Caldera de gas con generador eléctrico: dispositivo, principio de funcionamiento, resumen de las mejores marcas.

Una actitud cuidadosa hacia los recursos energéticos está dictada principalmente por el hecho de que casi todos los recursos naturales no son infinitos. El uso económico de todos los tipos de combustible requiere el desarrollo de nuevos sistemas o una modernización radical de los existentes.

Por lo tanto, una caldera de gas con un generador eléctrico es uno de los tipos de sistemas híbridos que permiten deshacerse inteligentemente del combustible azul. Le presentaremos el principio de operación de equipos que generan energía eléctrica junto con energía térmica. Vamos a presentar modelos típicos de agregados híbridos.

Consumo eficiente de energía

Incluso un hombre común en la calle que tiene una caldera de gas instalada para calentar casas puede preguntarse sobre la racionalidad del uso de energía térmica. De hecho, después de todo, cuando se quema gas en una caldera, lejos de todo el calor generado se usa.

Siempre cuando el sistema de calefacción está funcionando, parte del calor se pierde irremediablemente. Esto suele suceder cuando los productos de combustión se emiten desde la caldera a la atmósfera. De hecho, esta es una energía perdida que podría usarse.

¿De qué se trata exactamente? Sobre la posibilidad de que se utilice calor desperdiciado en la producción de energía eléctrica en vano.

Basado en el hecho de que el sistema de caldera de calefacción ya está optimizado para maximizar la eficiencia, la energía "emitida" todavía constituye una fracción significativa de la energía que se libera durante la combustión del combustible

Los tipos de combustible pueden ser diferentes, comenzando con leña banal y todo tipo de briquetas, y terminando con las opciones más económicas: gas principal con predominio de metano en la composición, combustible azul artificial y mezclas licuadas de propano-butano.

Puede parecer que esto está lejos del "descubrimiento de América", pero en realidad la tecnología desarrollada en 1943 por Robert Stirling, o mejor dicho, la instalación existe. Sus características de diseño y el principio básico de funcionamiento nos permiten atribuir este sistema a motores de combustión interna.

¿Por qué, entonces, no usó esta instalación durante un tiempo tan considerable? La respuesta es simple: el desarrollo teórico de la tecnología en los años cuarenta del siglo pasado resultó ser muy engorroso en la práctica.

Las tecnologías y materiales que existían en el momento del desarrollo no permitieron reducir el tamaño de la instalación, y los métodos existentes para generar energía eléctrica fueron más rentables.

La inclusión en el circuito de una caldera de gas de un dispositivo que procesa el calor usado en electricidad puede aumentar significativamente la eficiencia de una planta de procesamiento de gas

¿Qué puede hacernos pensar hoy en una actitud más cuidadosa hacia los recursos que no están clasificados como renovables? Ahora hay un problema común en todo el mundo: el desarrollo de tecnologías inevitablemente conduce a un aumento en el consumo de energía eléctrica.

El aumento en el consumo se está produciendo a un ritmo tan rápido que las compañías de la red no tienen tiempo para modernizar los sistemas de transmisión de energía eléctrica, sin mencionar la producción. Esta situación inevitablemente lleva al hecho de que los elementos de los sistemas de suministro de energía fallan, y en algunos casos esto puede suceder con envidiable regularidad.

Las modernas calderas de calefacción están equipadas con sistemas de control que también son volátiles. La bomba de circulación, los sensores, la automatización, el panel en sí mismo necesitan energía eléctrica. El conjunto completo de dispositivos no puede sino provocar una alarma para mantener la operatividad durante un corte de energía.

Los sistemas de calefacción forzada no pueden iniciarse sin electricidad. Apagar la alimentación durante la temporada de calefacción es casi desastroso para ellos. No solo eso, esto inevitablemente conducirá a un enfriamiento rápido de la habitación, con un calentamiento inactivo a largo plazo, el circuito puede congelarse.

Una ausencia prolongada del sistema de calefacción en la estación fría hace que el sistema de calefacción se congele, aparecen tapones de hielo y, como resultado, daños en el equipo y las tuberías de calefacción debido a una rotura

Soluciones estándar existentes para el problema: instalación fuentes de alimentación ininterrumpidageneradores de todo tipo de modificaciones (generadores de gas, benzo, diesel o fuentes no tradicionales: generadores eólicos o mini TPP, centrales hidroeléctricas).

