Caldeira a gás com gerador elétrico: dispositivo, princípio de operação, visão geral das melhores marcas

Uma atitude cuidadosa em relação aos recursos energéticos é ditada principalmente pelo fato de que quase todos os recursos naturais não são infinitos. O uso econômico de todos os tipos de combustível requer o desenvolvimento de novos sistemas ou uma modernização radical dos existentes.

Portanto, uma caldeira a gás com gerador elétrico é um dos tipos de sistemas híbridos que possibilitam o descarte inteligente de combustível azul. Vamos apresentar o princípio de operação de equipamentos que geram energia elétrica juntamente com energia térmica. Vamos apresentar modelos típicos de agregados híbridos.

Consumo de energia eficiente

Mesmo um homem comum na rua que tem uma caldeira a gás instalada para aquecer casas pode se perguntar sobre a racionalidade do uso de energia térmica. De fato, afinal, ao queimar gás em uma caldeira, longe de todo o calor gerado é usado.

Sempre quando o sistema de aquecimento está funcionando, parte do calor é irremediavelmente perdida. Isso geralmente acontece quando os produtos de combustão são emitidos da caldeira para a atmosfera. De fato, esta é uma energia perdida que poderia ser usada.

O que exatamente é isso? Sobre a possibilidade de desperdiçar calor sendo usado na produção de energia elétrica em vão.

Com base no fato de o sistema da caldeira de aquecimento já estar otimizado para maximizar a eficiência, a energia "emitida" ainda é uma fração significativa da energia liberada durante a combustão do combustível

Os tipos de combustível podem ser diferentes, começando pela lenha comum e todos os tipos de briquetes, terminando com as opções mais econômicas: gás principal com predominância de metano na composição, combustível azul artificial e misturas liquefeitas de propano-butano.

Pode parecer que isso esteja longe da "descoberta da América", mas na verdade a tecnologia desenvolvida em 1943 por Robert Stirling, ou melhor, a instalação existe. Suas características de projeto e o princípio básico de operação nos permitem atribuir esse sistema aos motores de combustão interna.

Por que, então, não usou essa instalação por um tempo tão considerável? A resposta é simples - o desenvolvimento teórico da tecnologia nos anos quarenta do século passado acabou sendo muito complicado na prática.

As tecnologias e materiais que existiam no momento do desenvolvimento não permitiram reduzir o tamanho da instalação, e os métodos existentes para gerar energia elétrica foram mais econômicos.

A inclusão no circuito de uma caldeira a gás de um dispositivo que processa calor desperdiçado em eletricidade pode aumentar significativamente a eficiência de uma planta de processamento de gás

O que pode nos fazer hoje pensar em uma atitude mais cuidadosa em relação aos recursos que não são classificados como renováveis? Agora, existe um problema comum em todo o mundo - o desenvolvimento de tecnologias levará inevitavelmente a um aumento no consumo de energia elétrica.

O aumento do consumo está ocorrendo em um ritmo tão rápido que as empresas da rede não têm tempo para modernizar os sistemas de transmissão de energia elétrica, sem mencionar a produção. Essa situação leva inevitavelmente ao fato de que os elementos dos sistemas de fornecimento de energia falham e, em alguns casos, isso pode acontecer com regularidade invejável.

As caldeiras de aquecimento modernas são equipadas com sistemas de controle também voláteis. A bomba de circulação, sensores, automação, o próprio painel precisam de energia elétrica. Todo o conjunto de dispositivos não pode deixar de causar um alarme para manter a operabilidade durante uma queda de energia.

Os sistemas de aquecimento forçado não podem ser iniciados sem eletricidade. Desligar a energia durante a estação de aquecimento é quase desastroso para eles. Além disso, isso inevitavelmente levará a um resfriamento rápido da sala, com aquecimento inativo a longo prazo, o circuito pode congelar.

Uma ausência prolongada do sistema de aquecimento na estação fria faz com que o sistema congele, plugues de gelo aparecem nele e, como resultado, danos ao equipamento e aos tubos de aquecimento devido a uma quebra

Soluções padrão existentes para o problema - instalação fontes de alimentação ininterruptageradores de todos os tipos de modificações (gás, benzo, geradores a diesel ou fontes não tradicionais - geradores eólicos ou mini TPPs, usinas hidrelétricas).

