Gaskessel mit elektrischem Generator: Gerät, Funktionsprinzip, Überprüfung der besten Marken

Ein sorgfältiger Umgang mit Energieressourcen wird vor allem dadurch bestimmt, dass fast alle natürlichen Reserven nicht unbegrenzt sind.Der sparsame Verbrauch aller Kraftstoffarten erfordert die Entwicklung neuer Systeme oder eine radikale Modernisierung bestehender Systeme.

Somit ist ein Gaskessel mit elektrischem Generator eine der Arten von Hybridsystemen, mit denen Sie blauen Brennstoff intelligent verwalten können. Wir führen Sie in die Funktionsweise von Geräten ein, die neben thermischer Energie auch elektrische Energie erzeugen. Stellen wir uns typische Modelle von Hybrideinheiten vor.

Effizienter Energieverbrauch

Selbst der Durchschnittsbürger, der zum Heizen seines Hauses einen Gaskessel installiert hat, wundert sich vielleicht über die rationelle Nutzung von Wärmeenergie. Tatsächlich wird bei der Verbrennung von Gas in einem Heizkessel nicht die gesamte erzeugte Wärme genutzt.

Beim Betrieb einer Heizungsanlage geht immer ein Teil der Wärme unwiederbringlich verloren. Dies geschieht normalerweise, wenn Verbrennungsprodukte aus dem Kessel in die Atmosphäre gelangen. Tatsächlich handelt es sich hierbei um verschwendete Energie, die hätte genutzt werden können.

Worüber reden wir genau? Über die Möglichkeit, verschwendete „verschwendete“ Wärme bei der Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen.

Geht man davon aus, dass die Heizkesselanlage bereits auf maximale Effizienz optimiert ist, dann stellt die „verworfene“ Energie immer noch einen erheblichen Teil der Energie dar, die bei der Brennstoffverbrennung freigesetzt wird

Die Arten von Brennstoffen können unterschiedlich sein, angefangen bei banalem Brennholz und Briketts aller Art bis hin zu den wirtschaftlichsten Optionen: Hauptgas mit einem überwiegenden Anteil an Methan in seiner Zusammensetzung, künstlicher blauer Brennstoff und verflüssigte Propan-Butan-Gemische.

Es mag scheinen, dass dies noch lange nicht die „Entdeckung Amerikas“ ist, aber tatsächlich existiert die Technologie bzw. die Installation, die bereits 1943 von Robert Stirling entwickelt wurde. Aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale und seines grundlegenden Funktionsprinzips kann dieses System als Verbrennungsmotor klassifiziert werden.

Warum wurde diese Anlage dann so lange nicht genutzt? Die Antwort ist einfach: Die theoretische Entwicklung der Technologie in den vierziger Jahren des letzten Jahrhunderts erwies sich in der Praxis als sehr umständlich.

Die zum Zeitpunkt der Entwicklung vorhandenen Technologien und Materialien erlaubten keine Reduzierung der Anlagengröße und die bestehenden Methoden zur Erzeugung elektrischer Energie waren kostengünstiger.

Durch den Einbau eines Geräts in den Gaskesselkreislauf, das Abwärme in Strom umwandelt, kann die Effizienz der Gasaufbereitungsanlage erheblich gesteigert werden.

Was kann uns heute dazu veranlassen, über einen sorgsameren Umgang mit Ressourcen nachzudenken, die nicht als erneuerbar eingestuft sind? Heutzutage gibt es auf der ganzen Welt ein gemeinsames Problem: Die Entwicklung der Technologie führt zwangsläufig zu einem Anstieg des Verbrauchs elektrischer Energie.

Der Verbrauch steigt so schnell, dass Netzbetreiber keine Zeit haben, die Stromübertragungssysteme zu modernisieren, ganz zu schweigen von der Produktion.Diese Situation führt unweigerlich dazu, dass Elemente von Stromversorgungssystemen ausfallen, und dies kann in einigen Fällen mit beneidenswerter Regelmäßigkeit geschehen.

Moderne Heizkessel sind mit Regelungssystemen ausgestattet, die ebenfalls energieabhängig sind. Die Umwälzpumpe, Sensoren, Automatisierung und das Panel selbst benötigen Strom. Der gesamte Gerätesatz kann nur Anlass zur Sorge geben, die Funktionalität während eines Stromausfalls aufrechtzuerhalten.

