Caldaia a gas con generatore elettrico: dispositivo, principio di funzionamento, revisione delle migliori marche
Un atteggiamento attento nei confronti delle risorse energetiche è dettato innanzitutto 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 la radicale modernizzazione di quelli esistenti.
Pertanto, una caldaia a gas con generatore elettrico è una delle tipologie di sistemi ibridi che consentono di gestire in modo intelligente il carburante blu. Ti presenteremo il principio di funzionamento delle apparecchiature che producono energia elettrica insieme all'energia termica. Immaginiamo modelli tipici di unità ibride.
Il contenuto dell'articolo:
Consumo energetico efficiente
Anche la persona media che ha installata una caldaia a gas per riscaldare la propria casa può interrogarsi sull'uso razionale dell'energia termica. Infatti, quando si brucia gas in una caldaia, non tutto il calore generato viene utilizzato.
Quando un impianto di riscaldamento è in funzione, una parte del calore viene sempre dispersa irrimediabilmente. Questo di solito accade quando i prodotti della combustione vengono rilasciati dalla caldaia nell'atmosfera. In realtà, si tratta di energia sprecata che avrebbe potuto essere utilizzata.
Di cosa stiamo parlando esattamente? Sulla possibilità di utilizzare il calore “sprecato” nella produzione di energia elettrica.
I tipi di carburante possono essere diversi, a partire dalla banale legna da ardere e tutti i tipi di bricchette, per finire con le opzioni più economiche: gas principale con una predominanza di metano nella sua composizione, carburante blu artificiale e miscele di propano-butano liquefatto.
Può sembrare che questo sia lontano dalla "scoperta dell'America", ma in realtà la tecnologia, o meglio l'installazione, sviluppata nel 1943 da Robert Stirling, esiste. Le sue caratteristiche costruttive e il principio di funzionamento di base consentono di classificare questo sistema come un motore a combustione interna.
Perché allora questa installazione non è stata utilizzata per un periodo così significativo? La risposta è semplice: lo sviluppo teorico della tecnologia negli anni Quaranta del secolo scorso si è rivelato molto macchinoso nella pratica.
Le tecnologie e i materiali esistenti al momento dello sviluppo non consentivano di ridurre le dimensioni dell’impianto e i metodi esistenti per produrre energia elettrica erano più convenienti.
Cosa può farci pensare oggi ad un atteggiamento più attento nei confronti delle risorse che non sono classificate come rinnovabili? Al giorno d'oggi esiste un problema comune in tutto il mondo: lo sviluppo della tecnologia porta inevitabilmente ad un aumento del consumo di energia elettrica.
L’aumento dei consumi avviene 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 guasto degli elementi dei sistemi di alimentazione, e in alcuni casi ciò può accadere con invidiabile regolarità.
Le moderne caldaie per il riscaldamento sono dotate di sistemi di controllo anch'essi dipendenti dall'energia. La pompa di circolazione, i sensori, l'automazione e il pannello stesso necessitano di alimentazione. L'intero set di dispositivi non può che causare preoccupazione per il mantenimento della funzionalità durante un'interruzione di corrente.
Non è possibile far funzionare gli impianti di riscaldamento forzato senza elettricità. Per loro un’interruzione di corrente durante la stagione del riscaldamento è quasi catastrofica. Ciò non solo porterà inevitabilmente ad un rapido raffreddamento della stanza, ma se il riscaldamento non funziona per un lungo periodo, il circuito potrebbe bloccarsi.
Opzioni esistenti standard per risolvere il problema: installazione gruppi di continuità, generatori di varie modifiche (generatori a gas, benzina, diesel o fonti non tradizionali - generatori eolici o mini centrali termiche, centrali idroelettriche).
Ma questa soluzione non è accettabile per tutti, poiché per molti è difficile allocare lo spazio per installare un fornitore autonomo di energia elettrica.
Mentre i residenti di case singole possono ancora riservare spazio per un generatore, ciò è quasi impossibile per l'installazione in un edificio a più piani. Pertanto, si scopre che i residenti dei condomini con sistemi di riscaldamento individuali sono i primi a soffrire quando viene a mancare la corrente.
Ecco perché, innanzitutto, le aziende che producono componenti per l'assemblaggio di impianti di riscaldamento si sono poste la questione di sfruttare appieno il calore che viene “sprecato” dall'impianto di riscaldamento. Abbiamo pensato a come utilizzare questa sostanza di scarto per generare elettricità.
Tra le tecnologie ben note, gli sviluppatori hanno scelto l'installazione Stirling "ben dimenticata", le moderne tecnologie consentono di aumentarne l'efficienza pur mantenendo dimensioni compatte.
