La actitud cuidadosa hacia los recursos energéticos está dictada principalmente por el hecho de que casi todas las reservas naturales no son infinitas. El consumo económico de todo tipo de combustible requiere el desarrollo de nuevos sistemas o una modernización radical de los existentes.
Entonces, una caldera de gas con un generador eléctrico es uno de los tipos de sistemas híbridos que le permiten administrar razonablemente el combustible azul. Le presentaremos el principio de funcionamiento de los equipos que generan energía eléctrica junto con energía térmica. Imaginemos modelos típicos de unidades híbridas.
El contenido del artículo:
- Consumo eficiente de energía
- Resumen de fabricantes de calderas con generador.
- Comparación de eficiencia de calderas
- Rentabilidad de los sistemas considerados
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
Consumo eficiente de energía
Incluso un laico común que tiene una caldera de gas instalada para calentar su hogar puede preguntarse sobre la racionalidad del uso de energía térmica. De hecho, cuando se quema gas en una caldera, no se aprovecha todo el calor generado.
Siempre durante el funcionamiento del sistema de calefacción, una parte del calor se pierde irremediablemente. Esto suele ocurrir cuando los productos de la combustión se liberan de la caldera a la atmósfera. De hecho, esta es la energía perdida, que podría ser utilizada.
¿De qué estamos hablando exactamente? Sobre la posibilidad de utilizar el calor "expulsado" desperdiciado en la producción de energía eléctrica.
Suponiendo que el sistema de caldera de calefacción ya está optimizado para maximizar la eficiencia, entonces La energía "expulsada" todavía constituye una fracción significativa de la energía que se libera durante la combustión. combustible
Los tipos de combustible pueden ser diferentes, comenzando con leña banal y todo tipo de briquetas, terminando con el más económico. opciones: gas principal con predominio de metano en la composición, combustible azul artificial y propano-butano licuado mezclas
Puede parecer que esto está lejos del “descubrimiento de América”, pero de hecho, la tecnología desarrollada allá por 1943 por Robert Stirling, o mejor dicho, la instalación existe. Sus características de diseño y el principio básico de funcionamiento permiten clasificar este sistema como un motor de combustión interna.
¿Por qué, entonces, no se utilizó esta instalación durante un tiempo tan considerable? La respuesta es simple: el desarrollo teórico de la tecnología en los años cuarenta del siglo pasado resultó ser muy engorroso en la práctica.
Las tecnologías y los materiales que existían en el momento del desarrollo no permitían reducir el tamaño de la instalación, y los métodos existentes para generar energía eléctrica eran más rentables.
La inclusión en el esquema de una caldera de gas de un dispositivo que convierte el calor consumido inútilmente en electricidad puede aumentar significativamente la eficiencia de una planta de procesamiento de gas.
¿Qué nos puede hacer pensar hoy en una actitud más cuidadosa con los recursos que no son renovables? Ahora, en todo el mundo, existe un problema común: el desarrollo de la tecnología conduce inevitablemente a un aumento en el consumo de energía eléctrica.
El aumento del consumo se está produciendo a un ritmo tan acelerado que las empresas de la red no tienen tiempo para modernizar los sistemas de transmisión de energía eléctrica, por no hablar de la producción. Esta situación conduce inevitablemente al hecho de que los elementos de los sistemas de suministro de energía fallan y, en algunos casos, esto puede suceder con una regularidad envidiable.
Las calderas de calefacción modernas están equipadas con sistemas de control que también son volátiles. La bomba de circulación, los sensores, la automatización, el panel mismo necesitan energía. El conjunto completo de dispositivos no puede dejar de causar preocupación por la preservación del rendimiento durante un corte de energía.
Los sistemas de calefacción forzada no se pueden iniciar sin electricidad. Un corte de energía durante la temporada de calefacción es casi catastrófico para ellos. Esto no solo conducirá inevitablemente a un enfriamiento rápido de la habitación, sino que con una calefacción inactiva prolongada, el circuito puede congelarse.
La falta prolongada de funcionamiento del sistema de calefacción en la estación fría conduce a la congelación del sistema calefacción, a la aparición de tapones de hielo en la misma y, en consecuencia, a daños en los equipos y tuberías de calefacción por brecha
Soluciones estándar existentes para el problema: instalación fuente de poder ininterrumpida, generadores de diversas modificaciones (gas, gasolina, generadores diesel o fuentes no tradicionales - aerogeneradores o minicentrales térmicas, centrales hidroeléctricas).
