Une attitude prudente envers les ressources énergétiques est dictée principalement par le fait que presque toutes les réserves naturelles ne sont pas infinies. La consommation économique de tous les types de carburant nécessite le développement de nouveaux systèmes ou une modernisation radicale de ceux existants.
Ainsi, une chaudière à gaz avec un générateur électrique est l'un des types de systèmes hybrides qui vous permettent de gérer raisonnablement le carburant bleu. Nous vous présenterons le principe de fonctionnement des équipements qui génèrent de l'énergie électrique en plus de l'énergie thermique. Imaginons des modèles typiques d'unités hybrides.
Le contenu de l'article :
- Consommation d'énergie efficace
- Aperçu des fabricants de chaudières avec générateur
- Comparaison de l'efficacité de la chaudière
- Rentabilité des systèmes considérés
- Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Consommation d'énergie efficace
Même un profane ordinaire qui fait installer une chaudière à gaz pour chauffer sa maison peut s'interroger sur la rationalité de l'utilisation de l'énergie thermique. En effet, lors de la combustion du gaz dans une chaudière, toute la chaleur générée n'est pas utilisée.
Toujours pendant le fonctionnement du système de chauffage, une partie de la chaleur est irrémédiablement perdue. Cela se produit généralement lorsque des produits de combustion sont libérés de la chaudière dans l'atmosphère. En fait, c'est l'énergie perdue, qui pourrait être utilisée.
De quoi parle-t-on exactement? Sur la possibilité d'utiliser la chaleur "éjectée" perdue dans la production d'énergie électrique.
En supposant que le système de chaudière de chauffage est déjà optimisé afin de maximiser l'efficacité, alors L'énergie "éjectée" représente toujours une fraction importante de l'énergie qui est libérée lors de la combustion carburant
Les types de combustibles peuvent être différents, en commençant par le bois de chauffage banal et toutes sortes de briquettes, en terminant par le plus économique options: gaz principal avec une prédominance de méthane dans la composition, combustible bleu artificiel et propane-butane liquéfié mélanges.
Cela peut sembler loin de la « découverte de l'Amérique », mais en fait, la technologie développée en 1943 par Robert Stirling, ou plutôt l'installation, existe. Ses caractéristiques de conception et le principe de fonctionnement de base permettent de classer ce système comme un moteur à combustion interne.
Pourquoi, alors, cette installation n'a-t-elle pas été utilisée pendant un temps aussi long? La réponse est simple - le développement théorique de la technologie dans les années quarante du siècle dernier s'est avéré très lourd dans la pratique.
Les technologies et les matériaux qui existaient au moment du développement ne permettaient pas de réduire la taille de l'installation et les méthodes existantes de production d'énergie électrique étaient plus rentables.
L'inclusion dans le schéma d'une chaudière à gaz d'un appareil qui convertit la chaleur inutilement consommée en électricité peut augmenter considérablement l'efficacité d'une usine de traitement du gaz
Qu'est-ce qui peut nous faire penser aujourd'hui à une attitude plus prudente vis-à-vis des ressources non renouvelables? Maintenant, partout dans le monde, il y a un problème commun - le développement de la technologie conduit inévitablement à une augmentation de la consommation d'énergie électrique.
L'augmentation de la consommation s'effectue à un rythme si rapide que les sociétés de réseaux n'ont pas le temps de moderniser les systèmes de transport d'énergie électrique, sans parler de la production. Cette situation conduit inévitablement au fait que les éléments des systèmes d'alimentation électrique tombent en panne, et dans certains cas, cela peut se produire avec une régularité enviable.
Les chaudières de chauffage modernes sont équipées de systèmes de contrôle également volatils. La pompe de circulation, les capteurs, l'automatisation, le panneau lui-même ont besoin d'énergie. L'ensemble des appareils ne peut que susciter des inquiétudes quant à la préservation des performances lors d'une panne de courant.
Les systèmes de chauffage forcé ne peuvent pas être démarrés sans électricité. Une panne d'électricité pendant la saison de chauffage est presque catastrophique pour eux. Non seulement cela conduira inévitablement à un refroidissement rapide de la pièce, mais avec un long chauffage inactif, le circuit peut geler.
L'absence prolongée de fonctionnement du système de chauffage pendant la saison froide entraîne le gel du système chauffage, à l'apparition de bouchons de glace dans celui-ci et, par conséquent, à des dommages aux équipements et aux tuyaux de chauffage dus à écart
Solutions existantes standard au problème - installation alimentations sans interruption, générateurs de diverses modifications (gaz, essence, générateurs diesel ou sources non traditionnelles - éoliennes ou mini centrales thermiques, centrales hydroélectriques).
