Dujinis katilas su elektros generatoriumi: įranga, veikimo principas, geriausių prekių ženklų apžvalga

Atsargus požiūris į energijos išteklius pirmiausia diktuojamas tuo, kad beveik visi gamtiniai ištekliai nėra begaliniai. Ekonomiškas visų rūšių kuro naudojimas reikalauja sukurti naujas sistemas arba radikaliai modernizuoti esamas.

Taigi, dujinis katilas su elektros generatoriumi – tai viena iš hibridinių sistemų rūšių, leidžiančių protingai tvarkytis su mėlynuoju kuru. Mes supažindinsime Jus su įrangos veikimo principu, kuri gamina šalia šiluminės energijos ir elektros energiją. Pristatysime tipinius hibridinių agregatų modelius.

Efektyvus energijos išteklių vartojimas

Net eilinis gyventojas, kuris turi dujinį katilą būstui šildyti, gali kelti klausimą apie šiluminės energijos naudojimo racionalumą. Iš tiesų, juk deginant dujas katile, toli gražu ne visa išsiskirianti šiluma yra panaudojama.

Visada, kai veikia šildymo sistema, dalis šilumos negrįžtamai prarandama. Paprastai taip atsitinka, kai degimo produktai iš katilo išmetami į atmosferą. Iš tikrųjų tai yra prarasta energija, kuri galėtų būti panaudota.

Apie ką konkrečiai kalbama? Apie galimybę panaudoti veltui “išmestą” šilumą elektros energijos gamyboje.

Jei manytume, kad šildymo katilo sistema jau yra optimizuota siekiant maksimaliai padidinti naudingumo koeficientą, tai «išmetama» energija vis tiek sudaro didelę dalį energijos, kuri išsiskiria deginant kurą

Kuro rūšys gali būti įvairios, pradedant banaliomis malkomis ir įvairiausiais briketais, baigiant ekonomiškiausiais variantais: magistralinėmis dujomis, kuriose vyrauja metanas, dirbtiniu mėlynuoju kuru ir propano-butano suskystintais mišiniais.

Gali atrodyti, kad tai toli gražu ne «Amerikos atradimas», tačiau iš tiesų dar tolimais 1943 metais Roberto Stirlingo sukurta technologija, tiksliau, įrenginys, egzistuoja. Jo konstrukcinės ypatybės ir pagrindinis veikimo principas leidžia priskirti šią sistemą vidaus degimo varikliams.

Kodėl gi tada šis įrenginys nebuvo naudojamas per tokį ilgą laiką? Atsakymas paprastas – technologijos teorinis vystymas praėjusio amžiaus keturiasdešimtaisiais praktiškai pasirodė esąs labai sudėtingas.

Technologijos ir medžiagos, egzistavusios kūrimo metu, neleido sumažinti įrenginio matmenų, o egzistavę elektros energijos gamybos metodai buvo pelningesni.

Dujinio katlo schemoje įrengus įrenginį, kuris beprasmiai eikvojamą šilumą paverčia elektros energija, galima žymiai padidinti dujas perdirbančios įrangos naudingumo koeficientą.

Kas šiandien gali priversti mus susimąstyti apie atsargesnį požiūrį į išteklius, kurie nėra atsinaujinantys? Dabar visame pasaulyje egzistuoja bendra problema – technologijų vystymas neišvengiamai veda prie elektros energijos suvartojimo didėjimo.

Suvartojimo didėjimas vyksta tokiais sparčiais tempais, kad tinklo įmonės nespėja modernizuoti elektros energijos perdavimo sistemų, jau nekalbant apie gamybą. Tokia situacija neišvengiamai veda prie to, kad elektros tiekimo sistemų elementai sugenda, o kai kuriais atvejais tai gali atsitikti pavydėtinu reguliarumu.

Šiuolaikiniai šildymo katilai yra aprūpinti valdymo sistemomis, kurios taip pat yra priklausomos nuo elektros energijos. Elektros maitinimo reikia cirkuliaciniam siurbliui, jutikliams, automatikai, pačiai panelei. Visas prietaisų rinkinys negali nesukelti susirūpinimo dėl darbingumo išsaugojimo nutrūkus elektros energijos tiekimui.

