Chaudière à gaz avec générateur électrique : dispositif, principe de fonctionnement, revue des meilleures marques

Une attitude prudente à l'égard des ressources énergétiques est dictée principalement par le fait que presque toutes les réserves naturelles ne sont pas infinies.La consommation économique de tous types de carburants nécessite le développement de nouveaux systèmes ou une modernisation radicale de ceux existants.

Ainsi, une chaudière à gaz avec générateur électrique fait partie des types de systèmes hybrides qui permettent de gérer intelligemment le combustible bleu. Nous vous présenterons le principe de fonctionnement des équipements qui produisent de l'énergie électrique ainsi que de l'énergie thermique. Imaginons des modèles typiques d'unités hybrides.

Consommation d'énergie efficace

Même la personne moyenne qui dispose d’une chaudière à gaz pour chauffer sa maison peut s’interroger sur l’utilisation rationnelle de l’énergie thermique. En effet, lorsque du gaz est brûlé dans une chaudière, toute la chaleur générée n’est pas utilisée.

Lorsqu’un système de chauffage fonctionne, une partie de la chaleur est toujours irrémédiablement perdue. Cela se produit généralement lorsque des produits de combustion sont libérés de la chaudière dans l'atmosphère. En fait, c’est une énergie gaspillée qui aurait pu être utilisée.

De quoi parle-t-on exactement ? Sur la possibilité d'utiliser la chaleur « gaspillée » gaspillée dans la production d'énergie électrique.

Si nous supposons que le système de chaudière de chauffage est déjà optimisé afin de maximiser l'efficacité, alors l'énergie « rejetée » constitue toujours une proportion importante de l'énergie libérée lors de la combustion du combustible.

Les types de combustibles peuvent être différents, à commencer par le bois de chauffage banal et toutes sortes de briquettes, pour finir par les options les plus économiques : le gaz principal avec une prédominance de méthane dans sa composition, le combustible bleu artificiel et les mélanges propane-butane liquéfiés.

Il peut sembler que ce soit loin d'être une « découverte de l'Amérique », mais en fait, la technologie, ou plutôt l'installation, développée en 1943 par Robert Stirling, existe. Ses caractéristiques de conception et son principe de fonctionnement de base permettent de classer ce système comme moteur à combustion interne.

Pourquoi alors cette installation n’a-t-elle pas été utilisée pendant une période aussi longue ? La réponse est simple : le développement théorique de la technologie dans les années quarante du siècle dernier s'est avéré très fastidieux dans la pratique.

Les technologies et les matériaux qui existaient au moment du développement ne permettaient pas de réduire la taille de l'installation et les méthodes existantes de production d'énergie électrique étaient plus rentables.

L'inclusion d'un dispositif dans un circuit de chaudière à gaz qui convertit la chaleur perdue en électricité peut augmenter considérablement l'efficacité d'une usine de traitement du gaz.

Qu’est-ce qui peut nous faire réfléchir aujourd’hui à une attitude plus prudente à l’égard des ressources qui ne sont pas classées comme renouvelables ? De nos jours, il existe un problème commun partout dans le monde : le développement de la technologie conduit inévitablement à une augmentation de la consommation d'énergie électrique.

L'augmentation de la consommation se produit à un rythme si rapide que les entreprises de réseaux n'ont pas le temps de moderniser les systèmes de transport d'énergie électrique, sans parler de la production.Cette situation conduit inévitablement à la défaillance d'éléments des systèmes d'alimentation électrique, et dans certains cas, cela peut se produire avec une régularité enviable.

Les chaudières modernes sont équipées de systèmes de régulation également dépendants de l'énergie. La pompe de circulation, les capteurs, l'automatisation et le panneau lui-même ont besoin d'énergie. L'ensemble des appareils ne peut que susciter des inquiétudes quant au maintien de la fonctionnalité en cas de panne de courant.

Il n’est pas possible de faire fonctionner des systèmes de chauffage pulsé sans électricité. Une panne de courant pendant la saison de chauffage est presque catastrophique pour eux. Non seulement cela entraînera inévitablement un refroidissement rapide de la pièce, mais si le chauffage ne fonctionne pas pendant une longue période, le circuit risque de geler.

Une absence prolongée de fonctionnement du système de chauffage pendant la saison froide entraîne le gel du système de chauffage, l'apparition de bouchons de glace dans celui-ci et, à terme, des dommages aux équipements et aux canalisations de chauffage dus à leur rupture.

Options standard existantes pour résoudre le problème - installation alimentations sans interruption, générateurs de diverses modifications (générateurs à gaz, essence, diesel ou sources non traditionnelles - éoliennes ou mini centrales thermiques, centrales hydroélectriques).

