Der sorgfältige Umgang mit Energieressourcen wird vor allem durch die Tatsache bestimmt, dass fast alle natürlichen Reserven nicht unerschöpflich sind. Der sparsame Verbrauch aller Kraftstoffarten erfordert die Entwicklung neuer Systeme oder eine radikale Modernisierung bestehender Systeme.
Ein Gaskessel mit elektrischem Generator ist also eine der Arten von Hybridsystemen, mit denen Sie blauen Brennstoff sinnvoll verwalten können. Wir führen Sie in die Funktionsweise von Geräten ein, die neben thermischer Energie auch elektrische Energie erzeugen. Stellen wir uns typische Modelle von Hybrideinheiten vor.
Der Inhalt des Artikels:
- Effizienter Energieverbrauch
- Übersicht der Hersteller von Kesseln mit Generator
- Vergleich der Kesseleffizienz
- Rentabilität der betrachteten Systeme
- Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Effizienter Energieverbrauch
Selbst ein gewöhnlicher Laie, der einen Gaskessel zum Heizen seines Hauses installiert hat, kann sich fragen, ob die Nutzung von Wärmeenergie sinnvoll ist. Tatsächlich wird bei der Verbrennung von Gas in einem Heizkessel nicht die gesamte erzeugte Wärme genutzt.
Beim Betrieb der Heizungsanlage geht immer ein Teil der Wärme unwiederbringlich verloren. Dies geschieht normalerweise, wenn Verbrennungsprodukte aus dem Kessel in die Atmosphäre gelangen. Tatsächlich handelt es sich hierbei um die verlorene Energie, die genutzt werden könnte.
Worüber reden wir genau? Über die Möglichkeit, verschwendete „abgestrahlte“ Wärme zur Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen.
Vorausgesetzt, dass die Heizkesselanlage bereits auf maximale Effizienz optimiert ist Die „ausgestoßene“ Energie macht immer noch einen erheblichen Teil der Energie aus, die bei der Verbrennung freigesetzt wird Kraftstoff
Die Brennstoffarten können unterschiedlich sein, angefangen bei banalem Brennholz und allen Arten von Briketts bis hin zu den sparsamsten Optionen: Hauptgas mit einem überwiegenden Anteil an Methan in der Zusammensetzung, künstlicher blauer Kraftstoff und verflüssigtes Propan-Butan Mischungen.
Es mag scheinen, dass dies noch lange nicht die „Entdeckung Amerikas“ ist, aber tatsächlich existiert die bereits 1943 von Robert Stirling entwickelte Technologie bzw. die Installation. Aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale und des Grundprinzips der Funktionsweise ist es möglich, dieses System als Verbrennungsmotor einzustufen.
Warum wurde diese Anlage dann so lange nicht genutzt? Die Antwort ist einfach: Die theoretische Entwicklung der Technologie in den vierziger Jahren des letzten Jahrhunderts erwies sich in der Praxis als sehr umständlich.
Die zum Zeitpunkt der Entwicklung vorhandenen Technologien und Materialien ermöglichten keine Reduzierung der Anlagengröße und die bestehenden Methoden zur Erzeugung elektrischer Energie waren kostengünstiger.
Die Einbeziehung eines Geräts in das Schema eines Gaskessels, das nutzlos verbrauchte Wärme in Strom umwandelt, kann die Effizienz einer Gasaufbereitungsanlage erheblich steigern
Was kann uns heute dazu veranlassen, über einen sorgsameren Umgang mit nicht erneuerbaren Ressourcen nachzudenken? Mittlerweile gibt es auf der ganzen Welt ein gemeinsames Problem: Die Entwicklung der Technologie führt unweigerlich zu einem Anstieg des Verbrauchs elektrischer Energie.
Der Anstieg des Verbrauchs vollzieht sich so schnell, dass die Netzbetreiber keine Zeit haben, die Übertragungssysteme für elektrische Energie zu modernisieren, ganz zu schweigen von der Produktion. Diese Situation führt unweigerlich dazu, dass Elemente von Stromversorgungssystemen ausfallen, und dies kann in einigen Fällen mit beneidenswerter Regelmäßigkeit geschehen.
