Gaskedel med elektrisk generator: opbygning, funktionsprincip, oversigt over de bedste mærker

Omsorg for energiressourcer er først og fremmest dikteret af, at stort set alle naturressourcer ikke er uendelige. Økonomisk forbrug af alle typer brændstof kræver udvikling af nye systemer eller radikal modernisering af eksisterende.

Så gaskedel med elektrisk generator – er en type hybridsystem, der gør det muligt at forvalte det blå brændstof fornuftigt. Vi vil introducere dig til funktionsprincippet for udstyr, der ud over termisk energi også producerer elektrisk energi. Vi præsenterer typiske modeller af hybridaggregater.

Effektivt forbrug af energiressourcer

Selv en almindelig borger, der har en gaskedel installeret til opvarmning af boligen, kan undre sig over rationaliteten i brugen af termisk energi. For ved afbrænding af gas i kedlen bliver ikke al den frigivne varme faktisk brugt.

Altid går en del af varmen uigenkaldeligt tabt under drift af varmesystemet. Det sker normalt ved udledning af forbrændingsprodukter fra kedlen til atmosfæren. Faktisk er dette tabt energi, der kunne have fundet anvendelse.

Hvad handler det helt konkret om? Om muligheden for at anvende den forgæves “udslupne” varme til produktion af elektrisk energi.

Hvis man tager udgangspunkt i, at kedlens varmesystem allerede er optimeret med henblik på maksimal forøgelse af virkningsgraden, udgør den 'udslupne' energi stadig en betydelig andel af den energi, der frigives ved brændstoffets forbrænding

Brændstoftyperne kan variere, lige fra almindeligt træ og diverse briketter til de mest økonomiske muligheder: naturgas med overvægt af metan i sammensætningen, kunstigt blåt brændstof og propan-butan-blandinger.

Det kan virke som om, det langt fra er 'noget nyt', men faktisk findes den teknologi, eller rettere installationen, der blev udviklet af Robert Stirling helt tilbage i 1943. Dens konstruktive særpræg og grundlæggende funktionsprincip gør, at dette system kan klassificeres som en forbrændingsmotor.

Hvorfor blev dette anlæg så ikke brugt i så lang tid? Svaret er enkelt – den teoretiske udvikling af teknologien i 1940'erne viste sig i praksis at være meget omfangsrig.

De teknologier og materialer, der eksisterede på udviklingstidspunktet, tillod ikke at reducere anlæggets størrelse, og de eksisterende metoder til produktion af elektrisk energi var mere rentable.

Inddragelse af en enhed i gaskedlen, der omdanner spildvarme til elektricitet, kan væsentligt forbedre effektiviteten af gasbehandlingsanlægget.

Hvad kan få os i dag til at tænke over en mere skånsom omgang med ressourcer, der ikke er vedvarende? Der er i øjeblikket et fælles problem over hele verden – teknologiudvikling fører uundgåeligt til øget forbrug af elektrisk energi.

Forbrugsstigningen sker i et så hastigt tempo, at netvirksomhederne ikke når at modernisere eloverførselssystemerne, for slet ikke at tale om produktionen. Denne situation fører uundgåeligt til, at komponenter i elforsyningssystemer svigter, og i nogle tilfælde kan det ske med misundelsesværdig regelmæssighed.

Moderne varmekedler er udstyret med styresystemer, der også er strømafhængige. Cirkulationspumpen, sensorer, automatik, selve panelet har brug for strømforsyning. Hele sættet af enheder kan ikke undgå at vække bekymring for opretholdelse af funktionaliteten under strømsvigt.

Varmesystemer med tvungen cirkulation kan ikke startes uden strøm. Strømafbrydelse i fyringssæsonen er nærmest katastrofal for dem. Ikke nok med, at det uundgåeligt vil føre til hurtig nedkøling af rummet, ved langvarig inaktiv opvarmning er der risiko for frysning af kredsløbet.

Langvarig inaktivitet af varmesystemet i den kolde årstid fører til frysning af varmesystemet, dannelse af ispropper og i sidste ende til skade på udstyr og varmerør på grund af brud.

De standardeksisterende løsningsmuligheder er installation af uafbrydelige strømforsyninger, generatorer af alle slags (gas-, benzin-, dieselgeneratorer eller utraditionelle kilder – vindmøller eller mini-kraftværker, vandkraftværker).

