Caldaia a gas con generatore elettrico: dispositivo, principio di funzionamento, una panoramica delle migliori marche

Un attento atteggiamento nei confronti delle risorse energetiche è dettato principalmente dal fatto che quasi tutte le risorse naturali non sono infinite. L'uso economico di tutti i tipi di carburante richiede lo sviluppo di nuovi sistemi o una radicale modernizzazione di quelli esistenti.

Quindi, una caldaia a gas con un generatore elettrico è uno dei tipi di sistemi ibridi che consentono di smaltire in modo intelligente il combustibile blu. Vi presenteremo il principio di funzionamento delle apparecchiature che generano energia elettrica insieme all'energia termica. Introduciamo modelli tipici di aggregati ibridi.

Consumo di energia efficiente

Perfino un uomo comune nella strada che ha una caldaia a gas installata per il riscaldamento delle case può chiedersi quale sia la razionalità dell'uso dell'energia termica. Infatti, dopo tutto, quando si brucia gas in una caldaia, viene utilizzato lontano da tutto il calore generato.

Sempre quando il sistema di riscaldamento funziona, parte del calore viene irrimediabilmente perso. Questo di solito accade quando i prodotti della combustione vengono emessi dalla caldaia nell'atmosfera. In effetti, questa è un'energia persa che potrebbe essere utilizzata.

Di cosa si tratta esattamente? Sulla possibilità che il calore disperso venga utilizzato nella produzione di energia elettrica invano.

Sulla base del fatto che il sistema di riscaldamento della caldaia è già ottimizzato al fine di massimizzare l'efficienza, l'energia "emessa" è ancora una frazione significativa dell'energia rilasciata durante la combustione del combustibile

I tipi di combustibile possono essere diversi, a partire da legna da ardere banale e tutti i tipi di bricchette, per finire con le opzioni più economiche: gas principale con una predominanza di metano nella composizione, combustibile blu artificiale e miscele liquefatte di propano-butano.

Può sembrare che questo sia lontano dalla "scoperta dell'America", ma in realtà la tecnologia sviluppata nel 1943 da Robert Stirling, o meglio, l'installazione esiste. Le sue caratteristiche di progettazione e il principio di base del funzionamento ci consentono di attribuire questo sistema ai motori a combustione interna.

Perché, quindi, questa installazione non è stata utilizzata per così tanto tempo? La risposta è semplice: lo sviluppo teorico della tecnologia negli anni Quaranta del secolo scorso si è rivelato molto ingombrante nella pratica.

Le tecnologie e i materiali esistenti al momento dello sviluppo non consentivano di ridurre le dimensioni dell'installazione e i metodi esistenti per la generazione di energia elettrica erano più convenienti.

L'inclusione nel circuito di una caldaia a gas di un dispositivo che elabora il calore sprecato nell'elettricità può aumentare significativamente l'efficienza di un impianto di trattamento del gas

Cosa può farci pensare oggi a un atteggiamento più attento alle risorse che non sono classificate come rinnovabili? Ora esiste un problema comune in tutto il mondo: lo sviluppo di tecnologie porterà inevitabilmente ad un aumento del consumo di energia elettrica.

L'aumento dei consumi sta avvenendo a un ritmo così rapido che le società di rete non hanno il tempo di modernizzare i sistemi di trasmissione dell'energia elettrica, per non parlare della produzione. Questa situazione porta inevitabilmente al fatto che gli elementi dei sistemi di alimentazione falliscono, e in alcuni casi ciò può avvenire con invidiabile regolarità.

Le caldaie per riscaldamento moderne sono dotate di sistemi di controllo che sono anche volatili. La pompa di circolazione, i sensori, l'automazione, il pannello stesso hanno bisogno di energia elettrica. L'intero set di dispositivi non può che causare un allarme per il mantenimento dell'operatività durante un'interruzione di corrente.

I sistemi di riscaldamento forzato non possono essere avviati senza elettricità. Spegnere l'alimentazione durante la stagione di riscaldamento è quasi disastroso per loro. Non solo, ciò porterà inevitabilmente a un rapido raffreddamento della stanza, con un riscaldamento al minimo a lungo termine, il circuito può congelare.

Una prolungata assenza del sistema di riscaldamento nella stagione fredda provoca il congelamento del sistema di riscaldamento, la presenza di tappi di ghiaccio e, di conseguenza, danni all'apparecchiatura e ai tubi di riscaldamento a causa di una rottura

Soluzioni esistenti standard al problema: installazione gruppi di continuitàgeneratori di tutti i tipi di modifiche (gas, benzo, generatori diesel o fonti non tradizionali - generatori eolici o mini TPP, centrali idroelettriche).

