Gázkazán elektromos generátorral: felépítés, működési elv, a legjobb márkák áttekintése

Az energiaforrásokkal való gondos bánásmódot elsősorban az diktálja, hogy szinte minden természeti készlet nem végtelen. Minden üzemanyagtípus takarékos felhasználása új rendszerek kifejlesztését vagy a meglévők gyökeres korszerűsítését igényli.

Így a gázkazán elektromos generátorral – ez a hibrid rendszerek egyik fajtája, amely lehetővé teszi a kék üzemanyag ésszerű felhasználását. Megismertetjük Önt a berendezés működési elvével, amely a hőenergia mellett elektromos energiát is termel. Bemutatjuk a hibrid egységek tipikus modelljeit.

Az energiaforrások hatékony felhasználása

Még egy átlagos lakos is, akinek gázkazánja van a lakás fűtésére, felteheti a kérdést a hőenergia felhasználásának ésszerűségéről. Valóban, hiszen a gáz elégetésekor a kazánban a keletkező hőnek messze nem minden része kerül felhasználásra.

A fűtési rendszer működése során mindig elveszik a hő egy része visszavonhatatlanul. Ez általában akkor történik, amikor az égéstermékek a kazánból a légkörbe távoznak. Valójában ez elveszett energia, amelyre felhasználást lehetne találni.

Miről van szó pontosan? A hiába “kidobott” hő felhasználásának lehetőségéről az elektromos energia előállításában.

Ha abból indulunk ki, hogy a fűtési kazán rendszere már amúgy is optimalizálva van a hatásfok maximális növelése érdekében, akkor a «kidobott» energia így is jelentős hányadát teszi ki a tüzelőanyag égésekor felszabaduló energiának.

Az üzemanyag típusai különbözőek lehetnek, a banális tűzifától és mindenféle brikettől kezdve a leggazdaságosabb opciókig: a metánt túlnyomóan tartalmazó földgáz, a mesterséges kék üzemanyag és a propán-bután cseppfolyósított keverékek.

Úgy tűnhet, hogy ez messze nem «Amerika felfedezése», de valójában a még 1943-ban Robert Stirling által kifejlesztett technológia, pontosabban egy ilyen berendezés létezik. Szerkezeti sajátosságai és alapvető működési elve lehetővé teszi, hogy ezt a rendszert a belső égésű motorok közé soroljuk.

Miért nem használták akkor ezt a berendezést ilyen hosszú időn keresztül? A válasz egyszerű – a technológia elméleti kidolgozása a múlt század negyvenes éveiben a gyakorlatban igen körülményesnek bizonyult.

A technológia kifejlesztésének idején létező anyagok nem tették lehetővé a berendezés méretének csökkentését, és a villamos energia termelésének akkori módszerei gazdaságosabbak voltak.

A gázkazán rendszerébe egy olyan eszköz beépítése, amely a haszontalanul elfogyasztott hőt elektromos energiává alakítja, lehetővé teszi a gázkazán hatásfokának jelentős növelését.

Mi késztethet minket ma arra, hogy jobban odafigyeljünk a nem megújuló erőforrásokkal való gazdálkodásra? Jelenleg világszerte közös probléma, hogy a technológia fejlődése elkerülhetetlenül a villamos energia fogyasztásának növekedéséhez vezet.

A fogyasztás növekedése olyan gyors ütemben történik, hogy a hálózati vállalatok nem tudják korszerűsíteni a villamos energia átviteli rendszereit, nem is beszélve a termelésről. Ez a helyzet elkerülhetetlenül ahhoz vezet, hogy az áramellátó rendszerek elemei meghibásodnak, és bizonyos esetekben ez irigylésre méltó rendszerességgel történhet.

A modern fűtőkazánok olyan vezérlőrendszerekkel vannak felszerelve, amelyek szintén energiafüggők. Áramellátásra van szüksége a keringtető szivattyúnak, az érzékelőknek, az automatikának, magának a panelnek. Az eszközök teljes készlete csak aggodalmat kelthet a működőképesség megőrzését illetően áramkimaradás esetén.

