Газовый котел с электрогенератором: принцип работы, устройство, обзор популярных моделей

Бережное отношение к энергоресурсам во многом продиктовано тем, что почти все природные запасы не безграничны. Экономное потребление всех видов топлива требует разработки новых систем или кардинальной модернизации существующих.

Поэтому газовый котел с электрогенератором – один из видов гибридных систем, позволяющих грамотно утилизировать голубое топливо. Мы познакомим вас с принципом работы оборудования, вырабатывающего электрическую энергию вместе с тепловой энергией. Представим себе типовые модели гибридных агрегатов.

Эффективное потребление энергии

Даже обычный обыватель, установивший газовый котел для отопления дома, может усомниться в рациональности использования тепловой энергии. Когда газ сжигается в котле, используется не все выделяемое тепло.

Когда система отопления работает, часть тепла непоправимо рассеивается. Обычно это происходит при выбросе продуктов сгорания из котла в атмосферу. Фактически, это пустая трата энергии, которую можно было бы использовать.

О чем конкретно мы говорим? О возможности использования «отходящего» тепла при производстве электроэнергии.

Если исходить из того факта, что система отопления котла уже оптимизирована для достижения максимальной эффективности, то «выбрасываемая» энергия по-прежнему составляет значительную часть энергии, выделяемой при сгорании топлива

Виды топлива могут быть разными, начиная банальными дровами и всевозможными брикетами, заканчивая самыми дешевыми вариантами: магистральный газ с преобладанием в составе метана, искусственное голубое топливо и сжиженные смеси пропан-бутана.

Может показаться, что это далеко до «открытия Америки», но на самом деле технология, разработанная в 1943 году Робертом Стирлингом, а точнее установка, существует. Особенности конструкции и основной принцип работы позволяют отнести эту систему к категории двигателей внутреннего сгорания.

Почему же тогда эта установка так долго не использовалась? Ответ прост: теоретическое развитие техники в 1940-х годах на практике оказалось очень громоздким.

Технологии и материалы, существующие на момент разработки, не позволяли уменьшить размер завода, а существующие методы производства электроэнергии были более рентабельными.

Включение в контур газового котла устройства, преобразующего излишне потребляемое тепло в электроэнергию, может значительно повысить эффективность установки подготовки газа

Что может заставить нас задуматься о более внимательном отношении к невозобновляемым ресурсам сегодня? Сейчас во всем мире существует общая проблема: развитие технологий неизбежно приводит к увеличению потребления электроэнергии.

Рост потребления происходит такими быстрыми темпами, что у сетевых компаний нет времени на модернизацию систем передачи электроэнергии, не говоря уже о производстве. Такая ситуация неизбежно приводит к тому, что элементы энергосистем выходят из строя, а в некоторых случаях это может происходить с завидной регулярностью.

Современные отопительные котлы оснащены системами управления, которые также являются летучими. Циркуляционный насос, датчики, автоматика и сама панель нуждаются в энергии. Весь набор устройств может вызывать тревогу только для поддержания работоспособности в случае сбоя питания.

Системы принудительного отопления невозможно запустить без электричества. Перебои в подаче электроэнергии в отопительный сезон для них почти катастрофичны. Это не только неизбежно приведет к быстрому охлаждению помещения, но и если отопление останется неактивным в течение длительного времени, контур может заблокироваться.

Длительный отказ системы отопления в холодное время года приводит к обмерзанию системы отопления, появлению ледяных пробок и, как следствие, повреждению отопительного оборудования и труб из-за разрыва

Существующие типовые варианты решения проблемы – это установка источников бесперебойного питания, генераторов всех видов модификаций (газовые, бензиновые, дизельные генераторы или нетрадиционные источники – ветрогенераторы или мини-ТЭЦ, гидроэлектростанции).

Но такое решение приемлемо не для всех, так как многим сложно выделить место для установки автономного поставщика электроэнергии.