Ma questa soluzione è tutt'altro che accettabile per tutti, poiché molte persone trovano difficile allocare spazio per l'installazione di un fornitore di energia elettrica autonomo.

Se i residenti delle singole case possono ancora allocare spazio per un generatore, quindi per l'installazione in un edificio a più piani è quasi impossibile. Pertanto, risulta che i residenti di condomini con sistemi di riscaldamento individuali sono i primi a soffrire quando le luci sono spente.

Questo è il motivo per cui, prima di tutto, le aziende che producono componenti per l'assemblaggio di sistemi di riscaldamento si sono interrogate sul pieno utilizzo del calore, che viene "emesso" dal sistema di riscaldamento. Abbiamo pensato a come utilizzare la sostanza inutile nella generazione di elettricità.

Tra le tecnologie più conosciute, gli sviluppatori hanno scelto l'unità Stirling "ben dimenticata"; le moderne tecnologie consentono di aumentarne l'efficienza, mantenendo dimensioni compatte.

Il principio di funzionamento del motore Stirling è il movimento del pistone del motore su e giù. Il motore funziona quasi in silenzio e non provoca vibrazioni alle apparecchiature

Il principio di funzionamento dell'unità Stirling si basa sull'uso del riscaldamento e del raffreddamento del fluido di lavoro, che a sua volta aziona un meccanismo che genera energia elettrica.

Il gas iniettato si trova all'interno del pistone (chiuso), quando riscaldato, il mezzo gassoso si espande e sposta il pistone in una direzione, dopo il raffreddamento nel radiatore si contrae e sposta il pistone nell'altra direzione.

Panoramica dei produttori di caldaie con un generatore

Esaminiamo esempi specifici del sistema di caldaie domestiche che esiste oggi, in cui è stato implementato con successo il principio dell'utilizzo dei gas di scarico (prodotti di combustione) per la produzione di elettricità. La società sudcoreana NAVIEN ha implementato con successo la tecnologia di cui sopra in una caldaia del marchio HYBRIGEN SE.

La caldaia utilizza un motore Stirling che, secondo i dati del passaporto, genera elettricità con una capacità di 1000 W (o 1 kW) e una tensione di 12 V durante il funzionamento. Gli sviluppatori affermano che l'elettricità generata può essere utilizzata per alimentare gli elettrodomestici.

Tale potenza dovrebbe essere sufficiente per alimentare un frigorifero domestico (circa 0,1 kW), un personal computer (circa 0,4 kW), una TV LCD (circa 0,2 kW) e fino a 12 lampadine a LED con una potenza di 25 watt ciascuna.

Caldaia Navien hybrigen se con generatore e motore Stirling integrati. Durante il funzionamento della caldaia, oltre alle funzioni principali, viene generata elettricità dell'ordine di 1000 W di potenza

Di produttori europei, Viessmann è impegnata nello sviluppo in questo settore. Viessmann ha l'opportunità di presentare due modelli di caldaie Vitotwin serie 300W e Vitotwin 350F a scelta del consumatore.

Il Vitotwin 300W è stato il primo sviluppo in questa direzione. Ha un design abbastanza compatto e sembra molto simile al solito caldaia a gas a parete. È vero, è stato durante il funzionamento del primo modello che sono stati identificati i punti "deboli" nel funzionamento del motore del sistema Stirling.

Il problema più grande era la rimozione del calore, la base del dispositivo è il riscaldamento e il raffreddamento. ie gli sviluppatori hanno affrontato lo stesso problema che Stirling ha affrontato negli anni quaranta del secolo scorso: un raffreddamento efficiente, che può essere raggiunto solo con dimensioni significative del dispositivo di raffreddamento.

Ecco perché è apparso il modello di caldaia Vitotwin 350F, che includeva non solo una caldaia a gas con un generatore di elettricità, ma anche una caldaia integrata da 175 litri.

Il serbatoio di accumulo per acqua calda è montato a pavimento a causa del peso elevato dell'attrezzatura stessa e del liquido preparato per scopi sanitari

In questo caso, il problema con il problema del raffreddamento del pistone dell'unità Stirling a causa dell'acqua in entrata caldaia. Tuttavia, la decisione ha portato al fatto che le dimensioni e il peso complessivi dell'installazione sono aumentati. Tale sistema non può più essere montato a parete come una normale caldaia a gas e può essere montato solo a pavimento.

Le caldaie Viessmann offrono la possibilità di alimentare i sistemi di funzionamento della caldaia da una fonte esterna, ad es. dalle reti di alimentazione centrali. Viessmann ha posizionato l'apparecchiatura come un dispositivo che fornisce le proprie esigenze (funzionamento delle unità della caldaia) senza la possibilità di selezionare l'elettricità in eccesso per il consumo domestico.

