Газовый котел с электрогенератором: устройство, принцип работы, обзор лучших брендов

Бережное отношение к энергоресурсам продиктовано в первую очередь тем, что практически все природные запасы не бесконечны. Экономное расходование всех видов топлива требует разработки новых систем либо кардинальной модернизации существующих.

Так, газовый котел с электрогенератором — это один из видов гибридных систем, позволяющих разумно распоряжаться голубым топливом. Мы познакомим вас с принципом действия оборудования, вырабатывающего наряду с тепловой энергией электрическую. Представим типичные модели гибридных агрегатов.

Эффективное потребление энергоресурсов

Даже рядовой обыватель, у которого установлен газовый котел для отопления жилья, может задаваться вопросом о рациональности использования тепловой энергии. Действительно, ведь при сжигании газа в котле, далеко не все выделяемое тепло используется.

Всегда при работе системы отопления какая-то часть тепла безвозвратно утрачивается. Обычно так происходит при выбросе продуктов сгорания из котла в атмосферу. Фактически это утраченная энергия, которой могло бы найтись применение.

О чем конкретно идет речь? О возможности применения впустую «выброшенного» тепла в производстве электрической энергии.

Если исходить из того, что система котла отопления и так оптимизирована с целью максимального повышения КПД, то «выбрасываемая» энергия все равно составляет значительную долю от энергии, которая выделяется при горении топлива

Видами топлива могут быть различны, начиная с банальных дров и всевозможных брикетов, заканчивая наиболее экономичными вариантами: магистральным газом с преобладанием метана в составе, искусственным голубым топливом и пропан-бутановыми сжиженными смесями.

Может показаться, что это далеко не «открытие Америки», но на самом деле разработанная еще в далеком 1943 году Робертом Стирлингом технология, а точнее, установка существует. Ее конструктивные особенности и основной принцип работы позволяет относить эту систему к двигателям внутреннего сгорания.

Почему же тогда не использовалась данная установка на протяжении столь значительно времени? Ответ прост – теоретическая разработка технологии в сороковых годах прошлого века, на практике оказалась очень громоздкой.

Существовавшие на момент разработки технологии и материалы не позволяли сократить размеры установки, а существовавшие методы производства электрической энергии были более рентабельны.

Включение в схему газового котла устройства, перерабатывающего бесполезно расходуемое тепло в электроэнергию, позволяет существенно повысить КПД газоперерабатывающей установки

Что может заставить нас на сегодняшний день задумываться о более бережном отношении к ресурсам, не относящимся к категории возобновляемых? Сейчас во всем мире существует общая проблема – развитие технологий неизбежно ведет к увеличению потребления электрической энергии.

Увеличение потребления происходит настолько стремительными темпами, что сетевые компании не успевают модернизировать системы передачи электрической энергии, не говоря уже про производство. Такая ситуация неизбежно ведет к тому, что элементы систем электроснабжения выходят из строя, а в некоторых случаях такое может происходить с завидной регулярностью.

Современные котлы отопления оснащены системами управления, которые тоже энергозависимы. В электропитании нуждаются циркуляционный насос, датчики, автоматика, сама панель. Весь набор устройств не может не вызывать тревоги за сохранение работоспособности при отключении электроэнергии.

Принудительные системы отопления не представляется возможным запустить без электроэнергии. Отключение электропитания в отопительный сезон для них практически катастрофично. Мало того, что это приведет неизбежно к быстрому охлаждению помещения, при длительно неработающем отоплении возможно замерзания контура.

Длительное отсутствие работы системы отопления в холодное время года приводит к замерзанию системы отопления, к появлению в ней ледяных пробок и в итоге к повреждению оборудования и труб отопления из-за разрыва

Стандартные существующие варианты решения вопроса – установка источников бесперебойного питания, генераторов всевозможных модификаций (газо -, бензо -, дизельгенераторов или нетрадиционные источники – ветрогенераторы или мини ТЭС, ГЭС).

Но этот путь решения приемлем далеко не для всех, поскольку многие сложно выделить место для установки автономного поставщика электричества.