Priverstinių šildymo sistemų paleisti be elektros energijos neįmanoma. Elektros maitinimo nutraukimas šildymo sezono metu jiems beveik katastrofiškas. Be to, tai neišvengiamai lems greitą patalpos atšalimą, o ilgai neveikiant šildymui, galimas kontūro užšalimas.

Ilgas šildymo sistemos neveikimas šaltuoju metų laiku lemia šildymo sistemos užšalimą, ledo kamščių atsiradimą joje ir galiausiai šildymo įrangos bei vamzdžių pažeidimą dėl trūkimo.

Standartiniai esami problemos sprendimo variantai – nepertraukiamo maitinimo šaltinių, visų modifikacijų generatorių (dujinių, benzininių, dyzelinių generatorių arba netradicinių šaltinių – vėjo generatorių ar mini TPP, HE) įrengimas.

Bet šis sprendimo būdas toli gražu nėra priimtinas visiems, nes daugeliui sunku rasti vietą autonominio elektros tiekėjo įrengimui.

Jei individualių namų gyventojai dar gali skirti vietą generatoriui, tai daugiabučiame name įrengti jį praktiškai neįmanoma. Taigi paaiškėja, kad daugiabučių namų gyventojai su individualia šildymo sistema yra pirmieji, kurie nukentės nutrūkus elektrai.

Būtent todėl pirmiausia šildymo sistemų komponentus gaminančios įmonės susidomėjo visapusišku šildymo sistemos išmetamos šilumos panaudojimu. Jos susimąstė, kaip beprasmiškai eikvojama medžiagą panaudoti elektros energijos gamybai.

Iš žinomų technologijų kūrėjai pasirinko „gerai užmirštą“ Stirlingo įrenginį; šiuolaikinės technologijos leidžia padidinti jo efektyvumą, išlaikant kompaktiškus matmenis.

Stirlingo variklio veikimo principas – variklio stūmoklio judėjimas žemyn ir aukštyn. Variklis dirba praktiškai tyliai ir nesukelia įrangos vibracijų.

Stirlingo įrenginio veikimo principas pagrįstas darbinio kūno šildymu ir vėsinimu, o tai savo ruožtu paleidžia mechanizmą, kuris gamina elektros energiją.

Uždaro stūmoklio viduje yra įpumpuotos dujos; kaitinant dujinė terpė plečiasi ir stumia stūmoklį viena kryptimi, o atvėsus aušintuve ji susispaudžia ir stumia stūmoklį kita kryptimi.

Katilų su generatoriumi gamintojų apžvalga

Panagrinėkime konkrečiais pavyzdžiais šiuo metu egzistuojančias buitinių katilų sistemas, kuriose sėkmingai įgyvendintas išmetamųjų dujų (degimo produktų) panaudojimo elektros energijos gamybai principas. Pietų Korėjos įmonė NAVIEN sėkmingai įgyvendino aukščiau minėtą technologiją HYBRIGEN SE markės katile.

Katile naudojamas Stirlingo variklis, kuris pagal paso duomenis darbo metu gamina 1000W (arba 1kW) galios ir 12V įtampos elektros energiją. Kūrėjai teigia, kad pagamintą elektros energiją galima naudoti buitiniams prietaisams maitinti.

Tokios galios turėtų pakakti buitiniam šaldytuvui (apie 0,1 kW), asmeniniam kompiuteriui (apie 0,4 kW), skystųjų kristalų televizoriui (apie 0,2 kW) ir iki 12 šviesos diodų lempučių, kurių kiekvienos galia 25 W.

navien kompanijos hybrigen se serijos katilas su įmontuotu generatoriumi ir Stirlingo sistemos varikliu. Veikiant katilui, be pagrindinių funkcijų, pagaminama apie 1000 W galios elektros energija.