Moderne Heizkessel sind mit Regelungssystemen ausgestattet, die ebenfalls flüchtig sind. Die Umwälzpumpe, Sensoren, Automatisierung und das Panel selbst benötigen Strom. Der gesamte Gerätesatz gibt Anlass zur Sorge um den Erhalt der Leistung bei einem Stromausfall.
Zwangsheizungen können ohne Strom nicht gestartet werden. Ein Stromausfall während der Heizperiode ist für sie nahezu katastrophal. Dies führt nicht nur unweigerlich zu einer schnellen Abkühlung des Raumes, sondern kann bei längerem Leerlauf der Heizung auch zum Einfrieren des Kreislaufs führen.
Längerer Ausfall der Heizungsanlage in der kalten Jahreszeit führt zum Einfrieren der Anlage Heizung, zum Auftreten von Eispfropfen darin und in der Folge zu Schäden an Geräten und Heizungsrohren durch Lücke
Standard vorhandene Lösungen für das Problem - Installation unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Generatoren verschiedener Modifikationen (Gas-, Benzin-, Dieselgeneratoren oder nicht-traditionelle Quellen - Windturbinen oder Mini-Wärmekraftwerke, Wasserkraftwerke).
Dieser Lösungsweg ist jedoch bei weitem nicht für alle akzeptabel, da es für viele schwierig ist, Platz für die Installation eines autonomen Stromversorgers bereitzustellen.
Wenn Bewohner einzelner Häuser noch Platz für einen Generator vorsehen können, ist dies für den Einbau in einem mehrstöckigen Gebäude nahezu unmöglich. So stellt sich heraus, dass Bewohner von Mehrfamilienhäusern mit individueller Heizungsanlage als erste unter dem Stromausfall leiden.
Aus diesem Grund stellten sich zunächst Unternehmen, die Komponenten für die Montage von Heizungsanlagen herstellen, die Frage nach der vollständigen Nutzung der von der Heizungsanlage „abgeworfenen“ Wärme. Wir haben darüber nachgedacht, wie wir den Abfallstoff zur Stromerzeugung nutzen können.
Von den bekannten Technologien haben sich die Entwickler für die „vergessene“ Stirling-Anlage entschieden. Moderne Technologien ermöglichen eine Steigerung der Effizienz bei gleichzeitiger Beibehaltung der kompakten Größe.
Das Funktionsprinzip des Stirlingmotors ist die Auf- und Abbewegung des Motorkolbens. Der Motor läuft nahezu geräuschlos und verursacht keine Maschinenvibrationen.
Das Funktionsprinzip der Stirling-Anlage basiert auf der Erwärmung und Kühlung des Arbeitsmediums, das wiederum einen Mechanismus antreibt, der elektrische Energie erzeugt.
Das eingeblasene Gas befindet sich im Inneren des (geschlossenen) Kolbens; bei Erwärmung dehnt sich das gasförmige Medium aus und bewegt den Kolben in die eine Richtung, nach dem Abkühlen im Kühler zieht es sich zusammen und bewegt den Kolben in die andere Richtung Seite.
Übersicht der Hersteller von Kesseln mit Generator
Betrachten wir konkrete Beispiele des heute existierenden Systems von Haushaltskesseln, in dem Das Prinzip, Abgase (Verbrennungsprodukte) zur Stromerzeugung zu nutzen, hat sich bewährt umgesetzt. Das südkoreanische Unternehmen NAVIEN hat die oben genannte Technologie erfolgreich in einem HYBRIGEN SE-Kessel implementiert.
Der Kessel verwendet einen Stirlingmotor, der laut Passdaten im Betrieb Strom mit einer Leistung von 1000 W (bzw. 1 kW) und einer Spannung von 12 V erzeugt. Die Entwickler behaupten, dass der erzeugte Strom zum Betrieb von Haushaltsgeräten verwendet werden kann.
Diese Leistung sollte ausreichen, um einen Haushaltskühlschrank (ca. 0,1 kW) und einen Personalcomputer mit Strom zu versorgen (ca. 0,4 kW), LCD-TV (ca. 0,2 kW) und bis zu 12 LED-Leuchtmittel mit einer Leistung von jeweils 25 W jede.
