Когенератор на базе стирлинга.

Выбирая для своего дома газовые котлы нарвалась на очень забавную технологию когенераторов.
Они выполнены на базе стирлинга, где при сгорании газа нагревается не только вода для отопления, но и вырабатывается электроэнергия в домашнюю сеть.
Примеры таких девайсов:
-> Vitotwin 300-w
-> Remeha eVita

Цены таких котлов ого-го и они не особо распространены. Стало быть, есть ли возможность изготовить такой девайс самим?

Неужели никто, даже высокоуважаемый админ не задавались вопросом использования стирлинга в таких целях?=)  

Не сделаете вы такое устройство сами, недоступны вам технологии для достижения таких параметров.

Например какие? В данный момент у меня есть доступ к 3д фрезеру на работе

Принцип работы - https://www.youtube.com/watch?v=xvUnCC_TfXE

А что если использовать внешний стирлинг к существующему котлу? Например идею Vx:

Пустив холодную воду через зону охлаждения от ГВС к котлу, а нагретую котлом воду к зоне нагрева Стирлинга, а далее на ГВС?

да, да, для этого я его и замыслил. что бы котел стал энергонезависимым. ибо когда зимой отключают электричество котел тоже останавливается. устройство будет востребовано. во всяком случае в нашем пригороде его купят как минимум в количестве нескольких сотен. единственное оно должно стоить менее чем самый дешевый генератор. правда технически описанное устройство будет работать не по циклу стирлинга, а по циклу карно (в верхних точках нет возможности греть тело и технически рациональнее использовать адиабатный процесс)

только нужно не гвс пускать через двигатель, а омывать теплообменники водой из контура отопления (прямой и обратной)

Ну у меня котел же газовый=) по сути мне плевать есть электричество нет электричество =) А вот поулчать электроэнергию с разницы между холодной и горячей водой есть резон. Vx, у тебя уже есть какое-нить практическое воплощение девайса?

котел то "газовый" но процессор, насос принудительной циркуляции отопительного контура и вентилятор горелки "электрические" - нет электричества - котел останавливается. потребление котла порядка 100 вт. ибп разумной цены протянет порядка 30-40 минут. за это время при -20 дом почти не почувствует отключения отопления поэтому вариант с ибп исключен как не имеющий смысла. сейчас если отключение длиться более 1-2 часов включают генератор 2 квт для питания двух котлов (да, пушкой по воробьям, но...). поэтому обеспечить автономность котла при помощи приставки включаемой в отопительный контур весьма заманчиво. наработки только теоретические. расчеты потребного для двигателя мощностью порядка 100 вт объема и теплообменников (будут пластинчатые). линейный генератор пока не считал - немного не моя специфика, вспоминать придется.

Нет, у нас полностью автономный газовый, а вот у соседа такой как ты сказал =-)
Линейный генератор думаю можно раскопать в инете, куча их

Котлы в том числе и газовые бывают энергонезависимыми, тут уж при выборе котла можно подумать, что будет при отключении электричества, проблема чаще в циркуляционном насосе, хотя и тут возможны схемы теплоснабжения работающие на естественной циркуляции или хотя бы минимально поддерживающие естественную циркуляцию теплоносителя в случае отсутствия электричества.
По технологиям: попав на этот сайт решил, что нашел нечто уникальное, что позволит мне стать энергонезависимым, но... здесь нет никого с опытом создания стирлингов значительной мощности, попытка Игоря сделать стирлинг под давлением тоже оказалось неудачной, используемая в моделях разность температур значительно выше той на которую вы рассчитываете, нет решения по смазке цилиндро-поршневой группы... Для получения мощного и компактного стирлинга (в том числе и по описаниям промышленных когенераторов) придется использовать гелий под значительным давлением, а это уже "высокие" технологии. Вы замечали как шарики надутые гелием сдуваются в течении месяца? Большинство разборных соединений гелий под давлением не держат, будут утечки.
Конечно всё решаемо, но самостоятельно на поиск этих решений можно потратить годы. Кстати и у промышленных когенераторов не ахти какие характеристики, соотношение между электрической и тепловой мощностью откровенно говоря маловато, электроэнергии не хватит для потребностей дома, если только ставить аккумуляторы, инверторы... чтоб недостаток электроэнергии днем компенсировать её избытком в ночное время.
Моё мнение, что для самостоятельного решения подобной задачи проще найти что-то более освоенное. Сейчас прихожу к выводу, что реальнее всего - это паровая турбина, даже при низком КПД все тепло можно вернуть в систему отопления. Хотя КПД паровой турбины при правильном исполнении не так уж и мал.
Ещё у вас одна ошибочка. Вы рассчитываете на разность температур между холодной водой и теплоносителем нагретым в котле, так вы вообще значительной мощности никогда не получите. Берите тепло непосредственно из камеры сгорания котла это 400-600град., а то и больше; холодный теплоноситель (обратку после прохождения по радиаторам дома) используйте для охлаждения стирлинга, тогда хоть теплоперепад будет более значительным. Воду для отопления можно греть и меньшей температурой, только теплообменник будет побольше.