Если жители индивидуальных домов еще могут выделить место под генератор, то для установки в многоэтажном доме это практически невозможно. Таким образом, получается, что жители многоквартирных домов с системой индивидуального отопления – это первые, кто пострадает при отключении света.

Именно поэтому в первую очередь компании, выпускающие компоненты для сборки систем отопления, задались вопросом полноценного использования тепла, которое «выбрасывается» системой отопления. Задумались о том, как бесцельно расходуемую субстанцию применить в генерации электроэнергии.

Из известных технологий разработчики выбрали «хорошо забытую» установку Стирлинга, современные технологии позволяют увеличить ее эффективность, сохраняя компактные размеры.

Принцип работы двигателя Стирлинга — движение поршня двигателя вниз и вверх. Двигатель работает практически бесшумно и не вызывает вибраций оборудования

Принцип работы установки Стирлинга основан на использовании нагрева и охлаждении рабочего тела, что в свою очередь приводит в действие механизм, который вырабатывает электрическую энергию.

Внутри поршня (закрытого) расположен закачанный газ, при нагреве газообразная среда расширяется и двигает поршень в одну сторону, после охлаждения в охладителе она сжимается и двигает поршень в другую сторону.

Обзор производителей котлов с генератором

Рассмотрим на конкретных примерах системы бытовых котлов, существующих на сегодняшний день, в которых принцип использования выхлопных газов (продуктов горения) для производства электроэнергии был успешно реализован. Южнокорейская фирма NAVIEN успешно реализовала вышеуказанную технологию в котле марки HYBRIGEN SE.

В котле используется двигатель Стирлинга, который согласно паспортным данным вырабатывает в процессе работы электроэнергию мощностью 1000W (или 1кВт) и напряжением 12В. Разработчики утверждают, что вырабатываемую электроэнергию можно использовать для питания бытовых приборов.

Такой мощности должно хватить для питания бытового холодильника (порядка 0,1кВт), персонального компьютера (около 0,4кВт), жидкокристаллического телевизора (около 0,2кВт) и до 12 светодиодных лампочек мощностью по 25Вт каждая.

Котел серии hybrigen se компании navien со встроенным генератором и двигателем системы Стирлинга. При работе котла помимо основных функций вырабатывается электроэнергия порядка 1000Вт мощности

Из европейских производителей разработками в данном направлении занимается компания Viessmann. Viessmann обладает возможностью представить на выбор потребителя две модели котлов серии Vitotwin 300W и Vitotwin 350F.

Модель Vitotwin 300W была первой разработкой в указанном направлении. Она отличается достаточно компактным исполнением и внешне очень схожа с обычным настенным газовым котлом. Правда именно при эксплуатации первой модели были определены «слабые» места в работе двигателя системы Стирлинга.

Самой большой проблемой оказался отвод тепла, основа работы устройства – нагрев и охлаждение. Т.е. разработчики столкнулись с той же проблемой, с которой столкнулся Стирлинг в сороковых годах прошлого века – эффективное охлаждение, которого можно достигнуть только при значительных размерах охладителя.

Именно поэтому появилась модель котла Vitotwin 350F, которая включала в себя уже не только газовый котел с генератором электричества, но и встроенный бойлер на 175л.

Накопительная емкость для горячей воды выполняется в напольном варианте по причине большого веса как самого оборудования, так и подготавливаемой для санитарных целей жидкости

В этом случае достаточно эффективно был решен вопрос с проблемой охлаждения поршня установки Стирлинга за счет воды в бойлере. Однако решение привело к тому, что габаритные размеры и вес установки увеличились. Такая система уже не может крепиться на стену как обычный газовый котел и может быть только напольной.

Котлы компании Viessmann предусматривают возможность подпитки систем работы котла от внешнего источника, т.е. от сетей центрального электроснабжения. Компания Viessmann позиционировала оборудование как устройство, обеспечивающее собственные нужды (работу агрегатов котла) без возможности отбора избытка электроэнергии для бытового потребления.