Если жители индивидуальных домов еще могут выделить место для генератора, установка в многоэтажном доме практически невозможна. Таким образом, получается, что в первую очередь при выключении света страдают жители многоквартирных домов с индивидуальной системой отопления.

Поэтому, в первую очередь, производители комплектующих для монтажа систем отопления задались вопросом о полном использовании тепла, которое «излучает» система отопления. Мы подумали, как использовать ненужные расходные материалы при производстве электроэнергии.

Среди известных технологий разработчики выбрали «хорошо забытую» установку Стирлинга, современные технологии позволяют повысить ее эффективность при сохранении компактных размеров.

Принцип работы двигателя Стирлинга заключается в движении поршня двигателя вверх-вниз. Мотор работает почти бесшумно и не вызывает вибрации оборудования

Принцип работы установки Стирлинга основан на использовании нагрева и охлаждения рабочего тела, что, в свою очередь, приводит в действие механизм, вырабатывающий электрическую энергию.

Впрыскиваемый газ находится внутри поршня (закрыт), при нагревании газовая среда расширяется и перемещает поршень в одном направлении, после охлаждения в охладителе сжимается и перемещает поршень в другом направлении.

Обзор производителей генераторных котлов

Рассмотрим конкретные примеры существующей сегодня бытовой котельной системы, в которой успешно реализован принцип использования отходящих газов (продуктов сгорания) для производства электроэнергии. Южнокорейская компания NAVIEN успешно реализовала вышеуказанную технологию в котле HYBRIGEN SE.

В котле используется двигатель Стирлинга, который по паспортным данным вырабатывает во время работы электроэнергию мощностью 1000 Вт (или 1 кВт) и напряжением 12 В. Разработчики утверждают, что вырабатываемое электричество можно использовать для питания бытовой техники.

Этой мощности должно хватить для питания домашнего холодильника (около 0,1 кВт), персонального компьютера (около 0,4 кВт), ЖК-телевизора (около 0,2 кВт) и до 12 светодиодных ламп мощностью по 25 Вт каждая.

Котел Navien hybrigen se со встроенным генератором и двигателем Стирлинга. Во время работы котла, помимо основных функций, вырабатывается электрическая энергия мощностью около 1000 Вт

Среди европейских производителей компания Viessmann стремится к развитию в этом направлении. Компания Viessmann может предложить две модели котлов серии Vitotwin 300W и Vitotwin 350F по выбору заказчика.

Vitotwin 300W был первой разработкой в ​​этом направлении. Он имеет довольно компактную конструкцию и внешне очень похож на обычный настенный газовый котел. Правда, именно в процессе эксплуатации первой модели были выявлены «слабые места» в работе двигателя системы Стирлинга.

Самой большой проблемой оказался отвод тепла, в основе устройства лежит нагрев и охлаждение. Эти разработчики столкнулись с той же проблемой, с которой столкнулся Стирлинг в 1940-х годах: эффективное охлаждение, которое может быть достигнуто только с помощью кулера значительного размера.

Именно поэтому появилась модель котла Vitotwin 350F, в которую входил не только газовый котел с электрогенератором, но и встроенный бойлер на 175 л.

Накопитель горячей воды выполнен в напольном исполнении из-за большого веса как самого оборудования, так и жидкости, приготовленной для санитарных целей

При этом достаточно эффективно решена проблема с охлаждением поршня агрегата Стирлинга за счет воды в котле. Однако это решение привело к увеличению габаритов и веса установки. Такую систему уже нельзя монтировать на стене, как обычный газовый котел, а можно только на полу.

В котлах Viessmann предусмотрена возможность питания рабочих систем котла от внешнего источника, например, от центральной сети. Компания Viessmann позиционировала оборудование как устройство, обеспечивающее собственные нужды (работу котельных) без возможности забора излишков электроэнергии на бытовое потребление.