A kényszerített fűtési rendszereket nem lehet áram nélkül elindítani. Az áramellátás megszakadása a fűtési szezonban számukra gyakorlatilag katasztrofális. Nemcsak hogy a helyiség gyors lehűléséhez vezet elkerülhetetlenül, hanem hosszan tartó fűtéskimaradás esetén a kör befagyása is lehetséges.

A fűtési rendszer huzamosabb ideig tartó működésének hiánya a hideg évszakban a fűtési rendszer befagyásához, jégdugók kialakulásához, és végső soron a berendezések és a fűtőcsövek szakadás miatti károsodásához vezet.

A kérdés megoldásának szokásos meglévő lehetőségei a szünetmentes tápegységek, valamennyi módosítású generátorok (gáz-, benzin-, dízelgenerátorok vagy nem hagyományos források – szélturbinák vagy mini hőerőművek, vízerőművek) telepítése.

De ez a megoldási út korántsem elfogadható mindenki számára, mivel sokan nehezen tudnak helyet biztosítani egy autonóm áramtermelő berendezés telepítéséhez.

Ha a családi házak lakói még tudnak helyet biztosítani egy generátor számára, akkor egy többszintes épületben való telepítés szinte lehetetlen. Így tehát kiderül, hogy az egyedi fűtési rendszerrel rendelkező társasházak lakói az elsők, akik áramkimaradáskor megsínylik a helyzetet.

Éppen ezért elsősorban a fűtési rendszerek összeszereléséhez alkatrészeket gyártó cégek tették fel a kérdést a fűtési rendszer által „kidobott” hő teljes körű hasznosításáról. Elgondolkodtak azon, hogyan lehetne a céltalanul elpazarolt anyagot elektromos áram termelésére felhasználni.

Az ismert technológiák közül a fejlesztők a „jól elfeledett” Stirling-berendezést választották, a modern technológiák lehetővé teszik hatékonyságának növelését, miközben a kompakt méretek megmaradnak.

A Stirling-motor működési elve – a motordugattyú le- és felfelé mozgása. A motor szinte hangtalanul működik, és nem okoz berendezés-rezgéseket.

A Stirling-berendezés működési elve a munkaközeg felmelegítésén és lehűtésén alapul, ami viszont mozgásba hozza az elektromos energiát termelő mechanizmust.

A (zárt) dugattyú belsejében besajtolt gáz található, amely hevítés hatására kitágul és az egyik irányba mozdítja a dugattyút, majd a hűtőben történő lehűtés után összehúzódik és a másik irányba mozdítja a dugattyút.

Generátoros kazánok gyártóinak áttekintése

Nézzünk meg konkrét példákon keresztül olyan, ma is létező háztartási kazánrendszereket, amelyekben sikeresen valósították meg a kipufogógázok (égéstermékek) felhasználásának elvét az elektromos áram termelésére. A dél-koreai NAVIEN cég sikeresen alkalmazta a fent említett technológiát a HYBRIGEN SE típusú kazánjában.

A kazánban Stirling-motort használnak, amely az adatlap szerint működése során 1000 W (vagy 1 kW) teljesítményű és 12 V feszültségű elektromos áramot termel. A fejlesztők szerint a megtermelt elektromos áram felhasználható háztartási készülékek táplálására.

Ennek a teljesítménynek elegendőnek kell lennie egy háztartási hűtőszekrény (kb. 0,1 kW), egy személyi számítógép (kb. 0,4 kW), egy folyadékkristályos televízió (kb. 0,2 kW) és legfeljebb 12 darab, egyenként 25 W-os LED-es villanykörte táplálásához.

A Navien cég Hybrigen SE sorozatú kazánja beépített generátorral és Stirling-rendszerű motorral. A kazán működése során az alapvető funkciók mellett körülbelül 1000 W teljesítményű elektromos áramot termel.