Система Vitоtwin F350 — котел с бойлером нагрева воды объемом 175л. Система позволяет обогревать помещение, обеспечивает горячей водой и вырабатывает электрическую энергию

Для того чтобы можно было сравнить эффективность применения генераторов, встраиваемых в систему отопления. Стоит рассмотреть котел, который разработан компаниями «ТЕРМОФОР» (республика Беларусь) и компанией «Криотерм» (Россия, г. Санкт-Петербург).

Рассмотреть их стоит не потому, что они смогут каким-то образом конкурировать с вышеприведенными системами, а для сравнения принципов работы и эффективности получения электрической энергии. Эти котлы в качестве топлива используют только дрова, прессованные опилки или брикеты на основе древесины, поэтому их нельзя поставить в один ряд с моделями фирм NAVIEN и Viessmann.

Котел, названный «Отопительная печь «Индигирка», ориентирован на длительное отопление дровами и т.п., но снабжен двумя термическими генераторами электричества типа ТЭГ 30-12. Расположены они на боковой стенке агрегата. Мощности генераторов малы, т.е. в общей сложности они в состоянии генерировать лишь 50-60Вт напряжением 12В.

Принципиальное устройство печи «Индигирка» позволяет не только обогревать помещение, но и готовить еду на конфорке. Дополнение системы — два теплогенератора на 12В мощностью 50-60Вт.

В данном котле нашел применение метод Зебека, основанный на формировании ЭДС в замкнутой электрической цепи. Она состоит из двух разнородных видов материала и поддерживает точки контакта при различных температурах. Т.е. разработчики тоже используют выделяемое котлом тепло для выработки электрической энергии.

Сравнение эффективности работы котлов

Сравнивая представленные виды котлов, которые не только обогревают помещение (нагревают теплоноситель), но и вырабатывают электроэнергию за счет использования выделяемого тепла, следует обратить внимание на важные аспекты при эксплуатации.

Как компания NAVIEN, так и компания Viessmann позиционируют свои котлы, указывая на несомненные плюсы – полная автоматизация процесса, отсутствие необходимости сервисного ремонта и вообще полное отсутствие вмешательства после запуска в работу со стороны покупателя.

Для работы данных котлов нужна только стабильная работа системы стабильное наличие газа (будь то магистральные поставки, установка баллонная с сжиженным газом или газгольдер). Соответственно, для работы котлов применяется бытовой газ, который после сгорания не представляет вреда для окружающей среды.

В принципе, почти то же можно сказать и про отопительную печь «Индигирка», только вид топлива тут не газ, а дрова, пеллеты или прессованные опилки.

Полное отсутствие автоматики, которая требует наличия электричества. Система выработки электрической энергии и самого котла не влияют на работу друг друга, т.е. при выходе из строя системы производства электроэнергии, котел продолжает выполнять свои функции.

Все эти газоперерабатывающие отопительные агрегаты, под горелками которых расположены двигатели Стирлинга, производят электрическую энергию, которую можно использовать в различных целях

Котлы компаний NAVIEN и Viessmann не смогут «похвастать» подобным, поскольку двигатель системы Стирлинга встроен непосредственно в конструкцию котла. Но насколько рентабельны подобные системы и через какой срок окупится подобный котел? С этим вопросом стоит детально разобраться.

Рентабельность рассматриваемых систем

На первый взгляд котлы компаний NAVIEN и Viessmann практически мини-ТЭС в условиях частного дома или даже квартиры.

Даже невзирая на большие габаритные размеры, возможность производить электрическую энергию просто за счет пользования котлом для нагрева бойлера или обогрева помещений должна побудить покупателя не задумываясь установить подобное «чудо техники».

Но при ближайшем рассмотрении котла компании NAVIEN возникают вопросы, требующие ответа. При заявленной мощности в 1 кВт (свободной мощности, которую можно использовать на свое усмотрение), котел достаточно ощутимо расходует электроэнергию при работе системы.