Mais cette solution n'est pas acceptable pour tout le monde, car beaucoup ont du mal à allouer de l'espace pour installer un fournisseur d'électricité autonome.

Alors que les résidents de maisons individuelles peuvent toujours allouer de l'espace pour un générateur, cela est presque impossible pour une installation dans un immeuble à plusieurs étages. Ainsi, il s'avère que les résidents des immeubles d'habitation dotés de systèmes de chauffage individuels sont les premiers à souffrir en cas de panne de courant.

C'est pourquoi, en premier lieu, les entreprises qui produisent des composants pour l'assemblage de systèmes de chauffage se sont posées la question de valoriser pleinement la chaleur « rejetée » par le système de chauffage. Nous avons réfléchi à la manière d'utiliser cette substance gaspillée pour produire de l'électricité.

Parmi les technologies connues, les développeurs ont choisi l'installation Stirling « bien oubliée », les technologies modernes permettent d'augmenter son efficacité tout en conservant une taille compacte.

Le principe de fonctionnement du moteur Stirling est le mouvement du piston du moteur vers le bas et vers le haut. Le moteur fonctionne presque silencieusement et ne provoque pas de vibrations sur les équipements

Le principe de fonctionnement de l'installation Stirling repose sur l'utilisation du chauffage et du refroidissement du fluide de travail, qui à son tour active un mécanisme générant de l'énergie électrique.

À l'intérieur du piston (fermé) se trouve un gaz pompé ; lorsqu'il est chauffé, le milieu gazeux se dilate et déplace le piston dans un sens ; après refroidissement dans le refroidisseur, il se contracte et déplace le piston dans l'autre sens.

Examen des fabricants de chaudières avec générateurs

Examinons des exemples spécifiques de systèmes de chaudières domestiques qui existent aujourd'hui, dans lesquels le principe de l'utilisation des gaz d'échappement (produits de combustion) pour produire de l'électricité a été mis en œuvre avec succès. La société sud-coréenne NAVIEN a mis en œuvre avec succès la technologie ci-dessus dans une chaudière de la marque HYBRIGEN SE.

La chaudière utilise un moteur Stirling qui, selon les données du passeport, génère de l'électricité d'une puissance de 1 000 W (ou 1 kW) et d'une tension de 12 V pendant le fonctionnement. Les développeurs affirment que l’électricité produite peut être utilisée pour alimenter des appareils électroménagers.

Cette puissance devrait être suffisante pour alimenter un réfrigérateur domestique (environ 0,1 kW), un ordinateur personnel (environ 0,4 kW), un téléviseur LCD (environ 0,2 kW) et jusqu'à 12 ampoules LED d'une puissance de 25 W chacune.

Chaudière de la série hybrigen se de navien avec générateur intégré et moteur Stirling. Lorsque la chaudière fonctionne, en plus de ses fonctions principales, une puissance électrique d'environ 1000 W est générée.

Parmi les fabricants européens, Viessmann évolue dans cette direction. Viessmann a la possibilité d'offrir aux consommateurs un choix de deux modèles de chaudières des séries Vitotwin 300W et Vitotwin 350F.

Le Vitotwin 300W a été le premier développement dans cette direction. Il se distingue par un design assez compact et ressemble beaucoup en apparence à un classique chaudière à gaz murale. Certes, c'est lors du fonctionnement du premier modèle que les points « faibles » du fonctionnement du moteur Stirling ont été identifiés.

Le plus gros problème s’est avéré être l’évacuation de la chaleur : la base du fonctionnement de l’appareil est le chauffage et le refroidissement. Ceux. les développeurs ont été confrontés au même problème auquel Stirling a été confronté dans les années quarante du siècle dernier : un refroidissement efficace, qui ne peut être obtenu qu'avec une taille importante du refroidisseur.

C'est pourquoi est apparu le modèle de chaudière Vitotwin 350F, qui comprenait non seulement une chaudière à gaz avec générateur électrique, mais également une chaudière intégrée de 175 litres.

Le ballon de stockage d'eau chaude est réalisé dans une version au sol en raison du poids important à la fois de l'équipement lui-même et du liquide préparé à des fins sanitaires.

Dans ce cas, le problème du refroidissement du piston de l'installation Stirling dû à l'eau présente dans Chaudière. Cependant, la décision a entraîné une augmentation des dimensions globales et du poids de l'installation. Un tel système ne peut plus être monté au mur comme une chaudière à gaz classique et ne peut être monté qu'au sol.

