Уважительное использование энергетических ресурсов обусловлено ограниченностью природных запасов. Экономия всех видов топлива побуждает к созданию новых систем или глубокой модернизации имеющихся.
Газовый котел с электрогенератором — это гибридная система, позволяющая рационально использовать природный газ. Ознакомимся с принципом работы оборудования, вырабатывающего тепловую и электрическую энергию. Рассмотрим примеры типовых моделей таких агрегатов.
Эффективное потребление энергоресурсов
Даже простые люди, имеющие газовые котлы для обогрева домов, могут задумываться о разумности расходования тепла. Ведь при горении газа в котле не вся выделяемая энергия применяется эффективно.
Часть тепла неизбежно теряется во время работы отопительной системы. Чаще всего такое явление связано с выпуском отработанных газов из котла наружу. Это потерянная энергия, которую можно было бы использовать с пользой.
В чём заключается суть обсуждаемой темы? В использовании отработанного тепла для генерации электроэнергии.
Топливо может быть разнообразным: от дров и брикетов до более экономичных вариантов – магистрального газа с преобладанием метана, искусственного голубого топлива и пропана-бутана в жидком виде.
Хотя может показаться, что это не открытие Америки, разработанная еще в 1943 году Робертом Стирлингом технология, то есть установка, существует на самом деле. Ее конструктивные особенности и основной принцип работы позволяют отнести эту систему к двигателям внутреннего сгорания.
В чём же причина такого длительного застоя использования данной установки? Простота ответа: теоретические разработки сороковых годов оказались слишком громоздкими для практического воплощения.
Технологии и материалы того времени не допускали уменьшения габаритов установки, а применяемые методы получения электроэнергии являлись более эффективными.
В современном мире заставляет нас задумываться о бережном использовании ресурсов, не подлежащих возобновлению, актуальная тенденция: развитие технологий непременно увеличивает потребление электроэнергии по всему миру.
Стремительное увеличение потребления энергии ставит под угрозу работоспособность сетей, поскольку компании не успевают модернизировать системы передачи и производства электричества. В результате этого элементы электроснабжения часто выходят из строя, а в ряде случаев — с повторяющейся регулярностью.
Современные котлы имеют системы управления, работающие от электричества. Циркуляционный насос, датчики, автоматика и контрольная панель нуждаются в электропитании. Такое количество устройств вызывает опасения по поводу их функционирования во время отключения электроэнергии.
Работа принудительных систем отопления без электроснабжения невозможна. Отключение электричества в период отопительного сезона для них практически катастрофично. Это непременно приведет к быстрому охлаждению помещения, а длительный простой отопления может вызвать замерзание контура.
Общепринятые способы решения задачи – монтаж источников бесперебойного питанияГенераторы различных модификаций: газовые, бензиновые, дизельные, а также нетрадиционные источники энергии — ветровые генераторы и мини ТЭС, ГЭС.
Этот способ разрешения проблемы подходит не всем, потому что многим трудно найти место для размещения автономной электростанции.
Жители частных домов могут разместить генератор, а вот в многоэтажках установка невозможна. Поэтому проживающие в домах с автономным отоплением станут первыми, кто столкнется с последствиями отключения электроэнергии.
Производители компонентов для систем отопления заинтересовались эффективным использованием тепла, которое теряется в процессе работы системы. Изучаются возможности применения этого отхода для производства электроэнергии.
Разработчики избрали для своих целей хорошо забытую установку Стирлинга, эффективность которой современные технологии позволяют повысить, не увеличивая габариты устройства.
Установка Стирлинга работает за счет нагрева и охлаждения рабочего тела, приводящих в движение механизм, который генерирует электричество.
Закрытый поршень содержит закачанный газ. При нагревании газ расширяется и перемещает поршень в одном направлении. После охлаждения в охладителе газ сжимается и перемещает поршень в противоположном направлении.
Обзор производителей котлов с генератором
Рассмотрим конкретные примеры бытовых котлов, где принцип использования выхлопных газов (продуктов горения) для производства электроэнергии удачно реализован. Южнокорейская фирма NAVIEN успешно воплотила эту технологию в котле марки HYBRIGEN SE.
Котёл оснащён двигателем Стирлинга, способным производить при работе электричество мощностью 1000 ватт (или 1 кВт) и напряжением 12 вольт. Разработчики заявляют, что полученную электроэнергию можно использовать для питания бытовых устройств.
Этой мощности достаточно для работы бытового холодильника (примерно 0,1 кВт), персонального компьютера (около 0,4 кВт), жидкокристаллического телевизора (около 0,2 кВт) и до 12 светодиодных ламп мощностью по 25 Вт каждая.
Среди европейских производителей разрабатывают такие системы компания Viessmann. Viessmann предлагает покупателям два вида котлов: Vitotwin 300W и Vitotwin 350F.
Модель Вито Twin 300Вт стала первым шагом в этом направлении. Её отличает компактый размер, и по виду она очень напоминает обычный… настенным газовым котломПри использовании первого образца обнаружились слабые стороны работы двигателя системы Стирлинга.
Основной сложностью стала система отвода тепла, поскольку работа устройства строится на нагреве и его последующем охлаждении. Таким образом разработчики столкнулись с той же проблемой, что и Стирлинг в сороковых годах прошлого века – эффективное охлаждение, которое возможно только при значительных размерах охладителя.
В связи с этим была разработана модель котла Vitotwin 350F, оснащенная газовым котлом с генератором электроэнергии и встроенным бойлером на 175 литров.
В данном случае проблему охлаждения поршня установки Стирлинга водой решили достаточно эффективно. бойлереВ результате принятого решения установка стала больше по размеру и весу. Такой системы нельзя прикрепить к стене, как стандартный газовый котел, и она может быть только напольной.
Котельные установки компании Viessmann допускают подсоединение к внешним источникам электропитания, таким как сети центрального электроснабжения. Производитель позиционирует оборудование как устройство, удовлетворяющее собственные нужды (работу агрегатов котла) без возможности использования избытка электроэнергии для бытовых целей.
Чтобы оценить эффективность использования генераторов, встроенных в системы отопления, целесообразно сравнить модели от компаний «ТЕРМОФОР» (Республика Беларусь) и «Криотерм» (Санкт-Петербург, Россия).
Стоит рассмотреть эти системы не потому, что способны конкурировать с ранее упомянутыми, а для сравнения принципов работы и эффективности получения электрической энергии. В качестве топлива эти котлы используют только дрова. прессованные опилки Брикеты на основе древесины не позволяют сравнивать модели с продукцией NAVIEN и Viessmann.
Котел «Отопительная печь «Индигирка» предназначен для длительного отопления дровами и подобным топливом, но имеет два термических генератора электричества типа ТЭГ 30-12, установленных на боковой стенке агрегата. Мощность генераторов невелика: суммарно они способны генерировать всего лишь 50-60 Вт при напряжении 12 В.
В данном котле применяется метод Зебека, основанный на формировании ЭДС в замкнутой электрической цепи из двух разнородных материалов с поддерживаемыми точками контакта при разных температурах. Разработчики также используют выделяемое котлом тепло для выработки электрической энергии.
Сравнение эффективности работы котлов
Разбирая предлагаемые типы котлов, которые выполняют функцию отопления помещения (нагрев) теплоносительИспользуя тепло для выработки энергии, следует уделить внимание важным моментам при работе .
NAVIEN и Viessmann представляют свои котлы как полностью автоматизированные системы, не требующие обслуживания и вмешательства пользователя после запуска.
Для функционирования этих котлов требуется лишь устойчивая подача газа – будь то магистральный газ, баллонный вариант со сжиженным газом или. газгольдерПо этой причине в котлах используется бытовой газ, безопасный для окружающей среды при сгорании.
Почти аналогично обстоит дело с отопительной печью «Индигирка», лишь видом топлива здесь является древесина, пеллеты или спрессованные стружки.
Полное отсутствие автоматикиЭта система функционирует только при наличии электричества. Система энергоснабжения и котел независимы друг от друга: поломка одной не влияет на работоспособность другой.
NAVIEN и Viessmann не могут похвастать таким устройством, поскольку двигатель Стирлинга встроен в конструкцию котла. Но насколько эффективны такие системы и за какой срок окупится такой котел? Этот вопрос требует детального рассмотрения.
