Gaasikatel elektrogeneraatoriga: ehitus, tööpõhimõte, parimate kaubamärkide ülevaade

Hoolikas suhtumine energiaallikatesse on tingitud eelkõige sellest, et peaaegu kõik loodusvarad ei ole lõpmatud. Kõigi kütuseliikide säästlik kasutamine nõuab uute süsteemide väljatöötamist või olemasolevate radikaalset kaasajastamist.

Seega on gaasikatel elektrogeneraatoriga – üks hübriidsüsteemide liik, mis võimaldab sinist kütust mõistlikult kasutada. Tutvustame teile seadme tööpõhimõtet, mis toodab soojusenergia kõrval ka elektrienergiat. Esitleme tüüpilisi hübriidseadmete mudeleid.

Energiaressursside tõhus tarbimine

Isegi tavakodanik, kellel on elamu kütmiseks paigaldatud gaasikatel, võib küsida soojusenergia kasutamise ratsionaalsuse kohta. Tõepoolest, gaasi põletamisel katlas ei kasutata kaugeltki kogu eralduvat soojust.

Küttesüsteemi töötamisel läheb alati mingi osa soojusest pöördumatult kaduma. Tavaliselt juhtub see põlemisproduktide katlast atmosfääri väljutamisel. Tegelikult on see kaotatud energia, millele võiks leida kasutust.

Millest täpsemalt jutt? Võimalusest kasutada asjata “äravisatud” soojust elektrienergia tootmiseks.

Kui lähtuda sellest, et küttesüsteemi katel on niigi optimeeritud maksimaalse kasuteguri saavutamiseks, moodustab «äravisatav» energia ikkagi olulise osa kütuse põlemisel eralduvast energiast

Kütuse liigid võivad olla erinevad, alates tavalistest puudest ja igasugustest brikettidest kuni kõige säästlikumate variantideni: maagaas, mille koostises on ülekaalus metaan, tehissinine kütus ja propaani-butaani vedelgaasisegud.

Võib tunduda, et see pole kaugeltki «Ameerika avastus», kuid tegelikult on juba kauges 1943. aastal Robert Stirlingi poolt välja töötatud tehnoloogia, täpsemalt seade, olemas. Selle konstruktsiooni iseärasused ja põhiline tööpõhimõte võimaldavad seda süsteemi liigitada sisepõlemismootorite hulka.

Miks siis seda seadet nii pika aja jooksul ei kasutatud? Vastus on lihtne – tehnoloogia teoreetiline areng eelmise sajandi neljakümnendatel aastatel osutus praktikas väga kohmakaks.

Eksisteerinud tehnoloogia ja materjalid arendamise ajal ei võimaldanud seadme suurust vähendada, ning tollased elektrienergia tootmise meetodid olid tulusamad.

Gaasikatla skeemi lisamine seadmele, mis muudab kasutult raisatava soojuse elektrienergiaks, võimaldab oluliselt tõsta gaasitöötlusseadme kasutegurit.

Mis võib tänapäeval panna meid mõtlema taastumatute ressursside säästlikumale kasutamisele? Praegu on kogu maailmas ühine probleem – tehnoloogia areng toob paratamatult kaasa elektrienergia tarbimise kasvu.

Tarbimise kasv toimub nii kiires tempos, et võrgufirmad ei jõua elektrivõrgu edastussüsteeme uuendada, rääkimata tootmisest. Selline olukord toob paratamatult kaasa selle, et elektritoitesüsteemi elemendid riknevad, ja mõnel juhul võib see juhtuda kadestamisväärse regulaarsusega.

Tänapäevased kütekatlad on varustatud juhtimissüsteemidega, mis on samuti vooluvõrgust sõltuvad. Elektrivarustust vajavad tsirkulatsioonipump, andurid, automaatika ja paneel ise. Kogu seadmetekomplekt ei saa muud kui tekitada muret töövõime säilimise pärast elektrikatkestuse korral.