Les chaudières Viessmann offrent la possibilité d'alimenter les systèmes de commande des chaudières à partir d'une source externe, c'est-à-dire des réseaux centraux d’alimentation électrique. La société Viessmann a positionné l'équipement comme un appareil répondant à ses propres besoins (fonctionnement des chaudières) sans possibilité de sélectionner l'excédent d'électricité pour la consommation domestique.

Le système Vitotwin F350 est une chaudière avec une chaudière à eau chaude d'un volume de 175 litres. Le système permet de chauffer la pièce, fournit de l'eau chaude et génère de l'énergie électrique

Afin de comparer l'efficacité de l'utilisation de générateurs intégrés au système de chauffage. Il convient de considérer la chaudière développée par les sociétés TERMOFOR (République de Biélorussie) et Kryotherm (Russie, Saint-Pétersbourg).

Ils valent la peine d'être pris en compte non pas parce qu'ils peuvent rivaliser d'une manière ou d'une autre avec les systèmes ci-dessus, mais pour comparer les principes de fonctionnement et l'efficacité de la production d'énergie électrique. Ces chaudières utilisent uniquement du bois comme combustible, sciure pressée ou des briquettes à base de bois, elles ne peuvent donc pas être comparées aux modèles NAVIEN et Viessmann.

La chaudière, appelée « Poêle « Indigirka », est destinée au chauffage de longue durée au bois, etc., mais est équipée de deux générateurs d'électricité thermique de type TEG 30-12. Ils sont situés sur la paroi latérale de l'unité. La puissance des générateurs est faible, c'est-à-dire au total, ils ne sont capables de générer que 50 à 60 W à 12 V.

La conception de base du poêle Indigirka vous permet non seulement de chauffer la pièce, mais également de cuire des aliments sur le brûleur. Le système est complété par deux générateurs de chaleur 12V d'une puissance de 50-60W.

Dans cette chaudière, la méthode Seebeck, basée sur la formation d'une FEM dans un circuit électrique fermé, a été utilisée. Il se compose de deux types de matériaux différents et maintient des points de contact à des températures différentes. Ceux. les développeurs utilisent également la chaleur générée par la chaudière pour produire de l’énergie électrique.

Comparaison de l'efficacité des chaudières

En comparant les types de chaudières présentés, qui non seulement chauffent la pièce (chaleur liquide de refroidissement), mais aussi produire de l'électricité grâce à l'utilisation de la chaleur générée, il convient de prêter attention aux aspects importants pendant le fonctionnement.

Les sociétés NAVIEN et Viessmann positionnent leurs chaudières en soulignant les avantages incontestables - automatisation complète du processus, pas besoin de réparations de service et généralement absence totale d'intervention après la mise en service par l'acheteur.

Pour le fonctionnement de ces chaudières, il suffit d'un fonctionnement stable du système et d'une disponibilité stable du gaz (qu'il s'agisse d'alimentations principales, d'une installation en bouteille de gaz liquéfié ou gazomètre). Ainsi, le gaz domestique est utilisé pour faire fonctionner des chaudières qui, après combustion, ne présentent aucun danger pour l'environnement.

En principe, on peut dire presque la même chose du poêle Indigirka, seul le type de combustible ici n'est pas du gaz, mais du bois de chauffage, des pellets ou de la sciure de bois pressée.

Absence totale automatisationqui nécessite de l'électricité. Le système de production d’énergie électrique et la chaudière elle-même n’interfèrent pas mutuellement, c’est-à-direEn cas de panne du système de production d'électricité, la chaudière continue de remplir ses fonctions.

Toutes ces unités de chauffage de traitement du gaz, dotées de moteurs Stirling situés sous les brûleurs, produisent de l'énergie électrique qui peut être utilisée à diverses fins.

Les chaudières NAVIEN et Viessmann ne peuvent pas s'en vanter, puisque le moteur Stirling est intégré directement dans la conception de la chaudière. Mais quelle est la rentabilité de tels systèmes et combien de temps faudra-t-il pour qu’une telle chaudière soit rentabilisée ? Cette question mérite d’être comprise en détail.

Rentabilité des systèmes considérés

À première vue, les chaudières NAVIEN et Viessmann sont pratiquement des mini-centrales thermiques dans une maison privée ou même un appartement.

Même malgré les grands dimensions d'encombrement, la possibilité de produire de l'énergie électrique simplement en utilisant une chaudière pour chauffer une chaudière ou des pièces devrait inciter l'acheteur à installer sans hésitation un tel « miracle de la technologie ».

Mais en examinant de plus près la chaudière NAVIEN, des questions se posent et nécessitent des réponses. Avec une puissance déclarée de 1 kW (puissance gratuite pouvant être utilisée à votre discrétion), la chaudière consomme assez sensiblement de l'électricité lorsque le système fonctionne.