Navien Hybrigen Se-Kessel mit eingebautem Generator und Stirlingmotor. Beim Betrieb des Kessels wird zusätzlich zu den Hauptfunktionen Strom in der Größenordnung von 1000 W erzeugt
Von den europäischen Herstellern ist Viessmann an Entwicklungen in diese Richtung beteiligt. Viessmann hat die Möglichkeit, dem Kunden nach Wahl zwei Kesselmodelle der Serien Vitotwin 300W und Vitotwin 350F anzubieten.
Der Vitotwin 300W war die erste Entwicklung in diese Richtung. Es hat ein recht kompaktes Design und sieht dem Üblichen sehr ähnlich wandmontierter Gaskessel. Zwar wurden während des Betriebs des ersten Modells die „Schwachstellen“ im Betrieb des Stirling-Systemmotors identifiziert.
Als größtes Problem stellte sich die Wärmeableitung heraus, die Grundlage für den Betrieb des Gerätes ist das Heizen und Kühlen. Diese. Die Entwickler standen vor dem gleichen Problem wie Stirling in den vierziger Jahren des letzten Jahrhunderts - effektive Kühlung, die nur mit bedeutenden Größen erreicht werden kann Kühler.
Aus diesem Grund erschien das Kesselmodell Vitotwin 350F, das nicht nur einen Gaskessel mit Stromgenerator, sondern auch einen eingebauten 175-l-Kessel enthielt.
Der Warmwasserspeicher wird aufgrund des hohen Gewichts sowohl der Anlage selbst als auch der für Sanitärzwecke aufbereiteten Flüssigkeit in der Bodenversion ausgeführt
In diesem Fall besteht das Problem der Kühlung des Kolbens der Stirling-Anlage aufgrund von Wasser im Inneren Kessel. Allerdings führte die Entscheidung dazu, dass die Gesamtabmessungen und das Gewicht der Anlage zunahmen. Ein solches System kann nicht mehr wie ein herkömmlicher Gaskessel an der Wand montiert werden, sondern nur noch bodenstehend.
Viessmann Heizkessel bieten die Möglichkeit, die Kesselbetriebssysteme extern zu speisen, d. h. aus den zentralen Energieversorgungsnetzen. Viessmann positionierte das Gerät als Gerät, das den Eigenbedarf (den Betrieb von Kesselanlagen) deckt, ohne die Möglichkeit, überschüssigen Strom für den Eigenverbrauch zu entnehmen.
Bei der Vitotwin F350-Anlage handelt es sich um einen Heizkessel mit einem 175-l-Wasserheizkessel. Das System ermöglicht die Beheizung des Raumes, stellt Warmwasser bereit und erzeugt Strom
Um die Effizienz der Verwendung von in das Heizsystem eingebauten Generatoren zu vergleichen. Erwägenswert ist der Kessel, der von den Unternehmen TERMOFOR (Republik Weißrussland) und Krioterm (Russland, Minsk) entwickelt wurde. Sankt Petersburg).
Es lohnt sich, sie in Betracht zu ziehen, nicht weil sie irgendwie mit den oben genannten Systemen konkurrieren können, sondern um die Funktionsprinzipien und die Effizienz der Erzeugung elektrischer Energie zu vergleichen. Diese Kessel verwenden ausschließlich Holz als Brennstoff, gepresstes Sägemehl oder Holzbriketts und sind daher nicht mit den Modellen von NAVIEN und Viessmann gleichzusetzen.
Der Kessel mit dem Namen „Indigirka-Heizofen“ ist auf die Langzeitheizung mit Holz usw. ausgerichtet, ist jedoch mit zwei thermischen Stromgeneratoren vom Typ TEG 30-12 ausgestattet. Sie befinden sich an der Seitenwand des Geräts. Die Leistung der Generatoren ist gering, d.h. Insgesamt können sie bei 12V nur 50-60W erzeugen.
Das Grundgerät des Indigirka-Ofens ermöglicht nicht nur das Heizen des Raumes, sondern auch das Garen von Speisen auf dem Brenner. Die Ergänzung des Systems sind zwei 12V-Wärmeerzeuger mit einer Leistung von 50-60W.