Men denne løsning er langt fra acceptabel for alle, da mange har svært ved at afsætte plads til installation af en uafhængig strømleverandør.

Hvis beboere i parcelhuse stadig kan afsætte plads til en generator, så er det praktisk talt umuligt i en etagebygning. Dermed viser det sig, at beboere i lejlighedskomplekser med individuelt varmesystem er de første, der vil lide under strømsvigt.

Derfor var det primært virksomheder, der fremstiller komponenter til varmesystemer, der stillede spørgsmålet om fuld udnyttelse af den varme, der 'kasseres' af varmesystemet. De overvejede, hvordan man kan bruge den formålsløst spildte substans til at generere elektricitet.

Blandt de kendte teknologier valgte udviklerne den 'velglemte' Stirling-enhed, moderne teknologier gør det muligt at øge dens effektivitet, mens de bevarer kompakte dimensioner.

Stirling-motorens arbejdsprincip – stempelbevægelse op og ned. Motoren arbejder næsten lydløst og forårsager ikke vibrationer i udstyret.

Stirling-enhedens arbejdsprincip er baseret på opvarmning og afkøling af arbejdsmediet, hvilket igen aktiverer en mekanisme, der producerer elektrisk energi.

Inde i stemplet (lukket) er der en indpumpet gas. Ved opvarmning udvider gasmediet sig og skubber stemplet i den ene retning, efter afkøling i køleren komprimeres det og skubber stemplet i den anden retning.

Oversigt over producenter af kedler med generator

Lad os se på konkrete eksempler på eksisterende husholdningskedelsystemer, hvor princippet om at bruge udstødningsgasser (forbrændingsprodukter) til elproduktion er blevet implementeret med succes. Det sydkoreanske firma NAVIEN har med succes implementeret ovennævnte teknologi i kedlen af mærket HYBRIGEN SE.

Kedlen bruger en Stirling-motor, som ifølge specifikationerne genererer elektricitet med en effekt på 1000 W (eller 1 kW) og en spænding på 12 V. Udviklerne hævder, at den genererede elektricitet kan bruges til at drive husholdningsapparater.

Denne effekt bør være tilstrækkelig til at drive et husholdningskøleskab (cirka 0,1 kW), en personlig computer (cirka 0,4 kW), et LCD-tv (cirka 0,2 kW) og op til 12 LED-pærer på 25 W hver.

Kedel fra serien Hybrigen SE fra firmaet Navien med indbygget generator og Stirling-systemmotor. Ved drift af kedlen produceres der ud over hovedfunktionerne elektricitet på omkring 1000 W effekt.

Blandt de europæiske producenter beskæftiger virksomheden Viessmann sig med udvikling inden for dette område. Viessmann har mulighed for at præsentere to kedelmodeller i serien Vitotwin 300W og Vitotwin 350F for forbrugeren.

Modellen Vitotwin 300W var den første udvikling i den nævnte retning. Den er forholdsvis kompakt og ligner udvendigt meget en almindelig væghængt gaskedel. Men det var netop ved driften af den første model, at der blev identificeret 'svage punkter' i Stirling-systemmotorens funktion.

Den største udfordring var varmeafledning; enhedens funktion bygger på opvarmning og afkøling. Med andre ord stødte udviklerne på det samme problem som Stirling i 1940'erne – effektiv køling, som kun kan opnås med en stor køler.

Derfor opstod modellen Vitotwin 350F, som ikke kun omfattede en gaskedel med elgenerator, men også en indbygget vandvarmer på 175 l.

Varmtvandsbeholderen er udført som en gulvmodel på grund af den store vægt, både af selve udstyret og af den væske, der forberedes til sanitære formål.

I dette tilfælde blev problemet med køling af Stirlings maskines stempel løst effektivt ved hjælp af vandet i vandvarmeren. Løsningen førte dog til, at enhedens dimensioner og vægt blev forøget. Et sådant system kan ikke længere monteres på væggen som en almindelig gaskedel og kan kun være gulvmonteret.

Viessmann-kedler giver mulighed for at forsyne kedelsystemet fra en ekstern kilde, dvs. fra det offentlige elnet. Virksomheden Viessmann positionerede udstyret som en enhed, der dækker egne behov (kedelens drift) uden mulighed for at trække overskydende elektricitet til husholdningsbrug.

