Plinoviti kotao s elektrogeneratorom: uređaj, princip rada, pregled najboljih robnih marki

Brižljiv odnos prema energetskim resursima diktiran je prije svega činjenicom da gotovo sve prirodne zalihe nisu beskonačne. Ekonomično trošenje svih vrsta goriva zahtijeva razvoj novih sustava ili temeljitu modernizaciju postojećih.

Dakle, plinoviti kotao s elektrogeneratorom – jedna je od vrsta hibridnih sustava koji omogućuju razumno upravljanje plavim gorivom. Upoznat ćemo vas s principom rada opreme koja uz toplinsku energiju proizvodi i električnu. Predstavit ćemo tipične modele hibridnih uređaja.

Učinkovita potrošnja energetskih resursa

Čak i običan korisnik koji ima instaliran plinoviti kotao za grijanje doma može se zapitati o racionalnosti korištenja toplinske energije. Doista, pri izgaranju plina u kotlu, daleko od sve oslobođene topline se koristi.

Uvijek se tijekom rada sustava grijanja neki dio topline nepovratno gubi. Obično se to događa pri ispustu produkata izgaranja iz kotla u atmosferu. Zapravo, to je izgubljena energija koja bi se mogla iskoristiti.

O čemu se točno radi? O mogućnosti korištenja uzalud “izbačene” topline u proizvodnji električne energije.

Ako se pođe od toga da je sustav kotla za grijanje već optimiziran radi maksimalnog povećanja stupnja djelovanja, tada «izbačena» energija i dalje čini značajan udio energije koja se oslobađa izgaranjem goriva.

Vrste goriva mogu biti različite, počevši od običnih drva i raznih briketa, do najekonomičnijih opcija: magistralnog plina s prevladavajućim metanom u sastavu, umjetnog plavog goriva i propan-butan ukapljenih smjesa.

Možda se čini da to nije «otkriće Amerike», ali zapravo tehnologija koju je još davne 1943. razvio Robert Stirling, točnije, uređaj postoji. Njegove konstruckijske značajke i osnovni princip rada omogućuju da se ovaj sustav svrsta u motore s unutarnjim izgaranjem.

Zašto se onda taj uređaj nije koristio tijekom tako dugog vremenskog razdoblja? Odgovor je jednostavan – teorijski razvoj tehnologije četrdesetih godina prošlog stoljeća u praksi se pokazao vrlo glomaznim.

Tehnologije i materijali koji su postojali u trenutku razvoja nisu omogućavali smanjenje veličine uređaja, a postojeće metode proizvodnje električne energije bile su isplativije.

Uključivanje uređaja koji pretvara beskorisno utrošenu toplinu u električnu energiju u shemu plinskog kotla omogućuje značajno povećanje učinkovitosti plinskog postrojenja.

Što nas danas može natjerati na razmišljanje o pažljivijem odnosu prema resursima koji ne spadaju u kategoriju obnovljivih? Danas u cijelom svijetu postoji opći problem – razvoj tehnologija neizbježno vodi do povećanja potrošnje električne energije.

Povećanje potrošnje događa se tako brzim tempom da mrežne tvrtke ne stižu modernizirati sustave prijenosa električne energije, a kamoli proizvodnju. Takva situacija neizbježno vodi do toga da elementi sustava opskrbe električnom energijom otkazuju, a u nekim slučajevima to se može događati sa zavidnom redovitošću.

Moderni kotlovi za grijanje opremljeni su sustavima upravljanja koji su također ovisni o električnoj energiji. Električno napajanje zahtijevaju cirkulacijska pumpa, senzori, automatika i sama upravljačka ploča. Cijeli skup uređaja ne može ne izazivati zabrinutost za očuvanje radne sposobnosti u slučaju nestanka električne energije.

Prisilne sustave grijanja nije moguće pokrenuti bez električne energije. Nestanak električne energije tijekom sezone grijanja za njih je praktički katastrofalan. Ne samo da će to neizbježno dovesti do brzog hlađenja prostorije, već je uz duže neaktivno grijanje moguće i smrzavanje kruga.

Dugotrajni izostanak rada sustava grijanja tijekom hladnog razdoblja godine dovodi do smrzavanja sustava grijanja, stvaranja ledenih čepova u njemu i u konačnici do oštećenja opreme i cijevi grijanja uslijed pucanja.

Standardni postojeći načini rješavanja pitanja su ugradnja besprekidnih izvora napajanja, generatora svih mogućih modifikacija (plinski, benzinski, dizelski generatori ili netradicionalni izvori – vjetrogeneratori ili mini termoelektrane, hidroelektrane).