Sistema Vitotwin F350: una caldaia con una caldaia per riscaldamento dell'acqua da 175l. Il sistema consente di riscaldare l'ambiente, fornisce acqua calda e genera energia elettrica.

Per poter confrontare l'efficacia dell'uso di generatori integrati nel sistema di riscaldamento. Vale la pena considerare la caldaia, che è stata sviluppata dalle società TERMOFOR (Repubblica di Bielorussia) e dalla società Krioterm (Russia, San Pietroburgo).

Vale la pena considerarli non perché possano in qualche modo competere con i sistemi di cui sopra, ma per confrontare i principi di funzionamento e l'efficienza della generazione di energia elettrica. Queste caldaie usano solo legna da ardere come combustibile segatura pressata o bricchetti a base di legno, quindi non possono essere messi alla pari con i modelli di NAVIEN e Viessmann.

La caldaia, denominata "Indigirka Heating Furnace", è focalizzata sul riscaldamento a lungo termine con legna da ardere, ecc., Ma è dotata di due generatori di elettricità termica del tipo TEG 30-12. Si trovano sulla parete laterale dell'unità. La potenza dei generatori è piccola, ad es.in totale, sono in grado di generare solo 50-60 W con una tensione di 12V.

Il design di base della stufa Indigirka consente non solo di riscaldare l'ambiente, ma anche di cucinare sul bruciatore. Il sistema è integrato da due generatori di calore a 12V con una potenza di 50-60 W.

In questa caldaia è stato utilizzato il metodo Zebek, basato sulla formazione di un EMF in un circuito elettrico chiuso. È costituito da due diversi tipi di materiale e mantiene i punti di contatto a diverse temperature. ie gli sviluppatori usano anche il calore generato dalla caldaia per generare energia elettrica.

Confronto delle prestazioni della caldaia

Confrontando i tipi presentati di caldaie, che non solo riscaldano la stanza (calore mezzo termico), ma anche generare elettricità attraverso l'uso del calore generato, durante il funzionamento si dovrebbe prestare attenzione agli aspetti importanti.

Sia NAVIEN che Viessmann stanno posizionando le loro caldaie, indicando indubbi vantaggi: completa automazione del processo, assenza della necessità di riparazioni di servizio e totale assenza di interferenze dopo la messa in servizio da parte dell'acquirente.

Per il funzionamento di queste caldaie, è necessario solo un funzionamento stabile del sistema; disponibilità di gas stabile (sia che si tratti di consegne del bagagliaio, un'installazione di bombole con gas liquefatto o serbatoio di gas). Di conseguenza, per il funzionamento delle caldaie, viene utilizzato gas domestico, che dopo la combustione non comporta alcun danno per l'ambiente.

In linea di principio, si può dire quasi lo stesso della stufa Indigirka, solo il tipo di combustibile qui non è gas, ma legna da ardere, pellet o segatura pressata.

Totale assenza automazioneche richiede elettricità. Il sistema per la generazione di energia elettrica e la stessa caldaia non influiscono sul funzionamento reciproco, ad es. in caso di avaria del sistema di generazione di energia, la caldaia continua a svolgere le sue funzioni.

Tutte queste unità di riscaldamento a gas, sotto i bruciatori di cui sono posizionati i motori Stirling, producono energia elettrica che può essere utilizzata per vari scopi.

Le caldaie NAVIEN e Viessmann non potranno vantarsene, poiché il motore del sistema Stirling è integrato direttamente nel design della caldaia. Ma quanto sono efficaci questi sistemi e dopo quanto tempo pagherà una caldaia simile? Questo problema dovrebbe essere affrontato in dettaglio.

Redditività dei sistemi considerati

A prima vista, le caldaie di NAVIEN e Viessmann sono centrali quasi mini-termiche in una casa privata o addirittura in un appartamento.

Nonostante le grandi dimensioni complessive, la capacità di produrre energia elettrica semplicemente usando una caldaia per riscaldare una caldaia o per riscaldare i locali dovrebbe indurre l'acquirente senza esitazione a stabilire un tale "miracolo della tecnologia".

Ma dopo un'attenta ispezione della caldaia NAVIEN, sorgono domande a cui è necessario rispondere. Con la potenza dichiarata di 1 kW (potenza libera, che è possibile utilizzare a propria discrezione), la caldaia consuma elettricità in modo evidente durante il funzionamento del sistema.

