Caldeira a gás com gerador elétrico: dispositivo, princípio de funcionamento, revisão das melhores marcas
Uma atitude cuidadosa em relação aos recursos energéticos é ditada principalmente pelo fato de que quase todas as reservas naturais não são infinitas.O consumo económico de todos os tipos de combustível requer o desenvolvimento de novos sistemas ou a modernização radical dos existentes.
Assim, uma caldeira a gás com gerador elétrico é um dos tipos de sistemas híbridos que permitem gerenciar de forma inteligente o combustível azul. Apresentaremos o princípio de funcionamento dos equipamentos que produzem energia elétrica juntamente com energia térmica. Vamos imaginar modelos típicos de unidades híbridas.
O conteúdo do artigo:
Consumo eficiente de energia
Mesmo o cidadão comum que tem uma caldeira a gás instalada para aquecimento da sua casa pode questionar-se sobre a utilização racional da energia térmica. Na verdade, quando o gás é queimado numa caldeira, nem todo o calor gerado é utilizado.
Quando um sistema de aquecimento funciona, alguma parte do calor é sempre perdida de forma irrecuperável. Isso geralmente acontece quando os produtos da combustão são liberados da caldeira para a atmosfera. Na verdade, trata-se de energia desperdiçada que poderia ter sido aproveitada.
Do que exatamente estamos falando? Sobre a possibilidade de aproveitamento do calor “desperdiçado” na produção de energia elétrica.
Os tipos de combustível podem ser diferentes, começando pela lenha banal e todos os tipos de briquetes, terminando nas opções mais econômicas: gás principal com predominância de metano em sua composição, combustível azul artificial e misturas liquefeitas de propano-butano.
Pode parecer que isso está longe de ser a “descoberta da América”, mas na verdade existe a tecnologia, ou melhor, a instalação desenvolvida em 1943 por Robert Stirling. Suas características de projeto e princípio básico de funcionamento permitem classificar este sistema como um motor de combustão interna.
Por que então esta instalação não foi utilizada por um período tão significativo? A resposta é simples - o desenvolvimento teórico da tecnologia nos anos quarenta do século passado revelou-se muito complicado na prática.
As tecnologias e materiais que existiam na altura do desenvolvimento não permitiam reduzir o tamanho da instalação e os métodos existentes de produção de energia eléctrica eram mais económicos.
O que pode nos fazer pensar hoje em uma atitude mais cuidadosa com os recursos que não são classificados como renováveis? Hoje em dia existe um problema comum em todo o mundo - o desenvolvimento da tecnologia leva inevitavelmente ao aumento do consumo de energia elétrica.
O aumento do consumo ocorre em um ritmo tão rápido que as empresas de rede não têm tempo para modernizar os sistemas de transmissão de energia elétrica, sem falar na produção.Esta situação leva inevitavelmente à falha de elementos dos sistemas de alimentação e, em alguns casos, isso pode acontecer com uma regularidade invejável.
As caldeiras de aquecimento modernas estão equipadas com sistemas de controle que também dependem de energia. A bomba de circulação, os sensores, a automação e o próprio painel precisam de energia. Todo o conjunto de dispositivos não pode deixar de causar preocupação na manutenção da funcionalidade durante uma queda de energia.
Não é possível operar sistemas de aquecimento forçado sem eletricidade. Uma queda de energia durante a estação de aquecimento é quase catastrófica para eles. Isto não só conduzirá inevitavelmente ao rápido arrefecimento da divisão, como também, se o aquecimento não funcionar durante muito tempo, o circuito poderá congelar.
Opções padrão existentes para resolver o problema - instalação fontes de alimentação ininterrupta, geradores de diversas modificações (geradores a gás, gasolina, diesel ou fontes não tradicionais - geradores eólicos ou minicentrais térmicas, centrais hidroeléctricas).
