Opatrný prístup k energetickým zdrojom je diktovaný predovšetkým skutočnosťou, že takmer všetky prírodné zásoby nie sú nekonečné. Ekonomická spotreba všetkých druhov palív si vyžaduje vývoj nových systémov alebo radikálnu modernizáciu existujúcich.
Plynový kotol s elektrickým generátorom je teda jedným z typov hybridných systémov, ktoré vám umožňujú rozumne hospodáriť s modrým palivom. Predstavíme vám princíp fungovania zariadení, ktoré generujú elektrickú energiu spolu s tepelnou energiou. Predstavme si typické modely hybridných jednotiek.
Obsah článku:
- Efektívna spotreba energie
- Prehľad výrobcov kotlov s generátorom
- Porovnanie účinnosti kotla
- Ziskovosť uvažovaných systémov
- Závery a užitočné video na túto tému
Efektívna spotreba energie
Aj bežný laik, ktorý má nainštalovaný plynový kotol na vykurovanie svojho domova, sa možno čuduje nad racionalitou využívania tepelnej energie. Pri spaľovaní plynu v kotli sa totiž nevyužíva všetko vytvorené teplo.
Vždy počas prevádzky vykurovacieho systému sa časť tepla nenávratne stratí. To sa zvyčajne stáva, keď sa produkty spaľovania uvoľňujú z kotla do atmosféry. V skutočnosti ide o stratenú energiu, ktorú je možné využiť.
O čom presne hovoríme? O možnosti využitia nevyužitého „vyvrhnutého“ tepla pri výrobe elektrickej energie.
Za predpokladu, že systém vykurovacieho kotla je už optimalizovaný s cieľom maximalizovať účinnosť „Vyvrhnutá“ energia stále tvorí podstatnú časť energie, ktorá sa uvoľňuje počas spaľovania palivo
Druhy paliva môžu byť rôzne, počnúc banálnym palivovým drevom a všetkými druhmi brikiet, končiac najhospodárnejšími možnosti: hlavný plyn s prevahou metánu v zložení, umelé modré palivo a skvapalnený propán-bután zmesi.
Môže sa zdať, že toto je ďaleko od „objavenia Ameriky“, ale v skutočnosti technológia vyvinutá v roku 1943 Robertom Stirlingom, alebo skôr, inštalácia existuje. Jeho konštrukčné vlastnosti a základný princíp činnosti umožňujú klasifikovať tento systém ako spaľovací motor.
Prečo sa teda táto inštalácia nepoužívala tak dlho? Odpoveď je jednoduchá – teoretický vývoj techniky v štyridsiatych rokoch minulého storočia sa v praxi ukázal ako veľmi ťažkopádny.
Technológie a materiály, ktoré existovali v čase vývoja, neumožňovali zmenšiť veľkosť inštalácie a existujúce spôsoby výroby elektrickej energie boli nákladovo efektívnejšie.
Začlenenie zariadenia, ktoré premieňa zbytočne spotrebované teplo na elektrickú energiu do schémy plynového kotla, môže výrazne zvýšiť účinnosť zariadenia na spracovanie plynu.
Čo nás dnes môže prinútiť zamyslieť sa nad opatrnejším prístupom k zdrojom, ktoré nie sú obnoviteľné? Teraz na celom svete existuje spoločný problém - vývoj technológie nevyhnutne vedie k zvýšeniu spotreby elektrickej energie.
Nárast spotreby prebieha takým rýchlym tempom, že sieťové spoločnosti nestíhajú modernizovať prenosové sústavy elektrickej energie, o výrobe ani nehovoriac. Táto situácia nevyhnutne vedie k tomu, že prvky systémov napájania zlyhajú a v niektorých prípadoch sa to môže stať so závideniahodnou pravidelnosťou.
Moderné vykurovacie kotly sú vybavené riadiacimi systémami, ktoré sú tiež prchavé. Obehové čerpadlo, senzory, automatizácia, samotný panel potrebujú napájanie. Celá sada zariadení môže spôsobiť obavy o zachovanie výkonu počas výpadku prúdu.
Systémy núteného vykurovania nie je možné spustiť bez elektriny. Výpadok elektriny počas vykurovacej sezóny je pre nich takmer katastrofálny. Nielenže to nevyhnutne povedie k rýchlemu ochladeniu miestnosti, ale pri dlhom nečinnom ohreve môže okruh zamrznúť.
Dlhodobá nefunkčnosť vykurovacieho systému v chladnom období vedie k zamrznutiu systému zahrievania, objavenia sa ľadových zátok v ňom a v dôsledku toho poškodenia zariadení a vykurovacích potrubí v dôsledku medzera
Štandardné existujúce riešenia problému - inštalácia neprerušiteľné zdroje napájania, generátory rôznych modifikácií (plynové, benzínové, dieselové generátory alebo netradičné zdroje - veterné turbíny alebo mini tepelné elektrárne, vodné elektrárne).
