Газов котел с електрогенератор: устройство, принцип на работа, преглед на най-добрите марки

Бережното отношение към енергийните ресурси е продиктувано на първо място от факта, че почти всички природни запаси не са безкрайни. Икономичното разходване на всички видове горива изисква разработване на нови системи или радикална модернизация на съществуващите.

Така, газовият котел с електрогенератор – това е един от видовете хибридни системи, които позволяват разумно да се разпореждаме със синьото гориво. Ще ви запознаем с принципа на действие на оборудването, което произвежда наред с топлинната енергия и електрическа. Ще представим типични модели на хибридните агрегати.

Ефективно потребление на енергийни ресурси

Дори обикновеният потребител, който има инсталиран газов котел за отопление на жилището, може да си задава въпроса за рационалността на използването на топлинната енергия. Наистина, нали при изгарянето на газ в котела, далеч не цялата отделена топлина се използва.

Винаги при работа на отоплителната система някаква част от топлината безвъзвратно се губи. Обикновено това става при изхвърляне на продуктите на горене от котела в атмосферата. Всъщност това е изгубена енергия, която би могла да намери приложение.

За какво точно става въпрос? За възможността за използване на напразно “изхвърлената” топлина в производството на електрическа енергия.

Ако се изхожда от това, че системата на отоплителния котел и без това е оптимизирана с цел максимално повишаване на КПД, то «изхвърляната» енергия все пак съставлява значителна част от енергията, която се отделя при горене на гориво.

Видовете гориво могат да бъдат различни, започвайки от банални дърва и всевъзможни брикети, завършвайки с най-икономичните варианти: магистрален газ с преобладаване на метан в състава, изкуствено синьо гориво и пропан-бутанови втечнени смеси.

Може да изглежда, че това далеч не е «откритие на Америка», но всъщност разработената още в далечната 1943 година от Робърт Стирлинг технология, а по-точно, инсталация съществува. Нейните конструктивни особености и основният принцип на работа позволяват да се отнася тази система към двигателите с вътрешно горене.

Защо тогава не се използваше тази инсталация толкова дълго време? Отговорът е прост – теоретичната разработка на технологията през четиридесетте години на миналия век на практика се оказа много обемиста.

Съществуващите по време на разработката технологии и материали не позволяваха да се намалят размерите на инсталацията, а съществуващите методи за производство на електрическа енергия бяха по-рентабилни.

Включването в схемата на газовия котел на устройство, което преработва безполезно изразходваната топлина в електрическа енергия, позволява значително да се повиши КПД на газопреработващата инсталация.

Какво може да ни накара днес да се замислим за по-пестеливо отношение към ресурсите, които не спадат към категорията на възобновяемите? В момента в целия свят съществува общ проблем – развитието на технологиите неизбежно води до увеличаване на потреблението на електрическа енергия.

Увеличението на потреблението се случва с толкова бързи темпове, че мрежовите компании не успяват да модернизират системите за пренос на електрическа енергия, да не говорим за производството. Такава ситуация неизбежно води до това, че елементите на електроснабдителните системи излизат от строя, а в някои случаи това може да се случва със завидна редовност.

Съвременните отоплителни котли са оборудвани с управляващи системи, които също са енергозависими. В електрозахранване се нуждаят циркулационната помпа, датчиците, автоматиката, самият панел. Целият набор от устройства не може да не поражда безпокойство за запазване на работоспособността при изключване на електроенергията.

Принудителните отоплителни системи не е възможно да се пуснат без електроенергия. Изключването на електрозахранването през отоплителния сезон за тях е практически катастрофално. Освен, че това неизбежно ще доведе до бързо охлаждане на помещението, при продължително неработещо отопление е възможно замръзване на контура.

Продължителното отсъствие на работа на отоплителната система през студеното време на годината води до замръзване на отоплителната система, до поява на ледени тапи в нея и в крайна сметка до повреда на оборудването и отоплителните тръби поради разкъсване.

Стандартните съществуващи варианти за решаване на въпроса – инсталиране на източници на непрекъсвано захранване, генератори от всевъзможни модификации (газо-, бензо-, дизелгенератори или нетрадиционни източници – вятърни генератори или мини ТЕЦ, ВЕЦ).