Methelina и vx, если у вас стоят газовые котлы, значит есть газ. Вы пытаетесь создать генератор на базе газового котла. А ведь можно купить газовый электрогенератор и утилизировать его теплопотери, тогда можно стать совсем автономными. КПД газового электрогенератора около 25%, остальное уходит в качестве теплопотерь, часть с выхлопными газами, а часть через систему охлаждения цилиндра. Если собрать это тепло, то получите на каждый 1 кВт электроэнергии, около 3 кВт тепла.
Тут конечно нужно оценить экономический эффект (замена масла и ресурс генератора), но факт в том, что это реальнее, чем стирлинг.
Я же ищу возможность получения электричества при сжигании дров.

поинтересуйтесь ресурсом генератора и поймете что при постоянной работе его придется выкинуть очень быстро. +не всегда нужно столько электричества сколько он дает, а тепло нужно всегда когда оно вообще нужно. речь идет не о "генераторе на базе" или утилизации, а просто об автономности в очень узком понимании этого слова. и как уже было сказано это фактически скорее всего будет не стирлинг, а карно

И стирлинг не обязательно должен быть компактным.
Если ставить газогенератор, то это дополнительное потребление газа, а это дорого и уводит ожидаемую экономию в минуса.
Плюс у нас проблемы с электричеством и задумка стирлинга была не перенять потребление на себя, а лишь разгрузить основную линию питания, чтобы с основной линии шло электричество дополняя ток с стрилинга. Но не полная автономия. Так как в моменты отрубания электро у нас есть дизельный генератор.
Врезать ничего не получится в котел, так как там замкнутая система со своими стенками с утеплителями и так далее. Так что внешняя потеря котла практически никакая - поверхность слегка теплая.

andeich, по поводу дров, следила в инете за турбиной дисковой с створчатым клапаном. Там был проект утилизировать любое давление, от пара, до выхлопа в электро:
-> Дисковая турбина со створчатым клапанным каналом

А как будет себя вести такой стирлинг?

Спойлер:

Methelina, что значит дополнительное потребление газа? Вы этот же газ сжигаете в котле, а тут электричество и тепло получите при работе генератора вместо работы котла. Котел может быть в резерве на случай поломки генератора. Себестоимость производства собственного электричества будет меньше стоимости покупного электричества по затратам газа, если конечно стоимость генератора и его обслуживания не окажется слишком дорогим удовольствием. Собственно самостоятельное изготовление когенератора на базе Стирлинга навряд ли окажется дешевым мероприятием и навряд ли он сразу получится с большим ресурсом и сможет работать длительное время без ремонта. У двигателя Стирлинга есть еще одна особенность, я не специалист по данным двигателям, но наткнулся на это мнение здесь на сайте: двигатели "не поддаются" масштабированию, т.е. увеличение их размеров не приводит к пропорциональному увеличению мощности, поэтому простым увеличением габаритов не всегда можно прийти к достижению желаемой мощности.

