Gaspanna med elgenerator: konstruktion, funktionsprincip, översikt över de bästa märkena

Omsorgsfull hantering av energiresurser dikteras i första hand av att praktiskt taget alla naturreserver inte är oändliga. Ekonomisk förbrukning av alla bränsleslag kräver utveckling av nya system eller en radikal modernisering av befintliga.

Så, gaspanna med elgenerator – är en typ av hybridsystem som möjliggör en rationell hantering av det blå bränslet. Vi kommer att presentera dig för funktionsprincipen för utrustning som genererar elektricitet tillsammans med värmeenergi. Vi kommer att presentera typiska modeller av hybridaggregat.

Effektiv energiförbrukning

Till och med en vanlig husägare som har en gaspanna för uppvärmning av bostaden kan fråga sig om rationaliteten i att använda värmeenergi. För visst, när gas förbränns i pannan används inte all värme som produceras.

Alltid när värmesystemet är i drift går en del värme oåterkalleligt förlorad. Vanligtvis sker detta när förbränningsgaser släpps ut från pannan till atmosfären. Detta är i själva verket förlorad energi som skulle kunna användas.

Vad handlar det specifikt om? Om möjligheten att använda det “bortkastade” värmen för att producera elektrisk energi.

Om man utgår från att värmepannans system redan är optimerat för maximal verkningsgrad, så utgör den «bortkastade» energin ändå en betydande del av den energi som frigörs vid förbränning av bränsle.

Bränsletyperna kan variera, från vanlig ved och olika briketter till de mest ekonomiska alternativen: naturgas med övervägande metan, konstgjort blå bränsle och propan-butan-blandningar i flytande form.

Det kan verka som att detta långt ifrån är någon «upptäckt av Amerika», men i själva verket finns den teknik som utvecklades redan 1943 av Robert Stirling, eller snarare anordningen. Dess konstruktionsegenskaper och grundläggande funktionsprincip gör att systemet kan klassificeras som en förbränningsmotor.

Varför användes inte denna anordning under så lång tid? Svaret är enkelt – den teoretiska utvecklingen av tekniken på 1940-talet visade sig i praktiken vara mycket skrymmande.

De tekniker och material som fanns vid tidpunkten för utvecklingen tillät inte att minska anordningens storlek, och de befintliga metoderna för elproduktion var mer lönsamma.

Att inkludera en anordning som omvandlar spillvärme till elektricitet i en gaspanna gör det möjligt att avsevärt öka verkningsgraden hos gasbehandlingsanläggningen.

Vad kan få oss idag att tänka på en mer varsam hantering av resurser som inte är förnybara? Just nu finns det ett globalt problem – teknikutvecklingen leder oundvikligen till en ökad elförbrukning.

Ökningen av förbrukningen sker så snabbt att nätföretagen inte hinner modernisera elsystemen, för att inte tala om produktionen. En sådan situation leder oundvikligen till att delar av elförsörjningssystemet går sönder, och i vissa fall kan detta ske med avundsvärd regelbundenhet.

Moderna värmepannor är utrustade med styrsystem som också är strömberoende. Cirkulationspumpen, sensorer, automatik och själva panelen behöver el. Hela uppsättningen av enheter kan inte låta bli att väcka oro för funktionaliteten vid ett strömavbrott.

Tvingade värmesystem kan inte startas utan el. Ett strömavbrott under eldningssäsongen är nästan katastrofalt för dem. Förutom att det oundvikligen leder till snabb avkylning av rummet, kan långvarig frånvaro av värme leda till att kretsen fryser.

Långvarig frånvaro av värmesystemets drift under den kalla årstiden leder till frysning av värmesystemet, uppkomst av isproppar och i slutändan skador på utrustning och värmeledningar på grund av brott.

Standardbefintliga lösningar är installation av avbrottsfria strömkällor, generatorer av alla modifieringar (gas-, bensin-, dieselgeneratorer eller alternativa källor – vindkraftverk eller mini värmekraftverk, vattenkraftverk).

Men denna lösning är inte acceptabel för alla, eftersom många har svårt att avsätta plats för en autonom elleverantör.