Pero esta solución está lejos de ser aceptable para todos, ya que a muchas personas les resulta difícil asignar espacio para instalar un proveedor de electricidad autónomo.

Si los residentes de casas individuales aún pueden asignar espacio para un generador, entonces para la instalación en un edificio de varios pisos es casi imposible. Por lo tanto, resulta que los residentes de edificios de apartamentos con sistemas de calefacción individuales son los primeros en sufrir cuando se apagan las luces.

Por eso, en primer lugar, las compañías que producen componentes para ensamblar sistemas de calefacción se preguntaron sobre el uso completo del calor, que es "emitido" por el sistema de calefacción. Pensamos en cómo usar la sustancia inútil en la generación de electricidad.

A partir de tecnologías bien conocidas, los desarrolladores eligieron la unidad Stirling "bien olvidada", las tecnologías modernas permiten aumentar su eficiencia, al tiempo que mantienen dimensiones compactas.

El principio de funcionamiento del motor Stirling es el movimiento del pistón del motor hacia arriba y hacia abajo. El motor funciona casi en silencio y no causa vibraciones en el equipo.

El principio de funcionamiento de la unidad Stirling se basa en el uso de calentamiento y enfriamiento del fluido de trabajo, que a su vez impulsa un mecanismo que genera energía eléctrica.

El gas inyectado se encuentra dentro del pistón (cerrado), cuando se calienta, el medio gaseoso se expande y mueve el pistón en una dirección, después de enfriarse en el refrigerador, se comprime y mueve el pistón en la otra dirección.

Resumen de fabricantes de calderas con generador

Veamos ejemplos específicos del sistema de calderas domésticas que existen hoy en día, en el que el principio de usar gases de escape (productos de combustión) para la producción de electricidad se ha implementado con éxito. La compañía surcoreana NAVIEN ha implementado con éxito la tecnología anterior en una caldera de la marca HYBRIGEN SE.

La caldera utiliza un motor Stirling que, según los datos del pasaporte, genera electricidad con una capacidad de 1000W (o 1kW) y un voltaje de 12V durante la operación. Los desarrolladores afirman que la electricidad generada se puede utilizar para alimentar electrodomésticos.

Tal potencia debería ser suficiente para alimentar un refrigerador doméstico (aproximadamente 0.1 kW), una computadora personal (aproximadamente 0.4 kW), un televisor LCD (aproximadamente 0.2 kW) y hasta 12 bombillas LED con una potencia de 25 vatios cada una.

Navien hybrigen se caldera con generador Stirling integrado y motor. Durante el funcionamiento de la caldera, además de las funciones principales, se genera electricidad del orden de 1000 W de potencia.

De fabricantes europeos, Viessmann se dedica al desarrollo en esta área. Viessmann tiene la oportunidad de presentar dos modelos de las calderas de las series Vitotwin 300W y Vitotwin 350F a elección del consumidor.

El Vitotwin 300W fue el primer desarrollo en esta dirección. Tiene un diseño bastante compacto y se ve muy similar al habitual. caldera de gas montada en la pared. Es cierto que fue durante la operación del primer modelo que se identificaron los puntos "débiles" en la operación del motor del sistema Stirling.

El mayor problema fue la eliminación del calor, la base del dispositivo es calentar y enfriar. Es decir los desarrolladores enfrentaron el mismo problema que Stirling enfrentó en los años cuarenta del siglo pasado: enfriamiento eficiente, que solo se puede lograr con tamaños significativos del enfriador.

Es por eso que apareció el modelo de caldera Vitotwin 350F, que incluía no solo una caldera de gas con un generador de electricidad, sino también una caldera integrada de 175 litros.

El tanque de almacenamiento de agua caliente está montado en el piso debido al gran peso del equipo y del líquido preparado para fines sanitarios.

En este caso, el problema con el problema de enfriar el pistón de la unidad Stirling debido al agua en caldera. Sin embargo, la decisión llevó al hecho de que aumentaron las dimensiones y el peso generales de la instalación. Tal sistema ya no se puede montar en la pared como una caldera de gas ordinaria y solo se puede montar en el piso.