Mais cette voie de solution est loin d'être acceptable pour tout le monde, car il est difficile pour beaucoup d'allouer de l'espace pour l'installation d'un fournisseur d'électricité autonome.
Si les résidents de maisons individuelles peuvent encore allouer de l'espace pour un générateur, il est presque impossible de l'installer dans un bâtiment à plusieurs étages. Ainsi, il s'avère que les résidents d'immeubles à logements équipés d'un système de chauffage individuel sont les premiers à souffrir en cas de coupure de courant.
C'est pourquoi, tout d'abord, les entreprises produisant des composants pour l'assemblage de systèmes de chauffage se sont posées la question de la pleine utilisation de la chaleur « rejetée » par le système de chauffage. Nous avons réfléchi à la manière d'utiliser la substance gaspillée dans la production d'électricité.
Parmi les technologies bien connues, les développeurs ont choisi l'installation Stirling "bien oubliée", les technologies modernes permettent d'augmenter son efficacité tout en conservant sa taille compacte.
Le principe de fonctionnement du moteur Stirling est le mouvement du piston du moteur de haut en bas. Le moteur fonctionne presque silencieusement et ne provoque pas de vibrations de la machine.
Le principe de fonctionnement de l'usine de Stirling est basé sur l'utilisation du chauffage et du refroidissement du fluide de travail, qui à son tour entraîne un mécanisme qui génère de l'énergie électrique.
Le gaz injecté est situé à l'intérieur du piston (fermé); lorsqu'il est chauffé, le milieu gazeux se dilate et déplace le piston dans un sens, après refroidissement dans le refroidisseur, il se contracte et déplace le piston dans l'autre sens côté.
Aperçu des fabricants de chaudières avec générateur
Considérons des exemples spécifiques du système de chaudières domestiques qui existent aujourd'hui, dans lequel le principe de l'utilisation des gaz d'échappement (produits de combustion) pour produire de l'électricité a fait ses preuves mis en œuvre. La société sud-coréenne NAVIEN a mis en œuvre avec succès la technologie ci-dessus dans une chaudière HYBRIGEN SE.
La chaudière utilise un moteur Stirling qui, selon les données du passeport, génère de l'électricité avec une puissance de 1000W (ou 1kW) et une tension de 12V pendant le fonctionnement. Les développeurs affirment que l'électricité générée peut être utilisée pour alimenter des appareils électroménagers.
Cette puissance devrait être suffisante pour alimenter un réfrigérateur domestique (environ 0,1 kW), un ordinateur personnel (environ 0,4kW), TV LCD (environ 0,2kW) et jusqu'à 12 ampoules LED d'une puissance de 25W chacune chaque.
Chaudière Navien hybrigen se avec générateur intégré et moteur Stirling. Lors du fonctionnement de la chaudière, en plus des fonctions principales, une électricité est générée de l'ordre de 1000 W de puissance
Parmi les fabricants européens, Viessmann est engagé dans des développements dans ce sens. Viessmann a la possibilité de proposer deux modèles de chaudières des séries Vitotwin 300W et Vitotwin 350F au choix du client.
La Vitotwin 300W a été le premier développement dans cette direction. Il a un design assez compact et ressemble beaucoup à l'habituel chaudière à gaz murale. Certes, c'est lors du fonctionnement du premier modèle que les points «faibles» du fonctionnement du moteur du système Stirling ont été identifiés.
Le plus gros problème s'est avéré être la dissipation de chaleur, la base du fonctionnement de l'appareil est le chauffage et le refroidissement. Ceux. les développeurs ont rencontré le même problème que Stirling dans les années quarante du siècle dernier - un refroidissement efficace, qui ne peut être atteint qu'avec des tailles importantes glacière.
C'est pourquoi le modèle de chaudière Vitotwin 350F est apparu, qui comprenait non seulement une chaudière à gaz avec un générateur d'électricité, mais également une chaudière intégrée de 175 litres.
Le réservoir de stockage d'eau chaude est fabriqué dans la version au sol en raison du poids important de l'équipement lui-même et du liquide préparé à des fins sanitaires
Dans ce cas, le problème de refroidissement du piston de l'usine de Stirling dû à l'eau dans Chaudière. Cependant, la décision a conduit au fait que les dimensions globales et le poids de l'installation ont augmenté. Un tel système ne peut plus être monté au mur comme une chaudière à gaz classique et ne peut être que posé au sol.