Om invånare i enfamiljshus fortfarande kan avsätta plats för en generator, är det praktiskt taget omöjligt i ett flerfamiljshus. Således blir det så att invånare i flerbostadshus med individuella värmesystem är de första som drabbas vid ett strömavbrott.

Det är just därför som företag som tillverkar komponenter för montering av värmesystem i första hand har ställt frågan om fullt utnyttjande av värme som "kastas bort" av värmesystemet. Man funderade på hur man kan använda den meningslöst förbrukade substansen för att generera elektricitet.

Bland kända teknologier valde utvecklarna den "väl glömda" Stirlinganläggningen. Modern teknik gör det möjligt att öka dess effektivitet samtidigt som den behåller kompakta dimensioner.

Principen för Stirlingmotorns funktion – motorns kolv rör sig nedåt och uppåt. Motorn arbetar nästan ljudlöst och orsakar inga vibrationer i utrustningen.

Principen för Stirlinganläggningens funktion är baserad på uppvärmning och kylning av arbetsmediet, vilket i sin tur sätter igång en mekanism som genererar elektrisk energi.

Inuti den slutna kolven finns en inblåst gas. Vid uppvärmning expanderar gasmediet och flyttar kolven åt ena hållet; efter kylning i kylaren komprimeras det och flyttar kolven åt andra hållet.

Översikt över tillverkare av pannor med generator

Låt oss titta på konkreta exempel på system av hushållspannor som finns idag, där principen att använda avgaser (förbränningsprodukter) för elproduktion har framgångsrikt implementerats. Det sydkoreanska företaget NAVIEN har framgångsrikt implementerat den ovan nämnda tekniken i pannan av märket HYBRIGEN SE.

I pannan används en Stirlingmotor som enligt specifikationerna genererar elektricitet med en effekt på 1000W (eller 1 kW) och spänning 12V. Utvecklarna påstår att den genererade elen kan användas för att driva hushållsapparater.

En sådan effekt borde räcka för att driva ett hushållskylskåp (cirka 0,1 kW), en persondator (cirka 0,4 kW), en LCD-TV (cirka 0,2 kW) och upp till 12 LED-lampor med en effekt på 25 W vardera.

Pannan av serien Hybrigen SE från företaget Navien med inbyggd generator och Stirlingmotor. Vid drift av pannan genereras utöver huvudfunktionerna en elektrisk effekt på cirka 1000 W.

Bland europeiska tillverkare arbetar företaget Viessmann med utveckling inom detta område. Viessmann har möjlighet att presentera två pannmodeller i serien Vitotwin 300W och Vitotwin 350F för konsumenten.

Modellen Vitotwin 300W var den första utvecklingen i nämnda riktning. Den kännetecknas av en ganska kompakt design och är till utseendet mycket lik en vanlig väggmonterad gaspanna. Dock identifierades just vid driften av den första modellen "svaga punkter" i Stirlingmotorns funktion.

Den största utmaningen visade sig vara värmeavledningen; enhetens arbetsprincip bygger på uppvärmning och kylning. Det vill säga, utvecklarna stötte på samma problem som Stirling stötte på på 1940-talet – effektiv kylning, som bara kan uppnås med en betydande storlek på kylaren.

Därför skapades pannmodellen Vitotwin 350F, som inte bara innehöll en gaspanna med elgenerator, utan även en inbyggd varmvattenberedare på 175 liter.

Varmvattenberedaren tillverkas i golvstående utförande på grund av den stora vikten av både utrustningen och vätskan som bereds för sanitära ändamål.

I detta fall löstes problemet med kylning av Stirlingaggregatets kolv ganska effektivt med hjälp av vattnet i varmvattenberedaren. Men lösningen ledde till att aggregatets dimensioner och vikt ökade. Ett sådant system kan inte längre monteras på väggen som en vanlig gaspanna och kan endast vara golvstående.

Viessmanns pannor har möjlighet att mata pannsystemen från en extern källa, dvs. från det centrala elnätet. Viessmann positionerade utrustningen som en enhet som täcker sina egna behov (drift av pannans komponenter) utan möjlighet att ta ut överskottsel för hushållsbruk.