Но този начин на решение е приемлив далеч не за всички, тъй като на много хора им е трудно да отделят място за инсталиране на автономен доставчик на електричество.

Ако жителите на индивидуални къщи все още могат да отделят място за генератор, то за инсталиране в многоетажна сграда това е практически невъзможно. По този начин се оказва, че жителите на многофамилни сгради с индивидуална отоплителна система са първите, които ще пострадат при изключване на тока.

Именно затова на първо място компаниите, които произвеждат компоненти за сглобяване на отоплителни системи, се замислиха за пълноценното използване на топлината, която се „изхвърля“ от отоплителната система. Замислиха се как безцелно разходваното вещество да се приложи за генериране на електроенергия.

От известните технологии разработчиците избраха „добре забравената“ инсталация на Стирлинг, съвременните технологии позволяват да се увеличи нейната ефективност, като се запазят компактните размери.

Принцип на работа на двигателя на Стирлинг – движение на буталото на двигателя надолу и нагоре. Двигателят работи почти безшумно и не предизвиква вибрации на оборудването.

Принципът на работа на инсталацията на Стирлинг се основава на използване на нагряване и охлаждане на работното тяло, което от своя страна задейства механизъм, който произвежда електрическа енергия.

Вътре в буталото (затворено) се намира инжектиран газ, при нагряване газообразната среда се разширява и движи буталото в една посока, след охлаждане в охладителя тя се свива и движи буталото в другата посока.

Преглед на производители на котли с генератор

Нека разгледаме на конкретни примери системите на битови котли, които съществуват в днешно време, в които принципът на използване на отработените газове (продукти на горене) за производство на електроенергия е бил успешно реализиран. Южнокорейската фирма NAVIEN успешно реализира горепосочената технология в котел от марката HYBRIGEN SE.

В котела се използва двигател на Стирлинг, който според паспортните данни произвежда в процеса на работа електроенергия с мощност 1000W (или 1kW) и напрежение 12V. Разработчиците твърдят, че произвежданата електроенергия може да се използва за захранване на битови уреди.

Такава мощност трябва да бъде достатъчна за захранване на битов хладилник (около 0,1 kW), персонален компютър (около 0,4 kW), LCD телевизор (около 0,2 kW) и до 12 светодиодни лампи с мощност по 25 W всяка.

Котел от серията Hybrigen SE на компанията Navien с вграден генератор и двигател на системата на Стирлинг. При работа на котела освен основните функции се произвежда електроенергия с мощност около 1000 W.

От европейските производители с разработки в тази посока се занимава компанията Viessmann. Viessmann има възможност да представи на избор на потребителя два модела котли от серията Vitotwin 300W и Vitotwin 350F.

Моделът Vitotwin 300W беше първата разработка в посочената посока. Тя се отличава с доста компактно изпълнение и външно много прилича на обикновен настенен газов котел. Всъщност именно при експлоатацията на първия модел бяха определени „слабите“ места в работата на двигателя на системата на Стирлинг.

Най-големият проблем се оказа отвеждането на топлината, основата на работа на устройството е нагряване и охлаждане. Т.е. разработчиците се сблъскаха със същия проблем, с който се сблъска Стърлинг през четиридесетте години на миналия век – ефективно охлаждане, което може да се постигне само при значителни размери на охладителя.

Именно затова се появи моделът на котела Vitotwin 350F, който включваше вече не само газов котел с генератор на електричество, но и вграден бойлер от 175 литра.

Акумулаторният съд за гореща вода се изпълнява в подов вариант поради голямото тегло както на самото оборудване, така и на течността, подготвяна за санитарни цели.

В този случай доста ефективно беше решен проблемът с охлаждането на буталото на инсталацията на Стърлинг благодарение на водата в бойлера. Решението обаче доведе до това, че габаритните размери и теглото на инсталацията се увеличиха. Такава система вече не може да се закрепва на стена като обикновен газов котел и може да бъде само подова.

Котлите на компанията Viessmann предвиждат възможност за захранване на системите за работа на котела от външен източник, т.е. от мрежите на централно електроснабдяване. Компанията Viessmann позиционира оборудването като устройство, осигуряващо собствените нужди (работа на агрегатите на котела) без възможност за отнемане на излишък от електроенергия за битово потребление.