Zwangsheizungen können nicht ohne Strom betrieben werden. Ein Stromausfall während der Heizperiode ist für sie nahezu katastrophal. Dies führt nicht nur zwangsläufig zu einer schnellen Abkühlung des Raumes, sondern kann bei längerem Stillstand der Heizung auch zum Einfrieren des Kreislaufs führen.

Ein längerer Stillstand der Heizungsanlage in der kalten Jahreszeit führt zum Einfrieren der Heizungsanlage, zur Bildung von Eispfropfen darin und letztendlich zu Schäden an Geräten und Heizungsrohren durch Bruch

Standardmäßig vorhandene Optionen zur Lösung des Problems – Installation unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Generatoren verschiedener Modifikationen (Gas-, Benzin-, Dieselgeneratoren oder nicht-traditionelle Quellen – Windgeneratoren oder Mini-Wärmekraftwerke, Wasserkraftwerke).

Diese Lösung ist jedoch nicht für alle akzeptabel, da es für viele schwierig ist, Platz für die Installation eines autonomen Stromversorgers bereitzustellen.

Während Bewohner einzelner Häuser noch Platz für einen Generator vorsehen können, ist dies für den Einbau in einem mehrstöckigen Gebäude nahezu unmöglich. So stellt sich heraus, dass Bewohner von Mehrfamilienhäusern mit individueller Heizungsanlage die ersten Opfer sind, wenn der Strom ausfällt.

Aus diesem Grund haben sich vor allem Unternehmen, die Komponenten für die Montage von Heizungsanlagen herstellen, mit der Frage beschäftigt, wie sie die von der Heizungsanlage „abgeworfene“ Wärme voll ausnutzen können. Wir haben darüber nachgedacht, wie wir diesen Abfallstoff zur Stromerzeugung nutzen können.

Von den bekannten Technologien haben sich die Entwickler für die „vergessene“ Stirling-Anlage entschieden; moderne Technologien ermöglichen eine Steigerung der Effizienz bei gleichzeitig kompakter Größe.

Das Funktionsprinzip des Stirlingmotors ist die Bewegung des Motorkolbens nach unten und oben. Der Motor arbeitet nahezu geräuschlos und verursacht keine Gerätevibrationen

Das Funktionsprinzip der Stirling-Anlage basiert auf der Nutzung der Erwärmung und Kühlung des Arbeitsmediums, wodurch wiederum ein Mechanismus aktiviert wird, der elektrische Energie erzeugt.

Im Kolben (geschlossen) befindet sich ein gepumptes Gas; bei Erwärmung dehnt sich das gasförmige Medium aus und bewegt den Kolben in eine Richtung; nach dem Abkühlen im Kühler zieht es sich zusammen und bewegt den Kolben in die andere Richtung.

Überprüfung der Hersteller von Kesseln mit Generatoren

Schauen wir uns konkrete Beispiele heute bestehender Haushaltskesselanlagen an, bei denen das Prinzip der Nutzung von Abgasen (Verbrennungsprodukten) zur Stromerzeugung erfolgreich umgesetzt wurde. Das südkoreanische Unternehmen NAVIEN hat die oben genannte Technologie erfolgreich in einem Heizkessel der Marke HYBRIGEN SE implementiert.

Der Kessel verwendet einen Stirlingmotor, der laut Passdaten im Betrieb Strom mit einer Leistung von 1000 W (bzw. 1 kW) und einer Spannung von 12 V erzeugt. Die Entwickler behaupten, dass der erzeugte Strom zum Betrieb von Haushaltsgeräten verwendet werden kann.

Diese Leistung sollte ausreichen, um einen Haushaltskühlschrank (ca. 0,1 kW), einen Personal Computer (ca. 0,4 kW), einen LCD-Fernseher (ca. 0,2 kW) und bis zu 12 LED-Glühbirnen mit einer Leistung von jeweils 25 W zu betreiben.