Ali ovaj način rješavanja prihvatljiv je daleko od svih, jer mnogi teško mogu izdvojiti mjesto za ugradnju autonomnog opskrbljivača električnom energijom.

Ako stanovnici individualnih kuća još mogu izdvojiti mjesto za generator, za ugradnju u višekatnicu to je praktički nemoguće. Tako ispada da su stanovnici višestambenih zgrada s individualnim sustavom grijanja prvi koji će patiti u slučaju nestanka struje.

Upravo zato su tvrtke koje proizvode komponente za sustave grijanja prvo postavile pitanje potpunog iskorištavanja topline koju sustav grijanja 'odbacuje'. Razmišljale su o tome kako tu beskorisno trošenu supstancu iskoristiti za proizvodnju električne energije.

Od poznatih tehnologija, developeri su odabrali 'dobro zaboravljeni' Stirlingov motor. Suvremene tehnologije omogućuju povećanje njegove učinkovitosti uz zadržavanje kompaktnih dimenzija.

Princip rada Stirlingovog motora – kretanje klipa motora prema dolje i gore. Motor radi gotovo bešumno i ne uzrokuje vibracije opreme.

Princip rada Stirlingovog uređaja temelji se na korištenju zagrijavanja i hlađenja radnog medija, što pak pokreće mehanizam koji proizvodi električnu energiju.

Unutar klipa (zatvorenog) nalazi se upumpani plin. Pri zagrijavanju plinoviti medij se širi i pomiče klip na jednu stranu, a nakon hlađenja u hladnjaku se sabija i pomiče klip na drugu stranu.

Pregled proizvođača kotlova s generatorom

Pogledajmo na konkretnim primjerima sustave kućanskih kotlova koji danas postoje, a u kojima je princip korištenja ispušnih plinova (produkata izgaranja) za proizvodnju električne energije uspješno realiziran. Južnokorejska tvrtka NAVIEN uspješno je realizirala gore navedenu tehnologiju u kotlu marke HYBRIGEN SE.

U kotlu se koristi Stirlingov motor koji, prema tehničkim podacima, tijekom rada proizvodi električnu energiju snage 1000W (ili 1kW) i napona 12V. Developeri tvrde da se proizvedena električna energija može koristiti za napajanje kućanskih uređaja.

Takva snaga trebala bi biti dovoljna za napajanje kućnog hladnjaka (oko 0,1kW), osobnog računala (oko 0,4kW), LCD televizora (oko 0,2kW) i do 12 LED žarulja snage po 25W svaka.

Kotao serije Hybrigen SE tvrtke Navien s ugrađenim generatorom i Stirlingovim motorom. Tijekom rada kotla, uz osnovne funkcije, proizvodi se električna energija snage oko 1000W.

Od europskih proizvođača, u ovom smjeru razvoja bavi se tvrtka Viessmann. Viessmann nudi mogućnost izbora između dva modela kotlova serije Vitotwin 300W i Vitotwin 350F.

Model Vitotwin 300W bio je prvi razvoj u navedenom smjeru. Odlikuje se prilično kompaktnim izvedbom i izvana je vrlo sličan običnom zidnom plinskom kotlu. Međutim, upravo su tijekom rada prvog modela utvrđena 'slaba' mjesta u radu Stirlingovog motora.

Najveći problem pokazalo se odvođenje topline, osnova rada uređaja je zagrijavanje i hlađenje. To jest, razvojni inženjeri suočili su se s istim problemom s kojim se suočio Stirling u četrdesetim godinama prošlog stoljeća – učinkovito hlađenje, koje se može postići samo uz značajne dimenzije hladnjaka.

Upravo se zato pojavio model kotla Vitotwin 350F, koji je uključivao već ne samo plinski kotao s električnim generatorom, nego i ugrađeni bojler od 175 l.

Spremnik tople vode izvodi se u podnoj izvedbi zbog velike težine kako same opreme, tako i tekućine koja se priprema za sanitarne svrhe.

U ovom slučaju dovoljno učinkovito riješen je problem hlađenja klipa Stirlingovog uređaja pomoću vode u bojleru. Međutim, rješenje je dovelo do toga da su se gabaritne dimenzije i težina uređaja povećali. Takav se sustav više ne može montirati na zid poput običnog plinskog kotla i može biti samo podni.

Kotlovi tvrtke Viessmann predviđaju mogućnost napajanja sustava rada kotla s vanjskog izvora, tj. s mreža centralne elektroopskrbe. Tvrtka Viessmann pozicionirala je opremu kao uređaj koji pokriva vlastite potrebe (rad agregata kotla) bez mogućnosti preuzimanja viška električne energije za kućnu potrošnju.

