Caldera de gas amb generador elèctric: dispositiu, principi de funcionament, una visió general de les millors marques

Una actitud acurada davant els recursos energètics ve dictada principalment pel fet que gairebé tots els recursos naturals no són infinits. L’ús econòmic de tot tipus de combustible requereix el desenvolupament de nous sistemes o una modernització radical dels existents.

Així doncs, una caldera de gas amb un generador elèctric és un dels tipus de sistemes híbrids que permeten disposar de forma intel·ligent el combustible blau. Us presentarem el principi de funcionament dels equips que generen energia elèctrica juntament amb l’energia tèrmica. Introduïm models típics d’agregats híbrids.

Consum energètic eficient

Fins i tot un home normal del carrer que té instal·lada una caldera de gas per escalfar habitatges pot preguntar-se sobre la racionalitat d’utilitzar energia tèrmica. De fet, al cap i a la fi, s’utilitza combustió en una caldera, lluny de tota la calor generada.

Sempre quan el sistema de calefacció funciona, es perd una mica de calor. Això sol passar quan els productes de combustió s’emeten de la caldera a l’atmosfera. De fet, es tracta d’una energia perduda que es podria utilitzar.

De què es tracta exactament? Sobre la possibilitat que la calor malgastada s’utilitzi en va per a la producció d’energia elèctrica.

Basat en el fet que el sistema de calderes de calefacció ja està optimitzat per maximitzar l'eficiència, l'energia "emesa" encara constitueix una part important de l'energia que es desprèn durant la combustió del combustible.

Els tipus de combustible poden ser diferents, a partir de la llenya banal i tot tipus de briquetes, acabant amb les opcions més econòmiques: gas principal amb predomini de metà en la composició, combustible blau artificial i barreges liquades de propà-butà.

Pot semblar que això es troba molt lluny del "descobriment d'Amèrica", però en realitat la tecnologia desenvolupada el 1943 per Robert Stirling, o millor dit, la instal·lació existeix. Les seves característiques de disseny i el principi bàsic de funcionament ens permeten atribuir aquest sistema als motors de combustió interna.

Per què, doncs, no va fer servir aquesta instal·lació durant un temps tan considerable? La resposta és senzilla: el desenvolupament teòric de la tecnologia als anys quaranta del segle passat va resultar ser molt feixuc en la pràctica.

Les tecnologies i materials que existien en el moment del desenvolupament no van permetre reduir la mida de la instal·lació i els mètodes existents per generar energia elèctrica eren més rendibles.

La inclusió al circuit d’una caldera de gas d’un dispositiu que processa la calor usada malgastant en electricitat pot augmentar significativament l’eficiència d’una planta de processament de gas

Què ens pot fer pensar avui en una actitud més acurada davant dels recursos que no es classifiquen com a renovables? Ara hi ha un problema comú a tot el món: el desenvolupament de tecnologies conduirà inevitablement a un augment del consum d’energia elèctrica.

L’augment del consum s’està produint a un ritme tan ràpid que les empreses de la xarxa no tenen temps per modernitzar els sistemes de transmissió d’energia elèctrica, per no parlar de la producció. Aquesta situació condueix inevitablement al fet que els elements dels sistemes d’alimentació elèctrica fallin i, en alguns casos, això pot passar amb una regularitat envejable.

Les calderes modernes de calefacció estan equipades amb sistemes de control també volàtils. La bomba de circulació, sensors, automatització, el propi quadre necessiten energia elèctrica. Tot el conjunt de dispositius no pot sinó provocar una alarma per mantenir l'operativitat durant una interrupció elèctrica.

Els sistemes de calefacció forçada no es poden iniciar sense electricitat. L’apagada de l’energia durant la temporada de calefacció és gairebé desastrós per a ells. No només això, això comportarà inevitablement un refredament ràpid de l’habitació, amb un escalfament al ralentí a llarg termini, el circuit es pot congelar.

L’absència prolongada del sistema de calefacció a la temporada de fred fa que el sistema de calefacció es congeli, hi apareixen taps de gel i, per tant, es produeixen danys a l’equip i a les canonades de calefacció a causa d’una ruptura.

Solucions existents estàndard per al problema: instal·lació fonts d'alimentació ininterrompudageneradors de tot tipus de modificacions (gas, benzo, generadors dièsel o fonts no tradicionals - generadors eòlics o mini TPPs, centrals hidroelèctriques).