Az európai gyártók közül ezen a területen a Viessmann cég foglalkozik fejlesztésekkel. A Viessmann lehetőséget biztosít a fogyasztó számára, hogy két kazánmodell közül válasszon: a Vitotwin 300W és a Vitotwin 350F sorozatból.

A Vitotwin 300W modell volt az első fejlesztés ezen a téren. Meglehetősen kompakt kivitelű, és külsejében nagyon hasonlít egy hagyományos fali gázkazánra. Igaz, éppen az első modell üzemeltetése során derültek fény a Stirling-rendszerű motor működésének „gyenge pontjaira”.

A legnagyobb problémának a hőelvezetés bizonyult, a készülék működésének alapja a fűtés és a hűtés. Vagyis a fejlesztők ugyanazzal a problémával szembesültek, amellyel Sztirling szembesült a múlt század negyvenes éveiben – a hatékony hűtés, amely csak a hűtő jelentős méretei mellett érhető el.

Pontosan ezért jelent meg a Vitotwin 350F kazánmodell, amely már nemcsak egy gázkazánt tartalmazott elektromos generátorral, hanem egy beépített 175 literes bojlert is.

A melegvíz-tároló tartály padlóra szerelt változatban készül, mivel mind a berendezés, mind a szaniter célokra előkészített folyadék súlya nagy.

Ebben az esetben meglehetősen hatékonyan megoldódott a Sztirling-berendezés dugattyújának hűtési problémája a bojlerben lévő víz segítségével. A megoldás azonban oda vezetett, hogy a berendezés külső méretei és tömege megnőtt. Ez a rendszer már nem rögzíthető a falra, mint egy hagyományos gázkazán, csak padlóra állítható.

A Viessmann cég kazánjai lehetővé teszik a kazánrendszerek külső forrásból, azaz a központi elektromos hálózatból történő táplálását. A Viessmann cég a berendezést olyan eszközként pozícionálta, amely a saját szükségleteit (a kazánegységek működését) biztosítja, anélkül, hogy lehetőség lenne a többlet elektromos energia háztartási fogyasztásra történő elvételére.

A Vitotwin F350 rendszer – 175 literes vízmelegítő bojlerrel felszerelt kazán. A rendszer lehetővé teszi a helyiség fűtését, meleg vízzel való ellátást és elektromos energia termelését.

Ahhoz, hogy összehasonlíthassuk a fűtési rendszerbe épített generátorok hatékonyságát, érdemes megvizsgálni azt a kazánt, amelyet a «TERMOFOR» (Fehéroroszország) és a «Krioterm» (Oroszország, Szentpétervár) cégek fejlesztettek ki.

Nem azért érdemes megvizsgálni őket, mert valahogy versenyezni tudnának a fent említett rendszerekkel, hanem a működési elvek és az elektromos energia nyerésének hatékonysága összehasonlítása érdekében. Ezek a kazánok tüzelőanyagként csak fát, préselt fűrészport vagy faalapú briketteket használnak, ezért nem lehet őket egy sorba állítani a NAVIEN és a Viessmann cégek modelljeivel.

Az «Indigirka fűtőkályha» nevű kazán hosszú távú fával stb. történő fűtésre készült, de két darab TEG 30-12 típusú termikus elektromos generátorral van felszerelve. Ezek a berendezés oldalfalán helyezkednek el. A generátorok teljesítménye kicsi, azaz összesen csak 50-60 W-ot képesek generálni 12 V feszültség mellett.

A(z) “Indigirka” kályha alapvető felépítése lehetővé teszi, hogy ne csak a helyiséget fűtse, hanem ételt is főzhessen a főzőlapon. A rendszer kiegészítése – két 12V-os, 50-60W teljesítményű hőgenerátor.

Ebben a kazánban a Seebeck-módszer alkalmazásra került, amely egy zárt elektromos áramkörben termelt EMF-en alapul. Az áramkör két különböző anyagból áll, és a kapcsolódási pontokat eltérő hőmérsékleten tartja. Vagyis a fejlesztők is a kazán által kibocsátott hőt használják fel elektromos energia előállítására.