Kessel der hybrigen se-Serie von Navien mit eingebautem Generator und Stirlingmotor. Beim Betrieb des Kessels wird zusätzlich zu seinen Hauptfunktionen Strom mit einer Leistung von ca. 1000 W erzeugt

Von den europäischen Herstellern entwickelt sich Viessmann in diese Richtung. Viessmann hat die Möglichkeit, Verbrauchern die Wahl zwischen zwei Kesselmodellen der Serien Vitotwin 300W und Vitotwin 350F anzubieten.

Der Vitotwin 300W war die erste Entwicklung in diese Richtung. Es zeichnet sich durch ein recht kompaktes Design aus und ähnelt im Aussehen stark einem herkömmlichen wandmontierter Gaskessel. Zwar wurden während des Betriebs des ersten Modells die „Schwachstellen“ im Betrieb des Stirlingmotors identifiziert.

Als größtes Problem stellte sich die Wärmeabfuhr heraus; die Grundlage für den Betrieb des Geräts ist das Heizen und Kühlen. Diese. Die Entwickler standen vor dem gleichen Problem wie Stirling in den vierziger Jahren des letzten Jahrhunderts – eine effektive Kühlung, die nur mit einer nennenswerten Größe des Kühlers erreicht werden kann.

Aus diesem Grund erschien das Kesselmodell Vitotwin 350F, das nicht nur einen Gaskessel mit Stromgenerator, sondern auch einen eingebauten 175-Liter-Kessel enthielt.

Der Warmwasserspeicher wird aufgrund des hohen Gewichts sowohl der Anlage selbst als auch der für Sanitärzwecke aufbereiteten Flüssigkeit in einer bodenmontierten Ausführung ausgeführt

In diesem Fall handelt es sich um das Problem der Kühlung des Kolbens der Stirling-Anlage durch eindringendes Wasser Kessel. Allerdings führte die Entscheidung zu einer Vergrößerung der Gesamtabmessungen und des Gewichts der Anlage. Ein solches System kann nicht mehr wie ein herkömmlicher Gaskessel an der Wand montiert werden, sondern kann nur noch am Boden montiert werden.

Viessmann Heizkessel bieten die Möglichkeit, die Kesselbetriebssysteme extern zu speisen, d. h. aus zentralen Energieversorgungsnetzen. Die Firma Viessmann positionierte das Gerät als Gerät, das seinen Eigenbedarf deckt (Betrieb von Kesselanlagen), ohne die Möglichkeit, überschüssigen Strom für den Hausverbrauch auszuwählen.

Bei der Vitotwin F350-Anlage handelt es sich um einen Heizkessel mit Wasserheizkessel mit einem Volumen von 175 Litern. Das System ermöglicht die Beheizung des Raumes, stellt Warmwasser bereit und erzeugt elektrische Energie

Um die Effizienz der Verwendung von in das Heizsystem eingebauten Generatoren zu vergleichen. Erwägenswert ist der Kessel, der von den Unternehmen TERMOFOR (Republik Weißrussland) und Kryotherm (Russland, St. Petersburg) entwickelt wurde.

Sie sind eine Überlegung wert, nicht weil sie irgendwie mit den oben genannten Systemen konkurrieren können, sondern weil sie die Funktionsprinzipien und die Effizienz der Erzeugung elektrischer Energie vergleichen. Diese Kessel verwenden ausschließlich Holz als Brennstoff, gepresstes Sägemehl oder Holzbriketts und sind daher nicht mit den Modellen von NAVIEN und Viessmann gleichzusetzen.

Der als „Heizofen „Indigirka“ bezeichnete Kessel ist für die Langzeitheizung mit Holz etc. ausgelegt, ist jedoch mit zwei thermischen Stromerzeugern vom Typ TEG 30-12 ausgestattet. Sie befinden sich an der Seitenwand des Geräts. Die Leistung der Generatoren ist gering, d.h. Insgesamt können sie bei 12V nur 50-60W erzeugen.

Das Grunddesign des Indigirka-Ofens ermöglicht es Ihnen, nicht nur den Raum zu heizen, sondern auch Speisen auf dem Brenner zu kochen. Ergänzt wird das System durch zwei 12V-Wärmeerzeuger mit einer Leistung von 50-60W.