Mas essa solução está longe de ser aceitável para todos, pois muitas pessoas acham difícil alocar espaço para a instalação de um fornecedor autônomo de eletricidade.

Se os moradores de casas individuais ainda podem alocar espaço para um gerador, então para a instalação em um edifício de vários andares, é quase impossível. Assim, verifica-se que os moradores de prédios com sistemas de aquecimento individuais são os primeiros a sofrer quando as luzes são desligadas.

É por isso que, antes de tudo, as empresas que produzem componentes para a montagem de sistemas de aquecimento se perguntam sobre o uso total do calor, que é "emitido" pelo sistema de aquecimento. Pensamos em como usar a substância inútil na geração de eletricidade.

A partir de tecnologias conhecidas, os desenvolvedores escolheram a unidade Stirling “esquecida”; as tecnologias modernas permitem aumentar sua eficiência, mantendo dimensões compactas.

O princípio de operação do motor Stirling é o movimento do pistão do motor para cima e para baixo. O motor funciona quase silenciosamente e não causa vibrações no equipamento

O princípio de operação da unidade Stirling é baseado no uso de aquecimento e resfriamento do fluido de trabalho, que por sua vez aciona um mecanismo que gera energia elétrica.

O gás injetado está localizado dentro do pistão (fechado), quando aquecido, o meio gasoso se expande e move o pistão em uma direção, depois de resfriado no resfriador, ele contrai e move o pistão na outra direção.

Visão geral dos fabricantes de caldeiras com gerador

Vejamos exemplos específicos do sistema de caldeiras domésticas existentes hoje, no qual o princípio do uso de gases de escape (produtos de combustão) para a produção de eletricidade foi implementado com sucesso. A empresa sul-coreana NAVIEN implementou com sucesso a tecnologia acima em uma caldeira da marca HYBRIGEN SE.

A caldeira utiliza um motor Stirling, que, de acordo com os dados do passaporte, gera eletricidade com capacidade de 1000W (ou 1kW) e tensão de 12V durante a operação. Os desenvolvedores afirmam que a eletricidade gerada pode ser usada para alimentar eletrodomésticos.

Essa energia deve ser suficiente para alimentar um refrigerador doméstico (cerca de 0,1 kW), um computador pessoal (cerca de 0,4 kW), uma TV LCD (cerca de 0,2 kW) e até 12 lâmpadas de LED com uma potência de 25 watts cada.

Navien hybrigen se caldeira com gerador e motor Stirling integrados. Durante a operação da caldeira, além das principais funções, é gerada eletricidade da ordem de 1000 W de potência

De fabricantes europeus, a Viessmann está envolvida no desenvolvimento nesta área. A Viessmann tem a oportunidade de apresentar dois modelos das caldeiras das séries Vitotwin 300W e Vitotwin 350F à escolha do consumidor.

O Vitotwin 300W foi o primeiro desenvolvimento nessa direção. Ele tem um design bastante compacto e se parece muito com o habitual caldeira a gás de parede. É verdade que foi durante a operação do primeiro modelo que os pontos "fracos" na operação do motor do sistema Stirling foram identificados.

O maior problema foi a remoção de calor, a base do dispositivo é o aquecimento e o resfriamento. I.e. os desenvolvedores enfrentaram o mesmo problema que Stirling enfrentou nos anos quarenta do século passado - resfriamento eficiente, que só pode ser alcançado com tamanhos significativos do resfriador.

Por isso, apareceu o modelo de caldeira Vitotwin 350F, que incluía não apenas uma caldeira a gás com gerador de eletricidade, mas também uma caldeira integrada de 175 litros.

O tanque de armazenamento de água quente é montado no chão devido ao alto peso do próprio equipamento e do líquido preparado para fins sanitários

Nesse caso, o problema com o problema de resfriamento do pistão da unidade Stirling devido à água na caldeira. No entanto, a decisão levou ao fato de que as dimensões e o peso geral da instalação aumentaram. Esse sistema não pode mais ser montado na parede como uma caldeira a gás comum e só pode ser montado no chão.