Kazánok hatékonyságának összehasonlítása

A bemutatott kazántípusokat összehasonlítva, amelyek nemcsak a helyiséget fűtik (felmelegítik a hőhordozót), hanem a kibocsátott hő felhasználásával elektromos áramot is termelnek, érdemes figyelmet fordítani a használat során felmerülő fontos szempontokra.

Mind a NAVIEN, mind a Viessmann vállalat úgy pozicionálja kazánjait, hogy hangsúlyozza a kétségtelen előnyöket – a teljes automatizálást, a szervizjavítás szükségtelenségét, és általában a vásárló részéről a beüzemelés utáni beavatkozás teljes hiányát.

Ezen kazánok működéséhez csak a rendszer stabil működésére és a gáz folyamatos rendelkezésre állására van szükség (legyen szó vezetékes ellátásról, cseppfolyós gázt használó palackos telepítésről vagy gáztartályról). Ennek megfelelően a kazánok háztartási gázt használnak, amely elégetése után nem károsítja a környezetet.

Elvileg majdnem ugyanez elmondható a(z) «Indigirka» fűtőkemencéről is, csak itt a tüzelőanyag nem gáz, hanem fa, pellet vagy préselt fűrészpor.

A villamos energiát igénylő automatika teljes hiánya. Az elektromos energia előállítására szolgáló rendszer és maga a kazán nem befolyásolják egymás működését, azaz az áramtermelő rendszer meghibásodása esetén a kazán továbbra is ellátja funkcióit.

Mindezek a gáztüzelésű fűtőberendezések, amelyek égői alatt Stirling-motorok találhatók, elektromos energiát termelnek, amely különféle célokra felhasználható.

A NAVIEN és a Viessmann kazánok nem “dicsekedhetnek” hasonlóval, mivel a Stirling-motor közvetlenül a kazán szerkezetébe van beépítve. De mennyire gazdaságosak az ilyen rendszerek, és mennyi idő alatt térül meg egy ilyen kazán? Ezzel a kérdéssel érdemes részletesen foglalkozni.

A vizsgált rendszerek jövedelmezősége

Első pillantásra a NAVIEN és a Viessmann kazánok gyakorlatilag mini hőerőművek egy családi ház vagy akár egy lakás körülményei között.

Még a nagy méretek ellenére is, a villamos energia előállításának lehetősége pusztán a kazán használatával (a bojler melegítésére vagy a helyiségek fűtésére) arra kellene, hogy ösztönözze a vásárlót, hogy habozás nélkül telepítsen egy ilyen «technikai csodát».

De a NAVIEN cég kazánjának alaposabb vizsgálatakor olyan kérdések merülnek fel, amelyek választ igényelnek. A megadott 1 kW teljesítmény (amely szabadon felhasználható) mellett a kazán érezhetően fogyaszt elektromos áramot a rendszer működése során.

Mit is értünk ez alatt? Legalább az automatika működése – bár kis teljesítmény szükséges, de arra szükség van, hogy a ventilátor és a cirkulációs szivattyú működhessen. A felsorolt eszközök összességében nemcsak sikeresen elfogyaszthatják ezt a kilowattnyi energiát, de akár hiányozhat is belőle a rendszer felpörgetésekor.

A Vissmann Vitotwin 350F fűtési rendszerének elvi vázlata egy 175 literes padlóbojlerrel. A rendszer lehetővé teszi mind a külső forrásból származó elektromosság használatát, mind a megtermelt többlet elektromos energia közös hálózatba való visszatáplálását.

Pontosan ugyanilyen kérdések merülnek fel a Viessmann cég kazánjaival kapcsolatban is, azonban itt legalább nem hirdették meg a saját célra történő elektromos áram kinyerésének lehetőségét. Csak a rendszer önálló működésének lehetőségét említették külső ellátás hiányában.