Il principio di funzionamento dell'impianto Stirling si basa sull'utilizzo del riscaldamento e del raffreddamento del fluido di lavoro, che a sua volta attiva un meccanismo che genera energia elettrica.
All'interno del pistone (chiuso) c'è un gas pompato; quando riscaldato, il mezzo gassoso si espande e muove il pistone in una direzione; dopo essersi raffreddato nel frigorifero, si contrae e muove il pistone nell'altra direzione.
Revisione dei produttori di caldaie con generatori
Diamo un'occhiata ad esempi specifici di sistemi di caldaie domestiche esistenti oggi, in cui è stato implementato con successo il principio dell'utilizzo dei gas di scarico (prodotti della combustione) per produrre elettricità. L'azienda sudcoreana NAVIEN ha implementato con successo la tecnologia di cui sopra in una caldaia del marchio HYBRIGEN SE.
La caldaia utilizza un motore Stirling che, secondo i dati del passaporto, durante il funzionamento genera elettricità con una potenza di 1000 W (o 1 kW) e una tensione di 12 V. Gli sviluppatori sostengono che l'elettricità generata può essere utilizzata per alimentare gli elettrodomestici.
Questa potenza dovrebbe essere sufficiente ad alimentare un frigorifero domestico (circa 0,1 kW), un personal computer (circa 0,4 kW), un televisore LCD (circa 0,2 kW) e fino a 12 lampadine LED con una potenza di 25 W ciascuna.
Tra i produttori europei Viessmann si sta sviluppando in questa direzione. Viessmann ha l'opportunità di offrire ai consumatori una scelta tra due modelli di caldaie delle serie Vitotwin 300W e Vitotwin 350F.
Il Vitotwin 300W è stato il primo sviluppo in questa direzione. Si distingue per un design abbastanza compatto ed è molto simile nell'aspetto a quello convenzionale 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 Stirling.
Il problema più grande si è rivelato essere la rimozione del calore; la base del funzionamento del dispositivo è il riscaldamento e il raffreddamento. Quelli. gli sviluppatori hanno dovuto affrontare lo stesso problema affrontato da Stirling negli anni Quaranta del secolo scorso: un raffreddamento efficace, che può essere ottenuto solo con una dimensione significativa del dispositivo di raffreddamento.
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 integrata da 175 litri.
In questo caso si tratta del problema del raffreddamento del pistone dell'impianto Stirling a causa dell'acqua all'interno caldaia. Tuttavia, la decisione ha portato ad un aumento delle dimensioni complessive e del peso dell'installazione. Un sistema del genere non può più essere montato a parete come una caldaia a gas convenzionale, ma può essere montato solo a pavimento.
Le caldaie Viessmann offrono la possibilità di alimentare i sistemi operativi della caldaia da una fonte esterna, ad es. dalle reti di alimentazione centralizzate. L'azienda Viessmann ha posizionato l'apparecchiatura come un dispositivo che provvede al proprio fabbisogno (funzionamento delle caldaie) senza la possibilità di selezionare l'elettricità in eccesso per il consumo domestico.
Al fine di confrontare l'efficienza dell'utilizzo dei generatori integrati nel sistema di riscaldamento. Vale la pena considerare la caldaia, sviluppata dalle società TERMOFOR (Repubblica di Bielorussia) e dalla società Kryotherm (Russia, San Pietroburgo).
Vale la pena prenderli in considerazione non perché possano in qualche modo competere con i sistemi sopra menzionati, 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 paragonati ai modelli NAVIEN e Viessmann.
La caldaia, denominata “Stufa “Indigirka”, è destinata 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.
In questa caldaia è stato utilizzato il metodo Seebeck, basato sulla formazione di una fem 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 efficienza caldaia
Confrontando i tipi di caldaie presentati, che non solo riscaldano la stanza (calore refrigerante), ma generano anche elettricità attraverso l'uso del calore generato, è necessario prestare attenzione agli aspetti importanti durante il funzionamento.
Sia la società NAVIEN che la società Viessmann posizionano le loro caldaie, sottolineando gli indubbi vantaggi: completa automazione del processo, nessuna necessità di riparazioni di servizio e generalmente una completa mancanza di intervento dopo la messa in servizio da parte dell'acquirente.
Per il funzionamento di queste caldaie, tutto ciò che serve è un funzionamento stabile del sistema e una disponibilità stabile di gas (che si tratti della fornitura principale, di un impianto in bombole con gas liquefatto o Bombola del gas). Di conseguenza, per il funzionamento delle caldaie viene utilizzato il gas domestico che, dopo la combustione, non arreca 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 energia elettrica. Il sistema di generazione dell’energia elettrica e la caldaia stessa non si influenzano a vicenda, cioèIn caso di guasto del sistema di produzione elettrica, la caldaia continua a svolgere le sue funzioni.
