Газовий котел з електрогенератором: принцип роботи, огляд кращих брендів - Дом з котлом

Дбайливе ставлення до енергоресурсів продиктовано в першу чергу тим, що практично всі природні запаси не безмежні. Економне витрачання всіх видів палива вимагає розробки нових систем або кардинальної модернізації існуючих. Так, газовий котел з електрогенератором – це один з видів гібридних систем, що дозволяють розумно розпоряджатися блакитним паливом. Ми познайомимо вас з принципом дії обладнання, що виробляє поряд з тепловою енергією електричну. Уявімо типові моделі гібридних агрегатів.

Ефективне споживання енергоресурсів

Навіть пересічний обиватель, у якого встановлений газовий котел для опалення житла, може шукати відповіді на запитання про раціональність використання теплової енергії. Дійсно, адже при спалюванні газу в котлі, далеко не всі виділяється тепло використовується.

Завжди при роботі системи опалення якась частина тепла безповоротно втрачається. Зазвичай так відбувається при викиді відпрацьованих газів з котла в атмосферу. Фактично це втрачена енергія, якої могло б знайтися застосування.

Про що конкретно йдеться? Про можливість застосування даремно “викинутого” тепла у виробництві електричної енергії.

Якщо виходити з того, що система котла опалення та так оптимізована з метою максимального підвищення ККД, то «викидається» енергія все одно становить значну частку від енергії, яка виділяється при горінні палива.

Видами палива можуть бути різні, починаючи з банальних дров і всіляких брикетів, закінчуючи найбільш економічними варіантами: магістральним газом з переважанням метану в складі, штучним блакитним паливом і пропан-бутанова зрідженими сумішами.

Може здатися, що це далеко не «відкриття Америки», але насправді розроблена ще в далекому 1943 році Робертом Стірлінгом технологія, а точніше, установка існує. Її конструктивні особливості і основний принцип роботи дозволяє відносити цю систему до двигунів внутрішнього згоряння.

Чому ж тоді не використовувалася дана установка на протязі настільки значно часу? Відповідь проста – теоретична розробка технології в сорокових роках минулого століття, на практиці виявилася дуже громіздкою.

Інститути, які на момент розробки технології і матеріали не дозволяли скоротити розміри установки, а існуючі методи виробництва електричної енергії були більш рентабельні.

Включення в схему газового котла пристрої, переробного марно витрачається тепло в електроенергію, дозволяє істотно підвищити ККД газопереробної установки.

Що може змусити нас на сьогоднішній день замислюватися про більш дбайливе ставлення до ресурсів, що не відносяться до категорії поновлюваних? Зараз у всьому світі існує загальна проблема – розвиток технологій неминуче веде до збільшення споживання електричної енергії.

Збільшення споживання відбувається настільки стрімкими темпами, що мережеві компанії не встигають модернізувати системи передачі електричної енергії, не кажучи вже про виробництво. Така ситуація неминуче веде до того, що елементи систем електропостачання виходять з ладу, а в деяких випадках таке може відбуватися із завидною регулярністю.

Сучасні котли опалення оснащені системами управління, які теж енергозалежні. У електроживленні потребують циркуляційний насос, датчики, автоматика, сама панель. Весь набір пристроїв не може не викликати тривоги за збереження працездатності при відключенні електроенергії.

Примусові системи опалення чи можна запустити без електроенергії. Відключення електроживлення в опалювальний сезон для них практично катастрофічно. Мало того, що це призведе неминуче до швидкого охолодження приміщення, при довгостроково непрацюючому опаленні можливо замерзання контуру.

Тривала відсутність роботи системи опалення в холодну пору року призводить до замерзання системи опалення, до появи в ній крижаних заторів і в підсумку до пошкодження обладнання та труб опалення через розрив.

Стандартні існуючі варіанти вирішення питання – установка джерел безперебійного живлення , генераторів всіляких модифікацій (газо -, бензо -, дизель-генераторів або нетрадиційні джерела – вітрогенератори або міні ТЕС, ГЕС).