A fejlesztők ugyanakkor rögtön rámutatnak, hogy „a rendszer további elektromos teljesítményt igényelhet csúcsterhelések idején”. Az évi 3500 kWh megtermelt elektromos energia fényében ez a részlet már kétségeket ébreszt, és egyszerű számításokkal a következőt kapjuk:

3500 : 6 (a standard fűtési szezon hónapjai) : 30 (30 naptári nap átlagosan) : 24 (24 óra egy napban) = 0,81 kWh.

Azaz a kazán stabil (folyamatos) működés mellett mintegy 800 W-ot termel, de mennyit fogyaszt maga a rendszer működés közben? Lehet, hogy ugyanazt a 800 W-ot, de lehet, hogy többet.

Továbbá az elektromos áram csak az égő működése során termelődik. Azaz vagy folyamatos rendszerműködésre van szükség, vagy a helyzet nem egészen úgy van, ahogy a fejlesztők elmesélik.

Mi célból végeztük ezeket a számításokat? A fatüzelésű kazánrendszer ténylegesen leadja az 50 Wh-t (vagy 0,05 kWh), amely felhasználható tabletek, telefonok stb. töltésére, sőt akár egy banális „ügyeleti LED-izzó” számára is. Ezzel szemben a két világhírű cég fejlesztései egyértelműen jobban hasonlítanak egy jó marketingfogásra, és nem többre.

Ami e rendszerek árpolitikáját illeti, itt egyáltalán nehéz bármit is értékelni. Mivel még a Viessmann és a NAVIEN gyártócégek is rögtön leszögezik, hogy a berendezés „nem igényel karbantartást”. Egyszerű nyelvre lefordítva – ha elromlik, akkor a teljes egységet ki kell cserélni.

Ez nem feltétlenül a teljes rendszert érinti, hanem egyes részegységeket: a Stirling-motort, a gázégő rendszerét stb. Ennek eredményeként meglehetősen tekintélyes összeg jön ki. Ha abból indulunk ki, hogy e rendszerek átlagos ára hozzávetőlegesen 12 ezer euró vagy 13,5 ezer dollár. A kazán működési sémája generátorral, akkor ebben a helyzetben csak a rendszergyártó járhat jól.

A “Indigirka” kályha egyáltalán nem vehet részt az összehasonlításban, nemcsak azért, mert az üzemanyag típusa nem gáz, és az ára sem összehasonlítható (15-ször alacsonyabb), hanem azért, mert a kályhát nem háztartási használatra, hanem inkább utazásokra, expedíciókra stb. tervezték.

Ha Európában az energiaforrások helyzete jelentősen befolyásolja a fogyasztó választását (a fűtési vagy energiaellátási rendszerek kiválasztásakor) a gazdaságosság és környezetbarát szempontok alapján, akkor az EU tagállamok ezt az ilyen rendszerek bevezetésének támogatásával ösztönzik.

Oroszországban a háztartási fogyasztók számára az ilyen rendszerek valószínűleg túl drágák lesznek, mind kezdetben a “rendszer+telepítés”, mind az üzemeltetés során.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A gázkazánba szerelt Stirling-motor működési elve:

Villamos áramot termelő gázkazán működésének bemutatása:

Példa egy fa tüzelésű kályhára elektromos generátorral a gázkészülékkel való összehasonlításhoz:

Nem szabad elfelejteni, hogy az európai energiatermelő vállalatok elég lojálisak az energiahatékony berendezések “gyártóihoz”.

Oroszországban a háztartási fogyasztók által termelt villamos energia hálózatba táplálásának lehetősége nemcsak hogy nincs jogilag szabályozva, de a hálózati vállalatok sem nézik jó szemmel. Ezért a bemutatott rendszereknek jelenleg aligha van komoly esélyük az Orosz Föderáció területén történő alkalmazásra.

Kérem, kommentálja a megfontolásra bemutatott cikket az alábbi blokk-űrlapon, tegye fel kérdéseit, töltsön fel témához kapcsolódó fotókat. Meséljen arról, ismer-e olyan kazánokat, amelyek elektromos áramot termelő rendszerekkel rendelkeznek. Osszon meg hasznos információkat, amelyek hasznosak lehetnek a webhely látogatói számára.