Sundküttesüsteeme ei ole võimalik elektrivooluta käivitada. Elektrienergia katkemine kütteperioodil on nende jaoks praktiliselt katastroofiline. Pealegi, see toob paratamatult kaasa ruumi kiire jahtumise, ning pikaajalise mittetöötava kütte korral võib kontuur külmuda.

Küttesüsteemi pikaajaline mittetöötamine külmal aastaajal põhjustab küttesüsteemi külmumise, jääkorkide tekke ja lõpuks seadmete ja küttereede kahjustumise rebenemise tõttu.

Tavalised olemasolevad lahendusvariandid on katkematu toiteallikate paigaldamine, igasuguste generaatorite (gaasi-, bensiini-, diiselgeneraatorite või ebatraditsiooniliste allikate – tuulegeneraatorite või mini soojuselektrijaamade, hüdroelektrijaamade) paigaldamine.

Kuid see lahendustee on kaugeltki kõigile vastuvõetav, kuna paljudel on raske leida kohta autonoomse elektrivarustaja paigaldamiseks.

Kui üksikelamute elanikud suudavad veel generaatorile ruumi leida, siis korterelamusse paigaldamiseks on see praktiliselt võimatu. Seega selgub, et korterelamute elanikud individuaalse küttesüsteemiga on need, kes kannatavad esimesena elektrikatkestuse korral.

Just seepärast hakkasid eelkõige küttesüsteemide montaažiks komponente tootvad ettevõtted mõtlema soojuse täielikule kasutamisele, mille küttesüsteem «välja viskab». Mõeldi, kuidas mõttetult raisatavat ainet elektrienergia tootmiseks rakendada.

Tuntud tehnoloogiate hulgast valisid arendajad «hästi unustatud» Stirlingi seadme, kaasaegsed tehnoloogiad võimaldavad selle tõhusust suurendada, säilitades kompaktse suuruse.

Stirlingi mootori tööpõhimõte – mootori kolvi liikumine alla ja üles. Mootor töötab peaaegu hääletult ega põhjusta seadme vibratsiooni.

Stirlingi seadme tööpõhimõte põhineb töökeha kuumutamisel ja jahutamisel, mis omakorda paneb liikuma mehhanismi, mis toodab elektrienergiat.

Kolvi (suletud) sees on sissepumbatud gaas, kuumutamisel gaasiline keskkond paisub ja liigutab kolvi ühte suunda, pärast jahutit jahtumist surutakse see kokku ja liigutab kolvi teise suunda.

Generaatoriga katelde tootjate ülevaade

Vaatleme konkreetsete näidete varal tänapäeval olemasolevaid kodukatlasüsteeme, milles on edukalt rakendatud heitgaaside (põlemisproduktide) kasutamise põhimõtet elektrienergia tootmiseks. Lõuna-Korea ettevõte Navien rakendas eelnimetatud tehnoloogia edukalt Hybrigen SE -margi katlas.

Katlas kasutatakse Stirlingi mootorit, mis passiandmete kohaselt toodab töö käigus elektrienergiat võimsusega 1000W (või 1 kW) ja pingega 12 V. Arendajad väidavad, et toodetud elektrienergiat saab kasutada kodumasinate toiteks.

Sellest võimsusest peaks piisama koduse külmiku (umbes 0,1 kW), personaalarvuti (umbes 0,4 kW), vedelkristallteleviisori (umbes 0,2 kW) ja kuni 12 LED-lambi toiteks, igaüks võimsusega 25 W.

Navieni ettevõtte Hybrigen SE seeria katel sisseehitatud generaatori ja Stirlingi süsteemi mootoriga. Katla töö käigus toodetakse lisaks põhifunktsioonidele elektrienergiat umbes 1000 W võimsusega.

Euroopa tootjatest tegeleb selle suuna arendustega ettevõte Viessmann. Viessmann saab pakkuda tarbijale valikus kaks katlamudelit: Vitotwin 300W ja Vitotwin 350F seeriad.