Ce que cela veut dire? Au minimum, l'automatisation fonctionne, même si un peu de puissance est nécessaire, mais elle est nécessaire au fonctionnement du ventilateur et de la pompe de circulation. Au total, les appareils répertoriés peuvent non seulement consommer avec succès ce kilowatt d'énergie, mais cela peut ne pas suffire lors de « l'overclocking » du système.

Schéma de principe du système de chauffage Vissmann Vitotwin 350F avec une chaudière au sol de 175 litres.Le système vous permet à la fois d'utiliser l'électricité d'une source externe et de distribuer l'excédent d'électricité produite au réseau général.

Les mêmes questions se posent exactement à propos des chaudières Viessmann, mais au moins la possibilité d’extraire de l’électricité pour ses propres besoins n’a pas été évoquée ici. Seule la possibilité d'un fonctionnement autonome du système en l'absence d'approvisionnement extérieur était prévue.

Bien que les développeurs soulignent immédiatement que "le système peut nécessiter une puissance électrique supplémentaire aux charges de pointe". Dans le contexte des 3 500 kWh d'électricité produits par an déclarés, cette nuance est déjà mise en doute, mais grâce à des calculs simples et simples, nous obtenons ce qui suit :

3500:6 (mois de la saison de chauffage standard) : 30 (30 jours calendaires en moyenne) : 24 (24 heures dans une journée) = 0,81 kW*heure.

Ceux. La chaudière produit environ 800 W en fonctionnement stable (constant), mais combien le système lui-même consomme-t-il pendant le fonctionnement ? Peut-être les mêmes, produisant 800W, et peut-être plus.

De plus, l'électricité n'est générée que pendant le fonctionnement du brûleur. Ceux. Soit un fonctionnement constant du système est requis, soit tout est un peu différent de ce que disent les développeurs du système.

A quoi ont abouti ces calculs ? Le système de chaudière à bois produit effectivement ses 50Wh (soit 0,05kWh), qui peuvent servir à recharger une tablette, un téléphone, etc. même pour une banale « ampoule LED de service ». Contrairement aux développements de deux entreprises de renommée mondiale, les développements décrits ressemblent clairement davantage à un bon stratagème marketing, et rien de plus.

Quant à la politique tarifaire de ces systèmes, il est généralement difficile d’évaluer quoi que ce soit.Car même les fabricants Viessmann et NAVIEN précisent d’emblée que l’équipement « ne nécessite aucun entretien ». Traduit en langage simple, il est cassé, ce qui signifie que l’unité doit être complètement remplacée.

Cela peut ne pas s'appliquer à l'ensemble du système, mais à des composants individuels : le moteur Stirling, le système de brûleur à gaz, etc. Le résultat sera un montant assez impressionnant. En supposant que le prix moyen de ces systèmes est d'environ 12 mille. euros ou 13,5 mille $. Le schéma de fonctionnement d'une chaudière avec un générateur, alors seul le fabricant du système peut gagner dans une telle situation.

Le poêle Indigirka ne peut pas du tout participer à la comparaison, non seulement parce que le type de combustible n'est pas du gaz, et que le prix n'est pas comparable (15 fois moins), mais parce que le poêle n'est pas positionné pour un usage domestique, mais plutôt pour les voyages, expéditions, etc. .P.

Si en Europe la situation énergétique influence de manière assez significative le choix des consommateurs (lors du choix des systèmes de chauffage ou d'approvisionnement en énergie) du point de vue de l'efficacité et du respect de l'environnement, alors les États de l'UE stimulent cela en subventionnant la mise en œuvre de tels systèmes.

Pour les consommateurs domestiques en Russie, de tels systèmes seront probablement trop chers, à la fois au départ « système + installation » et pendant le fonctionnement.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Le principe de fonctionnement d'un moteur Stirling équipant une chaudière à gaz :

Démonstration du fonctionnement d'une chaudière à gaz avec un générateur d'électricité :

Un exemple de poêle à bois avec générateur électrique pour comparaison avec un appareil au gaz :

N'oubliez pas que les sociétés européennes de production d'énergie sont assez fidèles aux « fabricants » d'équipements économes en énergie.

En Russie, la possibilité de produire et de transmettre de l'énergie électrique au réseau par les consommateurs domestiques n'est pas seulement inscrite dans la loi, mais elle n'est pas non plus bien accueillie par les sociétés de réseau. Par conséquent, il est peu probable que les systèmes présentés aient de sérieuses chances d’être utilisés aujourd’hui dans la Fédération de Russie.

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