Sustav Vitotwin F350 – kotao s bojlerom za grijanje vode kapaciteta 175 l. Sustav omogućuje grijanje prostorije, opskrbljuje toplom vodom i proizvodi električnu energiju.

Kako bi se mogla usporediti učinkovitost primjene generatora ugrađenih u sustav grijanja. Vrijedi razmotriti kotao koji su razvile tvrtke «TERMOFOR» (Republika Bjelorusija) i tvrtka «Krioterm» (Rusija, Sankt Peterburg).

Vrijedi ih razmotriti ne zato što bi na neki način mogle konkurirati gore navedenim sustavima, već radi usporedbe principa rada i učinkovitosti dobivanja električne energije. Ovi kotlovi kao gorivo koriste samo drva, prešanu piljevinu ili brikete na bazi drva, stoga se ne mogu svrstati u isti red s modelima tvrtki NAVIEN i Viessmann.

Kotao nazvan «Grijaća peć «Indigirka» namijenjen je dugotrajnom grijanju drvima i sl., ali je opremljen s dva termička generatora električne energije tipa TEG 30-12. Smješteni su na bočnoj stijenci agregata. Snage generatora su male, tj. ukupno su u stanju generirati samo 50-60 W pri naponu od 12 V.

Temeljna konstrukcija peći “Indigirka” omogućuje ne samo grijanje prostorije, već i kuhanje hrane na ploči za kuhanje. Dopuna sustava – dva toplinska generatora od 12 V snage 50-60 W.

U ovom kotlu primjenu je našla Seebeckova metoda, koja se temelji na stvaranju elektromotorne sile u zatvorenom električnom krugu. Sastoji se od dvije različite vrste materijala i održava točke kontakta na različitim temperaturama. Drugim riječima, razvijatelji također koriste toplinu koju kotao proizvodi za proizvodnju električne energije.

Usporedba učinkovitosti rada kotlova

Uspoređujući predstavljene vrste kotlova, koje ne samo da griju prostoriju (zagrijavaju nosač topline), već i proizvode električnu energiju korištenjem proizvedene topline, treba obratiti pažnju na važne aspekte tijekom rada.

I tvrtka NAVIEN i tvrtka Viessmann pozicioniraju svoje kotlove, ukazujući na nepobitne prednosti – potpuna automatizacija procesa, odsutnost potrebe za servisnim popravcima te općenito potpuna odsutnost intervencije od strane kupca nakon puštanja u rad.

Za rad ovih kotlova potreban je samo stabilan rad sustava, stabilna opskrba plinom (bilo da se radi o magistralnim isporukama, instalaciji s bocama ukapljenog plina ili spremniku za plin). Sukladno tome, za rad kotlova koristi se kućanski plin koji nakon izgaranja ne predstavlja štetu za okoliš.

U načelu, gotovo isto se može reći i za peć za grijanje “Indigirka”, samo što vrsta goriva ovdje nije plin, već drva, peleti ili prešana piljevina.

Potpuna odsutnost automatike koja zahtijeva prisutnost električne energije. Sustav proizvodnje električne energije i sam kotao ne utječu jedan na drugog, tj. u slučaju kvara sustava za proizvodnju električne energije, kotao nastavlja obavljati svoje funkcije.

Sve ove plinske grijaće jedinice, ispod čijih plamenika se nalaze Stirlingovi motori, proizvode električnu energiju koja se može koristiti u različite svrhe.

Kotlovi tvrtki NAVIEN i Viessmann ne mogu se “podiciti” time, jer je Stirlingov motor sustava ugrađen izravno u konstrukciju kotla. No koliko su isplativi takvi sustavi i kroz koje vrijeme će se takav kotao isplatiti? Ovo pitanje vrijedi detaljno razmotriti.

Isplativost razmatranih sustava

Na prvi pogled, kotlovi tvrtki NAVIEN i Viessmann praktički su mini-termoelektrane u uvjetima privatne kuće ili čak stana.

Čak i ne obazirući se na velike dimenzije, mogućnost proizvodnje električne energije jednostavnim korištenjem kotla za zagrijavanje bojlera ili grijanje prostorija trebala bi potaknuti kupca da bez razmišljanja instalira takvo “čudo tehnike”.

No pri bližem razmatranju kotla tvrtke NAVIEN postavljaju se pitanja koja zahtijevaju odgovor. Pri deklariranoj snazi od 1 kW (slobodne snage koju možete koristiti po vlastitom nahođenju), kotao prilično osjetno troši električnu energiju pri radu sustava.