As caldeiras Viessmann oferecem a possibilidade de alimentar os sistemas operacionais da caldeira a partir de uma fonte externa, ou seja, das redes centrais de fornecimento de energia. A Viessmann posicionou o equipamento como um dispositivo que atende às suas próprias necessidades (operação de unidades de caldeiras) sem a possibilidade de selecionar excesso de eletricidade para consumo doméstico.

Sistema Vitotwin F350 - uma caldeira com caldeira de aquecimento de água de 175l. O sistema permite aquecer a sala, fornece água quente e gera energia elétrica.

Para poder comparar a eficácia do uso de geradores embutidos no sistema de aquecimento. Vale a pena considerar a caldeira, desenvolvida pelas empresas TERMOFOR (República da Bielorrússia) e pela empresa Krioterm (Rússia, São Petersburgo).

Vale a pena considerá-los não porque eles possam de alguma forma competir com os sistemas acima, mas comparar os princípios de operação e a eficiência da geração de energia elétrica. Essas caldeiras usam apenas lenha como combustível serragem prensada ou briquetes à base de madeira, para que não possam ser comparados com os modelos da NAVIEN e Viessmann.

A caldeira, chamada "Forno de aquecimento Indigirka", é focada no aquecimento de longo prazo com lenha etc., mas é equipada com dois geradores de eletricidade térmica do tipo TEG 30-12. Eles estão localizados na parede lateral da unidade. A potência dos geradores é pequena, ou seja,no total, eles são capazes de gerar apenas 50-60W com uma tensão de 12V.

O design básico do fogão Indigirka permite não apenas aquecer a sala, mas também cozinhar no queimador. O sistema é complementado por dois geradores de calor em 12V com uma potência de 50-60W.

Nesta caldeira, o método Zebek foi utilizado, com base na formação de um CEM em um circuito elétrico fechado. Consiste em dois tipos diferentes de material e suporta pontos de contato em diferentes temperaturas. I.e. os desenvolvedores também usam o calor gerado pela caldeira para gerar energia elétrica.

Comparação do desempenho da caldeira

Comparando os tipos de caldeiras apresentados, que não apenas aquecem a sala refrigerante), mas também como gerar eletricidade através do uso de calor gerado, deve-se prestar atenção a aspectos importantes durante a operação.

Tanto a NAVIEN quanto a Viessmann estão posicionando suas caldeiras, indicando vantagens indiscutíveis - automação completa do processo, ausência de necessidade de reparos de serviços e ausência completa de interferência após o início dos trabalhos por parte do comprador.

Para a operação dessas caldeiras, é necessária apenas uma operação estável do sistema; disponibilidade estável de gás (seja entrega de troncos, instalação de cilindros com gás liquefeito ou tanque de gasolina) Consequentemente, para a operação de caldeiras, é utilizado gás doméstico, que após a combustão não causa danos ao meio ambiente.

Em princípio, quase o mesmo pode ser dito sobre o fogão de aquecimento Indigirka, apenas o tipo de combustível aqui não é gás, mas lenha, pellets ou serragem prensada.

Ausência total automaticso que requer eletricidade. O sistema para gerar energia elétrica e a própria caldeira não afeta a operação uma da outra, ou seja, em caso de falha do sistema de geração de energia, a caldeira continua a desempenhar suas funções.

Todas essas unidades de aquecimento a gás, sob os queimadores nos quais os motores Stirling estão localizados, produzem energia elétrica que pode ser usada para vários fins.

As caldeiras NAVIEN e Viessmann não poderão se orgulhar disso, uma vez que o motor do sistema Stirling está embutido diretamente no projeto da caldeira. Mas qual é o custo desses sistemas e depois de quanto tempo uma caldeira semelhante compensa? Esse problema deve ser tratado em detalhes.

Rentabilidade dos sistemas considerados

À primeira vista, as caldeiras da NAVIEN e da Viessmann são quase mini centrais térmicas em uma casa particular ou mesmo apartamento.

Mesmo apesar das grandes dimensões gerais, a capacidade de produzir energia elétrica simplesmente usando uma caldeira para aquecer uma caldeira ou aquecer as salas deve levar o comprador, sem hesitação, a estabelecer esse "milagre da tecnologia".

Porém, após uma inspeção mais detalhada da caldeira NAVIEN, surgem perguntas que precisam ser respondidas. Com a potência declarada de 1 kW (energia livre, que você pode usar a seu critério), a caldeira consome eletricidade de maneira notável durante a operação do sistema.