In diesem Kessel wurde die Seebeck-Methode verwendet, die auf der Bildung einer EMK in einem geschlossenen Stromkreis basiert. Es besteht aus zwei unterschiedlichen Materialarten und hält die Kontaktpunkte auf unterschiedlichen Temperaturen. Diese. Entwickler nutzen die vom Kessel erzeugte Wärme auch zur Erzeugung elektrischer Energie.

Vergleich der Kesseleffizienz

Vergleich der vorgestellten Kesseltypen, die nicht nur den Raum heizen (Heizung). Kühlmittel), sondern auch Strom durch Nutzung der erzeugten Wärme erzeugen, sollten beim Betrieb wichtige Aspekte beachtet werden.

Sowohl die Firma NAVIEN als auch die Firma Viessmann positionieren ihre Kessel und weisen auf die unbestrittenen Vorteile hin – vollständige Automatisierung des Prozesses, keine Notwendigkeit von Servicereparaturen und im Allgemeinen völlige Abwesenheit von Eingriffen nach der Inbetriebnahme durch den Käufer.

Für den Betrieb dieser Kessel ist lediglich ein stabiler Betrieb des Systems und eine stabile Gasverfügbarkeit (sei es Hauptversorgung, eine Flaschenanlage mit Flüssiggas usw.) erforderlich Gasbehälter). Dementsprechend wird für den Betrieb von Heizkesseln Haushaltsgas verwendet, das nach der Verbrennung keine Belastung für die Umwelt darstellt.

Im Prinzip lässt sich fast das Gleiche über den Indigirka-Heizofen sagen, nur handelt es sich bei der Brennstoffart hier nicht um Gas, sondern um Brennholz, Pellets oder gepresstes Sägemehl.

Völlige Abwesenheit Automatisierungwas Strom erfordert. Das elektrische Energieerzeugungssystem und der Kessel selbst beeinflussen sich gegenseitig nicht, d. h.Bei einem Ausfall des Stromerzeugungssystems erfüllt der Kessel weiterhin seine Funktionen.

Alle diese gasverarbeitenden Heizanlagen mit Stirlingmotoren unter den Brennern erzeugen elektrische Energie, die für verschiedene Zwecke genutzt werden kann

Kessel von NAVIEN und Viessmann können sich damit nicht rühmen, da der Stirlingmotor direkt in die Kesselkonstruktion eingebaut ist. Doch wie rentabel sind solche Anlagen und wie lange wird es dauern, bis sich ein solcher Kessel amortisiert? Es lohnt sich, dieses Problem im Detail zu verstehen.

Rentabilität der betrachteten Systeme

Auf den ersten Blick sind Heizkessel von NAVIEN und Viessmann praktisch Mini-Wärmekraftwerke in einem Privathaus oder sogar einer Wohnung.

Auch trotz der großen Gesamtabmessungen dürfte die Möglichkeit, allein durch den Einsatz eines Heizkessels zur Beheizung eines Heizkessels oder zur Beheizung von Räumen elektrische Energie zu erzeugen, den Käufer bedenkenlos dazu veranlassen, ein solches „Wunder der Technik“ zu installieren.

Doch bei näherer Betrachtung des NAVIEN-Kessels tauchen Fragen auf, die Antworten erfordern. Mit einer deklarierten Leistung von 1 kW (freie Leistung, die nach eigenem Ermessen genutzt werden kann) verbraucht der Kessel im Betrieb der Anlage deutlich spürbar Strom.

Was ist gemeint? Zumindest funktioniert die Automatisierung, es wird zwar etwas Strom benötigt, dieser wird aber benötigt, damit der Ventilator und die Umwälzpumpe funktionieren. Die aufgeführten Geräte insgesamt können dieses Kilowatt Energie nicht nur erfolgreich verbrauchen, es reicht möglicherweise auch nicht aus, wenn das System „übertaktet“ wird.

Schematische Darstellung der Vissmann Heizungsanlage Vitotwin 350F mit einem 175-Liter-Bodenkessel.Mit dem System können Sie sowohl Strom aus einer externen Quelle nutzen als auch überschüssigen erzeugten Strom in das allgemeine Netz einspeisen

Genau die gleichen Fragen stellen sich auch bei Viessmann-Heizkesseln, allerdings wurde hier zumindest nicht auf die Möglichkeit der Stromgewinnung für den Eigenbedarf hingewiesen. Es wurde lediglich die Möglichkeit eines autonomen Betriebs des Systems ohne externe Versorgung festgelegt.