Mas esta solução não é aceitável para todos, pois muitos têm dificuldade em alocar espaço para instalação de um fornecedor autónomo de electricidade.
Embora os moradores de casas individuais ainda possam alocar espaço para um gerador, isso é quase impossível para instalação em um prédio de vários andares. Assim, verifica-se que os moradores de prédios de apartamentos com sistemas de aquecimento individuais são os primeiros a sofrer quando falta energia.
É por isso que, em primeiro lugar, as empresas produtoras de componentes para a montagem de sistemas de aquecimento se colocam a questão de aproveitar ao máximo o calor que é “deitado fora” pelo sistema de aquecimento. Pensamos em como aproveitar essa substância desperdiçada para gerar eletricidade.
Das tecnologias conhecidas, os desenvolvedores escolheram a “esquecida” instalação Stirling, as tecnologias modernas permitem aumentar a sua eficiência mantendo um tamanho compacto.
O princípio de funcionamento da instalação Stirling baseia-se na utilização de aquecimento e resfriamento do fluido de trabalho, que por sua vez aciona um mecanismo que gera energia elétrica.
Dentro do pistão (fechado) há um gás bombeado; quando aquecido, o meio gasoso se expande e move o pistão em uma direção; após o resfriamento no refrigerador, ele se contrai e move o pistão na outra direção.
Revisão de fabricantes de caldeiras com geradores
Vejamos exemplos específicos de sistemas de caldeiras domésticas que existem hoje, nos quais o princípio da utilização de gases de exaustão (produtos de combustão) para produzir eletricidade foi implementado com sucesso. A empresa sul-coreana NAVIEN implementou com sucesso a tecnologia acima numa caldeira da marca HYBRIGEN SE.
A caldeira utiliza motor Stirling, que, segundo dados do passaporte, gera energia elétrica com potência de 1000W (ou 1kW) e tensão de 12V durante o funcionamento. Os desenvolvedores afirmam que a eletricidade gerada pode ser usada para alimentar eletrodomésticos.
Essa potência deve ser suficiente para alimentar uma geladeira doméstica (cerca de 0,1 kW), um computador pessoal (cerca de 0,4 kW), uma TV LCD (cerca de 0,2 kW) e até 12 lâmpadas LED com potência de 25 W cada.
Dos fabricantes europeus, a Viessmann está a desenvolver-se nesta direção. A Viessmann tem a oportunidade de oferecer aos consumidores a escolha de dois modelos de caldeiras das séries Vitotwin 300W e Vitotwin 350F.
O Vitotwin 300W foi o primeiro desenvolvimento nesta direção. Distingue-se por um design bastante compacto e é muito semelhante em aparência a um convencional caldeira a gás de parede. É verdade que foi durante o funcionamento do primeiro modelo que foram identificados os pontos “fracos” no funcionamento do motor Stirling.
O maior problema acabou sendo a remoção de calor; a base da operação do dispositivo é o aquecimento e o resfriamento. Aqueles. os desenvolvedores enfrentaram o mesmo problema que Stirling enfrentou nos anos 40 do século passado - resfriamento eficaz, que só pode ser alcançado com um tamanho significativo do cooler.
É por isso que surgiu o modelo de caldeira Vitotwin 350F, que incluía não só uma caldeira a gás com gerador de eletricidade, mas também uma caldeira embutida de 175 litros.
Neste caso, a questão do problema de resfriamento do pistão da instalação Stirling devido à água no caldeira. No entanto, a decisão levou a um aumento nas dimensões gerais e no peso da instalação. Tal sistema não pode mais ser montado na parede como uma caldeira a gás convencional e só pode ser montado no chão.
As caldeiras Viessmann oferecem a possibilidade de alimentar os sistemas operacionais da caldeira a partir de uma fonte externa, ou seja, de redes centrais de fornecimento de energia. A empresa Viessmann posicionou o equipamento como um dispositivo que atende às suas próprias necessidades (funcionamento de caldeiras) sem possibilidade de selecionar excedentes de energia elétrica para consumo doméstico.