Система Vitоtwin F350 – бойлер с бойлером на 175 л для нагрева воды. Система позволяет обогревать помещение, обеспечивает горячую воду и вырабатывает электроэнергию

Уметь сравнивать эффективность использования генераторов, встроенных в систему отопления. Стоит рассмотреть котел, который разработан компаниями «ТЕРМОФОР» (Республика Беларусь) и компанией «Криотерм» (Россия, Санкт-Петербург).

Их стоит рассматривать не потому, что они могут как-то конкурировать с вышеперечисленными системами, а для сравнения принципов работы и эффективности при получении электроэнергии. В этих котлах в качестве топлива используются только дрова, прессованные опилки или древесные брикеты, поэтому их нельзя сравнивать с моделями NAVIEN и Viessmann.

Котел, получивший название «Котел« Индигирка », ориентирован на длительное отопление дровами и т.д., но укомплектован двумя тепловыми электрогенераторами типа ТЭГ 30-12, которые расположены на боковой стенке агрегата мощность генераторов невысока, т.е в сумме они способны генерировать только 50-60Вт напряжения при 12В.

Базовое устройство духового шкафа «Индигирка» позволяет не только отапливать помещение, но и готовить еду на конфорке. Дополнение к системе: два теплогенератора на 12В мощностью 50-60Вт.

В этом котле применен зебекский метод, основанный на формировании ЭДС в замкнутой электрической цепи. Он состоит из двух разных материалов и выдерживает точки контакта при разных температурах. Эти застройщики также используют тепло, вырабатываемое котлом, для выработки электроэнергии.

Сравнение КПД котла

Сравнивая представленные типы котлов, которые не только обогревают помещение (нагревают теплоноситель), но и вырабатывают электроэнергию за счет генерируемого тепла, необходимо обратить внимание на важные аспекты при эксплуатации.

И NAVIEN, и Viessmann позиционируют свои котлы, подчеркивая несомненные преимущества: полная автоматизация процесса, отсутствие необходимости в сервисном ремонте и в целом полное отсутствие вмешательства покупателя после ввода в эксплуатацию.

Для работы этих котлов требуется только стабильная работа системы, стабильное наличие газа (будь то сеть, баллонная установка со сжиженным газом или газовоз). В результате для работы котлов используется бытовой газ, который после сгорания не наносит вреда окружающей среде.

В принципе, почти то же можно сказать и о печи Индигирка, только вид топлива здесь не газ, а дрова, пеллеты или прессованные опилки.

Полное отсутствие автоматики, для которой требуется электричество. Система выработки электроэнергии и сам котел не мешают работе друг друга, т.е в случае выхода из строя системы выработки электроэнергии котел продолжает выполнять свои функции.

Все эти газовые отопительные установки, под горелками которых находятся двигатели Стирлинга, вырабатывают электроэнергию, которую можно использовать для различных целей

Котлы компаний NAVIEN и Viessmann не смогут «похвастаться» чем-то подобным, поскольку двигатель системы Стирлинга интегрирован непосредственно в конструкцию котла. Но насколько выгодны эти системы и сколько окупится такой котел? К этой проблеме следует разобраться подробно.

Рентабельность рассматриваемых систем

На первый взгляд, котлы компаний NAVIEN и Viessmann – это практически мини-ТЭЦ в частном доме или даже в квартире.

Несмотря на большие размеры, возможность производить электроэнергию, просто используя котел для обогрева котла или обогрева помещения, должна побудить покупателя без колебаний установить такое «чудо техники».

Но при более внимательном рассмотрении котла NAVIEN возникают вопросы, требующие ответа. При заявленной мощности в 1 кВт (бесплатная мощность, которую можно использовать по своему усмотрению) котел достаточно значительно потребляет электроэнергию при работе системы.

Что подразумевается? Как минимум, для работы автоматики хоть и требуется небольшая мощность, но она необходима для работы вентилятора и циркуляционного насоса. Перечисленные в целом устройства могут не только успешно потреблять этот киловатт мощности, но и этого может быть недостаточно при «разгоне» системы.