Pero este camino de solución está lejos de ser aceptable para todos, ya que para muchos es difícil asignar espacio para instalar un proveedor de electricidad autónomo.
Si los residentes de casas individuales aún pueden asignar espacio para un generador, entonces es casi imposible instalarlo en un edificio de varios pisos. Por lo tanto, resulta que los residentes de edificios de apartamentos con un sistema de calefacción individual son los primeros en sufrir cuando se corta la luz.
Es por eso que, en primer lugar, las empresas que producen componentes para ensamblar sistemas de calefacción se preguntaron sobre el uso completo del calor que "expulsa" el sistema de calefacción. Pensamos en cómo utilizar la sustancia de desecho en la generación de electricidad.
De las tecnologías conocidas, los desarrolladores han elegido la instalación Stirling "bien olvidada", las tecnologías modernas permiten aumentar su eficiencia manteniendo su tamaño compacto.
El principio de funcionamiento del motor Stirling es el movimiento del pistón del motor hacia arriba y hacia abajo. El motor funciona casi en silencio y no provoca vibraciones en la máquina.
El principio de funcionamiento de la planta de Stirling se basa en el uso del calentamiento y enfriamiento del fluido de trabajo, que a su vez acciona un mecanismo que genera energía eléctrica.
El gas inyectado se encuentra dentro del pistón (cerrado); cuando se calienta, el medio gaseoso se expande y mueve el pistón en una dirección, después de enfriarse en el enfriador, se contrae y mueve el pistón en la otra dirección lado.
Resumen de fabricantes de calderas con generador.
Consideremos ejemplos específicos del sistema de calderas domésticas que existen hoy en día, en las que el principio de utilizar los gases de escape (productos de combustión) para generar electricidad ha sido exitosamente implementado. La empresa surcoreana NAVIEN ha implementado con éxito la tecnología anterior en una caldera HYBRIGEN SE.
La caldera utiliza un motor Stirling que, según los datos del pasaporte, genera electricidad con una potencia de 1000W (o 1kW) y un voltaje de 12V durante el funcionamiento. Los desarrolladores afirman que la electricidad generada se puede utilizar para alimentar electrodomésticos.
Esta potencia debería ser suficiente para alimentar un refrigerador doméstico (alrededor de 0,1 kW), una computadora personal (unos 0,4kW), TV LCD (unos 0,2kW) y hasta 12 bombillas LED con una potencia de 25W cada una cada.
Caldera Navien hybrigen se con generador incorporado y motor Stirling. Durante el funcionamiento de la caldera, además de las funciones principales, se genera electricidad del orden de 1000 W de potencia
De los fabricantes europeos, Viessmann se dedica a la evolución en esta dirección. Viessmann tiene la oportunidad de ofrecer dos modelos de calderas de la serie Vitotwin 300W y Vitotwin 350F a elección del cliente.
La Vitotwin 300W fue el primer desarrollo en esta dirección. Tiene un diseño bastante compacto y se parece mucho al habitual. caldera de gas montada en la pared. Es cierto que fue durante el funcionamiento del primer modelo que se identificaron los puntos "débiles" en el funcionamiento del motor del sistema Stirling.
El mayor problema resultó ser la disipación de calor, la base del funcionamiento del dispositivo es la calefacción y la refrigeración. Aquellos. los desarrolladores enfrentaron el mismo problema que Stirling enfrentó en los años cuarenta del siglo pasado - enfriamiento efectivo, que solo se puede lograr con tamaños significativos enfriador.
Es por eso que apareció el modelo de caldera Vitotwin 350F, que incluía no solo una caldera de gas con un generador de electricidad, sino también una caldera incorporada de 175 l.
El acumulador de agua caliente se fabrica en la versión de suelo debido al gran peso tanto del propio equipo como del líquido preparado para fines sanitarios
En este caso, el problema del enfriamiento del pistón de la planta de Stirling debido al agua en caldera. Sin embargo, la decisión condujo al hecho de que las dimensiones generales y el peso de la instalación aumentaron. Este sistema ya no puede montarse en la pared como una caldera de gas convencional y solo puede colocarse sobre el suelo.
Las calderas Viessmann prevén la posibilidad de alimentar los sistemas de funcionamiento de la caldera desde una fuente externa, es decir, de las redes de suministro de energía central. Viessmann posicionó el equipo como un dispositivo que satisface sus propias necesidades (el funcionamiento de las unidades de caldera) sin la posibilidad de extraer el exceso de electricidad para el consumo doméstico.
El sistema Vitotwin F350 es una caldera con caldera de calentamiento de agua de 175 l. El sistema permite calentar la habitación, proporciona agua caliente y genera electricidad
Para comparar la eficiencia del uso de generadores integrados en el sistema de calefacción. Vale la pena considerar la caldera, que fue desarrollada por las empresas TERMOFOR (República de Bielorrusia) y la empresa Krioterm (Rusia, Minsk). San Petersburgo).
Vale la pena considerarlos no porque puedan competir de alguna manera con los sistemas anteriores, sino para comparar los principios de operación y la eficiencia de generar energía eléctrica. Estas calderas utilizan únicamente leña como combustible, aserrín prensado o briquetas a base de madera, por lo que no se pueden comparar con los modelos de NAVIEN y Viessmann.
La caldera, denominada "Estufa de Calefacción Indigirka", está orientada a la calefacción de larga duración con leña, etc., pero está equipada con dos generadores de electricidad térmica del tipo TEG 30-12. Están ubicados en la pared lateral de la unidad. La potencia de los generadores es pequeña, es decir. en total solo son capaces de generar 50-60W a 12V.
El dispositivo fundamental de la estufa Indigirka permite no solo calentar la habitación, sino también cocinar alimentos en el quemador. El complemento del sistema son dos generadores de calor de 12V con una potencia de 50-60W.
En esta caldera ha encontrado aplicación el método Zebek, basado en la formación de un EMF en un circuito eléctrico cerrado. Se compone de dos tipos diferentes de material y mantiene los puntos de contacto a diferentes temperaturas. Aquellos. Los desarrolladores también utilizan el calor generado por la caldera para generar energía eléctrica.
Comparación de eficiencia de calderas
Comparando los tipos de calderas presentados, que no solo calientan la habitación (calientan refrigerante), pero también generar electricidad utilizando el calor generado, debe prestar atención a aspectos importantes durante la operación.
Tanto NAVIEN como Viessmann posicionan sus calderas apuntando a ventajas innegables: automatización total proceso, sin necesidad de reparaciones de servicio y, en general, la ausencia total de intervención después de la puesta en marcha por comprador.
Para el funcionamiento de estas calderas sólo se necesita el funcionamiento estable del sistema, la disponibilidad estable de gas (ya sean suministros principales, una instalación de envasado con gas licuado o tanque de gas). En consecuencia, el gas doméstico se utiliza para el funcionamiento de las calderas que, después de la combustión, no representa ningún daño para el medio ambiente.
En principio, se puede decir casi lo mismo de la estufa de calefacción Indigirka, solo que el tipo de combustible aquí no es gas, sino leña, pellets o aserrín prensado.
Ausencia completa automatizaciónque requiere electricidad. El sistema de generación de energía eléctrica y la propia caldera no interfieren en su funcionamiento, es decir, si falla el sistema de generación de energía, la caldera continúa realizando sus funciones.
Todas estas unidades de calefacción de procesamiento de gas, con motores Stirling debajo de los quemadores, producen energía eléctrica que se puede utilizar para diversos fines.
Las calderas de las empresas NAVIEN y Viessmann no podrán "alardear" de esto, ya que el motor del sistema Stirling está integrado directamente en el diseño de la caldera. Pero, ¿qué tan rentables son estos sistemas y cuánto tiempo valdrá la pena una caldera de este tipo? Este tema debe ser tratado en detalle.
Rentabilidad de los sistemas considerados
A primera vista, las calderas de NAVIEN y Viessmann son prácticamente mini-CHP en una casa particular o incluso en un apartamento.
Incluso a pesar de las grandes dimensiones generales, la capacidad de producir energía eléctrica simplemente usando caldera para calentar una caldera o calefacción de espacios debe alentar al comprador a instalar tal "milagro" sin dudarlo tecnología."
Pero tras un examen más detenido de la caldera NAVIEN, surgen preguntas que deben responderse. Con una potencia declarada de 1 kW (potencia libre que se puede utilizar a su discreción), la caldera consume bastante electricidad durante el funcionamiento del sistema.
¿Qué significa? Como mínimo, el funcionamiento de la automatización, incluso si se necesita una pequeña cantidad de energía, pero se necesita para que funcionen el ventilador y la bomba de circulación. Los dispositivos enumerados en total no solo pueden consumir con éxito este kilovatio de energía, sino que también pueden no ser suficientes al "overclockear" el sistema.
Diagrama esquemático del sistema de calefacción Vissmann Vitotwin 350F con una caldera de pie de 175 l. El sistema permite tanto el uso de electricidad de una fuente externa como la transferencia de la electricidad excedente generada a la red general.
Exactamente las mismas preguntas surgen con respecto a las calderas de Viessmann, pero al menos aquí no se declaró la posibilidad de extraer electricidad para sus propias necesidades. Sólo se estipulaba la posibilidad de funcionamiento autónomo del sistema en ausencia de suministro externo.
Aunque los desarrolladores indican de inmediato que "el sistema puede requerir energía eléctrica adicional en los picos de carga". En el contexto de los 3500 kWh de electricidad producidos por año declarados, este matiz ya está en duda, y mediante cálculos simples y simples obtenemos lo siguiente:
3500:6 (meses de la temporada de calefacción estándar): 30 (30 días naturales de media): 24 (24 horas al día) = 0,81 kWh.
Aquellos. la caldera produce alrededor de 800 W durante el funcionamiento estable (constante), pero ¿cuánto consume el sistema en sí durante el funcionamiento? Quizás lo mismo, producido por 800W, y posiblemente más.
Además, la electricidad se genera solo durante el funcionamiento del quemador. Aquellos. o se requiere una operación constante del sistema, o todo es un poco diferente, como dicen los desarrolladores del sistema.
¿Cuáles fueron estos cálculos? El sistema de caldera de leña realmente da sus 50Wh (o 0,05kWh), que se pueden usar para recargar una tableta, un teléfono, etc. incluso para la banal "bombilla de luz LED de trabajo". A diferencia del desarrollo de dos empresas de fama mundial, pero los desarrollos descritos claramente parecen más una buena estrategia de marketing, y nada más.
En cuanto a la política de precios de estos sistemas, generalmente es difícil evaluar algo. Ya que incluso los fabricantes Viessmann y NAVIEN estipulan inmediatamente que el equipo “no requiere mantenimiento”. Traducido a un lenguaje simple: se rompió, lo que significa que la unidad debe reemplazarse por completo.
Es posible que esto no se aplique a todo el sistema, sino a los componentes individuales: motor Stirling, sistema de quemador de gas, etc. El resultado será una cantidad bastante impresionante. Basado en el hecho de que el precio promedio de estos sistemas es de aproximadamente 12 mil rublos. euro o 13,5 mil. $. El esquema de operación de una caldera con un generador, solo el fabricante de los sistemas puede ganar en tal situación.
La estufa Indigirka no puede participar en absoluto en la comparativa, no solo porque el tipo de combustible no es gas, sino que el precio no es comparable (15 veces menos), sino porque la estufa no está posicionada para uso doméstico, sino más para viajes, expediciones y etc.
Si en Europa la situación de los vectores energéticos afecta significativamente a la elección del consumidor (a la hora de elegir sistemas de calefacción o suministro de energía) en términos de economía y respeto por el medio ambiente, los estados de la UE lo estimulan subvencionando la introducción tales sistemas.
Para un consumidor doméstico en Rusia, es probable que dichos sistemas sean demasiado costosos tanto inicialmente como "sistema + instalación" como durante la operación.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
El principio de funcionamiento del motor Stirling que equipa la caldera de gas:
Demostración del funcionamiento de una caldera de gas con generador de electricidad:
Un ejemplo de una estufa de leña con un generador de electricidad para comparar con una unidad de gas:
No olvide que las empresas europeas de generación de energía son bastante leales a los "fabricantes" de equipos de ahorro de energía.
En Rusia, la posibilidad de generar y transmitir energía eléctrica a la red por parte de un consumidor doméstico no solo no está fijada por ley, sino que tampoco es bien recibida por las empresas de la red. Por lo tanto, es poco probable que los sistemas presentados tengan posibilidades serias de aplicación en las condiciones de la Federación Rusa en la actualidad.
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