Что имеется в виду? Как минимум работа автоматики, пусть необходима небольшая мощность, но она нужна, для того чтобы функционировали вентилятор и циркуляционный насос. Перечисленные устройства в сумме могут не только с успехом потребить этот киловатт энергии, но его может и не хватить при «разгоне» системы.

Принципиальная схема системы отопления компании Vissmann Vitotwin 350F с напольным бойлером на 175л. Система позволяет как использовать электроэнергию от внешнего источника, так и отдавать избыток произведенной электроэнергии в общую сеть

Такие же точно вопросы возникают и по котлам компании Viessmann, но здесь хотя бы не заявлялась возможность извлечения электроэнергии для собственных нужд. Оговаривалась только возможность автономной работы системы при отсутствии внешнего снабжения.

Хотя тут же разработчики указывают, что «система может требовать дополнительной электрической мощности при пиковых нагрузках». На фоне заявленных 3500 кВт*ч производимой электроэнергии в год, данный нюанс уже вызывает сомнение, а путем простых и нехитрых вычислений получаем следующее:

3500:6 (месяцев стандартного отопительного сезона):30 (30 календарных дней в среднем):24 (24 часа в сутках) = 0,81кВт*час.

Т.е. котел производит при стабильной (постоянной) работе порядка 800Вт, но сколько потребляет сама система в процессе работы? Возможно, эти же, производимые 800Вт, а возможно, и больше.

К тому же вырабатывается электроэнергия только в процессе работы горелки. Т.е. требуется либо постоянная работа системы, либо все немного не так, как рассказывают разработчики системы.

К чему приводились эти расчеты? Система котла на дровах реально отдает свои 50Вт*ч (или 0,05кВт*ч), которые можно использовать для подзарядки планшета, телефона и т.п. даже для банальной «дежурной светодиодной лампочки». В противовес разработки двух компаний с мировым именем, но описанные разработки явно больше смахивают на хороший маркетинговый ход, и не более того.

Что касается ценовой политики на данные системы, тут вообще сложно что-то оценивать. Поскольку даже фирмы-производители Viessmann и NAVIEN сразу оговаривают, что оборудование «не требует обслуживания». В переводе на простой язык – поломалось, значит, нужно заменить агрегат полностью.

Это может касаться не всей системы, а отдельно взятых узлов: двигателя Стирлинга, системы газовой горелки и т.д. В результате получится достаточно внушительная сумма. Если исходить из того, что в среднем цена на данные системы составляет порядка 12тыс. евро или 13,5 тыс. $. Схема работы котла с генератором, то выиграть в такой ситуации может разве что производитель систем.

Печь «Индигирка» участвовать в сравнении вообще не может, не только потому, что вид топлива не газ, а цена не сопоставима (в 15 раз меньше), а потому что печь позиционирована не для бытового использования, а больше для путешествий, экспедиций и т.п.

Если в Европе ситуация с энергоносителями достаточно существенно влияет на выбор потребителя (при выборе систем отопления или энергоснабжения) с точки зрения экономичности и экологичности, то государства ЕС стимулируют это путем субсидирования на внедрение таких систем.

Для бытового потребителя в России такие системы, скорее всего, будут слишком дорого обходиться как изначально «система+установка», так и в процессе эксплуатации.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип действия двигателя Стирлинга, оснащающего газовый котел:

Демонстрация работы газового котла с генератором электроэнергии:

Пример дровяной печки с генератором электричества для сравнения с газовым агрегатом:

Не стоит забывать, что европейские энергогенерирующие компании вполне лояльны к «производителям» энергосберегающей техники.

В России возможность генерации и передачи в сеть электрической энергии бытовым потребителем не только не закреплена законодательно, но и не приветствуется сетевыми компаниями. Поэтому представленные системы вряд ли имеют серьезные шансы на применение в условиях РФ на сегодняшний день.

Комментируйте, пожалуйста, представленную к рассмотрению статью в расположенной ниже блок-форме, задавайте вопросы, размещайте фото по теме. Расскажите о том, знакомы ли вам котлы с электрогенерирующими системами. Поделитесь полезной информацией, которая пригодится посетителям сайта.