów wystarczy stabilna praca systemu i stabilna dostępność gazu (niezależnie od tego, czy będzie to zasilanie główne, instalacja butlowa z gazem skroplonym czy zbiornik na gaz). W związku z tym do obsługi kotłów wykorzystuje się gaz domowy, który po spaleniu nie powoduje żadnych szkód dla środowiska.

W zasadzie prawie to samo można powiedzieć o piecu grzewczym Indigirka, tyle że rodzajem paliwa nie jest tutaj gaz, ale drewno opałowe, pellet czy prasowane trociny.

Kompletna nieobecność automatyzacjaco wymaga prądu. Układ wytwarzania energii elektrycznej i sam kocioł nie wpływają na siebie nawzajem, tj.W przypadku awarii systemu wytwarzania energii elektrycznej kocioł nadal spełnia swoje funkcje.

Wszystkie te jednostki grzewcze przetwarzające gaz, z silnikami Stirlinga umieszczonymi pod palnikami, wytwarzają energię elektryczną, którą można wykorzystać do różnych celów

Kotły NAVIEN i Viessmann nie mogą się tym pochwalić, ponieważ silnik Stirlinga jest wbudowany bezpośrednio w konstrukcję kotła. Ale jak opłacalne są takie systemy i ile czasu zajmie taki kocioł, aby się zwrócił? Warto szczegółowo poznać tę kwestię.

Rentowność rozważanych systemów

Na pierwszy rzut oka kotły NAVIEN i Viessmann to praktycznie minielektrownie w prywatnym domu, a nawet mieszkaniu.

Nawet pomimo dużych gabarytów możliwość wytworzenia energii elektrycznej po prostu za pomocą kotła do ogrzania kotła lub ogrzewania pomieszczeń powinna skłonić kupującego do bez wahania zainstalowania takiego „cudu techniki”.

Jednak po bliższym zbadaniu kotła NAVIEN pojawiają się pytania wymagające odpowiedzi. Przy deklarowanej mocy 1 kW (wolna moc, którą można wykorzystać według własnego uznania), kocioł dość zauważalnie zużywa energię elektryczną podczas pracy systemu.

Co oznaczało? Automatyka działa co najmniej, choć potrzebna jest niewielka moc, ale jest ona potrzebna do działania wentylatora i pompy obiegowej. Wymienione urządzenia w sumie nie tylko są w stanie z powodzeniem pochłonąć ten kilowat energii, ale może to nie wystarczyć przy „podkręcaniu” systemu.

Schemat ideowy instalacji grzewczej Vissmann Vitotwin 350F z kotłem podłogowym o pojemności 175 litrów.System umożliwia zarówno wykorzystanie energii elektrycznej z zewnętrznego źródła, jak i dystrybucję nadwyżki wytworzonej energii do sieci ogólnej

Dokładnie te same pytania pojawiają się w odniesieniu do kotłów firmy Viessmann, ale przynajmniej nie wspomniano tu o możliwości pozyskiwania prądu na własne potrzeby. Przewidziano jedynie możliwość autonomicznej pracy systemu w przypadku braku zasilania zewnętrznego.

Choć twórcy od razu zaznaczają, że „system może wymagać dodatkowej energii elektrycznej przy szczytowych obciążeniach”. Na tle deklarowanych 3500 kWh energii elektrycznej produkowanej rocznie ten niuans budzi już wątpliwości, ale dzięki prostym i prostym obliczeniom otrzymujemy, co następuje:

3500:6 (miesiące standardowego sezonu grzewczego): 30 (średnio 30 dni kalendarzowych): 24 (24 godziny na dobę) = 0,81 kW*godzina.

Te. Kocioł podczas stabilnej (ciągłej) pracy wytwarza około 800 W, ale ile sam system zużywa podczas pracy? Być może te same, produkujące 800 W, a może i więcej.

Ponadto prąd wytwarzany jest tylko podczas pracy palnika. Te. Albo wymagana jest ciągła praca systemu, albo wszystko jest trochę inne niż mówią twórcy systemu.

Do czego doprowadziły te obliczenia? Kocioł na drewno faktycznie wytwarza 50 Wh (lub 0,05 kWh), które można wykorzystać do naładowania tabletu, telefonu itp. nawet dla banalnej „żarówki LED”. W przeciwieństwie do rozwiązań dwóch znanych na całym świecie firm, opisane rozwiązania wyraźnie wyglądają raczej na dobry chwyt marketingowy i nic więcej.

Jeśli chodzi o politykę cenową tych systemów, to generalnie trudno cokolwiek ocenić.Ponieważ nawet firmy produkcyjne Viessmann i NAVIEN od razu zastrzegają, że sprzęt „nie wymaga konserwacji”. W tłumaczeniu na prosty język jest zepsuty, co oznacza, że ​​należy całkowicie wymienić urządzenie.

Może to nie dotyczyć całego układu, ale poszczególnych elementów: silnika Stirlinga, układu palnika gazowego itp. Rezultatem będzie imponująca ilość. Zakładając, że średnia cena tych systemów to około 12 tys. euro, czyli 13,5 tys. dolarów. Schemat działania kotła z generatorem, wtedy w takiej sytuacji wygrać może tylko producent systemu.

Piec Indigirka w ogóle nie może brać udziału w porównaniu, nie tylko dlatego, że rodzaj paliwa nie jest gazem, a cena jest nieporównywalna (15 razy niższa), ale także dlatego, że piec jest ustawiony nie do użytku domowego, a bardziej do podróży, wyprawy itp. .P.

Jeśli w Europie sytuacja energetyczna dość znacząco wpływa na wybory konsumentów (przy wyborze systemów ogrzewania lub zaopatrzenia w energię) z punktu widzenia efektywności i przyjazności dla środowiska, to państwa UE stymulują to, dotując wdrażanie takich systemów.

Dla gospodarstw domowych w Rosji takie systemy będą najprawdopodobniej zbyt drogie, zarówno początkowo „system + instalacja”, jak i podczas pracy.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Zasada działania silnika Stirlinga wyposażającego kocioł gazowy:

Demonstracja działania kotła gazowego z generatorem prądu:

Przykład pieca na drewno z generatorem prądu dla porównania z jednostką gazową:

Nie zapominaj, że europejskie firmy wytwarzające energię są dość lojalne wobec „producentów” sprzętu energooszczędnego.

W Rosji możliwość wytwarzania i przesyłania energii elektrycznej do sieci przez odbiorców w gospodarstwach domowych nie tylko nie jest zapisana w prawie, ale także nie jest mile widziana przez przedsiębiorstwa sieciowe. Dlatego też prezentowane systemy nie mają dziś poważnych szans na zastosowanie w Federacji Rosyjskiej.

Prosimy o komentowanie przesłanego do rozpatrzenia artykułu w formularzu blokowym poniżej, zadawanie pytań, zamieszczanie zdjęć na dany temat. Powiedz nam, czy znasz kotły i systemy wytwarzania energii elektrycznej. Udostępnij przydatne informacje, które będą przydatne dla osób odwiedzających witrynę.