Les chaudières Viessmann offrent la possibilité d'alimenter les systèmes de fonctionnement de la chaudière à partir d'une source externe, c.-à-d. des réseaux d'alimentation centraux. Viessmann a positionné l'équipement comme un appareil qui pourvoit à ses propres besoins (le fonctionnement des chaudières) sans possibilité d'extraire l'électricité excédentaire pour la consommation domestique.
Le système Vitotwin F350 est une chaudière avec un chauffe-eau de 175l. Le système vous permet de chauffer la pièce, fournit de l'eau chaude et génère de l'électricité
Afin de comparer l'efficacité de l'utilisation de générateurs intégrés au système de chauffage. Il convient de considérer la chaudière, qui a été développée par les sociétés TERMOFOR (République de Biélorussie) et la société Krioterm (Russie, Minsk). Saint-Pétersbourg).
Cela vaut la peine de les considérer non pas parce qu'ils peuvent en quelque sorte rivaliser avec les systèmes ci-dessus, mais pour comparer les principes de fonctionnement et l'efficacité de la production d'énergie électrique. Ces chaudières n'utilisent que du bois comme combustible, sciure pressée ou des briquettes à base de bois, elles ne peuvent donc pas être comparées aux modèles NAVIEN et Viessmann.
La chaudière, nommée "Indigirka Heating Stove", est orientée vers le chauffage de longue durée au bois, etc., mais est équipée de deux générateurs d'électricité thermique de type TEG 30-12. Ils sont situés sur la paroi latérale de l'unité. La puissance des générateurs est faible, c'est-à-dire au total, ils ne peuvent générer que 50-60W à 12V.
Le dispositif fondamental du poêle Indigirka permet non seulement de chauffer la pièce, mais également de cuire des aliments sur le brûleur. L'ajout du système est de deux générateurs de chaleur 12V d'une puissance de 50-60W.
Dans cette chaudière, la méthode Zebek, basée sur la formation d'un EMF dans un circuit électrique fermé, a trouvé une application. Il se compose de deux types de matériaux différents et maintient les points de contact à des températures différentes. Ceux. les développeurs utilisent également la chaleur générée par la chaudière pour générer de l'énergie électrique.
Comparaison de l'efficacité de la chaudière
En comparant les types de chaudières présentés, qui non seulement chauffent la pièce (chaleur liquide de refroidissement), mais également générer de l'électricité en utilisant la chaleur générée, vous devez faire attention aux aspects importants pendant le fonctionnement.
NAVIEN et Viessmann positionnent leurs chaudières en indiquant des avantages indéniables - l'automatisation complète processus, pas besoin de réparations de service et, en général, l'absence totale d'intervention après la mise en service par acheteur.
Pour le fonctionnement de ces chaudières, seul le fonctionnement stable du système est nécessaire, la disponibilité stable du gaz (qu'il s'agisse d'alimentations principales, d'une installation en bouteille avec du gaz liquéfié ou réservoir de gaz). En conséquence, le gaz domestique est utilisé pour le fonctionnement des chaudières, qui, après combustion, ne nuit pas à l'environnement.
En principe, on peut dire presque la même chose du poêle de chauffage Indigirka, seul le type de combustible ici n'est pas du gaz, mais du bois de chauffage, des granulés ou de la sciure de bois pressée.
Absence complète automatisationqui nécessite de l'électricité. Le système de production d'énergie électrique et la chaudière elle-même n'affectent pas le fonctionnement de l'autre, c'est-à-dire en cas de panne du système de production d'électricité, la chaudière continue à remplir ses fonctions.
Toutes ces unités de chauffage à traitement de gaz, avec des moteurs Stirling sous les brûleurs, produisent de l'énergie électrique qui peut être utilisée à diverses fins.
Les chaudières des sociétés NAVIEN et Viessmann ne pourront pas "s'en vanter", car le moteur du système Stirling est intégré directement dans la conception de la chaudière. Mais dans quelle mesure de tels systèmes sont-ils rentables et combien de temps une telle chaudière sera-t-elle rentable? Cette question doit être traitée en détail.
Rentabilité des systèmes considérés
À première vue, les chaudières de NAVIEN et Viessmann sont pratiquement des mini-cogénération dans une maison privée ou même un appartement.
Malgré l'encombrement important, la possibilité de produire de l'énergie électrique simplement en utilisant chaudière pour chauffer une chaudière ou le chauffage des locaux devrait inciter l'acheteur à installer un tel "miracle" sans hésitation technologie."
Mais après un examen plus approfondi de la chaudière NAVIEN, des questions se posent auxquelles il faut répondre. Avec une puissance déclarée de 1 kW (puissance libre utilisable à volonté), la chaudière consomme beaucoup d'électricité lors du fonctionnement de l'installation.