Táto cesta riešenia však zďaleka nie je prijateľná pre každého, pretože pre mnohých je ťažké vyčleniť priestor na inštaláciu autonómneho dodávateľa elektriny.
Ak obyvatelia jednotlivých domov môžu stále prideľovať priestor pre generátor, potom je to takmer nemožné pre inštaláciu vo viacpodlažnej budove. Ukazuje sa teda, že pri výpadku prúdu ako prví trpia obyvatelia bytových domov s individuálnym vykurovacím systémom.
Preto si v prvom rade firmy vyrábajúce komponenty pre montáž vykurovacích systémov položili otázku plnohodnotného využitia tepla, ktoré vykurovací systém „vyhodí“. Rozmýšľali sme, ako využiť odpadovú látku pri výrobe elektriny.
Zo známych technológií si vývojári vybrali „dobre zabudnutú“ inštaláciu Stirling, moderné technológie umožňujú zvýšiť jej účinnosť pri zachovaní kompaktných rozmerov.
Princípom činnosti Stirlingovho motora je pohyb piestu motora hore a dole. Motor beží takmer ticho a nespôsobuje vibrácie stroja.
Princíp činnosti Stirlingovho závodu je založený na využití ohrevu a chladenia pracovnej tekutiny, ktorá zase poháňa mechanizmus generujúci elektrickú energiu.
Vstrekovaný plyn sa nachádza vo vnútri (uzavretého) piesta, pri zahriatí plynné médium expanduje a pohybuje piestom jedným smerom, po ochladení v chladiči sa sťahuje a pohybuje piestom druhým smerom strane.
Prehľad výrobcov kotlov s generátorom
Uvažujme o konkrétnych príkladoch systému domácich kotlov, ktoré dnes existujú, v ktorých princíp využívania výfukových plynov (splodín horenia) na výrobu elektriny sa úspešne osvedčil implementovaná. Juhokórejská spoločnosť NAVIEN úspešne implementovala uvedenú technológiu do kotla HYBRIGEN SE.
Kotol využíva Stirlingov motor, ktorý podľa pasových údajov počas prevádzky vyrába elektrinu s výkonom 1000W (alebo 1kW) a napätím 12V. Vývojári tvrdia, že vyrobenú elektrinu možno použiť na napájanie domácich spotrebičov.
Tento výkon by mal stačiť na napájanie domácej chladničky (asi 0,1 kW), osobného počítača (cca 0,4kW), LCD TV (cca 0,2kW) a až 12 LED žiaroviek s výkonom 25W každá každý.
Hybridný kotol Navien so vstavaným generátorom a Stirlingovým motorom. Počas prevádzky kotla sa okrem hlavných funkcií vyrába elektrická energia rádovo 1000 W výkonu
Z európskych výrobcov sa vývoju v tomto smere venuje Viessmann. Viessmann má možnosť ponúknuť dva modely kotlov rady Vitotwin 300W a Vitotwin 350F podľa výberu zákazníka.
Vitotwin 300W bol prvým vývojom v tomto smere. Má pomerne kompaktný dizajn a vyzerá veľmi podobne ako bežné nástenný plynový kotol. Je pravda, že počas prevádzky prvého modelu boli identifikované „slabé“ miesta v prevádzke motora systému Stirling.
Najväčším problémom sa ukázal byť odvod tepla, základom fungovania zariadenia je vykurovanie a chladenie. Tie. vývojári čelili rovnakému problému ako Stirling v štyridsiatych rokoch minulého storočia - efektívne chladenie, ktoré je možné dosiahnuť len s významnými rozmermi chladič.
Preto sa objavil model kotla Vitotwin 350F, ktorý obsahoval nielen plynový kotol s generátorom elektriny, ale aj vstavaný 175l kotol.
Zásobník teplej vody je vyrobený v podlahovom prevedení z dôvodu veľkej hmotnosti ako samotného zariadenia, tak aj kvapaliny pripravenej na sanitárne účely
V tomto prípade je problém chladenia piestu Stirlingovho zariadenia v dôsledku vody kotol. Rozhodnutie však viedlo k tomu, že celkové rozmery a hmotnosť inštalácie vzrástli. Takýto systém už nie je možné namontovať na stenu ako bežný plynový kotol a môže byť iba stojanový.
Kotly Viessmann umožňujú napájanie prevádzkových systémov kotla z externého zdroja, t.j. z centrálnych napájacích sietí. Viessmann umiestnil zariadenie ako zariadenie, ktoré zabezpečuje vlastné potreby (prevádzku kotolní) bez možnosti odoberania prebytočnej elektriny pre domácu spotrebu.