Теперь о ресурсе генераторов. Самые дешевые мобильные генераторы с ДВС действительно имеют небольшой ресурс около 3000 часов и не предназначены для длительной непрерывной работы, собственно это расплата за мобильность. Стационарные генераторы имеют ресурс от 50000 до 300000 часов, что весьма привлекательно, правда и цена на подобные генераторы очень высока, кстати на рынке есть и готовые когенераторы на базе ДВС.
Наверно это нехорошо, что на данном сайте я выступаю против Стирлинга, просто считаю что в поиске оптимальных решений не стоит зацикливаться на каком-то одном типе двигателя, а лучше использовать то, что эффективнее и проверено временем. В тоже время я понимаю, что есть желание сделать что-то своими руками и сэкономить денежки.
Можно пойти по такому пути: покупка старенького автомобиля (старенькие москвичи и жигули на ходу часто продаются совсем дешево) и использование их ДВС для создания генератора. Думаю автомобильный двигатель имеет приличный ресурс и очень ремонтопригоден, запчасти доступны, имеются ремонтные размеры поршней, вкладышей и ремонт вне автомобиля намного проще.
Для перевода такого двигателя на природный газ технология отработана и не представляет больших сложностей. Двигатели обладают водяным охлаждением, что облегчает утилизацию тепловых потерь через цилиндры, останется только сделать теплообменник для утилизации тепла выхлопных газов. Вопрос только в выборе генератора и регулировании оборотов в соответствии с нагрузкой. Думаю тут решение найти проще чем самостоятельно создать надежный, эффективный и достаточно мощный двигатель Стирлинга.
Избыток электричества - это совершенно не проблема, проблемой может быть его недостаток. Избыточное электричество легко перевести в тепло используя нагревательные приборы, причем увеличение потребления электрический мощности значительно увеличит тепловыделение двигателя. Т.е. генератор с утилизацией тепла может обеспечить вас электричеством и теплом, при этом газа вы будете сжигать немного больше чем в котле.
Подобная установка может получить и дальнейшее развитие. Помимо генератора можно от двигателя привести в действие компрессор теплового насоса, тогда летом дом можно охлаждать, а зимой нагревать, при этом можно прийти к ситуации когда для электроснабжения и отопления генератор будет потреблять газа меньше чем вы сжигаете в котле, потому что тепловой насос позволяет "получить" тепла в несколько раз больше чем затрачивается энергии.

>Себестоимость производства собственного электричества будет меньше стоимости покупного электричества
Нет. Чем больше агрегат (в разумных пределах, но далеко больше чем обсуждаемые цифры) тем ниже стоимость кВт.

>двигатели "не поддаются" масштабированию
Поддаются. Во всяком случае если делать это так как нужно. Как минимум проведите мысленный эксперимент - поставьте два двигателя. Мощность увеличилась в два раза? Значит он поддается масштабированию.

>Избыток электричества - это совершенно не проблема. Избыточное электричество легко перевести в тепло используя нагревательные приборы.
Сжечь газ для того что бы с КПД пусть даже порядка 45% (как на ТЭС) получить электричество и потом превратить это электричество обратно в тепло - это даже не проблема - это варварство.

Два двигателя - это не совсем масштабирование, это дороже чем один, но побольше.

>Сжечь газ для того что бы с КПД пусть даже порядка 45% (как на ТЭС) получить электричество и потом превратить это электричество обратно в тепло - это даже не проблема - это варварство.
А просто сжигать газ в котле - это не варварство? Причем даже КПД котла меньше 100%, если конечно котел не конденсационный.
В реальных условиях любой когенератор не будет вырабатывать тепла и эл-ва именно столько сколько нужно. Всегда будет нехватка того или другого.
Если будет нехватка эл-ва, то:
-нужно компенсировать нехватку эл-вом из сети, думаю тут потребуется довольно дорогое устройство, позволяющее сделать это.
-если такого устройства нет, то когенератор бесполезен или он будет работать на ограниченную нагрузку меньше его мощности. Опять же насколько будет стабильна выработка эл-ва, вдруг на улице резко потеплело, тогда эл-ва станет еще меньше.
-придется поддерживать нужную электрическую мощность и сбрасывать избыточное тепло в атмосферу, соответственно и газа перерасход.
Если будет нехватка тепла, то:
-можно использовать избыточное эл-во для нагрева,
-можно запустить резервный котел и дополнительно сжигать газ.
При нехватке тепла, и соответственно избытке эл-ва, количество потребляемого газа будет определяться потребностями тепла, такая ситуация не приводит к дополнительному расходу топлива и обеспечивает нормальное электроснабжение, тут я не вижу никакого варварства.
Если потребность в тепле меньше, чем тепло выделяемое ДВС, то разумно остановить генератор и перейти к использованию сетевого эл-ва. Кстати если потребность в отоплении всё-таки сохраняется, то генератор можно запускать периодически, особенно если в системе отопления есть тепловой аккумулятор.