Cosa intendi? Almeno il funzionamento dell'automazione, anche se è necessaria una piccola potenza, ma è necessario per il funzionamento del ventilatore e della pompa di circolazione. I dispositivi elencati in totale non solo possono consumare con successo questo chilowatt di energia, ma potrebbero non essere sufficienti quando il sistema viene "disperso".

Schema schematico del sistema di riscaldamento Vissmann Vitotwin 350F con caldaia a pavimento da 175l. Il sistema consente sia l'uso di elettricità da una fonte esterna sia il trasferimento di elettricità generata in eccesso a una rete comune

Le stesse identiche domande sorgono con le caldaie Viessmann, ma almeno la possibilità di estrarre elettricità per le proprie esigenze non è stata dichiarata qui. È stata stabilita solo la possibilità di un funzionamento autonomo del sistema in assenza di alimentazione esterna.

Sebbene gli sviluppatori indichino immediatamente che "il sistema potrebbe richiedere energia elettrica aggiuntiva ai carichi di picco". Sullo sfondo dei dichiarati 3500 kWh di elettricità generata all'anno, questa sfumatura è già in dubbio e attraverso calcoli semplici e senza complicazioni otteniamo quanto segue:

3500: 6 (mesi della stagione di riscaldamento standard): 30 (30 giorni di calendario in media): 24 (24 ore al giorno) = 0,81 kW * ora.

ie La caldaia produce circa 800 W con funzionamento stabile (costante), ma quanto consuma il sistema stesso durante il funzionamento? Forse gli stessi prodotti da 800W, e forse di più.

Inoltre, l'elettricità viene generata solo durante il funzionamento del bruciatore. ie Richiede il funzionamento continuo del sistema o tutto è leggermente diverso da quello che dicono gli sviluppatori del sistema.

A cosa hanno portato questi calcoli? Il sistema di caldaia a legna fornisce davvero i suoi 50 W * h (o 0,05 kW * h), che possono essere utilizzati per ricaricare un tablet, un telefono, ecc. anche per la banale "lampadina a LED di standby". Contrariamente allo sviluppo di due società di fama mondiale, ma lo sviluppo descritto sembra chiaramente più una buona mossa di marketing, e niente di più.

Per quanto riguarda la politica dei prezzi per questi sistemi, è generalmente difficile valutare qualcosa qui. Poiché anche i produttori Viessmann e NAVIEN stabiliscono immediatamente che l'apparecchiatura "non richiede manutenzione". Tradotto in una lingua semplice: si è rotto, il che significa che è necessario sostituire completamente l'unità.

Ciò può riguardare non solo l'intero sistema, ma anche singole unità: il motore Stirling, il sistema di bruciatori a gas, ecc. Il risultato è abbastanza impressionante. Sulla base del fatto che il prezzo medio per questi sistemi è di circa 12 mila. Euro o 13,5 mila $. Lo schema della caldaia con il generatore, quindi solo il produttore di sistemi può vincere in una tale situazione.

La stufa Indigirka non può assolutamente partecipare al confronto, non solo perché il tipo di combustibile non è gas, e il prezzo non è comparabile (15 volte in meno), ma perché la stufa non è posizionata per uso domestico, ma più per viaggi, spedizioni, ecc. n.

Se in Europa la situazione con i vettori energetici influenza in modo significativo la scelta dei consumatori (nella scelta dei sistemi di riscaldamento o di fornitura di energia) dal punto di vista dell'efficienza e del rispetto per l'ambiente, allora gli stati dell'UE lo stimolano sovvenzionando l'attuazione di tali sistemi.

Per il consumatore domestico in Russia, è probabile che tali sistemi siano troppo costosi sia inizialmente "sistema + installazione" sia durante il funzionamento.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il principio di funzionamento del motore Stirling, equipaggiando una caldaia a gas:

Dimostrazione della caldaia a gas con un generatore di elettricità:

Un esempio di una stufa a legna con un generatore di elettricità per il confronto con un'unità a gas:

Non dimenticare che le aziende produttrici di energia europee sono abbastanza fedeli ai "produttori" di apparecchiature a risparmio energetico.

In Russia, la possibilità di generare e trasmettere energia elettrica alla rete da parte di un consumatore domestico non è solo fissata dalla legge, ma non è ben accolta dalle società di rete. Pertanto, è improbabile che i sistemi presentati abbiano oggi serie possibilità di essere utilizzati nella Federazione Russa.

Si prega di commentare l'articolo inviato per considerazione nel modulo di blocco qui sotto, porre domande, pubblicare una foto sull'argomento. Parlaci delle caldaie che hanno familiarità con i sistemi di generazione di energia. Condividi informazioni utili utili ai visitatori del sito.