Las calderas Viessmann ofrecen la posibilidad de alimentar los sistemas de operación de la caldera desde una fuente externa, es decir. de redes centrales de suministro de energía. Viessmann posicionó el equipo como un dispositivo que satisface sus propias necesidades (operación de unidades de caldera) sin la posibilidad de seleccionar el exceso de electricidad para el consumo doméstico.

Sistema Vitotwin F350: una caldera con una caldera de calentamiento de agua de 175 litros. El sistema le permite calentar la habitación, proporciona agua caliente y genera energía eléctrica.

Para poder comparar la efectividad del uso de generadores integrados en el sistema de calefacción. Vale la pena considerar la caldera, que fue desarrollada por las empresas TERMOFOR (República de Bielorrusia) y la empresa Krioterm (Rusia, San Petersburgo).

Vale la pena considerarlos no porque de alguna manera puedan competir con los sistemas anteriores, sino para comparar los principios de operación y la eficiencia de la generación de energía eléctrica. Estas calderas solo usan leña como combustible aserrín prensado o briquetas a base de madera, por lo que no se pueden poner a la par con los modelos de NAVIEN y Viessmann.

La caldera, llamada "Horno de calentamiento Indigirka", se centra en el calentamiento a largo plazo con madera, etc., pero está equipada con dos generadores de electricidad térmica del tipo TEG 30-12. Están ubicados en la pared lateral de la unidad. El poder de los generadores es pequeño, es deciren total, son capaces de generar solo 50-60W con un voltaje de 12V.

El diseño básico de la estufa Indigirka permite no solo calentar la habitación, sino también cocinar en el quemador. El sistema se complementa con dos generadores de calor en 12V con una potencia de 50-60W.

En esta caldera, se ha utilizado el método Zebek, basado en la formación de un EMF en un circuito eléctrico cerrado. Se compone de dos tipos diferentes de material y mantiene puntos de contacto a diferentes temperaturas. Es decir Los desarrolladores también utilizan el calor generado por la caldera para generar energía eléctrica.

Comparación del rendimiento de la caldera.

Comparando los tipos de calderas presentados, que no solo calientan la habitación (calientan refrigerante), pero también generan electricidad mediante el uso de calor generado, se debe prestar atención a aspectos importantes durante la operación.

Tanto NAVIEN como Viessmann están posicionando sus calderas, señalando las ventajas indudables: la automatización completa del proceso, la ausencia de la necesidad de reparaciones de servicio y la ausencia total de interferencia después del inicio del trabajo por parte del comprador.

Para el funcionamiento de estas calderas, solo es necesario un funcionamiento estable del sistema; disponibilidad de gas estable (ya sea entregas troncales, una instalación de cilindro con gas licuado o tanque de gas) En consecuencia, para la operación de calderas, se usa gas doméstico, que después de la combustión no representa ningún daño para el medio ambiente.

En principio, se puede decir casi lo mismo sobre la estufa de calentamiento Indigirka, solo que el tipo de combustible aquí no es gas, sino leña, pellets o aserrín prensado.

Ausencia total automáticosque requiere electricidad El sistema para generar energía eléctrica y la caldera en sí no afecta el funcionamiento de los demás, es decir, En caso de falla del sistema de generación de energía, la caldera continúa desempeñando sus funciones.

Todas estas unidades de calefacción a gas, debajo de los quemadores en los que se encuentran los motores Stirling, producen energía eléctrica que puede utilizarse para diversos fines.

Las calderas NAVIEN y Viessmann no podrán presumir de ello, ya que el motor del sistema Stirling está integrado directamente en el diseño de la caldera. Pero, ¿qué tan rentables son tales sistemas y después de cuánto tiempo pagará una caldera similar? Este problema debe tratarse en detalle.

Rentabilidad de los sistemas considerados.

A primera vista, las calderas de NAVIEN y Viessmann son plantas de energía casi mini-térmicas en una casa privada o incluso en un departamento.

Incluso a pesar de las grandes dimensiones generales, la capacidad de producir energía eléctrica simplemente usando una caldera para calentar una caldera o para calentar habitaciones debe incitar al comprador sin dudarlo a establecer tal "milagro de tecnología".

Pero tras una inspección más cercana de la caldera NAVIEN, surgen preguntas que deben responderse. Con la potencia declarada de 1 kW (potencia libre, que puede utilizar a su discreción), la caldera consume electricidad de manera notable durante el funcionamiento del sistema.