Como assim? Pelo menos a operação de automação, mesmo que seja necessária pouca energia, mas é necessária para que o ventilador e a bomba de circulação funcionem. Os dispositivos listados no total podem não apenas consumir com sucesso esse quilowatt de energia, mas podem não ser suficientes quando o sistema está "disperso".

Diagrama esquemático do sistema de aquecimento Vissmann Vitotwin 350F com uma caldeira de 175l no piso. O sistema permite o uso de eletricidade de uma fonte externa e a transferência do excesso de eletricidade gerada para uma rede comum

As mesmas perguntas surgem exatamente com as caldeiras Viessmann, mas pelo menos a possibilidade de extrair eletricidade para as próprias necessidades não foi declarada aqui. Apenas a possibilidade de operação do sistema autônomo na ausência de suprimento externo foi estipulada.

Embora os desenvolvedores indiquem imediatamente que "o sistema pode exigir energia elétrica adicional em picos de carga". No contexto dos 3500 kWh de eletricidade gerada por ano, essa nuance já está em dúvida e, através de cálculos simples e simples, obtemos o seguinte:

3500: 6 (meses da estação de aquecimento padrão): 30 (30 dias em média): 24 (24 horas por dia) = 0,81 kW * hora.

I.e. A caldeira produz cerca de 800 W com operação estável (constante), mas quanto o sistema consome durante a operação? Talvez os mesmos produzidos por 800W e possivelmente mais.

Além disso, a eletricidade é gerada apenas durante a operação do queimador. I.e. Requer operação contínua do sistema ou tudo é um pouco diferente do que dizem os desenvolvedores do sistema.

A que esses cálculos levaram? O sistema de caldeira a lenha realmente fornece 50W * h (ou 0,05 kW * h), que podem ser usados ​​para recarregar um tablet, telefone, etc. mesmo para a "lâmpada LED de reserva" banal. Em contraste com o desenvolvimento de duas empresas mundialmente famosas, mas o desenvolvimento descrito claramente se parece mais com uma boa jogada de marketing e nada mais.

Quanto à política de preços para esses sistemas, geralmente é difícil avaliar algo aqui. Como até os fabricantes Viessmann e NAVIEN imediatamente estipulam que o equipamento "não requer manutenção". Traduzido para um idioma simples - quebrou, o que significa que você precisa substituir a unidade completamente.

Isso pode envolver não apenas todo o sistema, mas também unidades individuais: o motor Stirling, o sistema de queima de gás, etc. O resultado é uma quantidade bastante impressionante. Com base no fato de que o preço médio desses sistemas é de cerca de 12 mil. Euro ou 13,5 mil $. O esquema da caldeira com o gerador, então apenas o fabricante dos sistemas pode vencer em tal situação.

O fogão Indigirka não pode participar da comparação, não apenas porque o tipo de combustível não é o gás e o preço não é comparável (15 vezes menos), mas porque o fogão não está posicionado para uso doméstico, mas mais para viagens, expedições etc. .p.

Se na Europa a situação com transportadoras de energia influencia significativamente a escolha dos consumidores (na escolha de sistemas de aquecimento ou fornecimento de energia) do ponto de vista da eficiência e do respeito pelo meio ambiente, os estados da UE estimulam isso subsidiando a implementação de tais sistemas.

Para o consumidor doméstico na Rússia, é provável que esses sistemas sejam muito caros, inicialmente "sistema + instalação" e durante a operação.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O princípio de operação do motor Stirling, equipando uma caldeira a gás:

Demonstração da caldeira a gás com um gerador de eletricidade:

Um exemplo de um fogão a lenha com um gerador de eletricidade para comparação com uma unidade de gás:

Não esqueça que as empresas européias de geração de energia são bastante leais aos “fabricantes” de equipamentos de economia de energia.

Na Rússia, a possibilidade de gerar e transmitir energia elétrica à rede elétrica por um consumidor doméstico não é apenas fixada por lei, mas também não é bem-vinda pelas empresas da rede elétrica. Portanto, é improvável que os sistemas apresentados apresentem sérias chances de serem utilizados hoje na Federação Russa.

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