In diesem Kessel hat die Zebek-Methode Anwendung gefunden, die auf der Bildung einer EMF in einem geschlossenen Stromkreis basiert. Es besteht aus zwei unterschiedlichen Materialarten und hält die Kontaktpunkte auf unterschiedlichen Temperaturen. Diese. Entwickler nutzen die vom Kessel erzeugte Wärme auch zur Erzeugung elektrischer Energie.
Vergleich der Kesseleffizienz
Vergleich der vorgestellten Kesseltypen, die nicht nur den Raum heizen (Heizung). Kühlmittel), aber auch Strom erzeugen, indem man die erzeugte Wärme nutzt, sollte man beim Betrieb auf wichtige Aspekte achten.
Sowohl NAVIEN als auch Viessmann positionieren ihre Kessel und weisen auf die unbestrittenen Vorteile hin – die vollständige Automatisierung Prozess, keine Notwendigkeit von Servicereparaturen und im Allgemeinen das völlige Fehlen von Eingriffen nach der Inbetriebnahme durch Käufer.
Für den Betrieb dieser Kessel ist lediglich ein stabiler Betrieb des Systems und eine stabile Gasverfügbarkeit (sei es eine Hauptversorgung, eine Flaschenanlage mit Flüssiggas usw.) erforderlich Gasbehälter). Dementsprechend wird für den Betrieb von Kesseln Haushaltsgas verwendet, das nach der Verbrennung keine Umweltschäden verursacht.
Im Prinzip lässt sich fast das Gleiche über den Indigirka-Heizofen sagen, nur handelt es sich bei der Brennstoffart hier nicht um Gas, sondern um Brennholz, Pellets oder gepresstes Sägemehl.
Völlige Abwesenheit Automatisierungwas Strom erfordert. Das System zur Erzeugung elektrischer Energie und der Kessel selbst beeinflussen sich gegenseitig nicht, d. h. Bei einem Ausfall des Stromerzeugungssystems führt der Kessel weiterhin seine Funktionen aus.
Alle diese gasverarbeitenden Heizanlagen mit Stirlingmotoren unter den Brennern erzeugen elektrische Energie, die für verschiedene Zwecke genutzt werden kann.
Kessel der Firmen NAVIEN und Viessmann können sich damit nicht „rühmen“, da der Stirling-Motor direkt in die Konstruktion des Kessels eingebaut ist. Doch wie rentabel sind solche Anlagen und wie lange wird sich ein solcher Heizkessel amortisieren? Dieses Problem muss im Detail behandelt werden.
Rentabilität der betrachteten Systeme
Auf den ersten Blick sind die Heizkessel von NAVIEN und Viessmann praktisch Mini-BHKW im Privathaus oder sogar in der Wohnung.
Trotz der großen Gesamtabmessungen besteht die Möglichkeit, elektrische Energie einfach durch Nutzung zu erzeugen Boiler zum Heizen eines Boilers oder einer Raumheizung soll den Käufer dazu ermutigen, ein solches „Wunder“ bedenkenlos einzubauen Technologie."
Doch bei näherer Betrachtung des NAVIEN-Kessels tauchen Fragen auf, die beantwortet werden müssen. Mit einer deklarierten Leistung von 1 kW (freie Leistung, die nach eigenem Ermessen genutzt werden kann) verbraucht der Kessel im Anlagenbetrieb recht viel Strom.
Was ist gemeint? Zumindest für den Betrieb der Automatisierung ist zwar eine geringe Strommenge erforderlich, diese wird jedoch benötigt, damit der Lüfter und die Umwälzpumpe funktionieren. Die aufgeführten Geräte insgesamt können dieses Kilowatt Energie nicht nur erfolgreich verbrauchen, es reicht möglicherweise auch nicht aus, wenn das System „übertaktet“ wird.
Schematische Darstellung der Vissmann Vitotwin 350F Heizungsanlage mit einem 175l Standkessel. Das System ermöglicht sowohl die Nutzung von Strom aus einer externen Quelle als auch die Einspeisung überschüssigen erzeugten Stroms in das allgemeine Netz.
Genau die gleichen Fragen stellen sich auch bei den Heizkesseln von Viessmann, allerdings wurde hier zumindest die Möglichkeit der Stromgewinnung für den Eigenbedarf nicht deklariert. Es wurde lediglich die Möglichkeit eines autonomen Betriebs des Systems ohne externe Versorgung festgelegt.