Però aquesta solució és lluny d’acceptar per a tothom, ja que a moltes persones li costa assignar espai per instal·lar un proveïdor elèctric autònom.

Si els residents de cases individuals encara poden destinar espai a un generador, aleshores per a la seva instal·lació en un edifici de diversos pisos és gairebé impossible. Així, resulta que els residents en edificis d'apartaments amb sistemes de calefacció individuals són els primers que pateixen quan s'apaguen les llums.

Per això, en primer lloc, les empreses que produeixen components per al muntatge de sistemes de calefacció es van preguntar sobre l’ús total de la calor, que “emet” el sistema de calefacció. Vam pensar en com utilitzar la substància inútil en la generació d’electricitat.

A partir de tecnologies conegudes, els desenvolupadors van triar la unitat de Stirling “ben oblidada”; les tecnologies modernes permeten augmentar la seva eficiència, mantenint unes dimensions compactes.

El principi de funcionament del motor de Stirling és el moviment del pistó del motor cap amunt i cap avall. El motor funciona gairebé en silenci i no provoca vibracions de l'equip

El principi de funcionament de la unitat de Stirling es basa en l’ús de calefacció i refrigeració del fluid de treball, que a la vegada impulsa un mecanisme que genera energia elèctrica.

El gas injectat es troba a l’interior del pistó (tancat), quan s’escalfa, el medi gasós s’expandeix i mou el pistó en una direcció, després de refredar-se al refrigerador es comprimeix i mou el pistó en l’altra direcció.

Visió general dels fabricants de calderes amb generador

Vegem exemples concrets del sistema de calderes domèstiques que existeixen avui en dia, en què s’ha implementat amb èxit el principi d’ús de gasos d’escapament (productes de combustió) per a la producció d’electricitat. L’empresa sud-coreana NAVIEN ha implementat amb èxit la tecnologia anterior en una caldera de la marca HYBRIGEN SE.

La caldera utilitza un motor Stirling, que, segons les dades del passaport, genera electricitat amb una capacitat de 1000W (o 1kW) i un voltatge de 12V durant el funcionament. Els desenvolupadors afirmen que l'electricitat generada es pot utilitzar per alimentar electrodomèstics.

Aquesta potència hauria de ser suficient per alimentar un refrigerador domèstic (uns 0,1 kW), un ordinador personal (uns 0,4 kW), un televisor LCD (uns 0,2 kW) i fins a 12 bombetes LED amb una potència de 25 watts cadascuna.

Caldera Navien hybrigen se amb generador i motor Stirling integrats. Durant el funcionament de la caldera, a més de les funcions principals, es genera electricitat de l’ordre de 1000 W de potència

Des de fabricants europeus, Viessmann es dedica al desenvolupament en aquesta àrea. Viessmann té l'oportunitat de presentar dos models de les calderes de la sèrie Vitotwin 300W i Vitotwin 350F a elecció del consumidor.

El Vitotwin 300W va ser el primer desenvolupament en aquesta direcció. Té un disseny bastant compacte i s’assembla molt a l’habitual caldera de gas de paret. És cert que durant el funcionament del primer model es van identificar els punts "dèbils" del funcionament del motor del sistema Stirling.

El major problema era l'eliminació de calor, la base del dispositiu és la calefacció i la refrigeració. I.e. els desenvolupadors es van enfrontar amb el mateix problema que es va enfrontar Stirling als anys quaranta del segle passat: un refredament eficient, que només es pot aconseguir amb mides significatives del refrigerador.

Per això va aparèixer el model de caldera Vitotwin 350F, que incloïa no només una caldera de gas amb generador d’electricitat, sinó també una caldera integrada de 175 litres.

El dipòsit d'emmagatzematge de l'aigua calenta està muntat al sòl a causa del pesat tant dels equips en si com del líquid preparat per a fins sanitaris

En aquest cas, el problema del problema de refredar el pistó de la unitat de Stirling a causa de l’aigua endinsada caldera. Tanmateix, la decisió va comportar que les dimensions i el pes general de la instal·lació augmentessin. Aquest sistema ja no es pot muntar a la paret com una caldera de gas normal i només es pot muntar al terra.

Les calderes Viessmann ofereixen la possibilitat d’alimentar els sistemes d’operació de la caldera des d’una font externa, és a dir. de xarxes centrals d’alimentació. Viessmann va situar l’equip com un dispositiu que proporciona les seves pròpies necessitats (funcionament de les unitats de caldera) sense la possibilitat de seleccionar un excés d’electricitat per al consum domèstic.

Sistema Vitotwin F350: una caldera amb una calefacció de 175l d'aigua. El sistema permet escalfar l’habitació, proporciona aigua calenta i genera energia elèctrica.

Per poder comparar l'eficàcia de l'ús de generadors incorporats al sistema de calefacció. Val la pena tenir en compte la caldera, desenvolupada per les empreses TERMOFOR (República de Bielorússia) i la companyia Krioterm (Rússia, Sant Petersburg).

Val la pena considerar-los no perquè puguin competir d’alguna manera amb els sistemes anteriors, sinó per comparar els principis de funcionament i l’eficiència de generar energia elèctrica. Aquestes calderes només utilitzen llenya com a combustible serrada premsada o briquetes a base de fusta, de manera que no es poden igualar amb els models de NAVIEN i Viessmann.

La caldera, anomenada "forn de calefacció Indigirka", està enfocada a la calefacció a llarg termini amb llenya, etc., però està equipada amb dos generadors d’electricitat tèrmica com el TEG 30-12. Es troben a la paret lateral de la unitat. La potència dels generadors és petita, és a dir.en total, només poden generar 50-60W amb una tensió de 12V.

El disseny bàsic de la cuina Indigirka permet no només escalfar l’habitació, sinó també cuinar al cremador. El sistema es complementa amb dos generadors de calor a 12V amb una potència de 50-60W.

En aquesta caldera s’ha utilitzat el mètode Zebek basat en la formació d’un EMF en un circuit elèctric tancat. Consta de dos tipus de material diferents i manté els punts de contacte a diferents temperatures. I.e. els desenvolupadors també utilitzen la calor generada per la caldera per generar energia elèctrica.

Comparació del rendiment de la caldera

Comparant els tipus de calderes presentats, que no només escalfen l’habitació (calor) refrigerant), però també generen electricitat mitjançant l’ús de la calor generada, cal parar atenció als aspectes importants durant l’operació.

Tant NAVIEN com Viessmann estan posicionant les seves calderes, cosa que indica avantatges indubtables: automatització completa del procés, absència de la necessitat de reparacions del servei i absència absoluta d’interferències després de l’encàrrec del comprador.

Per al funcionament d’aquestes calderes, només cal un funcionament estable del sistema, una disponibilitat estable de gas (tant si es tracta de subministraments de tronc, una instal·lació de cilindres amb gas liquat o dipòsit de gas) D’acord amb això, per al funcionament de les calderes s’utilitza gas domèstic, que després de la combustió no suposa cap perjudici per al medi ambient.

En principi, gairebé es pot dir del forn d’escalfament Indigirka, només el tipus de combustible aquí no és gas, sinó llenya, pellets o serradura premsada.

Absència total automàticaque requereix electricitat. El sistema de generació d’energia elèctrica i la caldera en si no afecta el funcionament de l’altra, és a dir. en cas de fallades del sistema de generació d'energia, la caldera continua complint les seves funcions.

Totes aquestes unitats de calefacció a gas, sota els cremadors dels quals es troben els motors Stirling, produeixen energia elèctrica que es pot utilitzar per a diversos propòsits.

Les calderes NAVIEN i Viessmann no podran presumir d'aquests aspectes, ja que el motor del sistema Stirling s'incorpora directament al disseny de la caldera. Però, com de rendibles són aquests sistemes i després de quant temps pagarà una caldera similar? S'ha de tractar amb detall aquest tema.

Rendibilitat dels sistemes considerats

A primera vista, les calderes de NAVIEN i Viessmann són centrals gairebé mini-tèrmiques en una casa privada o fins i tot en un apartament.

Tot i que malgrat les grans dimensions generals, la capacitat de produir energia elèctrica només mitjançant l’ús d’una caldera per escalfar una caldera o per escalfar habitacions hauria d’incentivar el comprador sense dubtar a establir un “miracle de la tecnologia”.

Però, després d'una inspecció més acurada de la caldera NAVIEN, es plantegen preguntes que s'han de respondre. Amb la potència declarada d’1 kW (potència gratuïta, que podeu utilitzar al vostre criteri), la caldera consumeix energia notablement durant el funcionament del sistema.

Què vols dir? Almenys el funcionament de l’automatització, encara que es necessiti una mica de potència, però es necessita perquè funcioni el ventilador i la bomba de circulació. Els dispositius enumerats en total no només poden consumir amb èxit aquest quilowatt d’energia, però pot no ser suficient quan el sistema es “dispersa”.

Esquema esquemàtic del sistema de calefacció Vissmann Vitotwin 350F amb una caldera de 175l. El sistema permet tant l’ús d’electricitat des d’una font externa com la transferència de l’electricitat generada en excés a una xarxa comuna

Es plantegen les mateixes preguntes exactes amb les calderes Viessmann, però almenys no es va constar la possibilitat d’extreure electricitat per a les pròpies necessitats. Només es preveia la possibilitat de funcionament autònom del sistema en absència de subministrament extern.

Tot i que els desenvolupadors indiquen immediatament que "el sistema pot requerir energia elèctrica addicional a càrregues punta". En el context de la demanda de 3500 kWh d’electricitat generada a l’any, aquest matís ja està en dubte i, mitjançant càlculs senzills i sense complicacions, obtenim el següent:

3500: 6 (mesos de la temporada normal de calefacció): 30 (30 dies naturals de mitjana): 24 (24 hores al dia) = 0,81 kW * hora.

I.e. La caldera produeix uns 800W amb funcionament estable (constant), però quant consumeix el propi sistema durant el funcionament? Potser els mateixos produïts per 800W, i possiblement més.

A més, l’electricitat només es genera durant el funcionament del cremador. I.e. Requereix un funcionament continu del sistema o tot és una mica diferent del que diuen els desenvolupadors del sistema.

A què van conduir aquests càlculs? El sistema de caldera a llenya dóna realment els seus 50W * h (o 0,05 kW * h), que es poden utilitzar per recarregar una tauleta, un telèfon, etc. fins i tot per a la banal "bombeta LED en espera". En contrast amb el desenvolupament de dues empreses de fama mundial, però el desenvolupament descrit sembla més aviat una bona jugada de màrqueting i res més.

Pel que fa a la política de preus d’aquests sistemes, és difícil avaluar alguna cosa aquí. Atès que fins i tot els fabricants Viessmann i NAVIEN disposen immediatament que l'equip "no requereix manteniment". Traduït a un llenguatge senzill: es va trencar, cosa que significa que heu de substituir la unitat completament.

Això pot afectar no només tot el sistema, sinó unitats individuals: el motor Stirling, el sistema de cremadors de gas, etc. El resultat és una quantitat força impressionant. Basat en el fet que el preu mitjà d’aquests sistemes és d’uns 12 mil. Euro o 13,5 milers de dòlars. L'esquema de la caldera amb el generador, només el fabricant de sistemes pot guanyar en tal situació.

L’estufa d’Indigirka no pot participar en la comparació en absolut, no només perquè el tipus de combustible no sigui gas i el preu no és comparable (15 vegades menys), sinó perquè l’estufa no està posicionada per a ús domèstic, sinó més per a viatges, expedicions, etc. .p.

Si a Europa la situació dels transportistes d’energia influeix significativament en l’elecció dels consumidors (a l’hora de triar sistemes de calefacció o subministrament d’energia) des del punt de vista d’eficiència i amabilitat ambiental, els estats de la UE estimulen això subvencionant la implementació d’aquests sistemes.

Per a un consumidor nacional a Rússia, és probable que aquests sistemes siguin massa cars tant inicialment com "sistema + instal·lació" i durant el funcionament.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

El principi de funcionament del motor Stirling, que equipa una caldera de gas:

Demostració de la caldera de gas amb un generador d'electricitat:

Un exemple d’estufa de llenya amb generador d’electricitat per a la comparació amb una unitat de gas:

No oblideu que les empreses productores d’energia europees són molt fidels als “fabricants” d’equips d’estalvi d’energia.

A Rússia, la possibilitat de generar i transmetre energia elèctrica a la xarxa per part d’un consumidor domèstic no només no és fixada per la llei, sinó que tampoc no és ben rebuda per part de les empreses de la xarxa. Per tant, és probable que els sistemes presentats tinguin serioses possibilitats d’utilitzar-se a la Federació Russa avui.

Comenteu l'article enviat per examinar-lo al formulari següent, feu preguntes, publiqueu una foto sobre el tema. Parla’ns de les calderes familiars amb sistemes de generació d’energia. Compartiu informació útil que és útil per als visitants del lloc.