Systém Vitotwin F350 je kotol s bojlerom na ohrev vody 175l. Systém umožňuje vykurovať miestnosť, poskytuje teplú vodu a vyrába elektrinu
S cieľom porovnať účinnosť použitia generátorov zabudovaných do vykurovacieho systému. Za zváženie stojí kotol, ktorý vyvinuli firmy TERMOFOR (Bieloruská republika) a Krioterm (Rusko, Minsk). Saint Petersburg).
Stojí za to ich zvážiť nie preto, že môžu nejakým spôsobom konkurovať vyššie uvedeným systémom, ale porovnať princípy fungovania a účinnosť výroby elektrickej energie. Tieto kotly využívajú ako palivo iba drevo, lisované piliny alebo brikety na báze dreva, preto sa nedajú postaviť na roveň modelom od NAVIEN a Viessmann.
Kotol s názvom "Vykurovacie kachle Indigirka" je orientovaný na dlhodobé vykurovanie drevom a pod., ale je vybavený dvoma tepelnými generátormi elektriny typu TEG 30-12. Sú umiestnené na bočnej stene jednotky. Výkon generátorov je malý, t.j. celkovo sú schopné generovať len 50-60W pri 12V.
Základné zariadenie sporáka Indigirka umožňuje nielen vykurovať miestnosť, ale aj variť jedlo na horáku. Doplnkom systému sú dva 12V generátory tepla s výkonom 50-60W.
V tomto kotle našla uplatnenie metóda Zebek, založená na tvorbe EMF v uzavretom elektrickom obvode. Skladá sa z dvoch odlišných typov materiálu a udržiava kontaktné body pri rôznych teplotách. Tie. Vývojári využívajú teplo generované kotlom aj na výrobu elektrickej energie.
Porovnanie účinnosti kotla
Porovnanie prezentovaných typov kotlov, ktoré nielen vykurujú miestnosť (tepl chladiaca kvapalina), ale aj vyrábať elektrickú energiu využitím vytvoreného tepla, mali by ste pri prevádzke venovať pozornosť dôležitým aspektom.
NAVIEN aj Viessmann umiestňujú svoje kotly s nepopierateľnými výhodami - plnou automatizáciou procesu, bez potreby servisných opráv a vo všeobecnosti úplná absencia zásahov po uvedení do prevádzky zo strany kupujúci.
Pre prevádzku týchto kotlov je potrebná len stabilná prevádzka systému, stabilná dostupnosť plynu (či už hlavné dodávky, fľašková inštalácia so skvapalneným plynom resp. palivová nádrž). Preto sa na prevádzku kotlov používa plyn pre domácnosť, ktorý po spálení nepoškodzuje životné prostredie.
V zásade takmer to isté možno povedať o vykurovacej peci Indigirka, len palivom tu nie je plyn, ale palivové drevo, pelety alebo lisované piliny.
Úplná absencia automatizáciektorý vyžaduje elektrinu. Systém výroby elektrickej energie a samotný kotol sa navzájom neovplyvňujú, t.j. ak dôjde k poruche systému výroby energie, kotol pokračuje v plnení svojich funkcií.
Všetky tieto plynové vykurovacie jednotky so Stirlingovými motormi pod horákmi vyrábajú elektrickú energiu, ktorá sa dá využiť na rôzne účely.
Kotly firiem NAVIEN a Viessmann sa tým nebudú môcť „pochváliť“, keďže motor systému Stirling je zabudovaný priamo do konštrukcie kotla. Ale ako ziskové sú takéto systémy a ako dlho sa takýto kotol vyplatí? Túto otázku je potrebné podrobne riešiť.
Ziskovosť uvažovaných systémov
Kotly NAVIEN a Viessmann sú na prvý pohľad prakticky minikogeneračné jednotky v súkromnom dome alebo dokonca v byte.
Aj napriek veľkým celkovým rozmerom schopnosť vyrábať elektrickú energiu jednoduchým používaním kotol na vykurovanie kotla alebo vykurovania by mal povzbudiť kupujúceho, aby si nainštaloval takýto „zázrak“ bez váhania technológie."
Pri bližšom skúmaní kotla NAVIEN sa však vynárajú otázky, na ktoré je potrebné odpovedať. Pri deklarovanom výkone 1 kW (voľný výkon, ktorý možno použiť podľa vlastného uváženia) kotol spotrebuje pri prevádzke systému pomerne veľa elektriny.