Što se pod time podrazumijeva? Barem rad automatike, iako je potrebna mala snaga, potrebna je kako bi ventilator i cirkulacijska pumpa funkcionirali. Nabrojani uređaji zajedno mogu ne samo uspješno potrošiti taj kilovat energije, već ga može i ponestati pri 'ubrzanju' sustava.

Principijelna shema sustava grijanja tvrtke Vissmann Vitotwin 350F s podnim bojlerom od 175 litara. Sustav omogućuje korištenje električne energije iz vanjskog izvora, kao i predaju viška proizvedene električne energije u zajedničku mrežu.

Potpuno ista pitanja postavljaju se i za kotlove tvrtke Viessmann, ali ovdje se barem nije tvrdila mogućnost izvlačenja električne energije za vlastite potrebe. Obrađena je samo mogućnost autonomnog rada sustava u nedostatku vanjskog napajanja.

Iako istovremeno programeri navode da 'sustav može zahtijevati dodatnu električnu snagu pri vršnim opterećenjima'. S obzirom na deklariranih 3500 kWh proizvedene električne energije godišnje, ova nijansa već izaziva sumnju, a jednostavnim i nekompliciranim izračunima dobivamo sljedeće:

3500:6 (mjeseci standardne sezone grijanja):30 (30 kalendarskih dana u prosjeku):24 (24 sata dnevno) = 0,81 kWh.

Dakle, kotao pri stabilnom (kontinuiranom) radu proizvodi oko 800 W, ali koliko sam sustav troši tijekom rada? Možda tih istih proizvedenih 800 W, a možda i više.

Povrh toga, električna energija se proizvodi samo tijekom rada plamenika. Dakle, zahtijeva se ili kontinuirani rad sustava, ili sve nije sasvim onako kako govore programeri sustava.

Čemu su vodili ovi izračuni? Sustav kotla na drva stvarno daje svojih 50 Wh (ili 0,05 kWh) koji se mogu koristiti za punjenje tableta, telefona i sl. čak i za običnu 'dežurnu LED žaruljicu'. Nasuprot razvoju dviju svjetski poznatih tvrtki, ali opisani razvoji očito više nalikuju dobrom marketinškom triku, i ništa više od toga.

Što se tiče cjenovne politike ovih sustava, tu je uopće teško bilo što procijeniti. Budući da čak i proizvođači Viessmann i NAVIEN odmah navode da oprema 'ne zahtijeva održavanje'. U prijevodu na jednostavan jezik – pokvarilo se, znači treba potpuno zamijeniti agregat.

To se može odnositi ne na cijeli sustav, već na pojedinačne sklopove: Stirlingov motor, sustav plinskog plamenika itd. Kao rezultat, dobit će se prilično velik iznos. Polazeći od toga da prosječna cijena ovih sustava iznosi oko 12 tisuća eura ili 13,5 tisuća dolara. Shema rada kotla s generatorom, tada u takvoj situaciji jedino proizvođač sustava može dobiti.

Peć “Indigirka” uopće ne može sudjelovati u usporedbi, ne samo zato što vrsta goriva nije plin, a cijena nije usporediva (15 puta manja), već zato što je peć namijenjena ne za kućnu upotrebu, već više za putovanja, ekspedicije i sl.

Ako u Europi situacija s energentima dovoljno značajno utječe na izbor potrošača (pri odabiru sustava grijanja ili opskrbe energijom) s gledišta ekonomičnosti i ekološkosti, tada države EU to potiču subvencioniranjem uvođenja takvih sustava.

Za kućne potrošače u Rusiji takvi će sustavi vjerojatno biti preskupi kako u početku “sustav+instalacija”, tako i tijekom rada.

Zaključci i koristan video na temu

Princip rada Stirlingovog motora koji oprema plinski kotao:

Demonstracija rada plinskog kotla s generatorom električne energije:

Primjer peći na drva s generatorom električne energije za usporedbu s plinskim agregatom:

Ne treba zaboraviti da su europske energetske tvrtke prilično lojalne “proizvođačima” energetski učinkovite opreme.

U Rusiji mogućnost proizvodnje i predaje električne energije u mrežu od strane kućnog potrošača nije samo zakonski neuređena, već je i nepoželjna od strane mrežnih tvrtki. Stoga predstavljeni sustavi vjerojatno nemaju ozbiljne šanse za primjenu u uvjetima Ruske Federacije danas.

Komentirajte, molimo, članak koji je predstavljen na razmatranje u blok-formi ispod, postavljajte pitanja, objavljujte fotografije na temu. Recite nam jeste li upoznati s kotlovima s elektrogenerirajućim sustavima. Podijelite korisne informacije koje će biti od koristi posjetiteljima stranice.