Systemet Vitotwin F350 – en kedel med en vandvarmer på 175 l. Systemet kan opvarme rummet, levere varmt vand og generere elektrisk energi.

For at kunne sammenligne effektiviteten af generatorer indbygget i varmesystemet. Overvej en kedel udviklet af virksomhederne «TERMOFOR» (Republikken Hviderusland) og «Krioterm» (Rusland, Sankt Petersborg).

Det er ikke værd at overveje dem, fordi de på nogen måde kan konkurrere med de ovennævnte systemer, men for at sammenligne arbejdsprincipper og effektivitet af elproduktion. Disse kedler bruger kun brænde, presset savsmuld eller træbaserede briketter som brændsel, og derfor kan de ikke sidestilles med modellerne fra NAVIEN og Viessmann.

Kedlen, kaldet «Varmeovn «Indigirka», er designet til langvarig opvarmning med brænde og lignende, men er forsynet med to termiske elgeneratorer af typen TEG 30-12. De er placeret på aggregatets sidevæg. Generatorernes effekt er lille, dvs. de kan tilsammen kun generere 50-60 W ved 12 V.

Det grundlæggende design af ovnen “Indigirka” gør det muligt ikke kun at opvarme rummet, men også at lave mad på komfuret. Systemet er suppleret med to 12V varmegeneratorer med en effekt på 50-60W.

I denne kedel anvendes Seebeck-metoden, som er baseret på dannelse af elektromotorisk kraft i et lukket elektrisk kredsløb. Den består af to forskellige materialer og opretholder kontaktpunkter ved forskellige temperaturer. Det vil sige, at udviklerne også bruger den varme, som kedlen afgiver, til at producere elektrisk energi.

Sammenligning af kedlernes effektivitet

Når man sammenligner de præsenterede kedeltyper, som ikke kun opvarmer rummet (opvarmer varmebæreren), men også producerer elektricitet ved at udnytte den afgivne varme, bør man være opmærksom på vigtige aspekter ved driften.

Både NAVIEN og Viessmann markedsfører deres kedler og fremhæver utvivlsomme fordele – fuld automatisering af processen, intet behov for service reparation og generelt ingen indblanding fra køberens side efter idriftsættelse.

For at disse kedler kan fungere, kræves der kun en stabil drift af systemet og en stabil gasforsyning (det være sig via naturgasnettet, en flaskeinstallation med flydende gas eller en gastank). Derfor anvendes der husholdningsgas til kedlerne, som efter forbrænding ikke er skadelig for miljøet.

Dybest set kan næsten det samme siges om varmeovnen “Indigirka”, blot er brændselstypen her ikke gas, men træ, pellets eller presset savsmuld.

Fuldstændig fravær af automatik, som kræver elektricitet. Systemet til produktion af elektrisk energi og selve kedlen påvirker ikke hinandens drift, dvs. hvis strømproduktionssystemet svigter, fortsætter kedlen med at udføre sine funktioner.

Alle disse gasforarbejdende varmeenheder, under hvis brændere der er anbragt Stirling-motorer, producerer elektrisk energi, som kan bruges til forskellige formål.

Kedler fra NAVIEN og Viessmann kan ikke “prale” af sådan noget, da Stirling-systemmotoren er integreret direkte i kedlens konstruktion. Men hvor rentable er sådanne systemer, og hvor lang tid tager det for en sådan kedel at tjene sig ind? Dette spørgsmål bør undersøges nærmere.

Rentabilitet af de omhandlede systemer

Ved første øjekast er kedlerne fra NAVIEN og Viessmann nærmest mini-kraftvarmeværker i et privat hus eller endda en lejlighed.

Selv på trods af de store dimensioner, burde muligheden for at producere elektrisk energi blot ved at bruge kedlen til at opvarme vandvarmeren eller opvarme rum, få køberen til uden tøven at installere et sådant «teknisk vidunder».

Men ved nærmere eftersyn af NAVIEN-fyrværket opstår der spørgsmål, der kræver svar. Ved den angivne effekt på 1 kW (fri effekt, som man kan bruge efter eget skøn), bruger kedlen ganske mærkbart elektricitet under systemets drift.