Iš Europos gamintojų šia kryptimi plėtra užsiima įmonė Viessmann. Viessmann turi galimybę pateikti vartotojui pasirinkti du katilų modelius: Vitotwin 300W ir Vitotwin 350F serijų.

Modelis Vitotwin 300W buvo pirmasis kūrinys nurodyta kryptimi. Jis pasižymi gana kompaktiška konstrukcija ir išoriškai labai panašus į įprastą sieninį dujinį katilą. Tiesa, būtent eksploatuojant pirmąjį modelį buvo nustatytos „silpnosios“ vietos Stirlingo sistemos variklio darbe.

Didžiausia problema pasirodė šilumos išsklaidymas, prietaiso veikimo pagrindas – šildymas ir vėsinimas. T.y. kūrėjai susidūrė su ta pačia problema, su kuria susidūrė Stirlingas ketvirtojo praėjusio amžiaus dešimtmečiu – efektyvus vėsinimas, kurį galima pasiekti tik esant dideliems aušintuvo matmenims.

Būtent dėl to atsirado katilo modelis Vitotwin 350F, kuris apėmė ne tik dujinį katilą su elektros generatoriumi, bet ir įmontuotą 175 l talpos vandens šildytuvą.

Karšto vandens kaupimo talpa gaminama ant grindų montuojamu variantu dėl didelio svorio tiek pačios įrangos, tiek sanitariniams tikslams ruošiamo skysčio.

Šiuo atveju gana efektyviai buvo išspręsta Stirlingo įrenginio stūmoklio aušinimo problema naudojant vandenį vandens šildytuve. Tačiau sprendimas lėmė, kad įrenginio matmenys ir svoris padidėjo. Tokia sistema nebegali būti montuojama ant sienos kaip įprastas dujinis katilas ir gali būti tik ant grindų.

Viessmann bendrovės katilai numato galimybę tiekti katilo darbo sistemas iš išorinio šaltinio, t.y. iš centrinio elektros tiekimo tinklų. Bendrovė Viessmann pozicionavo įrangą kaip įrenginį, tenkinantį savo poreikius (katilo agregatų darbą) be galimybės paimti elektros energijos perteklių buitiniam vartojimui.

Sistema Vitotwin F350 – katilas su vandens šildymo vandens šildytuvu, kurio talpa 175 l. Sistema leidžia šildyti patalpą, tiekia karštą vandenį ir gamina elektros energiją.

Siekiant palyginti į šildymo sistemą integruotų generatorių efektyvumą, verta apsvarstyti katilą, kurį sukūrė bendrovės «TERMOFOR» (Baltarusijos Respublika) ir «KRIOTERM» (Rusija, Sankt Peterburgas).

Apsvarstyti juos verta ne todėl, kad jie galėtų kaip nors konkuruoti su aukščiau pateiktomis sistemomis, o dėl veikimo principų ir elektros energijos gavimo efektyvumo palyginimo. Šie katilai kaip kurą naudoja tik malkas, presuotas pjuvenas arba medienos pagrindu pagamintus briketus, todėl jų negalima statyti į vieną eilę su NAVIEN ir Viessmann firmų modeliais.

Katilas, pavadintas «Šildymo krosnelė «Indigirka», yra orientuotas į ilgalaikį šildymą malkomis ir pan., tačiau yra aprūpintas dviem termoelektriniais generatoriais tipo TEG 30-12. Jie yra įrengti agregato šoninėje sienelėje. Generatorių galia yra maža, t.y. iš viso jie gali generuoti tik 50-60W, kai įtampa 12V.

Pagrindinis “Indigirka” krosnies įtaisas leidžia ne tik šildyti patalpą, bet ir gaminti maistą ant viryklės. Sistemos papildymas – du 12V šilumos generatoriai, kurių galia 50-60 W.

Šiame katile pritaikytas Zebeko metodas, pagrįstas EVJ susidarymu uždaroje elektros grandinėje. Jį sudaro dviejų skirtingų medžiagų rūšys, ir jis palaiko kontaktinius taškus esant skirtingoms temperatūroms. Taigi, kūrėjai taip pat naudoja katilo išskiriamą šilumą elektros energijos gamybai.