Ce que cela veut dire? Au minimum, le fonctionnement de l'automatisation, même si une petite quantité d'énergie est nécessaire, mais elle est nécessaire pour que le ventilateur et la pompe de circulation fonctionnent. Au total, les appareils répertoriés peuvent non seulement consommer avec succès ce kilowatt d'énergie, mais cela peut ne pas suffire lors de l'« overclocking » du système.
Schéma de principe du système de chauffage Vissmann Vitotwin 350F avec une chaudière au sol de 175 l. Le système permet à la fois l'utilisation de l'électricité provenant d'une source externe et le transfert de l'électricité excédentaire générée vers le réseau général.
Exactement les mêmes questions se posent concernant les chaudières de Viessmann, mais ici au moins la possibilité d'extraire de l'électricité pour leurs propres besoins n'a pas été déclarée. Seule la possibilité d'un fonctionnement autonome du système en l'absence d'alimentation extérieure était stipulée.
Bien que les développeurs indiquent immédiatement que "le système peut nécessiter une alimentation électrique supplémentaire aux pics de charge". Dans le contexte des 3500 kWh d'électricité déclarés produits par an, cette nuance est déjà mise en doute, et par des calculs simples et simples, nous obtenons ce qui suit:
3500:6 (mois de la saison de chauffage standard): 30 (30 jours calendaires en moyenne): 24 (24 heures par jour) = 0,81 kWh.
Ceux. la chaudière produit environ 800W pendant un fonctionnement stable (constant), mais combien le système lui-même consomme-t-il pendant le fonctionnement? Peut-être le même, produit par 800W, et peut-être plus.
De plus, l'électricité n'est générée que pendant le fonctionnement du brûleur. Ceux. soit un fonctionnement constant du système est requis, soit tout est un peu différent, comme le disent les développeurs du système.
Quels étaient ces calculs? Le système de chaudière à bois délivre vraiment ses 50Wh (ou 0,05kWh) qui permettent de recharger une tablette, un téléphone, etc. même pour la banale "ampoule LED de service". Par opposition au développement de deux entreprises de renommée mondiale, mais les développements décrits ressemblent clairement plus à un bon stratagème marketing, et rien de plus.
Quant à la politique de prix de ces systèmes, il est généralement difficile d'évaluer quelque chose. Car même les constructeurs Viessmann et NAVIEN stipulent d'emblée que l'équipement "ne nécessite pas d'entretien". Traduit en langage simple - il s'est cassé, ce qui signifie que l'unité doit être complètement remplacée.
Cela peut ne pas s'appliquer à l'ensemble du système, mais à des composants individuels: moteur Stirling, système de brûleur à gaz, etc. Le résultat sera assez impressionnant. Basé sur le fait que le prix moyen de ces systèmes est d'environ 12 000 roubles. euros ou 13,5 mille. $. Le schéma de fonctionnement d'une chaudière avec un générateur, alors seul le fabricant des systèmes peut gagner dans une telle situation.
Le poêle Indigirka ne peut pas du tout participer à la comparaison, non seulement parce que le type de combustible n'est pas le gaz, mais le prix n'est pas comparable (15 fois moins), mais parce que le poêle n'est pas positionné pour un usage domestique, mais plutôt pour les voyages, les expéditions et etc.
Si en Europe la situation des vecteurs énergétiques affecte significativement le choix du consommateur (lors du choix des systèmes de chauffage ou l'approvisionnement en énergie) en termes d'économie et de respect de l'environnement, les États de l'UE stimulent cela en subventionnant l'introduction de tels systèmes.
Pour un consommateur domestique en Russie, de tels systèmes sont susceptibles d'être trop chers à la fois initialement "système + installation" et pendant le fonctionnement.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Le principe de fonctionnement du moteur Stirling qui équipe la chaudière à gaz :
Démonstration du fonctionnement d'une chaudière à gaz avec un groupe électrogène :
Un exemple de poêle à bois avec groupe électrogène pour comparaison avec un appareil à gaz :
N'oubliez pas que les producteurs d'énergie européens sont assez fidèles aux "fabricants" d'équipements économes en énergie.
En Russie, la possibilité de générer et de transmettre de l'énergie électrique au réseau par un consommateur domestique n'est non seulement pas fixée par la loi, mais n'est pas non plus bien accueillie par les sociétés de réseau. Par conséquent, il est peu probable que les systèmes présentés aient de sérieuses chances d'être appliqués dans les conditions de la Fédération de Russie aujourd'hui.
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