A que te refieres Al menos la operación de automatización, incluso si se necesita un poco de energía, pero es necesaria para que el ventilador y la bomba de circulación funcionen. Los dispositivos enumerados en total no solo pueden consumir con éxito este kilovatio de energía, sino que puede no ser suficiente cuando el sistema está "disperso".

Diagrama esquemático del sistema de calefacción Vissmann Vitotwin 350F con una caldera de piso de 175 litros. El sistema permite el uso de electricidad de una fuente externa y la transferencia del exceso de electricidad generada a una red común.

Las mismas preguntas surgen exactamente con las calderas Viessmann, pero al menos aquí no se mencionó la posibilidad de extraer electricidad para las propias necesidades. Solo se estipuló la posibilidad de operación autónoma del sistema en ausencia de suministro externo.

Aunque los desarrolladores indican de inmediato que "el sistema puede requerir energía eléctrica adicional en las cargas máximas". En el contexto de la demanda de 3500 kWh de electricidad generada por año, este matiz ya está en duda, y a través de cálculos simples y simples obtenemos lo siguiente:

3500: 6 (meses de la temporada de calefacción estándar): 30 (30 días calendario en promedio): 24 (24 horas en un día) = 0.81 kW * hora.

Es decir La caldera produce aproximadamente 800 W con un funcionamiento estable (constante), pero ¿cuánto consume el sistema durante el funcionamiento? Quizás los mismos producidos por 800W, y posiblemente más.

Además, la electricidad se genera solo durante el funcionamiento del quemador. Es decir Requiere una operación continua del sistema, o todo es un poco diferente de lo que dicen los desarrolladores del sistema.

¿A qué condujeron estos cálculos? El sistema de caldera de leña realmente da 50W * h (o 0.05 kW * h), que puede usarse para recargar una tableta, teléfono, etc. incluso para la banal "bombilla LED de reserva". En contraste con el desarrollo de dos compañías de fama mundial, pero el desarrollo descrito claramente se parece más a un buen movimiento de marketing, y nada más.

En cuanto a la política de precios para estos sistemas, generalmente es difícil evaluar algo aquí. Dado que incluso los fabricantes Viessmann y NAVIEN estipulan de inmediato que el equipo "no requiere mantenimiento". Traducido a un lenguaje simple: se rompió, lo que significa que debe reemplazar la unidad por completo.

Esto puede afectar no solo a todo el sistema, sino a unidades individuales: el motor Stirling, el sistema de quemador de gas, etc. El resultado es una cantidad bastante impresionante. Basado en el hecho de que el precio promedio de estos sistemas es de aproximadamente 12 mil. Euro o 13.5 mil $. El esquema de la caldera con el generador, entonces solo el fabricante de sistemas puede ganar en tal situación.

La estufa Indigirka no puede participar en la comparación, no solo porque el tipo de combustible no es de gas, y el precio no es comparable (15 veces menos), sino porque la estufa no está posicionada para uso doméstico, sino más bien para viajes, expediciones, etc. .p.

Si en Europa la situación con los portadores de energía influye significativamente en la elección del consumidor (al elegir los sistemas de calefacción o suministro de energía) desde el punto de vista de la economía y el respeto al medio ambiente, entonces los estados de la UE estimulan esto al subsidiar la implementación de dichos sistemas.

Para el consumidor doméstico en Rusia, es probable que dichos sistemas sean demasiado caros tanto inicialmente como "sistema + instalación" y durante la operación.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

El principio de funcionamiento del motor Stirling, que equipa una caldera de gas:

Demostración de la caldera de gas con un generador de electricidad:

Un ejemplo de una estufa de leña con un generador de electricidad para comparar con una unidad de gas:

No olvide que las empresas europeas generadoras de energía son bastante leales a los "fabricantes" de equipos de ahorro de energía.

En Rusia, la posibilidad de generar y transmitir energía eléctrica a la red por parte de un consumidor doméstico no solo está fijada por ley, sino que tampoco es bienvenida por las empresas de la red. Por lo tanto, es poco probable que los sistemas presentados tengan serias posibilidades de ser utilizados en la Federación de Rusia hoy.

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