Mudel Vitotwin 300W oli esimene arendus nimetatud suunas. Seda iseloomustab üsna kompaktne teostus ja välimuselt on see väga sarnane tavalise seinagaasikatlaga. Tõsi, just esimese mudeli kasutamisel tuvastati Stirlingi süsteemi mootori töös «nõrgad» kohad.

Suurimaks probleemiks osutus soojuse ärajuhtimine, seadme töö aluseks on kuumutamine ja jahutamine. See tähendab, et arendajad seisid silmitsi sama probleemiga, millega Stirling silmitsi seisis eelmise sajandi neljakümnendatel aastatel – tõhus jahutamine, mida on võimalik saavutada ainult märkimisväärsete jahuti mõõtmetega.

Just seetõttu ilmus mudel Vitotwin 350F, mis hõlmas endas juba mitte ainult gaasikatelt koos elektri generaatoriga, vaid ka sisseehitatud boilerit mahuga 175 l.

Kuuma vee akumulatsioonipaak valmistatakse põrandaversioonis, kuna nii seadme enda kui ka sanitaareesmärkidel valmistatava vedeliku kaal on suur.

Sel juhul lahendati Stirlingi seadme kolvi jahutamise probleem piisavalt tõhusalt, kasutades boileri vett. Ent lahendus tõi kaasa seadme mõõtmete ja kaalu suurenemise. Sellist süsteemi ei saa enam seinale kinnitada nagu tavalist gaasikatelt ja see saab olla ainult põrandal seisev.

Viessmanni katlad näevad ette võimalust toita katla töösüsteeme välisest allikast, st tsentraalsest elektrivarustusvõrgust. Viessmanni ettevõte positsioneeris seadme kui oma vajadusi (katla agregaatide tööd) tagava seadme, ilma et oleks võimalik võtta ülejäävat elektrienergiat majapidamises kasutamiseks.

Süsteem Vitotwin F350 – katel koos boileriga vee soojendamiseks mahuga 175 l. Süsteem võimaldab ruumi kütta, varustab kuuma veega ja toodab elektrienergiat.

Selleks, et oleks võimalik võrrelda küttesüsteemi paigaldatavate generaatorite kasutamise tõhusust, tasub vaadelda katelt, mille on välja töötanud ettevõtted «TERMOFOR» (Valgevene Vabariik) ja «Krioterm» (Venemaa, Peterburi).

Neid tasub vaadelda mitte seepärast, et nad suudaksid kuidagi konkureerida eespool toodud süsteemidega, vaid tööpõhimõtete ja elektrienergia tootmise tõhususe võrdlemiseks. Need katlad kasutavad kütusena vaid puitu, pressitud saepuru või puidupõhiseid briketti, mistõttu ei saa neid panna samale tasemele NAVIENi ja Viessmanni mudelitega.

Katk, mida nimetatakse «Kütteahi «Indigirka», on orienteeritud pikaajalisele kütmisele puude jms abil, kuid on varustatud kahe termoelektrilise generaatoriga tüüp TEG 30-12. Need asuvad agregaadi külgseinal. Generaatorite võimsused on väikesed, s.t kokku suudavad nad genereerida ainult 50-60 W pingega 12 V.

Ahju “Indigirka” põhimõtteline ehitus võimaldab mitte ainult ruumi kütta, vaid ka toitu pliidil valmistada. Süsteemi täienduseks on kaks 12 V soojusgeneraatorit võimsusega 50–60 W.

Selles katlas on leidnud rakendust Zebeka meetod, mis põhineb elektromotoorjõu tekkimisel suletud elektriahelas. See koosneb kahest erinevast materjaliliigist ja hoiab kontaktpunkte erinevatel temperatuuridel. See tähendab, et arendajad kasutavad samuti katla eraldatavat soojust elektrienergia tootmiseks.