Para comparar a eficiência da utilização de geradores embutidos no sistema de aquecimento. Vale a pena considerar a caldeira, que foi desenvolvida pelas empresas TERMOFOR (República da Bielorrússia) e pela empresa Kryotherm (Rússia, São Petersburgo).
Vale a pena considerá-los não porque possam de alguma forma competir com os sistemas acima, mas para comparar os princípios de funcionamento e a eficiência da geração de energia elétrica. Estas caldeiras utilizam apenas lenha como combustível, serragem prensada ou briquetes à base de madeira, pelo que não podem ser equiparados aos modelos da NAVIEN e da Viessmann.
A caldeira, denominada “Fogão de aquecimento “Indigirka”, destina-se ao aquecimento prolongado a lenha, etc., mas está equipada com dois geradores de electricidade térmica do tipo TEG 30-12. Eles estão localizados na parede lateral da unidade. A potência dos geradores é pequena, ou seja, no total, eles só são capazes de gerar 50-60W a 12V.
Nesta caldeira foi utilizado o método Seebeck, baseado na formação de fem em circuito elétrico fechado. Consiste em dois tipos diferentes de materiais e mantém pontos de contato em diferentes temperaturas. Aqueles. os desenvolvedores também utilizam o calor gerado pela caldeira para gerar energia elétrica.
Comparação de eficiência de caldeira
Comparando os tipos de caldeiras apresentados, que não só aquecem a divisão (calor refrigerante), mas também gerar eletricidade através do uso do calor gerado, deve-se prestar atenção a aspectos importantes durante a operação.
Tanto a empresa NAVIEN como a empresa Viessmann posicionam as suas caldeiras, apontando as vantagens indiscutíveis - automatização completa do processo, sem necessidade de reparações de serviço e geralmente total ausência de intervenção após o comissionamento por parte do comprador.
Para o funcionamento destas caldeiras, basta o funcionamento estável do sistema e a disponibilidade estável de gás (seja abastecimento principal, instalação de engarrafamento com gás liquefeito ou porta-gás). Dessa forma, o gás doméstico é utilizado para o funcionamento de caldeiras, que após a combustão não causa nenhum dano ao meio ambiente.
Em princípio, quase o mesmo pode ser dito do fogão de aquecimento Indigirka, só que o tipo de combustível aqui não é gás, mas lenha, pellets ou serragem prensada.
Ausência completa automaçãoque requer eletricidade. O sistema de geração de energia elétrica e a própria caldeira não afetam o funcionamento um do outro, ou seja,Se o sistema de produção de eletricidade falhar, a caldeira continua a desempenhar as suas funções.
As caldeiras da NAVIEN e Viessmann não podem se orgulhar disso, uma vez que o motor Stirling é integrado diretamente no projeto da caldeira. Mas quão lucrativos são esses sistemas e quanto tempo levará para que essa caldeira se pague? Vale a pena entender esta questão em detalhes.
Rentabilidade dos sistemas em consideração
À primeira vista, as caldeiras da NAVIEN e da Viessmann são praticamente mini-centrais térmicas numa casa privada ou mesmo num apartamento.
Mesmo apesar das grandes dimensões gerais, a capacidade de produzir energia elétrica simplesmente usando uma caldeira para aquecer uma caldeira ou aquecer salas deve levar o comprador a instalar tal “milagre da tecnologia” sem hesitação.
Mas após um exame mais detalhado da caldeira NAVIEN, surgem questões que exigem respostas. Com uma potência declarada de 1 kW (potência livre que pode ser utilizada a seu critério), a caldeira consome eletricidade de forma bastante perceptível durante o funcionamento do sistema.