Рентабельность рассматриваемых систем
Впечатление от котлов NAVIEN и Viessmann — как будто мини-ТЭС находятся в доме или квартире.
Несмотря на внушительные габариты, способность вырабатывать электроэнергию при помощи котла для нагрева воды в бойлере или отопления помещений должно убедительно подтолкнуть покупателя к приобретению такого «технического достижения».
При более детальном изучении котлов фирмы NAVIEN появляются вопросы, ответы на которые необходимы. Несмотря на заявленную мощность в 1 кВт (свободной мощности для собственных нужд), котел заметно потребляет электроэнергию во время работы системы.
Подразумевается необходимость работы автоматики, требующей небольшой мощности для функционирования вентилятора и циркуляционного насоса.
Перечисленные устройства в совокупности могут не только успешно использовать один киловатт энергии, но и его может недостаточно при запуске системы.
По котлам фирмы Viessmann также появляются подобные вопросы, однако компания не заявляла о возможности получения электроэнергии для собственных нужд. Говорилась лишь о возможности автономной работы системы при отсутствии внешнего энергоснабжения.
Разработчики предупреждают о возможности повышенного потребления электроэнергии системой при пиковых нагрузках. С учётом заявленной годовой производительности 3500 кВт*ч этот момент вызывает сомнения, а простые вычисления показывают следующее:
3500 месяцев стандартного отопительного сезона / 30 календарных дней в среднем / 24 часа в сутки = 0,81 кВт*ч.
Котел при постоянной работе вырабатывает примерно 800 Вт. Сколько система потребляет во время работы, неизвестно. Вероятно, это те же 800 Вт или даже больше.
Электроэнергия вырабатывается только во время работы горелки. Следовательно, система либо работает постоянно, либо её описание разработчиками не совсем точно.
Рассчёты показывали, что система котла на дровах реально вырабатывает 50 Вт*ч (или 0,05 кВт*ч), которые можно использовать для зарядки планшетов, телефонов и т.п., а также для работы простой светодиодной лампы. Разработки двух известных компаний, описанные в тексте, больше похожи на удачный рекламный ход, нежели на что-то более существенное.
По ценам систем трудно судить. Производители Viessmann и NAVIEN сразу предупреждают, что оборудование не нуждается в обслуживании. То есть, сломалось — меняем весь агрегат.
Речь может идти не о всей системе, а об отдельных ее частях: двигателе Стирлинга, системе газовой горелки и так далее. В итоге получится существенная сумма. Если руководствоваться тем, что средняя цена данных систем составляет порядка 12 тысяч евро или 13,5 тысяч долларов, схема работы котла с генератором выиграет в такой ситуации разве что производитель систем.
Печь «Индигирка» непригодна для сравнения по причине использования другого вида топлива и существенно более низкой цены (в 15 раз ниже). Она предназначена не для быта, а для поездок, экспедиций и подобных целей.
В Европе состояние дел с энергией оказывает существенное влияние на выбор потребителей при установке систем отопления или энергоснабжения в плане экономической выгоды и экологичности. В связи с этим государства Евросоюза поощряют это субсидиями на внедрение подобных систем.
В России подобные системы большинству обычных потребителей окажутся не по карману как при первом приобретении с установкой, так и во время использования.
Выводы и полезное видео по теме
Как работает двигатель Стирлинга, используемый для газового котла?
Работа газового котла с приводом электрогенератора.
Пример печи на дровах, работающей как генератор электричества, для сравнения с газовым устройством.
Не следует забывать о том, что европейские предприятия по производству электроэнергии достаточно благосклонны к компаниям-изготовителям энергосберегающего оборудования.
В России закон не регулирует возможность граждан генерировать и передавать электроэнергию в сеть. Сетевые компании не заинтересованы в развитии таких систем, поэтому их применение в РФ маловероятно.
Оцените представленную статью, используя блок-форму ниже. Задавайте вопросы, добавляйте фотографии по теме. Напишите о том, знакомы ли вам котлы с электрогенерирующими системами. Поделитесь полезной информацией для посетителей сайта.