Systemet Vitotwin F350 – en panna med varmvattenberedare på 175 liter. Systemet kan värma upp lokalen, förse med varmvatten och producera elektrisk energi.

För att kunna jämföra effektiviteten hos generatorer som integreras i värmesystemet är det värt att titta på en panna utvecklad av företagen "Termofor" (Republiken Vitryssland) och "Krioterm" (Ryssland, Sankt Petersburg).

Det är värt att titta på dem inte för att de på något sätt skulle kunna konkurrera med ovanstående system, utan för att jämföra arbetsprinciper och effektivitet när det gäller att producera elektrisk energi. Dessa pannor använder endast ved, pressade sågspån eller träbaserade briketter som bränsle, så de kan inte ställas i samma kategori som modellerna från NAVIEN och Viessmann.

Pannan som kallas "Värmekaminen Indigirka" är avsedd för långvarig uppvärmning med ved och liknande, men är utrustad med två termoelektriska generatorer av typen TEG 30-12. De är placerade på aggregatets sidovägg. Generatorernas effekt är låg, totalt kan de bara generera 50-60 W vid 12 V.

Den grundläggande konstruktionen av kaminen “Indigirka” gör det möjligt att inte bara värma upp rummet utan även laga mat på spishällen. Systemet kompletteras med två 12V värmegeneratorer med en effekt på 50–60 W.

I denna panna används Seebeck-metoden, som bygger på att en elektromotorisk kraft (EMK) bildas i en sluten elektrisk krets. Kretsen består av två olika material och håller kontakterna vid olika temperaturer. Det innebär att utvecklarna också använder värmen från pannan för att generera elektricitet.

Jämförelse av pannornas effektivitet

När man jämför de presenterade pannorna, som inte bara värmer upp rummet (värmer värmebäraren) utan även genererar elektricitet genom att använda den avgivna värmen, bör man uppmärksamma viktiga aspekter vid drift.

Både företaget NAVIEN och företaget Viessmann positionerar sina pannor och framhäver de otvivelaktiga fördelarna – full automatisering av processen, inget behov av serviceunderhåll och överhuvudtaget ingen inblandning från köparen efter att pannan tagits i drift.

För att dessa pannor ska fungera krävs endast en stabil drift av systemet, en stabil tillgång på gas (vare sig det är leverans från gasnätet, en installation med flaskor för flytande gas eller en gastank). Följaktligen används hushållsgas för pannornas drift, som inte är skadlig för miljön efter förbränning.

I princip kan man säga nästan samma sak om värmekaminen «Indigirka», men bränslet här är inte gas utan ved, pellets eller pressade sågspån.

Total avsaknad av automatik som kräver tillgång till elektricitet. Systemet för elproduktion och själva pannan påverkar inte varandras funktion, dvs. om systemet för elproduktion slutar fungera fortsätter pannan att utföra sina uppgifter.

Alla dessa gasförbrännande värmare, under vars brännare Stirlingmotorer är placerade, producerar elektricitet som kan användas för olika ändamål.

Pannorna från företagen NAVIEN och Viessmann kan inte “skryta” med detta, eftersom Stirlingmotorn är inbyggd direkt i pannans konstruktion. Men hur lönsamma är sådana system och hur lång tid tar det för en sådan panna att betala sig? Den frågan är värd att granska i detalj.

Lönsamhet hos de betraktade systemen

Vid första anblicken är pannorna från företagen NAVIEN och Viessmann nästan som minikraftvärmeverk i ett privat hus eller till och med en lägenhet.

Trots de stora dimensionerna borde möjligheten att producera elektricitet bara genom att använda pannan för att värma varmvattenberedaren eller värma rum få köparen att utan tvekan installera ett sådant “teknikens underverk”.

Men vid närmare granskning av NAVIEN-pannan uppstår frågor som kräver svar. Med en angiven effekt på 1 kW (fri effekt som du kan använda efter eget gottfinnande) förbrukar pannan ganska märkbart el när systemet är i drift.

