Hybryda off-grid na panele słoneczne + agregator prądotwórczy na biomasę

Witam,

Czy mógłby mi ktoś powiedzieć, czy na rynku są przydomowe elektrownie na biomasę (brykiet) połączone z ogrzewaniem domu/wody? Bo szukam i nie mogę znaleźć takiego urządzenia. Istnieją kotły na biomasę z podajnikami do ogrzewania, ale agregaty nie. A o hybrydzie ogrzewanie + prąd to w ogóle zapomnij. Pytanie dlaczego? Przecież takie urządzenie w naszym klimacie idealnie by się sprawdziło. W sezonie od marca do października dom nie potrzebuje ogrzewania, a prąd można pobierać z paneli słonecznych (5kWh). Awaryjnie przy brakach, maszyna sama mogła by się włączyć i wygenerować prąd.

Dzięki takiej hybrydzie można w ogóle zapomnieć o rachunkach przez cały rok. Ładuje się podajnik na biomasę i zapomnij.

Czy ktoś spotkał się z taki rozwiązaniem (ogrzewanie i/lub generator prądu) ? Z tego co się zorientowałem na takiej samej zasadzie działają elektrownie na biomasę. Generują prąd i ciepło. Czy w przydomowej skali to się nie sprawdzi? Jeżeli tak, to dlaczego? Bo przyznam, że jak oglądam filmiki kotłów na biomasę to tam energii jest sporo. Spokojnie można rozpędzić mocny silnik na parę oraz prądnice.

Czy może istnieje już coś takiego na rynku?

Nie ma prostego, wysoko sprawnego, taniego przetwornika energii do którego dostarczając ciepło mógł byś z drugiej strony odbierać "prąd"

No właśnie pytanie dlaczego nie ma? Jest to niemożliwe do wykonania? Nie opłacalne? Na youtubie znalazłem chałupniczej roboty rozwiązanie: https://www.youtube.com/watch?v=85OmZU3dZpA
Poza tem jest wiele innych gorszej/lepszej jakości przykładów silników parowych.
Niektóre to cudeńka, a inne działają na tym co autorzy znaleźli 'pod ręką'.

Na filmiku 6:05 jest pokazane przy jak słabym ogniu to działa. A silnik zaczyna działać na wyższych obrotach od 7:20 min.

Zobaczcie przy okazji ile pary się uwalnia, która mogła by być wykorzystana do ogrzewania domu.

Dla przykładu ogień z kotła na biomasę: https://www.youtube.com/watch?v=bzbgMFebeto

Jednym słowem takie połaczenie kotła z generowaniem prądu i ogrzewaniem jest jak najbardziej sensowne. I aż dziw bierze że nie ma czegoś takiego na rynku. Myślałem, że coś przeoczyłem. Wodę można przecież czerpać z własnej studni. Kwestia ceny? Może, ale nawet niech to kosztuje 25 tyś to i tak byłoby to opłacalne i stanowiłoby super uzupełnienia dla paneli słonecznych w naszej lokalizacji, gdzie od grudnia do marca słońce jest słabe, natomiast ludzie i tak muszą grzać w piecach. A gdyby przy okazji był prąd to rewelacja.

Dodano po 6 [minuty]:

Proszę, a tutaj prawie 5 konny silnik parowy: https://www.youtube.com/watch?v=wYXBMa8lAAU
Podejrzewam, że przy odrobinie techniki może wyglądać i działać jak ten 5 konny agregat hondy: https://www.youtube.com/watch?v=mT5k6pB-ID4 (od 10min)

Dodano po 18 [minuty]:

A tutaj rewelacja. Małe cudeńko wielkości dużego garnka: https://www.youtube.com/watch?v=01QOsy2TNb8

Nie ma bo takie urządzenie w skali domowej było by zbyt drogie, wymaga rozumnej obsługi i jest niebezpieczne (temperatura i cisnienie). Silnik parowy czy turbina potrzebuje pary o odpowiednim ciśnieniu i w odpowiedniej ilości aby mogły pracować, tego nie da się regulować od 0 do 100%. Woda też nie może być byle jaka bo szybko zakamieni się kocioł. Poczytaj chociaż o obiegu Rankine'a. Takie zabawy z wodą i parą są nieopłacalne na małą skalę.

Teraz inny przykład. Masz silnik spalinowy z samochodu połączony z prądnicą. Zasilane jest to gazem ziemnym i pracuje w trybie ciągłym jako generator + ogrzewanie. I teraz sobie wyobraź, że ten zespól "jedzie" 100km/h i policz jaki będzie koszt roczny wymiany oleju w tym silniku, przy
założeniu że olej wymieniamy co 15000km i wchodzi go 4 litry.

Teraz chyba rozumiesz opłacalność takich rzeczy w małej skali. To tylko zwykły silnik samochodowy, a ty chcesz kotły i silniki parowe montować.

Elektrownia "zawodowa" zużywa ok. 300g węgla dla wyprodukowania 1kWh.
Jeśli Twoje urzadzenie będzie miało sprawność 3 razy niższą (co i tak jest optymizmem), to potrzebujesz 1kg węgla, lub - praktycznie - 10 kg suchej biomasy - na wyprodukowanie 1kWh.
Jeśli Twoje zapotrzebowanie na energię jest 10kWh na dobę, to dla zapewnienia zapasu biomasy na 150 dni, gdy biomasy nie masz jak pozyskiwać, a słoneczko nie grzeje, musisz zgromadzić 15 ton suchej biomasy, co odpowiada ok. 150 ton biomasy świeżej.