Allerdings weisen die Entwickler sofort darauf hin, dass „das System bei Spitzenlasten möglicherweise zusätzliche elektrische Leistung benötigt“. Vor dem Hintergrund der angegebenen 3500 kWh Stromproduktion pro Jahr ist diese Nuance bereits zweifelhaft, aber durch einfache und einfache Berechnungen erhalten wir Folgendes:

3500:6 (Monate der Standardheizperiode): 30 (durchschnittlich 30 Kalendertage): 24 (24 Stunden am Tag) = 0,81 kW*Stunde.

Diese. Der Kessel erzeugt im stabilen (konstanten) Betrieb etwa 800 W, aber wie viel verbraucht die Anlage selbst im Betrieb? Vielleicht die gleichen, die 800 W produzieren, und vielleicht mehr.

Darüber hinaus wird Strom nur während des Betriebs des Brenners erzeugt. Diese. Entweder ist ein ständiger Betrieb des Systems erforderlich, oder alles ist ein wenig anders, als die Systementwickler sagen.

Wozu führten diese Berechnungen? Das Holzkesselsystem erzeugt tatsächlich 50 Wh (oder 0,05 kWh), die zum Aufladen eines Tablets, Telefons usw. verwendet werden können. selbst für eine banale „Dienst-LED-Glühbirne“. Im Gegensatz zu den Entwicklungen zweier weltbekannter Unternehmen wirken die beschriebenen Entwicklungen eindeutig eher wie ein guter Marketingtrick und nicht mehr.

Was die Preispolitik dieser Systeme angeht, ist es generell schwierig, etwas zu beurteilen.Denn selbst die Herstellerfirmen Viessmann und NAVIEN betonen sofort, dass die Geräte „wartungsfrei“ seien. Vereinfacht ausgedrückt ist es kaputt, was bedeutet, dass das Gerät komplett ausgetauscht werden muss.

Dies gilt möglicherweise nicht für das gesamte System, sondern für einzelne Komponenten: den Stirlingmotor, das Gasbrennersystem usw. Das Ergebnis wird eine beeindruckende Menge sein. Gehen wir davon aus, dass der Durchschnittspreis für diese Systeme bei etwa 12.000 liegt. Euro oder 13,5 Tausend $. Das Schema des Betriebs eines Kessels mit Generator kann in einer solchen Situation nur der Systemhersteller gewinnen.

Der Indigirka-Ofen kann überhaupt nicht am Vergleich teilnehmen, nicht nur, weil die Art des Brennstoffs kein Gas ist und der Preis nicht vergleichbar ist (15-mal niedriger), sondern auch, weil der Ofen nicht für den Hausgebrauch, sondern eher für Reisen geeignet ist. Expeditionen usw. .P.

Wenn in Europa die Energiesituation die Entscheidung der Verbraucher (bei der Wahl von Heizungs- oder Energieversorgungssystemen) unter dem Gesichtspunkt der Effizienz und Umweltfreundlichkeit ganz erheblich beeinflusst, dann fördern die EU-Staaten dies durch die Förderung der Implementierung solcher Systeme.

Für Haushaltskunden in Russland werden solche Systeme höchstwahrscheinlich zu teuer sein, sowohl zunächst „System + Installation“ als auch im Betrieb.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Das Funktionsprinzip eines Stirlingmotors, der einen Gaskessel ausrüstet:

Demonstration des Betriebs eines Gaskessels mit Stromgenerator:

Ein Beispiel für einen Holzofen mit Stromgenerator zum Vergleich mit einer Gasanlage:

Vergessen Sie nicht, dass europäische Energieerzeugungsunternehmen den „Herstellern“ energiesparender Geräte gegenüber recht loyal sind.

In Russland ist die Möglichkeit, elektrische Energie durch private Verbraucher zu erzeugen und ins Netz einzuspeisen, nicht nur nicht gesetzlich verankert, sondern wird auch von den Netzbetreibern nicht begrüßt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die vorgestellten Systeme heute eine ernsthafte Chance haben, in der Russischen Föderation eingesetzt zu werden.

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