Vad menas? Åtminstone automatiken, även om den behöver lite effekt, så krävs den för att fläkten och cirkulationspumpen ska fungera. De nämnda enheterna kan tillsammans inte bara framgångsrikt förbruka denna kilowatt energi, utan den kan till och med vara otillräcklig vid systemets 'uppvarvning'.

Principschema för Vissmann Vitotwin 350F värmesystem med en golvmonterad varmvattenberedare på 175 liter. Systemet gör det möjligt att både använda el från en extern källa och mata ut överskottet av producerad el till det allmänna nätet.

Exakt samma frågor uppstår även för Viessmann-pannor, men här påstods åtminstone inte möjligheten att utvinna el för eget bruk. Man nämnde endast möjligheten till autonom drift av systemet vid avsaknad av extern försörjning.

Men samtidigt anger utvecklarna att 'systemet kan kräva extra elektrisk effekt vid toppbelastningar'. Mot bakgrund av de angivna 3500 kWh producerad el per år väcker denna detalj redan tvivel, och genom enkla beräkningar får vi följande:

3500:6 (månader av standarduppvärmningssäsong):30 (30 kalenderdagar i genomsnitt):24 (24 timmar per dygn) = 0,81 kWh.

Dvs. pannan producerar vid stabil (konstant) drift omkring 800 W, men hur mycket förbrukar själva systemet under drift? Kanske samma 800 W som produceras, eller kanske mer.

Dessutom produceras el endast medan brännaren är i drift. Dvs. antingen krävs kontinuerlig drift av systemet, eller så är allt inte riktigt som systemutvecklarna berättar.

Varför gjordes dessa beräkningar? Ett vedpannsystem ger faktiskt sina 50 Wh (eller 0,05 kWh) som kan användas för att ladda en surfplatta, telefon etc. till och med för en enkel 'standby LED-lampa'. I kontrast till utvecklingen från två världskända företag, men de beskrivna systemen liknar mer en bra marknadsföringsgimmick, och inte mycket mer.

När det gäller prispolitiken för dessa system är det svårt att överhuvudtaget bedöma något. Eftersom även tillverkarna Viessmann och NAVIEN omedelbart anger att utrustningen 'inte kräver underhåll'. Översatt till enkelt språk – om det går sönder måste enheten bytas ut helt.

Detta kan gälla inte hela systemet utan enskilda komponenter: Stirlingmotorn, gasbrännarsystemet etc. Resultatet blir en ganska rejäl summa. Om man utgår från att genomsnittspriset för dessa system är omkring 12 000 euro eller 13 500 USD. Schema för pannan med generator, så kan det i en sådan situation bara vara systemtillverkaren som vinner.

Kaminen “Indigirka” kan inte alls delta i jämförelsen, inte bara för att bränslet inte är gas och priset inte är jämförbart (15 gånger lägre), utan för att kaminen är positionerad inte för hushållsbruk utan mer för resor, expeditioner och liknande.

Om situationen med energikällor i Europa påverkar konsumentens val (vid val av värmesystem eller energiförsörjning) ganska avsevärt ur ekonomisk och miljömässig synvinkel, så stimulerar EU-länderna detta genom subventioner för införande av sådana system.

För en hushållskonsument i Ryssland kommer sådana system sannolikt att bli för dyra, både initialt “system+installation” och i drift.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Funktionsprincipen för en Stirlingmotor som driver en gaspanna:

Demonstration av en gaspanna med elgenerator:

Exempel på en vedspis med elgenerator för jämförelse med gasaggregat:

Glöm inte att europeiska energiproducerande företag är ganska lojala mot “tillverkarna” av energibesparande utrustning.

I Ryssland är möjligheten för en hushållskonsument att generera och överföra el till nätet inte bara inte lagstadgad, utan den välkomnas inte heller av nätbolag. Därför har de presenterade systemen knappast några seriösa chanser att tillämpas i Ryssland idag.

Kommentera gärna den presenterade artikeln i blockformuläret nedan, ställ frågor, lägg upp foton om ämnet. Berätta om du känner till pannor med elgenererande system. Dela användbar information som kan vara till nytta för webbplatsens besökare.