Allerdings weisen die Entwickler sofort darauf hin, dass „das System bei Spitzenlasten möglicherweise zusätzliche elektrische Leistung benötigt“. Vor dem Hintergrund der angegebenen 3500 kWh Stromproduktion pro Jahr ist diese Nuance bereits fraglich, und durch einfache und einfache Berechnungen erhalten wir Folgendes:
3500:6 (Monate der Standardheizperiode): 30 (durchschnittlich 30 Kalendertage): 24 (24 Stunden pro Tag) = 0,81 kWh.
Diese. Der Kessel erzeugt im stabilen (konstanten) Betrieb etwa 800 W, aber wie viel verbraucht die Anlage selbst im Betrieb? Vielleicht das Gleiche, produziert mit 800 W, und möglicherweise mehr.
Darüber hinaus wird Strom nur während des Betriebs des Brenners erzeugt. Diese. Entweder ist ein ständiger Betrieb des Systems erforderlich, oder alles ist etwas anders, wie die Systementwickler sagen.
Was waren das für Berechnungen? Das Holzkesselsystem gibt tatsächlich 50 Wh (oder 0,05 kWh) ab, die zum Aufladen eines Tablets, Telefons usw. verwendet werden können. selbst für die banale „Pflicht-LED-Glühbirne“. Im Gegensatz zur Entwicklung zweier weltberühmter Unternehmen sehen die beschriebenen Entwicklungen jedoch eindeutig eher nach einem guten Marketingtrick aus und nach nichts weiter.
Was die Preispolitik dieser Systeme angeht, ist es generell schwierig, etwas zu beurteilen. Denn selbst die Hersteller Viessmann und NAVIEN schreiben sofort, dass die Geräte „wartungsfrei“ seien. In einfache Sprache übersetzt: Es ist kaputt gegangen, was bedeutet, dass das Gerät komplett ersetzt werden muss.
Dies gilt möglicherweise nicht für das gesamte System, sondern für einzelne Komponenten: Stirlingmotor, Gasbrennersystem usw. Das Ergebnis wird eine beeindruckende Menge sein. Basierend auf der Tatsache, dass der Durchschnittspreis für diese Systeme etwa 12.000 Rubel beträgt. Euro oder 13,5 Tausend. $. Das Schema des Betriebs eines Kessels mit Generator kann in einer solchen Situation nur der Hersteller der Systeme gewinnen.
Der Indigirka-Ofen kann überhaupt nicht am Vergleich teilnehmen, nicht nur, weil es sich bei der Brennstoffart nicht um Gas handelt, sondern auch, weil der Preis nicht vergleichbar ist (15-mal weniger), sondern weil der Ofen nicht für den Hausgebrauch, sondern eher für Reisen, Expeditionen usw. geeignet ist usw.
Wenn in Europa die Situation mit Energieträgern die Wahl des Verbrauchers erheblich beeinflusst (bei der Auswahl von Heizsystemen oder Energieversorgung) im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit fördern die EU-Staaten diese durch die Förderung der Einführung solche Systeme.
Für einen inländischen Verbraucher in Russland dürften solche Systeme sowohl zu Beginn „System + Installation“ als auch während des Betriebs zu teuer sein.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Das Funktionsprinzip des Stirlingmotors, mit dem der Gaskessel ausgestattet ist:
Demonstration des Betriebs eines Gaskessels mit Stromgenerator:
Ein Beispiel für einen Holzofen mit Stromgenerator zum Vergleich mit einer Gasanlage:
Vergessen Sie nicht, dass europäische Energieerzeugungsunternehmen den „Herstellern“ energiesparender Geräte gegenüber recht loyal sind.
In Russland ist die Möglichkeit, elektrische Energie durch einen Haushaltsverbraucher zu erzeugen und ins Netz einzuspeisen, nicht nur nicht gesetzlich festgelegt, sondern wird auch von den Netzbetreibern nicht begrüßt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die vorgestellten Systeme unter den heutigen Bedingungen der Russischen Föderation ernsthafte Chancen auf eine Anwendung haben.
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