>А просто сжигать газ в котле - это не варварство?
Если вы говорите об отопительном котле - нет. Использование теплоты сгорания топлива для нагрева теплоносителя - это назначение данного агрегата. И выполняет он свою функцию более чем хорошо так как речь идет не о выработке электричества, а лишь о теплообмене. КПД котла может быть близким 100% (отношение тепла переданного теплоносителю к теплу выделенному при сгорании топлива). Подобным КПД не может похвастаться ни одна генерирующая установка из-за принципиально иного характера протекающих в ней процессов. Разве что топливные элементы, но это уже другая история.

>Причем даже КПД котла меньше 100%
Причем даже КПД всегда меньше 100%

>сбрасывать избыточное тепло в атмосферу
Такое делают разве что на месторождениях где попутный газ все равно сгорит с пользой или без - издержки технологического процесса. В традиционных установках такого не делают.

>можно использовать избыточное эл-во для нагрева
Никто такого никогда делать не будет. Это тепло будет стоить вам минимум в два раза дороже чем если бы вы использовали котел по назначению.

====
Как правило когенератор работает по сценарию недостаточной выработки электричества. Взять дополнительное электричество из сети в 1000 раз проще и дешевле чем городить еще один пиковый котел. Варианты со сбросом тепла или отоплением электричеством я понятное дело не рассматриваю как абсурдные.

Лишнее тепло мы сбрасываем в атмосферу сплошь и рядом.
Расскажите как сложить ток от генератора и сетевой ток?

>Расскажите как сложить ток от генератора и сетевой ток?
В промышленности это делается включением генератора в сеть - он работает синхронно с сетью.
Как это сделать для быта? Пальцем в небо - два зарядника от ИБП - один на сеть другой на генератор. Выход - к потребителю.

>два зарядника от ИБП - один на сеть другой на генератор. Выход - к потребителю.
тоже немало потерь будет, часть эл-ва переведете в тепло, только это уже будет большей частью сетевое эл-во. И ИБП на большую мощность довольно дорог.

>тоже немало потерь будет
все относительно. умножать на 0,98 приятнее чем на 0,45

>часть эл-ва переведете в тепло
естественно

>только это уже будет большей частью сетевое эл-во
энергия потребленная от того или иного ввода будет зависеть от графика внутренней нагрузки

>И ИБП на большую мощность довольно дорог
все относительно. сравните стоимость ИБП со стоимостью выполнения организационных и технических мероприятий по включению генерирующего оборудования в энергосистему. хотя, конечно, ИБП не семечек кулек

vx пишет:да, да, для этого я его и замыслил. что бы котел стал энергонезависимым. ибо когда зимой отключают электричество котел тоже останавливается. устройство будет востребовано. во всяком случае в нашем пригороде его купят как минимум в количестве нескольких сотен. единственное оно должно стоить менее чем самый дешевый генератор. правда технически описанное устройство будет работать не по циклу стирлинга, а по циклу карно (в верхних точках нет возможности греть тело и технически рациональнее использовать адиабатный процесс)

поставь рядом с бесперебойником два аккумулятопа на 200 ач-можно сутки не беспокоиться.(даже при условии,что аккумуляторы слегка бу)А что касается "не дороже генератора"-то количество денег на бензин во много раз превышает стоимость самоого генератора...у самого(живу в пригороде на даче)свет отключают на всю зиму,живу на акуумуляторах,заряжаюсь солнышком))

8888GREEN8888 пишет:можно сутки не беспокоиться

огласите мощность присоединенной нагрузки, время в течение которого ее тянут объявленные батареи и время в течение которого объявленные батареи заряжаются в зависимости от дня года, облачности и площади солнечных батарей. после этого оптимистичные "ура" будут уместны.