Але цей шлях вирішення прийнятний далеко не для всіх, оскільки багато складно виділити місце для установки автономного постачальника електрики.

Якщо жителі індивідуальних будинків ще можуть виділити місце під генератор, то для установки в багатоповерховому будинку це практично неможливо. Таким чином, виходить, що мешканці багатоквартирних будинків з системою індивідуального опалення – це перші, хто постраждає при відключенні світла.

Саме тому в першу чергу компанії, що випускають компоненти для збірки систем опалення, задалися питанням повноцінного використання тепла, яке «викидається» системою опалення. Задумалися про те, як безцільно витрачається субстанцію застосувати в генерації електроенергії.

З відомих технологій розробники вибрали «добре забуту» установку Стірлінга, сучасні технології дозволяють збільшити її ефективність, зберігаючи компактні розміри.

Принцип роботи двигуна Стірлінга – рух поршня двигуна вниз і вгору. Двигун працює практично безшумно і не викликає вібрацій обладнання.

Принцип роботи установки Стірлінга заснований на використанні нагріву і охолодженні робочого тіла, що в свою чергу приводить в дію механізм, який виробляє електричну енергію.

Усередині поршня (закритого) розташований закачаний газ, при нагріванні газоподібне середовище розширюється і рухає поршень в одну сторону, після охолодження в охолоджувачі вона стискається і рухає поршень в інший бік.

Огляд виробників котлів з генератором

Розглянемо на конкретних прикладах системи побутових котлів, що існують на сьогоднішній день, в яких принцип використання вихлопних газів (продуктів горіння) для виробництва електроенергії був успішно реалізований. Південнокорейська фірма NAVIEN успішно реалізувала вищевказану технологію в котлі марки HYBRIGEN SE.

У котлі використовується двигун Стірлінга, який згідно з паспортними даними виробляє в процесі роботи електроенергію потужністю 1000W (або 1кВт) і напругою 12В. Розробники стверджують, що вироблювану електроенергію можна використовувати для живлення побутових приладів.

Такої потужності повинно вистачити для харчування побутового холодильника (близько 0,1кВт), персонального комп’ютера (близько 0,4кВт), рідкокристалічного телевізора (близько 0,2кВт) і до 12 світлодіодних лампочок потужністю по 25Вт кожна.

Котел серії hybrigen se компанії navien з вбудованим генератором і двигуном системи Стірлінга. При роботі котла крім основних функцій виробляється електроенергія порядку 1000Вт потужності.

З європейських виробників розробками в даному напрямку займається компанія Viessmann. Viessmann має можливість представити на вибір споживача дві моделі котлів серії Vitotwin 300W і Vitotwin 350F.

Модель Vitotwin 300W була першою розробкою в зазначеному напрямку. Вона відрізняється досить компактним виконанням і зовні дуже схожа зі звичайним настінним газовим котлом . Правда саме при експлуатації першої моделі були визначені «слабкі» місця в роботі двигуна системи Стірлінга.

Найбільшою проблемою виявився відведення тепла, основа роботи пристрою – нагрівання та охолодження. Тобто розробники зіткнулися з тією ж проблемою, з якою зіткнувся Стірлінг в сорокових роках минулого століття – ефективне охолодження, якого можна досягти тільки при значних розмірах охолоджувача.

Саме тому з’явилася модель котла Vitotwin 350F, яка включала в себе вже не тільки газовий котел з генератором електрики, але і вбудований бойлер на 175л.

Накопичувальна ємність для гарячої води виконується в підлоговому варіанті через велику вагу як самого обладнання, так і підготовлюваної для санітарних цілей рідини.

У цьому випадку досить ефективно було вирішено питання з проблемою охолодження поршня установки Стірлінга за рахунок води в бойлері . Однак рішення привело до того, що габаритні розміри і вага установки збільшилися. Така система вже не може кріпитися на стіну як звичайний газовий котел і може бути тільки для підлоги.