čo sa tým myslí? Minimálne prevádzka automatizácie, aj keď je potrebný malý výkon, ale je potrebný na to, aby fungoval ventilátor a obehové čerpadlo. Uvedené zariadenia celkovo dokážu tento kilowatt energie nielen úspešne spotrebovať, ale pri „pretaktovaní“ systému to nemusí stačiť.
Schéma vykurovacieho systému Vissmann Vitotwin 350F so 175l podlahovým kotlom. Systém umožňuje ako využitie elektriny z externého zdroja, tak aj prenos prebytočnej vyrobenej elektriny do všeobecnej siete.
Presne tie isté otázky vyvstávajú aj pri kotloch Viessmann, tu však aspoň nebola deklarovaná možnosť získavania elektriny pre vlastnú potrebu. Bola stanovená iba možnosť autonómnej prevádzky systému pri absencii externého napájania.
Hoci vývojári okamžite naznačujú, že "systém môže vyžadovať dodatočnú elektrickú energiu pri špičkovom zaťažení." Na pozadí deklarovaných 3 500 kWh elektriny vyrobenej za rok je táto nuansa už pochybná a jednoduchými a jednoduchými výpočtami dostaneme nasledovné:
3500:6 (mesiace štandardnej vykurovacej sezóny): 30 (v priemere 30 kalendárnych dní): 24 (24 hodín denne) = 0,81 kWh.
Tie. kotol vyrobí pri stabilnej (stálej) prevádzke cca 800W, ale koľko spotrebuje samotný systém počas prevádzky? Možno rovnaký, vyrobený 800W a možno aj viac.
Navyše elektrina vzniká len počas prevádzky horáka. Tie. buď je potrebná stála prevádzka systému, alebo je všetko trochu inak, ako hovoria vývojári systému.
Aké boli tieto výpočty? Systém kotla na drevo skutočne vydá svojich 50 Wh (alebo 0,05 kWh), ktoré možno použiť na dobitie tabletu, telefónu atď. aj pre banálne „duty LED žiarovky“. Oproti vývoju dvoch svetoznámych firiem ale popísaný vývoj jednoznačne vyzerá skôr ako dobrý marketingový ťah a nič viac.
Čo sa týka cenovej politiky týchto systémov, vo všeobecnosti je ťažké niečo hodnotiť. Pretože aj výrobcovia Viessmann a NAVIEN okamžite stanovujú, že zariadenie „nevyžaduje údržbu“. Preložené do jednoduchého jazyka - rozbilo sa, čo znamená, že jednotku je potrebné úplne vymeniť.
Toto nemusí platiť pre celý systém, ale pre jednotlivé komponenty: Stirlingov motor, systém plynového horáka atď. Výsledkom bude celkom pôsobivá suma. Na základe skutočnosti, že priemerná cena za tieto systémy je asi 12 tisíc rubľov. eur alebo 13,5 tis. $. Schéma prevádzky kotla s generátorom, potom môže v takejto situácii vyhrať iba výrobca systémov.
Sporák Indigirka sa porovnávania nemôže vôbec zúčastniť, nielen preto, že nie je druh paliva plyn, ale ani cena nie je porovnateľná (15x menej), ale preto, že sporák je umiestnený nie na domáce použitie, ale skôr na cesty, expedície a atď.
Ak v Európe situácia s nosičmi energie výrazne ovplyvňuje výber spotrebiteľa (pri výbere vykurovacích systémov resp zásobovanie energiou) z hľadiska hospodárnosti a šetrnosti k životnému prostrediu, štáty EÚ to stimulujú dotovaním zavádzania takéto systémy.
Pre domáceho spotrebiteľa v Rusku budú takéto systémy pravdepodobne príliš drahé, a to na začiatku „systém + inštalácia“, ako aj počas prevádzky.
Závery a užitočné video na túto tému
Princíp činnosti Stirlingovho motora, ktorý vybavuje plynový kotol:
Ukážka prevádzky plynového kotla s generátorom elektriny:
Príklad kachlí na drevo s generátorom elektriny na porovnanie s plynovou jednotkou:
Nezabudnite, že európske spoločnosti vyrábajúce energiu sú celkom lojálne k „výrobcom“ zariadení na úsporu energie.
V Rusku možnosť výroby a prenosu elektrickej energie do siete spotrebiteľom v domácnosti nielenže nie je stanovená zákonom, ale nie je vítaná ani sieťovými spoločnosťami. Preto je nepravdepodobné, že by prezentované systémy mali vážne šance na uplatnenie v podmienkach Ruskej federácie dnes.
Komentujte článok predložený na posúdenie v blokovom formulári nižšie, pýtajte sa, uverejňujte fotografie k téme. Povedzte nám, či poznáte kotly so systémami na výrobu elektrickej energie. Zdieľajte užitočné informácie, ktoré budú užitočné pre návštevníkov stránky.