Kateldade töö efektiivsuse võrdlus

Võrreldes esitletud katelde tüüpe, mis mitte ainult ei küta ruumi (soojendavad soojuskandjat), vaid toodavad ka eralduva soojuse kasutamise kaudu elektrienergiat, tuleb pöörata tähelepanu olulistele aspektidele kasutamisel.

Nii ettevõte NAVIEN kui ka ettevõte Viessmann positsioneerivad oma katlaid, tuues esile vaieldamatud eelised – protsessi täielik automatiseeritus, teenindusremondi vajaduse puudumine ja üldse igasuguse ostja sekkumise täielik puudumine pärast kasutuselevõttu.

Nende katelde tööks on vaja ainult süsteemi stabiilset tööd, stabiilset gaasi olemasolu (olgu selleks magistraaltarne, balloonipaigaldus veeldatud gaasiga või gaasihoidla). Vastavalt sellele kasutatakse katelde tööks olmegaasi, mis pärast põlemist ei ole keskkonnale kahjulik.

Põhimõtteliselt võib peaaegu sama öelda ka kütteahju “Indigirka” kohta, ainult et kütuse liik pole siin gaas, vaid puud, pelletid või pressitud saepuru.

Täielik automaatika puudumine, mis nõuab elektri olemasolu. Elektrienergia tootmise süsteem ja katel ise ei mõjuta üksteise tööd, st kui elektritootmise süsteem rikki läheb, jätkab katel oma funktsioonide täitmist.

Kõik need gaasi töötlevad kütteseadmed, mille põletite all asuvad Stirlingi mootorid, toodavad elektrienergiat, mida saab kasutada erinevatel eesmärkidel.

NAVIENi ja Viessmanni ettevõtete katlad ei saa “kiidelda” sellisega, kuna Stirlingi süsteemi mootor on otse katla konstruktsiooni sisse ehitatud. Kuid kui tasuvad on sellised süsteemid ja millise aja jooksul selline katel end ära tasub? Seda küsimust tasub üksikasjalikult analüüsida.

Vaadeldavate süsteemide tasuvus

Esmapilgul on NAVIENi ja Viessmanni ettevõtete katlad peaaegu mini-soojuselektrijaamad eramaja või isegi korteri tingimustes.

Isegi suurtest mõõtmetest hoolimata peaks võimalus toota elektrienergiat lihtsalt katla kasutamise kaudu boileri soojendamiseks või ruumide kütmiseks sundima ostjat kõhklemata paigaldama sellist “tehnikaimet”.

Kuid NAVIENi katla lähemal vaatlusel tekivad küsimused, mis vajavad vastuseid. Väidetava 1 kW võimsuse juures (vaba võimsus, mida saab kasutada oma äranägemise järgi) kulutab katel süsteemi töötamise ajal üsna märgatavalt elektrit.

Mida selle all mõeldakse? Vähemalt automaatika töö – kuigi vajalik on väike võimsus, on see vajalik ventilaatori ja tsirkulatsioonipumba toimimiseks. Loetletud seadmed võivad kokku mitte ainult edukalt ära tarbida selle kilovati energia, vaid sellest võib süsteemi "kiirendamisel" ka väheks jääda.

Vissmann Vitotwin 350F küttesüsteemi põhimõtteline skeem koos 175-liitrise põrandakatlaga. Süsteem võimaldab nii kasutada elektrivoolu välisest allikast kui ka anda üleliigset toodetud elektrit ühisvõrku.

Täpselt samad küsimused tekivad ka Viessmanni katelde kohta, kuid siin ei väidetud vähemalt elektri tootmise võimalust oma tarbeks. Mainiti ainult süsteemi autonoomse töö võimalust välise toite puudumisel.