Hvad menes der? I det mindste automatikken; selvom den nødvendige effekt er lille, er den nødvendig for, at blæseren og cirkulationspumpen fungerer. De nævnte enheder kan tilsammen ikke blot forbruge denne kilowatt energi, men den kan også være utilstrækkelig, når systemet sættes i gang.

Principskema for varmesystemet fra Vissmann Vitotwin 350F med en gulvbeholder på 175 liter. Systemet gør det muligt både at bruge elektricitet fra en ekstern kilde og at afgive overskydende produceret elektricitet til det offentlige net.

Præcis de samme spørgsmål opstår ved Viessmann-kedler, men her blev i det mindste ikke påstået muligheden for at udvinde elektricitet til eget brug. Kun muligheden for autonom drift af systemet i mangel af ekstern forsyning blev nævnt.

Men straks efter påpeger udviklerne, at 'systemet kan kræve yderligere elektrisk effekt ved spidsbelastninger'. I lyset af de annoncerede 3500 kWh produceret elektricitet om året, vækker denne nuance allerede tvivl, og ved simple beregninger får vi følgende:

3500:6 (måneder af standard fyringssæsonen):30 (30 kalenderdage i gennemsnit):24 (24 timer i døgnet) = 0,81 kWh.

Dvs. kedlen producerer ved stabil (konstant) drift omkring 800 W, men hvor meget forbruger selve systemet under driften? Måske de samme 800 W, måske mere.

Derudover produceres der kun elektricitet, når brænderen er i drift. Dvs. enten kræves konstant drift af systemet, eller også er det lidt anderledes, end udviklerne fortæller.

Hvorfor blev disse beregninger foretaget? Brændefyringssystemets kedel afgiver reelt sine 50 Wh (eller 0,05 kWh), som kan bruges til at oplade en tablet, telefon osv. endda til en almindelig 'standby LED-pære'. I modsætning til udviklinger fra to verdensomspændende virksomheder, ligner de beskrevne udviklinger dog tydeligvis mere et godt markedsføringstrick, og intet andet.

Hvad angår prispolitikken for disse systemer, er det overhovedet svært at vurdere noget. Da selv producenterne Viessmann og NAVIEN straks påpeger, at udstyret 'ikke kræver vedligeholdelse'. Oversat til almindeligt sprog – går det i stykker, så skal enheden udskiftes helt.

Det kan vedrøre ikke hele systemet, men individuelle komponenter: Stirling-motoren, gasbrændersystemet osv. Resultatet bliver en ret imponerende sum. Hvis man tager udgangspunkt i, at prisen på disse systemer i gennemsnit er omkring 12.000 euro eller 13.500 $. Diagram over kedlens drift med generator. Så kan det i en sådan situation måske kun være producenten af systemerne, der vinder.

Ovnen “Indigirka” kan overhovedet ikke deltage i sammenligningen, ikke kun fordi brændstoftypen ikke er gas, og prisen er ikke sammenlignelig (15 gange mindre), men fordi ovnen er positioneret ikke til husholdningsbrug, men mere til rejser, ekspeditioner osv.

Hvis situationen med energikilder i Europa påvirker forbrugernes valg (ved valg af varmesystemer eller energiforsyning) væsentligt med hensyn til økonomi og miljøvenlighed, så stimulerer EU-landene dette gennem subsidiering til indførelse af sådanne systemer.

For en husholdningsforbruger i Rusland vil sådanne systemer sandsynligvis være alt for dyre, både oprindeligt som “system+installation” og i driftsprocessen.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Arbejdsprincippet for Stirlingmotoren, der udstyrer gaskedlen:

Demonstration af driften af en gaskedel med elgenerator:

Eksempel på en brændeovn med elgenerator til sammenligning med gasaggregatet:

Det skal ikke glemmes, at europæiske energiproducerende virksomheder er ret loyale over for “producenter” af energibesparende udstyr.

I Rusland er muligheden for, at en husholdningsforbruger kan generere og aflevere elektrisk energi til nettet, ikke kun ikke lovfæstet, men den bliver heller ikke støttet af netselskaberne. Derfor har de præsenterede systemer næppe seriøse chancer for anvendelse i Rusland i dag.

Kommenter venligst artiklen, der er præsenteret til gennemsyn, i blokformularen nedenfor, stil spørgsmål, læg billeder op om emnet. Fortæl, om du kender kedler med elgenererende systemer. Del nyttig information, der vil være nyttig for websitets besøgende.