Система Vitotwin F350 – котел с бойлер за нагряване на вода с обем 175 литра. Системата позволява да се отоплява помещението, осигурява гореща вода и произвежда електрическа енергия.

За да може да се сравни ефективността на прилагането на генератори, вграждани в отоплителната система. Струва си да разгледаме котел, разработен от компаниите «ТЕРМОФОР» (Република Беларус) и «Криотерм» (Русия, гр. Санкт Петербург).

Струва си да ги разгледаме не защото те ще могат по някакъв начин да се конкурират с горепосочените системи, а за сравнение на принципите на работа и ефективността на получаване на електрическа енергия. Тези котли като гориво използват само дърва, пресовани дървени стърготини или брикети на основа на дървесина, затова те не могат да бъдат поставени на едно ниво с моделите на фирмите NAVIEN и Viessmann.

Котел, наречен «Отоплителна пещ «Индигирка», е ориентиран за продължително отопление с дърва и под., но е снабден с два термични генератора на електричество тип ТЭГ 30-12. Разположени са на страничната стена на агрегата. Мощностите на генераторите са малки, т.е. общо те са в състояние да генерират само 50-60 W при напрежение 12 V.

Основното устройство на печката „Индигирка“ позволява не само да отоплява помещението, но и да готви храна на котлона. Допълнение на системата – два топлогенератора на 12V с мощност 50-60W.

В този котел е намерил приложение методът на Зеебек, основан на формирането на ЕДС в затворена електрическа верига. Тя се състои от два разнородни материала и поддържа точките на контакт при различни температури. Т.е. разработчиците също използват отделяната от котела топлина за производство на електрическа енергия.

Сравнение на ефективността на работа на котлите

Сравнявайки представените видове котли, които не само отопляват помещението (нагряват топлоносителя), но и произвеждат електроенергия за сметка на използването на отделяната топлина, трябва да се обърне внимание на важни аспекти при експлоатацията.

Както компания NAVIEN, така и компания Viessmann позиционират своите котли, посочвайки несъмнените плюсове – пълна автоматизация на процеса, липса на необходимост от сервизен ремонт и изобщо пълно отсъствие на намеса след пускане в експлоатация от страна на купувача.

За работа на тези котли е необходима само стабилна работа на системата, стабилно наличие на газ (било то магистрални доставки, балонна инсталация с втечнен газ или газхолдер). Съответно, за работа на котлите се използва битов газ, който след изгаряне не представлява опасност за околната среда.

По принцип, почти същото може да се каже и за отоплителната печка „Индигирка“, само че видът на горивото тук не е газ, а дърва, пелети или пресовани стърготини.

Пълно отсъствие на автоматика, която изисква наличие на електричество. Системата за производство на електрическа енергия и самият котел не влияят на работата си взаимно, т.е. при повреда на системата за производство на електроенергия, котелът продължава да изпълнява функциите си.

Всички тези газопреработващи отоплителни агрегати, под горелките на които са разположени двигатели на Стирлинг, произвеждат електрическа енергия, която може да се използва за различни цели.

Котлите на компаниите NAVIEN и Viessmann не могат да се „похвалят“ с подобно нещо, тъй като двигателят на системата на Стирлинг е вграден директно в конструкцията на котела. Но доколко рентабилни са подобни системи и след какъв срок ще се изплати подобен котел? Този въпрос си струва да бъде разгледан подробно.

Рентабилност на разглежданите системи

На пръв поглед котлите на компаниите NAVIEN и Viessmann са практически мини-ТЕЦ в условията на частен дом или дори апартамент.

Дори въпреки големите габаритни размери, възможността да произвежда електрическа енергия просто чрез използване на котела за нагряване на бойлера или отопление на помещения трябва да подтикне купувача да инсталира, без да се колебае, подобно „чудо на техниката“.

Но при по-внимателно разглеждане на котела на компанията NAVIEN възникват въпроси, които изискват отговор. При обявена мощност от 1 kW (свободна мощност, която може да се използва по ваше усмотрение), котелът доста осезаемо изразходва електроенергия при работа на системата.