Katilų darbo efektyvumo palyginimas

Lyginant pateiktus katilų tipus, kurie ne tik šildo patalpą (šildo šilumnešį), bet ir gamina elektros energiją naudodami išskiriamą šilumą, reikėtų atkreipti dėmesį į svarbius eksploatavimo aspektus.

Tiek NAVIEN, tiek Viessmann bendrovės pristato savo katilus, nurodydamos neabejotinus privalumus – visišką proceso automatizavimą, nereikalaujantį serviso remonto ir apskritai visišką pirkėjo įsikišimo nebuvimą po paleidimo.

Šių katilų veikimui reikalingas tik stabilus sistemos darbas ir stabilus dujų tiekimas (ar tai būtų magistralinis tiekimas, balioninė instaliacija su suskystintomis dujomis, ar dujų rezervuaras). Atitinkamai, katilų veikimui naudojamos buitinės dujos, kurios po degimo nekelia pavojaus aplinkai.

Iš esmės beveik tą patį galima pasakyti ir apie šildymo krosnį „Indigirka“, tik kuro rūšis čia yra ne dujos, o malkos, granulės arba presuotos pjuvenos.

Visiškas automatikos, kuriai reikalinga elektra, nebuvimas. Elektros energijos gamybos sistema ir pats katilas vienas kito veikimui neturi įtakos, t. y. sugedus elektros gamybos sistemai, katilas toliau atlieka savo funkcijas.

Visi šie dujiniai šildymo agregatai, po kurių degikliais yra Stirlingo varikliai, gamina elektros energiją, kurią galima panaudoti įvairiems tikslams.

NAVIEN ir Viessmann bendrovių katilai negali “pasigirti” tuo, nes Stirlingo sistemos variklis yra tiesiogiai įmontuotas į katilo konstrukciją. Tačiau ar tokios sistemos yra pelningos ir per kiek laiko toks katilas atsipirks? Šį klausimą verta išsamiai išnagrinėti.

Nagrinėjamų sistemų pelningumas

Iš pirmo žvilgsnio NAVIEN ir Viessmann bendrovių katilai yra praktiškai mini elektrinės privataus namo ar net buto sąlygomis.

Net nepaisant didelių gabaritų, galimybė gaminti elektros energiją tiesiog naudojant katilą boilerio šildymui ar patalpų šildymui turėtų paskatinti pirkėją nedvejodamas sumontuoti tokį „technikos stebuklą“.

Tačiau atidžiau apžiūrėjus NAVIEN įmonės katilą, kyla klausimų, kuriuos reikia atsakyti. Esant deklaruotai 1 kW galiai (laisvai galiai, kurią galima naudoti savo nuožiūra), katilas gana žymiai sunaudoja elektros energiją sistemos veikimo metu.

Ką tai reiškia? Bent jau automatikos darbas, nors reikalingas nedidelis galingumas, bet jis būtinas, kad veiktų ventiliatorius ir cirkuliacinis siurblys. Išvardinti įrenginiai kartu ne tik sėkmingai gali sunaudoti šį kilovatą energijos, bet jo gali ir nepakakti sistemos „įsibėgėjimo“ metu.

Įmonės Vissmann Vitotwin 350F šildymo sistemos principinė schema su 175 l grindiniu boileriu. Sistema leidžia tiek naudoti elektros energiją iš išorinio šaltinio, tiek atiduoti pagamintos elektros energijos perteklių į bendrą tinklą.

Tokie patys klausimai kyla ir dėl Viessmann įmonės katilų, tačiau čia bent jau nebuvo deklaruota galimybė išgauti elektros energiją savo reikmėms. Buvo aptarta tik galimybė sistemai veikti autonomiškai, kai nėra išorinio tiekimo.