O que isso significa? No mínimo, a automação funciona, embora seja necessária um pouco de energia, mas é necessária para o funcionamento do ventilador e da bomba de circulação. No total, os dispositivos listados podem não apenas consumir com sucesso esse quilowatt de energia, mas também pode não ser suficiente ao “overclockar” o sistema.
Exatamente as mesmas questões surgem em relação às caldeiras Viessmann, mas pelo menos a possibilidade de extrair eletricidade para as próprias necessidades não foi mencionada aqui. Foi estipulada apenas a possibilidade de funcionamento autônomo do sistema na ausência de alimentação externa.
Embora os desenvolvedores apontem imediatamente que “o sistema pode exigir energia elétrica adicional em picos de carga”. Tendo como pano de fundo os declarados 3.500 kWh de eletricidade produzida por ano, esta nuance já está em dúvida, mas através de cálculos simples e descomplicados obtemos o seguinte:
3500:6 (meses da estação de aquecimento padrão): 30 (30 dias corridos em média): 24 (24 horas por dia) = 0,81 kW*hora.
Aqueles. A caldeira produz cerca de 800 W durante a operação estável (constante), mas quanto o próprio sistema consome durante a operação? Talvez os mesmos, produzindo 800W, e talvez mais.
Além disso, a eletricidade é gerada apenas durante o funcionamento do queimador. Aqueles. Ou é necessária a operação constante do sistema ou tudo é um pouco diferente do que dizem os desenvolvedores do sistema.
A que esses cálculos levaram? O sistema de caldeira a lenha produz na verdade 50Wh (ou 0,05kWh), que podem ser usados para recarregar um tablet, telefone, etc. mesmo para uma banal “lâmpada LED de serviço”. Em contraste com os desenvolvimentos de duas empresas mundialmente famosas, os desenvolvimentos descritos parecem claramente mais uma boa jogada de marketing e nada mais.
Quanto à política de preços destes sistemas, geralmente é difícil avaliar qualquer coisa.Porque até as empresas fabricantes Viessmann e NAVIEN estipulam imediatamente que o equipamento “não necessita de manutenção”. Traduzido para uma linguagem simples, está quebrado, o que significa que a unidade precisa ser substituída completamente.
Isto pode não se aplicar a todo o sistema, mas a componentes individuais: o motor Stirling, o sistema do queimador de gás, etc. O resultado será uma quantia bastante impressionante. Supondo que o preço médio desses sistemas seja de cerca de 12 mil. euros ou 13,5 mil $. O esquema de funcionamento de uma caldeira com gerador, então somente o fabricante do sistema pode vencer em tal situação.
O fogão Indigirka não pode participar de forma alguma da comparação, não só porque o tipo de combustível não é o gás e o preço não é comparável (15 vezes menos), mas porque o fogão está posicionado não para uso doméstico, mas mais para viagens, expedições, etc.
Se na Europa a situação energética influencia significativamente a escolha do consumidor (ao escolher sistemas de aquecimento ou de fornecimento de energia) do ponto de vista da eficiência e do respeito pelo ambiente, então os estados da UE estimulam isso subsidiando a implementação de tais sistemas.
Para os consumidores domésticos na Rússia, esses sistemas provavelmente serão muito caros, tanto inicialmente “sistema + instalação” quanto durante a operação.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
O princípio de funcionamento de um motor Stirling equipando uma caldeira a gás:
Demonstração do funcionamento de uma caldeira a gás com gerador de eletricidade:
Um exemplo de fogão a lenha com gerador de eletricidade para comparação com uma unidade a gás:
Não se esqueça que as empresas europeias de produção de energia são bastante leais aos “fabricantes” de equipamentos economizadores de energia.
Na Rússia, a possibilidade de geração e transmissão de energia eléctrica para a rede por parte dos consumidores domésticos não só não está consagrada na lei, como também não é bem-vinda pelas empresas da rede. Portanto, é improvável que os sistemas apresentados tenham sérias chances de serem usados hoje na Federação Russa.
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