Le caldaie NAVIEN e Viessmann non possono vantarsene, poiché il motore Stirling è integrato direttamente nella struttura della caldaia. Ma quanto sono redditizi tali sistemi e quanto tempo ci vorrà perché una caldaia del genere si ripaghi da sola? Vale la pena comprendere questo problema in dettaglio.
Redditività dei sistemi considerati
A prima vista, le caldaie NAVIEN e Viessmann sono praticamente mini centrali termiche in una casa privata o addirittura in un appartamento.
Nonostante le grandi dimensioni complessive, la possibilità di produrre energia elettrica semplicemente utilizzando una caldaia per riscaldare una caldaia o riscaldare ambienti dovrebbe indurre l'acquirente a installare un simile “miracolo della tecnologia” senza esitazione.
Ma dopo un esame più attento della caldaia NAVIEN sorgono domande che richiedono risposte. Con una potenza dichiarata di 1 kW (potenza gratuita che può essere utilizzata a vostra discrezione), la caldaia consuma elettricità in modo abbastanza evidente quando l'impianto è in funzione.
Cosa si intende? Come minimo, l'automazione funziona, anche se è necessaria un po' 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 potrebbero non essere sufficienti durante l'overclocking del sistema.
Per quanto riguarda le caldaie Viessmann sorgono esattamente le stesse domande, ma almeno qui non è stata menzionata la possibilità di estrarre elettricità per il proprio fabbisogno. È stata prevista solo la possibilità di funzionamento autonomo del sistema in assenza di alimentazione esterna.
Anche se gli sviluppatori sottolineano subito che “il sistema potrebbe richiedere energia elettrica aggiuntiva nei picchi di carico”. Sullo sfondo dei 3500 kWh dichiarati di elettricità prodotta all'anno, questa sfumatura è già in dubbio, ma attraverso 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 in un giorno) = 0,81 kW*ora.
Quelli. La caldaia produce circa 800 W durante il funzionamento stabile (costante), ma quanto consuma l'impianto stesso durante il funzionamento? Forse gli stessi, che producono 800 W, e forse di più.
Inoltre, l'elettricità viene generata solo durante il funzionamento del bruciatore. Quelli. O è richiesto il funzionamento costante del sistema, oppure tutto è leggermente diverso da ciò che dicono gli sviluppatori del sistema.
A cosa hanno portato questi calcoli? L'impianto caldaia a legna produce infatti i suoi 50Wh (o 0,05kWh), che possono essere utilizzati per ricaricare tablet, telefono, ecc. anche per una banale “lampadina LED di servizio”. A differenza degli sviluppi di due aziende di fama mondiale, gli sviluppi descritti sembrano chiaramente più una buona manovra di marketing e niente di più.
Per quanto riguarda la politica dei prezzi per questi sistemi, generalmente è difficile valutare qualsiasi cosa.Perché anche le aziende produttrici Viessmann e NAVIEN stabiliscono immediatamente che l’attrezzatura “non necessita di manutenzione”. Tradotto in un linguaggio semplice, è rotto, il che significa che l'unità deve essere sostituita completamente.
Ciò potrebbe non valere per l'intero sistema, ma per i singoli componenti: il motore Stirling, il sistema del bruciatore a gas, ecc. Il risultato sarà una quantità davvero impressionante. Supponendo che il prezzo medio di questi sistemi sia di circa 12mila. euro o 13,5 mila $. Lo schema di funzionamento di una caldaia con un generatore, quindi solo il produttore del sistema 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 gas, e il prezzo non è paragonabile (15 volte inferiore), ma perché la stufa è posizionata non per uso domestico, ma più per i viaggi, spedizioni, ecc. .P.
Se in Europa la situazione energetica influenza in modo significativo la scelta dei consumatori (nella scelta dei sistemi di riscaldamento o di approvvigionamento energetico) dal punto di vista dell'efficienza e del rispetto dell'ambiente, allora gli stati dell'UE lo stimolano sovvenzionando la realizzazione di tali sistemi.
Per i consumatori domestici in Russia, tali sistemi saranno molto probabilmente troppo costosi, sia inizialmente “sistema + installazione” che durante il funzionamento.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Il principio di funzionamento di un motore Stirling che equipaggia una 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 aziende europee produttrici di energia sono piuttosto fedeli ai “produttori” di apparecchiature per il risparmio energetico.
In Russia la possibilità di generare e trasmettere energia elettrica alla rete da parte dei consumatori domestici non solo non è sancita dalla legge, ma non è nemmeno accolta con favore dalle società di rete. Pertanto, è improbabile che i sistemi presentati abbiano una seria possibilità di essere utilizzati oggi nella Federazione Russa.
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