Nors čia pat kūrėjai nurodo, kad «sistema gali reikalauti papildomos elektros galios esant didžiausioms apkrovoms». Atsižvelgiant į deklaruojamus 3500 kWh pagaminamos elektros energijos per metus, šis niuansas jau kelia abejonių, o atlikus paprastus ir nesudėtingus skaičiavimus gauname:

3500:6 (standartinio šildymo sezono mėnesių):30 (30 kalendorinių dienų vidutiniškai):24 (24 valandos per parą) = 0,81 kWh.

T. y. katilas, esant stabiliam (nepertraukiamam) darbui, pagamina apie 800 W, bet kiek sunaudoja pati sistema darbo metu? Galbūt tuos pačius pagaminamus 800 W, o galbūt ir daugiau.

Be to, elektros energija gaminama tik degiklio veikimo metu. T. y. reikia arba nuolatinio sistemos darbo, arba viskas yra šiek tiek ne taip, kaip pasakoja sistemos kūrėjai.

Kam buvo atlikti šie skaičiavimai? Malkomis kūrenamo katilo sistema realiai atiduoda savo 50 Wh (arba 0,05 kWh), kuriuos galima naudoti planšetei, telefonui ir pan. įkrauti, netgi paprastai «budėjimo režimo LED lemputei». Priešingai dviejų pasaulinio garso įmonių plėtrai, tačiau aprašyti pokyčiai akivaizdžiai labiau primena gerą rinkodaros triuką ir nieko daugiau.

Kalbant apie šių sistemų kainų politiką, čia apskritai sunku ką nors įvertinti. Kadangi net gamintojai Viessmann ir NAVIEN iš karto nurodo, kad įranga «nereikalauja priežiūros». Paprasta kalba – sugedo, vadinasi, reikia visiškai pakeisti agregatą.

Tai gali būti susiję ne su visa sistema, o su atskirais mazgais: Stirlingo varikliu, dujinio degiklio sistema ir t.t. Dėl to gausis gana įspūdinga suma. Jei remsimės tuo, kad vidutiniškai šių sistemų kaina yra apie 12 tūkst. eurų arba 13,5 tūkst. $. Katilo su generatoriumi veikimo schema, tai tokioje situacijoje laimėti gali nebent sistemų gamintojas.

Krosnis “Indigirka” negali dalyvauti palyginime apskritai, ne tik todėl, kad kuro rūšis nėra dujos, o kaina nepalyginama (15 kartų mažesnė), bet ir todėl, kad krosnis yra pozicionuojama ne buitiniam naudojimui, o labiau kelionėms, ekspedicijoms ir pan.

Jei Europoje energetinių išteklių situacija gana reikšmingai veikia vartotojo pasirinkimą (renkantis šildymo ar energijos tiekimo sistemas) ekonomiškumo ir ekologiškumo požiūriu, tai ES valstybės skatina tai subsidijuodamos tokių sistemų diegimą.

Buitiniam vartotojui Rusijoje tokios sistemos, greičiausiai, bus per brangios tiek iš pradžių “sistema+montavimas”, tiek eksploatacijos metu.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Dujinį katilą aprūpinančio Stirlingo variklio veikimo principas:

Dujinio katilo su elektros generatoriumi veikimo demonstracija:

Malkinės krosnelės su elektros generatoriumi pavyzdys, skirtas palyginimui su dujiniu agregatu:

Nereikia pamiršti, kad Europos energiją gaminančios įmonės yra gana lojalios energiją taupančios technikos “gamintojams”.

Rusijoje galimybė gaminti ir perduoti į tinklą elektros energiją buitiniam vartotojui ne tik nėra teisiškai įtvirtinta, bet ir nėra palankiai vertinama tinklo įmonių. Todėl pateiktos sistemos vargu ar turi rimtų šansų būti naudojamos Rusijos Federacijos sąlygomis šiandien.

Komentuokite, prašome, pateiktą straipsnį žemiau esančioje bloko formoje, užduokite klausimus, įkelkite nuotraukas tema. Papasakokite, ar esate susipažinę su katilais su elektros gamybos sistemomis. Pasidalykite naudinga informacija, kuri pravers svetainės lankytojams.