Kuigi arendajad märgivad kohe, et "süsteem võib tippkoormuste korral vajada täiendavat elektrivõimsust". Väidetava 3500 kWh aastas toodetud elektrienergia taustal tekitab see nüanss juba kahtlust ning lihtsate arvutuste abil saame järgmise:

3500:6 (standardse kütteperioodi kuud):30 (keskmiselt 30 kalendripäeva):24 (24 tundi ööpäevas) = 0,81 kWh.

St katel toodab stabiilse (pideva) töö korral umbes 800 W, kuid kui palju kulutab süsteem ise töö käigus? Võimalik, et samad toodetud 800 W, või võib-olla isegi rohkem.

Lisaks toodetakse elektrit ainult põleti töötamise ajal. St on vajalik kas süsteemi pidev töö või ei ole kõik päris nii, nagu süsteemi arendajad räägivad.

Milleks neid arvutusi toodi? Puiduküttekatla süsteem annab tegelikult oma 50 Wh (ehk 0,05 kWh), mida saab kasutada tahvelarvuti, telefoni jms laadimiseks, isegi tavalise "valvel oleva LED-lambi" jaoks. Vastukaaluks kahe maailmanimega ettevõtte arendustele, kuid kirjeldatud arendused sarnanevad selgelt rohkem hea turundustrikiga, ja mitte enamaga.

Mis puudutab nende süsteemide hinnapoliitikat, siis on siin üldse raske midagi hinnata. Kuna isegi tootjad Viessmann ja NAVIEN märgivad kohe, et seadmed "ei vaja hooldust". Lihtsas keeles öeldes – kui see läheb katki, tuleb seade täielikult välja vahetada.

See võib puudutada mitte kogu süsteemi, vaid üksikuid sõlmi: Stirlingi mootorit, gaasipõleti süsteemi jne. Tulemuseks on piisavalt suur summa. Kui lähtuda sellest, et nende süsteemide keskmine hind on suurusjärgus 12 000 € või 13 500 $, siis sellises olukorras võib võita vaid süsteemide tootja. Katla tööskeem generaatoriga.

Ahi “Indigirka” ei saa üldse võrdluses osaleda, mitte ainult seetõttu, et kütuseliik ei ole gaas ja hind ei ole võrreldav (15 korda väiksem), vaid seepärast, et ahi on positsioneeritud mitte koduseks kasutamiseks, vaid pigem reisimiseks, ekspeditsioonideks jms.

Kui Euroopas mõjutab energiakandjate olukord piisavalt oluliselt tarbija valikut (kütte- või energiavarustussüsteemide valimisel) majanduslikkuse ja keskkonnasõbralikkuse seisukohast, siis EL-i riigid soodustavad seda selliste süsteemide kasutuselevõtu toetamise kaudu.

Venemaa kodutarbija jaoks on sellised süsteemid tõenäoliselt liiga kallid nii algselt “süsteem+paigaldus” kui ka kasutamise ajal.

Järeldused ja kasulik video teemal

Stirlingi mootori tööpõhimõte, mis varustab gaasikatelt:

Demonstratsioon gaasikatla tööst koos elektrigeneraatoriga:

Näide puuküttega ahjust koos elektrigeneraatoriga võrdluseks gaasiseadmega:

Ei tasu unustada, et Euroopa energiatootmisettevõtted on üsna lojaalsed energiasäästlike seadmete “tootjatele”.

Venemaal ei ole kodutarbija võimalus toota ja võrku edastada elektrienergiat mitte ainult seadusandlikult kinnitatud, vaid ka võrguettevõtted ei poolda seda. Seetõttu on esitatud süsteemidel tänapäeva Venemaa tingimustes vaevalt tõsiseid võimalusi rakendamiseks.

Palun kommenteerige läbivaatamiseks esitatud artiklit allpool asuvas plokivormis, esitage küsimusi, lisage teemakohaseid fotosid. Rääkige, kas olete tuttav elektrigeneraatoriga kateldega. Jagage kasulikku teavet, mis on saidi külastajatele kasulik.