Котли компанії Viessmann передбачають можливість підживлення систем роботи котла від зовнішнього джерела, тобто від мереж центрального електропостачання. Компанія Viessmann позиціонувала обладнання як пристрій, що забезпечує власні потреби (роботу агрегатів котла) без можливості відбору надлишку електроенергії для побутового споживання.

Система Vitоtwin F350 – котел з бойлером нагріву води об’ємом 175л. Система дозволяє обігрівати приміщення, забезпечує гарячою водою і виробляє електричну енергію.

Для того щоб можна було порівняти ефективність застосування генераторів, вбудованих в систему опалення. Варто розглянути котел, який розроблений компаніями «ТЕРМОФОР» і компанією «Кріотерм».

Розглянути їх варто не тому, що вони зможуть якимось чином конкурувати з вищенаведеними системами, а для порівняння принципів роботи та ефективності отримання електричної енергії. Ці котли в якості палива використовують тільки дрова, пресовані тирсу або брикети на основі деревини, тому їх не можна поставити в один ряд з моделями фірм NAVIEN і Viessmann.

Котел, названий «Опалювальна піч« Индигирка », орієнтований на тривалий опалення дровами і т.п., але забезпечений двома термічними генераторами електрики типу ТЕГ 30-12. Розташовані вони на боковій стінці агрегату. Потужності генераторів малі, тобто в цілому вони в змозі генерувати лише 50-60Вт напругою 12В.

Принципове пристрій печі “Индигирка” дозволяє не тільки обігрівати приміщення, але і готувати їжу на конфорці. Доповнення системи – два теплогенератора на 12В потужністю 50-60Вт.

В даному котлі знайшов застосування метод Зебека, заснований на формуванні ЕРС в замкнутому електричному ланцюзі. Вона складається з двох різнорідних видів матеріалу і підтримує точки контакту при різних температурах. Тобто розробники теж використовують виділяється котлом тепло для вироблення електричної енергії.

Порівняння ефективності роботи котлів

Порівнюючи представлені види котлів, які не тільки обігрівають приміщення (нагрівають теплоносій ), але і виробляють електроенергію за рахунок використання тепла, що виділяється, слід звернути увагу на важливі аспекти при експлуатації.

Як компанія NAVIEN, так і компанія Viessmann позиціонують свої котли, вказуючи на безперечні плюси – повна автоматизація процесу, відсутність необхідності сервісного ремонту і взагалі повна відсутність втручання після запуску в роботу з боку покупця.

Для роботи даних котлів потрібна тільки стабільна робота системи стабільна наявність газу (будь то магістральні поставки, установка балон зі зрідженим газом або газгольдер ). Відповідно, для роботи котлів застосовується побутовий газ, який після згоряння не представляє шкоди для навколишнього середовища.

В принципі, майже те саме можна сказати і про опалювальну піч «Индигирка», тільки вид палива тут не газ, а дрова, пелети або пресовані тирсу.

Повна відсутність автоматики , яка вимагає наявності електрики. Система вироблення електричної енергії і самого котла не впливають на роботу один одного, тобто при виході з ладу системи виробництва електроенергії, котел продовжує виконувати свої функції.

Всі ці газопереробні опалювальні агрегати, під пальниками яких розташовані двигуни Стірлінга, виробляють електричну енергію, яку можна використовувати в різних цілях.

Котли компаній NAVIEN і Viessmann не зможуть “похвалитися” подібним, оскільки двигун системи Стірлінга вбудований безпосередньо в конструкцію котла. Але наскільки рентабельні подібні системи і через який термін окупиться подібний котел? З цим питанням варто детально розібратися.

Рентабельність розглянутих систем

На перший погляд котли компаній NAVIEN і Viessmann практично міні-ТЕС в умовах приватного будинку або навіть квартири.

Навіть незважаючи на великі габаритні розміри, можливість виробляти електричну енергію просто за рахунок користування котлом для нагріву бойлера або обігріву приміщень повинна спонукати покупця не замислюючись встановити подібне «чудо техніки».