Принципиальная схема системы отопления фирмы Vissmann Vitotwin 350F с напольным котлом на 175 литров. Система позволяет как использовать электроэнергию от внешнего источника, так и передавать излишки произведенной электроэнергии в общую сеть

Точно такие же вопросы возникают и по котлам компании Viessmann, но здесь хотя бы не заявлена ​​возможность добычи электроэнергии для собственных нужд. Предусмотрена только возможность автономной работы системы при отсутствии внешнего источника питания.

Хотя разработчики сразу отмечают, что «системе может потребоваться дополнительная электроэнергия при пиковых нагрузках». На фоне заявленных 3500 кВтч вырабатываемой электроэнергии в год этот нюанс уже вызывает сомнения и при несложных и несложных расчетах получаем следующее:

3500: 6 (месяцев стандартного отопительного сезона): 30 (в среднем 30 календарных дней): 24 (24 часа в сутки) = 0,81 кВт * час.

Те котел при стабильной (постоянной) работе выдает около 800Вт, а сколько потребляет система при работе? Может так же, выдавал 800Вт, а может и больше.

Кроме того, электричество вырабатывается только во время работы горелки. Те либо требуют постоянной работы системы, либо все немного иначе, как заявляют разработчики системы.

Каковы были результаты этих расчетов? Система котла на дровах, по сути, вырабатывает свои 50 Вт * ч (или 0,05 кВт * ч), которые можно использовать для подзарядки планшета, телефона и т.д. Даже для банального «дежурного светодиодного светильника». В отличие от разработки двух всемирно известных компаний, но описанные разработки явно кажутся скорее хорошим маркетинговым ходом, и не более того.

Что касается ценовой политики на эти системы, то вообще сложно что-либо оценить. Поскольку производители Viessmann и NAVIEN сразу же заявляют, что оборудование «не требует обслуживания». В переводе на простой язык: сломался, а значит, нужно полностью заменить привод.

Это может не относиться ко всей системе, но к отдельным компонентам – двигателю Стирлинга, системе газовой горелки и так далее – результат довольно внушительный. Если исходить из того, что средняя цена на эти системы составляет около 12 тысяч евро или 13,5 тысячи долларов. Схема работы котла с генератором, поэтому в такой ситуации может выиграть только производитель системы.

Печь Индигирка абсолютно не может участвовать в сравнении не только потому, что вид топлива не газ, и цена несопоставима (в 15 раз меньше), но и потому, что плита ставится не для бытового использования, а больше для путешествий, отгрузки и др нс.

Если в Европе ситуация с энергоносителями существенно влияет на выбор потребителя (в выборе систем отопления или энергоснабжения) с точки зрения эффективности и бережного отношения к окружающей среде, то государства ЕС стимулируют это, субсидируя внедрение таких систем.

Для отечественного потребителя в России такие системы, скорее всего, будут слишком дорогими как на начальном этапе «система + установка», так и в эксплуатации.

Выводы и полезные видео по теме

Принцип работы двигателя Стирлинга, которым оснащается газовый котел:

Демонстрация работы газового котла с электрогенератором:

Пример дровяной печи с электрогенератором для сравнения с газовым агрегатом:

Не забывайте, что европейские энергетические компании довольно лояльны к «производителям» энергосберегающего оборудования.

В России возможность производства и передачи электроэнергии в сеть внутренним потребителем не только не санкционирована законодательством, но даже не принимается сетевыми компаниями. Поэтому у представленных систем вряд ли есть серьезные шансы на использование в условиях Российской Федерации сегодня.

Прокомментируйте присланную статью для рассмотрения в форме блока ниже, задавайте вопросы, размещайте фото по теме. Сообщите нам, знакомы ли вы с котлами с системами выработки электроэнергии. Делитесь полезной информацией, которая будет полезна посетителям сайта.

Источник – https://sovet-ingenera.com/otoplenie/kotly/gazovyy-kotel-s-elektrogeneratorom.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: