L'attenta attitudine alle risorse energetiche è dettata principalmente dal fatto che quasi tutte le riserve naturali non sono infinite. Il consumo economico di tutti i tipi di carburante richiede lo sviluppo di nuovi sistemi o una radicale modernizzazione di quelli esistenti.
Quindi, una caldaia a gas con un generatore elettrico è uno dei tipi di sistemi ibridi che consentono di gestire ragionevolmente il carburante blu. Ti presenteremo il principio di funzionamento delle apparecchiature che generano energia elettrica insieme a energia termica. Immaginiamo modelli tipici di unità ibride.
Il contenuto dell'articolo:
- Consumo energetico efficiente
- Panoramica dei produttori di caldaie con generatore
- Confronto dell'efficienza della caldaia
- Redditività dei sistemi considerati
- Conclusioni e video utili sull'argomento
Consumo energetico efficiente
Anche un semplice profano che ha installato una caldaia a gas per il riscaldamento della propria abitazione può interrogarsi sulla razionalità dell'utilizzo dell'energia termica. Infatti, quando si brucia il gas in una caldaia, non viene utilizzato tutto il calore generato.
Sempre durante il funzionamento dell'impianto di riscaldamento, parte del calore viene irrimediabilmente disperso. Questo di solito accade quando i prodotti della combustione vengono rilasciati dalla caldaia nell'atmosfera. In effetti, questa è l'energia persa, che potrebbe essere utilizzata.
Di cosa stiamo parlando esattamente? Sulla possibilità di utilizzare il calore "espulso" disperso nella produzione di energia elettrica.
Supponendo che il sistema della caldaia di riscaldamento sia già ottimizzato per massimizzare l'efficienza, quindi L'energia "espulsa" costituisce ancora una frazione significativa dell'energia rilasciata durante la combustione carburante
I tipi di combustibile possono essere diversi, a partire dalla banale legna da ardere e tutti i tipi di bricchette, per finire con il più economico opzioni: gas principale con una predominanza di metano nella composizione, combustibile blu artificiale e propano-butano liquefatto miscele.
Può sembrare che questa sia lontana dalla "scoperta dell'America", ma in realtà la tecnologia sviluppata nel 1943 da Robert Stirling, o meglio, l'installazione esiste. Le sue caratteristiche di progettazione e il principio di funzionamento di base consentono di classificare questo sistema come motore a combustione interna.
Perché, allora, questa installazione non è stata utilizzata per un tempo così considerevole? La risposta è semplice: lo sviluppo teorico della tecnologia negli anni Quaranta del secolo scorso si è rivelato molto complicato nella pratica.
Le tecnologie e i materiali esistenti al momento dello sviluppo non consentivano di ridurre le dimensioni dell'installazione e i metodi esistenti per generare energia elettrica erano più convenienti.
L'inclusione nello schema di una caldaia a gas di un dispositivo che converte il calore inutilmente consumato in elettricità può aumentare significativamente l'efficienza di un impianto di trattamento del gas
Cosa può farci pensare oggi ad un atteggiamento più attento alle risorse non rinnovabili? Ora in tutto il mondo c'è un problema comune: lo sviluppo della tecnologia porta inevitabilmente ad un aumento del consumo di energia elettrica.
L'aumento dei consumi sta avvenendo a un ritmo così rapido che le società di rete non hanno il tempo di modernizzare i sistemi di trasmissione dell'energia elettrica, per non parlare della produzione. Questa situazione porta inevitabilmente al fatto che gli elementi dei sistemi di alimentazione si guastano, e in alcuni casi ciò può accadere con invidiabile regolarità.
Le moderne caldaie per riscaldamento sono dotate di sistemi di controllo anch'essi volatili. La pompa di circolazione, i sensori, l'automazione, il pannello stesso necessitano di alimentazione. L'intero set di dispositivi non può che destare preoccupazione per la conservazione delle prestazioni durante un'interruzione di corrente.
I sistemi di riscaldamento forzato non possono essere avviati senza elettricità. Un'interruzione di corrente durante la stagione di riscaldamento è quasi catastrofica per loro. Non solo ciò porterà inevitabilmente a un rapido raffreddamento della stanza, ma con un lungo riscaldamento al minimo, il circuito potrebbe congelarsi.
La prolungata mancanza di funzionamento dell'impianto di riscaldamento nella stagione fredda porta al congelamento dell'impianto riscaldamento, alla comparsa di tappi di ghiaccio al suo interno e, di conseguenza, a danni alle apparecchiature e ai tubi di riscaldamento dovuti a spacco
Soluzioni standard esistenti al problema: installazione gruppi di continuità, generatori di varie modifiche (gas, benzina, generatori diesel o fonti non tradizionali - turbine eoliche o mini centrali termiche, centrali idroelettriche).
Ma questo percorso risolutivo è tutt'altro che accettabile per tutti, poiché per molti è difficile destinare lo spazio per l'installazione di un fornitore di energia elettrica autonomo.
Se i residenti delle singole case possono ancora allocare spazio per un generatore, è quasi impossibile installarlo in un edificio a più piani. Pertanto, risulta che i residenti dei condomini con un sistema di riscaldamento individuale sono i primi a soffrire quando si interrompe la corrente.
Ecco perché, prima di tutto, le aziende produttrici di componenti per l'assemblaggio di impianti di riscaldamento si sono poste la questione del pieno utilizzo del calore che viene “espulso” dall'impianto di riscaldamento. Abbiamo pensato a come utilizzare la sostanza di scarto nella generazione di energia elettrica.
Tra le ben note tecnologie, gli sviluppatori hanno scelto l'installazione Stirling "ben dimenticata", le moderne tecnologie consentono di aumentarne l'efficienza pur mantenendo le sue dimensioni compatte.
Il principio di funzionamento del motore Stirling è il movimento del pistone del motore su e giù. Il motore funziona quasi silenziosamente e non provoca vibrazioni alla macchina.
Il principio di funzionamento dell'impianto di Stirling si basa sull'utilizzo del riscaldamento e del raffreddamento del fluido di lavoro, che a sua volta aziona un meccanismo che genera energia elettrica.
Il gas iniettato si trova all'interno del pistone (chiuso); quando riscaldato, il mezzo gassoso si espande e sposta il pistone in una direzione, dopo il raffreddamento nel radiatore, si contrae e sposta il pistone nell'altra direzione lato.
Panoramica dei produttori di caldaie con generatore
Consideriamo esempi specifici del sistema di caldaie domestiche che esistono oggi, in cui il principio di utilizzare i gas di scarico (prodotti della combustione) per generare elettricità ha avuto successo implementato. L'azienda sudcoreana NAVIEN ha implementato con successo la suddetta tecnologia in una caldaia HYBRIGEN SE.
La caldaia utilizza un motore Stirling che, secondo i dati del passaporto, genera elettricità con una potenza di 1000W (o 1kW) e una tensione di 12V durante il funzionamento. Gli sviluppatori affermano che l'elettricità generata può essere utilizzata per alimentare gli elettrodomestici.
Questa potenza dovrebbe essere sufficiente per alimentare un frigorifero domestico (circa 0,1 kW), un personal computer (circa 0,4kW), TV LCD (circa 0,2kW) e fino a 12 lampadine LED con una potenza di 25W ciascuna ogni.
Caldaia Navien hybrigen se con generatore integrato e motore Stirling. Durante il funzionamento della caldaia, oltre alle funzioni principali, viene generata energia elettrica dell'ordine di 1000 W di potenza
Dei produttori europei, Viessmann è impegnato in sviluppi in questa direzione. Viessmann ha la possibilità di offrire due modelli di caldaie della serie Vitotwin 300W e Vitotwin 350F a scelta del cliente.
Il Vitotwin 300W è stato il primo sviluppo in questa direzione. Ha un design abbastanza compatto e sembra molto simile al solito Caldaia murale a gas. È vero, è stato durante il funzionamento del primo modello che sono stati identificati i punti "deboli" nel funzionamento del motore del sistema Stirling.
Il problema più grande si è rivelato essere la dissipazione del calore, la base del funzionamento del dispositivo è il riscaldamento e il raffreddamento. Quelli. gli sviluppatori hanno affrontato lo stesso problema che Stirling ha affrontato negli anni Quaranta del secolo scorso - un raffreddamento efficace, che può essere ottenuto solo con dimensioni significative più fresco.
Ecco perché è apparso il modello di caldaia Vitotwin 350F, che comprendeva non solo una caldaia a gas con generatore di elettricità, ma anche una caldaia da 175 litri incorporata.
L'accumulo per l'acqua calda sanitaria è realizzato nella versione a pavimento per l'elevato peso sia dell'apparecchiatura stessa che del liquido preparato per scopi sanitari
In questo caso, il problema del raffreddamento del pistone dell'impianto Stirling a causa dell'ingresso di acqua caldaia. Tuttavia, la decisione ha portato al fatto che le dimensioni complessive e il peso dell'installazione sono aumentati. Un tale sistema non può più essere montato a parete come una caldaia a gas convenzionale e può essere solo a pavimento.
Le caldaie Viessmann prevedono la possibilità di alimentare i sistemi di funzionamento della caldaia da una fonte esterna, ad es. dalle reti di alimentazione centrale. Viessmann ha posizionato l'apparecchiatura come un dispositivo che provvede alle proprie esigenze (il funzionamento delle caldaie) senza la possibilità di estrarre l'elettricità in eccesso per il consumo domestico.
Il sistema Vitotwin F350 è una caldaia con bollitore per il riscaldamento dell'acqua da 175 litri. Il sistema consente di riscaldare l'ambiente, fornisce acqua calda e genera energia elettrica
Per confrontare l'efficienza dell'utilizzo di generatori integrati nel sistema di riscaldamento. Vale la pena considerare la caldaia, sviluppata dalle società TERMOFOR (Repubblica di Bielorussia) e dalla società Krioterm (Russia, Minsk). San Pietroburgo).
Vale la pena considerarli non perché possano in qualche modo competere con i sistemi di cui sopra, ma per confrontare i principi di funzionamento e l'efficienza della generazione di energia elettrica. Queste caldaie utilizzano solo legna come combustibile, segatura pressata o bricchette a base di legno, quindi non possono essere messe alla pari con i modelli di NAVIEN e Viessmann.
La caldaia, denominata "Indigirka Heating Stove", è orientata al riscaldamento a lungo termine con legna, ecc., ma è dotata di due generatori di elettricità termica del tipo TEG 30-12. Si trovano sulla parete laterale dell'unità. La potenza dei generatori è piccola, ad es. in totale sono in grado di generare solo 50-60W a 12V.
Il dispositivo fondamentale della stufa Indigirka consente non solo di riscaldare l'ambiente, ma anche di cuocere i cibi sul fornello. L'aggiunta del sistema è di due generatori di calore 12V con una potenza di 50-60W.
In questa caldaia ha trovato applicazione il metodo Zebek, basato sulla formazione di un campo elettromagnetico in un circuito elettrico chiuso. È costituito da due tipi diversi di materiale e mantiene i punti di contatto a temperature diverse. Quelli. gli sviluppatori utilizzano anche il calore generato dalla caldaia per generare energia elettrica.
Confronto dell'efficienza della caldaia
Confrontando i tipi di caldaie presentati, che non solo riscaldano la stanza (calore refrigerante), ma generano anche elettricità utilizzando il calore generato, è necessario prestare attenzione ad aspetti importanti durante il funzionamento.
Sia NAVIEN che Viessmann posizionano le loro caldaie puntando su innegabili vantaggi: la completa automazione processo, nessuna necessità di riparazioni di servizio e, in generale, la completa assenza di intervento dopo la messa in servizio da parte di acquirente.
Per il funzionamento di queste caldaie è necessario solo il funzionamento stabile del sistema, la disponibilità stabile di gas (che si tratti di forniture principali, un'installazione in bombola con gas liquefatto o Bombola del gas). Di conseguenza, il gas domestico viene utilizzato per il funzionamento delle caldaie che, dopo la combustione, non recano alcun danno all'ambiente.
In linea di principio si può dire quasi lo stesso della stufa Indigirka, solo che il tipo di combustibile qui non è gas, ma legna da ardere, pellet o segatura pressata.
Assenza completa automazioneche richiede elettricità. Il sistema per la generazione di energia elettrica e la caldaia stessa non si influenzano a vicenda nel funzionamento, ad es. in caso di guasto del sistema di generazione di energia, la caldaia continua a svolgere le sue funzioni.
Tutti questi gruppi termici a gas, con motori Stirling sotto i bruciatori, producono energia elettrica che può essere utilizzata per vari scopi.
Le caldaie delle società NAVIEN e Viessmann non potranno "vantarsi" di questo, poiché il motore del sistema Stirling è integrato direttamente nel design della caldaia. Ma quanto sono redditizi tali sistemi e per quanto tempo ripagherà una caldaia del genere? Questo problema deve essere affrontato in dettaglio.
Redditività dei sistemi considerati
A prima vista, le caldaie di NAVIEN e Viessmann sono praticamente mini-CHP in una casa privata o addirittura in un appartamento.
Nonostante le grandi dimensioni di ingombro, la capacità di produrre energia elettrica semplicemente utilizzando caldaia per il riscaldamento di una caldaia o riscaldamento degli ambienti dovrebbe incoraggiare l'acquirente a installare un tale "miracolo" senza esitazione tecnologia."
Ma a un esame più attento della caldaia NAVIEN, sorgono domande a cui è necessario rispondere. Con una potenza dichiarata di 1 kW (potenza gratuita che può essere utilizzata a propria discrezione), la caldaia consuma molta energia elettrica durante il funzionamento dell'impianto.
Cosa si intende? Come minimo, il funzionamento dell'automazione, anche se è necessaria una piccola quantità di energia, ma è necessaria per il funzionamento del ventilatore e della pompa di circolazione. I dispositivi elencati in totale non solo possono consumare con successo questo kilowatt di energia, ma potrebbe non essere sufficiente durante l'overclocking del sistema.
Schema schematico del sistema di riscaldamento Vissmann Vitotwin 350F con caldaia a basamento da 175 litri. Il sistema consente sia l'utilizzo di energia elettrica da fonte esterna sia il trasferimento alla rete generale dell'energia elettrica prodotta in eccesso.
Esattamente le stesse domande si pongono per quanto riguarda le caldaie di Viessmann, ma qui almeno non è stata dichiarata la possibilità di estrarre energia elettrica per il proprio fabbisogno. È stata prevista solo la possibilità di funzionamento autonomo del sistema in assenza di alimentazione esterna.
Sebbene gli sviluppatori indichino immediatamente che "il sistema potrebbe richiedere energia elettrica aggiuntiva ai picchi di carico". Sullo sfondo dei 3500 kWh dichiarati di elettricità prodotta all'anno, questa sfumatura è già in dubbio e con calcoli semplici e semplici otteniamo quanto segue:
3500:6 (mesi della stagione di riscaldamento standard): 30 (30 giorni di calendario in media): 24 (24 ore al giorno) = 0,81 kWh.
Quelli. la caldaia produce circa 800W durante il funzionamento stabile (costante), ma quanto consuma l'impianto stesso durante il funzionamento? Forse lo stesso, prodotto da 800W, e forse di più.
Inoltre, l'elettricità viene generata solo durante il funzionamento del bruciatore. Quelli. o è richiesto il funzionamento costante del sistema o tutto è leggermente diverso, come dicono gli sviluppatori del sistema.
Quali erano questi calcoli? L'impianto a caldaia a legna eroga davvero i suoi 50Wh (o 0,05kWh), che possono essere utilizzati per ricaricare un tablet, un telefono, ecc. anche per la banale “lampadina LED di servizio”. A differenza dello sviluppo di due società di fama mondiale, ma gli sviluppi descritti sembrano chiaramente più un buon stratagemma di marketing e niente di più.
Per quanto riguarda la politica dei prezzi per questi sistemi, è generalmente difficile valutare qualcosa. Poiché anche i produttori Viessmann e NAVIEN stabiliscono immediatamente che l'apparecchiatura "non richiede manutenzione". Tradotto in un linguaggio semplice: si è rotto, il che significa che l'unità deve essere completamente sostituita.
Ciò potrebbe non valere per l'intero sistema, ma per i singoli componenti: motore Stirling, sistema di bruciatori a gas, ecc. Il risultato sarà una quantità piuttosto impressionante. Sulla base del fatto che il prezzo medio per questi sistemi è di circa 12 mila rubli. euro o 13,5 mila. $. Lo schema di funzionamento di una caldaia con un generatore, quindi solo il produttore degli impianti può vincere in una situazione del genere.
La stufa Indigirka non può assolutamente partecipare al confronto, non solo perché il tipo di combustibile non è il gas, ma il prezzo non è paragonabile (15 volte meno), ma perché la stufa è posizionata non per uso domestico, ma più per viaggi, spedizioni e eccetera.
Se in Europa la situazione con i vettori energetici influisce in modo significativo sulla scelta del consumatore (nella scelta dei sistemi di riscaldamento o approvvigionamento energetico) in termini di economia e rispetto dell'ambiente, gli stati dell'UE lo stimolano sovvenzionando l'introduzione tali sistemi.
Per un consumatore domestico in Russia, è probabile che tali sistemi siano troppo costosi sia inizialmente "sistema + installazione" sia durante il funzionamento.
Conclusioni e video utili sull'argomento
Il principio di funzionamento del motore Stirling che equipaggia la caldaia a gas:
Dimostrazione del funzionamento di una caldaia a gas con un generatore di elettricità:
Un esempio di stufa a legna con generatore elettrico per il confronto con un'unità a gas:
Non dimenticare che le società europee di generazione di energia sono abbastanza fedeli ai "produttori" di apparecchiature per il risparmio energetico.
In Russia, la possibilità di generare e trasmettere energia elettrica alla rete da parte di un consumatore domestico non solo non è fissata dalla legge, ma non è nemmeno accolta con favore dalle società di rete. Pertanto, è improbabile che i sistemi presentati abbiano serie possibilità di applicazione nelle condizioni della Federazione Russa oggi.
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