Але при найближчому розгляді котла компанії NAVIEN виникають питання, які потребують відповіді. При заявленій потужності в 1 кВт (вільної потужності, яку можна використовувати на свій розсуд), котел досить відчутно витрачає електроенергію при роботі системи.

Що мається на увазі? Як мінімум робота автоматики, нехай необхідна невелика потужність, але вона потрібна, для того щоб функціонували вентилятор і циркуляційний насос. Перераховані пристрої в сумі можуть не тільки з успіхом спожити цей кіловат енергії, але його може і не вистачити при «розгоні» системи.

Принципова схема системи опалення компанії Vissmann Vitotwin 350F з покриттям бойлером на 175л. Система дозволяє як використовувати електроенергію від зовнішнього джерела, так і віддавати надлишок виробленої електроенергії в загальну мережу.

Такі ж точно питання виникають і по котлам компанії Viessmann, але тут хоча б не заявлялася можливість вилучення електроенергії для власних потреб. Обмовлялася тільки можливість автономної роботи системи при відсутності зовнішнього постачання.

Хоча тут же розробники вказують, що «система може вимагати додаткової електричної потужності при пікових навантаженнях». На тлі заявлених 3500 кВт * год виробленої електроенергії в рік, даний нюанс вже викликає сумнів, а шляхом простих і нехитрих обчислень отримуємо наступне:

3500: 6 (місяців стандартного опалювального сезону): 30 (30 календарних днів у середньому): 24 (24 години в добі) = 0,81кВт * год.

Тобто котел виробляє за умови стабільності (постійної) роботі порядку 800Вт, але скільки споживає сама система в процесі роботи? Можливо, ці ж, вироблені 800Вт, а можливо, і більше.

До того ж виробляється електроенергія тільки в процесі роботи пальника. Тобто потрібно або постійна робота системи, або все трохи не так, як розповідають розробники системи.

До чого наводилися ці розрахунки? Система котла на дровах реально віддає свої 50Вт * год (або 0,05кВт * год), які можна використовувати для підзарядки планшета, телефону і т.п. навіть для банальної «чергової світлодіодним лампочки». На противагу розробки двох компаній зі світовим ім’ям, але описані розробки явно більше змахують на хороший маркетинговий хід, і не більше того.

Що стосується цінової політики на дані системи, тут взагалі складно щось оцінювати. Оскільки навіть фірми-виробники Viessmann і NAVIEN відразу обумовлюють, що обладнання «не потребує обслуговування». У перекладі на просту мову – поламалося, значить, потрібно замінити агрегат повністю.

Це може стосуватися не всієї системи, а окремо взятих вузлів: двигуна Стірлінга, системи газового пальника і т.д. В результаті вийде досить значна сума. Якщо виходити з того, що в середньому ціна на дані системи становить близько 12тис. євро або 13,5 тис. $. Схема роботи котла з генератором, то виграти в такій ситуації може хіба що виробник систем.

Піч “Индигирка” брати участь в порівнянні взагалі не може, не тільки тому, що вид палива не газ, а ціна не порівнянна (в 15 разів менше), а тому що піч позиціонуватися не для побутового використання, а більше для подорожей, експедицій і т .п.

Якщо в Європі ситуація з енергоносіями досить суттєво впливає на вибір споживача (при виборі систем опалення або енергопостачання) з точки зору економічності і екологічності, то держави ЄС стимулюють це шляхом субсидування на впровадження таких систем.

Висновки і корисне відео по темі

Принцип дії двигуна Стірлінга, оснащується газовий котел:

Демонстрація роботи газового котла з генератором електроенергії:

Приклад дров’яної печі з генератором електрики для порівняння з газовим агрегатом:

Не варто забувати, що європейські енергогенеруючі компанії цілком лояльні до «виробникам» енергозберігаючої техніки.

Газовий котел з електрогенератором: принцип роботи, огляд кращих брендів

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Цей сайт використовує Akismet для зменшення спаму. Дізнайтеся, як обробляються ваші дані коментарів.