Какво се има предвид? Като минимум работата на автоматиката, нека необходимата мощност да е малка, но тя е нужна, за да функционират вентилаторът и циркулационната помпа. Изброените устройства общо могат не само успешно да консумират този киловат енергия, но може и да не стигне при ускоряване на системата.

Принципна схема на отоплителната система на компанията Vissmann Vitotwin 350F с подов бойлер от 175 литра. Системата позволява както да се използва електроенергия от външен източник, така и да се отдава излишъкът от произведената електроенергия към общата мрежа.

Точно същите въпроси възникват и по отношение на котлите на компанията Viessmann, но тук поне не се заявяваше възможност за извличане на електроенергия за собствени нужди. Оговаряше се само възможността за автономна работа на системата при липса на външно захранване.

Макар че тук разработчиците посочват, че «системата може да изисква допълнителна електрическа мощност при пикови натоварвания». На фона на обявените 3500 kWh произведена електроенергия годишно, този нюанс вече предизвиква съмнение, а чрез прости и нехитри изчисления получаваме следното:

3500:6 (месеца от стандартния отоплителен сезон):30 (30 календарни дни средно):24 (24 часа на денонощие) = 0,81 kWh.

Т.е. котелът произвежда при стабилна (постоянна) работа около 800 W, но колко консумира самата система в процеса на работа? Възможно е да са същите тези произвеждани 800 W, а вероятно и повече.

Освен това електроенергията се произвежда само в процеса на работа на горелката. Т.е. изисква се или постоянна работа на системата, или всичко не е съвсем така, както разказват разработчиците на системата.

Какъв беше смисълът на тези изчисления? Системата на котела на дърва реално дава своите 50 Wh (или 0,05 kWh), които могат да се използват за зареждане на таблет, телефон и т.н., дори за една банална «дежурна светодиодна крушка». В противовес на разработките на две компании със световно име, но описаните разработки очевидно приличат повече на добър маркетингов ход, и не повече от това.

Що се отнася до ценовата политика на тези системи, тук изобщо е трудно да се оцени нещо. Тъй като дори фирмите производители Viessmann и NAVIEN веднага уточняват, че оборудването «не изисква обслужване». В превод на прост език – ако се счупи, значи трябва да се замени агрегатът изцяло.

Това може да се отнася не за цялата система, а за отделни възли: двигателя на Стирлинг, системата на газовата горелка и т.н. В резултат се получава доста внушителна сума. Ако се изхожда от това, че средно цената на тези системи е от порядъка на 12 000 евро или 13 500 долара, то схемата на работа на котела с генератор – в такава ситуация може да спечели само производителят на системи.

Пещта “Индигирка” изобщо не може да участва в сравнението, не само защото видът на горивото не е газ, а цената не е съпоставима (15 пъти по-малка), а защото пещта е позиционирана не за битово използване, а повече за пътувания, експедиции и т.н.

Ако в Европа ситуацията с енергоносителите влияе доста съществено на избора на потребителя (при избора на отоплителни системи или енергоснабдяване) от гледна точка на икономичност и екологичност, то държавите от ЕС стимулират това чрез субсидиране на внедряването на такива системи.

За битовия потребител в Русия такива системи най-вероятно ще бъдат твърде скъпи както първоначално “система+инсталация”, така и в процеса на експлоатация.

Изводи и полезно видео по темата

Принцип на действие на двигателя на Стирлинг, който оборудва газовия котел:

Демонстрация на работата на газовия котел с генератор на електроенергия:

Пример на дървена печка с генератор на електричество за сравнение с газовия агрегат:

Не трябва да забравяме, че европейските енергогенериращи компании са доста лоялни към “производителите” на енергоспестяваща техника.

В Русия възможността за генериране и предаване в мрежата на електрическа енергия от битовия потребител не само не е закрепена законодателно, но и не се приветства от мрежовите компании. Поради това представените системи едва ли имат сериозни шансове за приложение в условията на Руската федерация към днешна дата.

Коментирайте, моля, представената за разглеждане статия в разположената по-долу блок-форма, задавайте въпроси, публикувайте снимки по темата. Разкажете дали ви са познати котли с електрогенериращи системи. Споделете полезна информация, която ще бъде полезна на посетителите на сайта.