Samo przekładanie biomasy i pilnowanie kotła da Ci zajęcie na dłuuugie zimowe wieczory, tonę dziennie ...

OK, dzieki za odpowiedzi. Co do kotła, to równie dobrze można go opalać pelletam, gdzie jego kaloryczność jest nieco mniejsza od węgla. Zakładając, że dom dziennie potrzebuje 5kWh (reszta może być z paneli słonecznych), to z marginesem będzie to 10kg pelletu dziennie. Wystarczy załadować 150 kg na pojemnik z automatycznym podajnikiem i przez dwa tygodnie nie trzeba nic robić.

Największe wyzwanie to zbiornik pod ciśnieniem na wodę, szczelność, ale jak najbardziej można to ogarnąć. Poza tem mówimy tutaj o mini-elektrowni, a nie lokomotywie. Trzeba znaleźć jakiś kompromis. W płaszczach wodnych też jest niemałe ciśnienie, są mechanizmy zabezpieczające, a tutaj na pewno nie byłoby układu zamkniętego, jest możliwość zastosowanie kilku zabezpieczeń i regulacji:
- automatyczny podajnik na pellet, który dostosowuje pracę do zapotrzebowania
- samoregulujące zawory, które uwalniają zbyt duże ciśnienie (także awaryjne)
- automatyczna regulacja dopływu tlenu do pieca

To wszystko powinno umożliwić bezpieczną pracę urządzenia na określonym poziomie ciśnienia - bez gwałtownych spadków i wzrostów

Co do wody ze studni ... nie wydaje mi się, żeby musiała być idealna.. jak ze sklepu. Wiadomo, że trzeba będzie ją przepuścić przez filtry, można ją czymś zmiękczyć. Co do kamienia w przewodach i kotle, to nie wydaje mi się, że jest to problem nie do przejścia. Co jakiś czas można go automatycznie czyścić specjalnym płynem do odkamieniania (albo kilkoma litrami octu).

Chciałem zaznaczyć, że kocioł nie chodziłby 24h na dobe, powiedzmy 12h i tylko przez kilka mc w roku (od października do marca) kiedy słońce jest za słabe dla paneli słonecznych i kiedy ogrzewany byłby dom. Niemniej dlaczego nie miałby chodzi przez cały rok?

Dodano po 10 [minuty]:

wowka napisał:

Teraz inny przykład. Masz silnik spalinowy z samochodu połączony z prądnicą. Zasilane jest to gazem ziemnym i pracuje w trybie ciągłym jako generator + ogrzewanie. I teraz sobie wyobraź, że ten zespól "jedzie" 100km/h i policz jaki będzie koszt roczny wymiany oleju w tym silniku, przy
założeniu że olej wymieniamy co 15000km i wchodzi go 4 litry.

Teraz chyba rozumiesz opłacalność takich rzeczy w małej skali. To tylko zwykły silnik samochodowy, a ty chcesz kotły i silniki parowe montować.

W Twoim przykładzie silnik spala gaz, średnie spalanie agregatów na gaz ziemny, czy LPG to 1-2 litry LPG na 1kWh. Daje to dziennie nawet 20zł, a miesięcznie 600 zł. W przypadku pelletu (2 kg na 1kWh) cena mogłaby się zmniejszyć do 8zł dziennie, w tym ogrzewany byłby dom.

Ale nawet niech piec spala pelletu za 20zł, to i tak będzie to OK. 600zł miesięcznie za prąd, ogrzewanie i ciepłą wodę.

Spytaj w UDT (Urząd Dozoru Technicznego), jakie parametry wytwornicy pary są "poza ich zaiteresowaniem". Z tego będziesz mógł oszacować "rozmiary" przedsięwzięcia.
A TU informacja o ilości światła i ciepła dostarczanego przez słoneczko (możesz wpisać inne lata): http://www.andretti.pl/wxsunhoursdetail.php . Najlepiej jest w lecie ...

To czym opalac kociol ma najmniejsze znaczenie - moga to byc nawet stare majtki, wazne zeby spalic tego odpowiednia ilosc w odpowiednim czasie - stąd bierze się moc. 5 kwh dziennie to jakas kpina jezeli mowimy ze ma byc to ogrzewanie, cwu i prąd. Akurat sam kociol parowy to jeden z najmniejszych problemów bo mozna go stosunkowo niedrogo wykonac. A wiesz chociaż ze do tego kotła potrzebujesz pompy bo przecież jak chcesz odbierac z niego pare to trzeba też dolewac wody. Taka pompa musi byc czyms zasilana. Układ powinien pracować w obiegu wtedy skroplona pare odzyskujesz i podajesz z powrotem ma kocioł. Silnik nie będzie 100% szczelny wiec wody bedzie ubywac i trzeba ja uzupelniac. To na poczatek takie podstawowe problemy z kotłem. Teraz silnik. Para do silnika powinna byc sucha, co wiecej z silnika tez musi wylatywac para bo jak sie skropli w silniku to on dlugo nie podziala. Teraz tą parę trzeba skropić zeby mozna ją było z powrotem wpompować do kotła.

Niestety tu nie da się łatwo przetworzyć energii cieplnej na elektryczną jak to jest w przypadku np. pradnicy

wowka napisał:

To czym opalac kociol ma najmniejsze znaczenie - moga to byc nawet stare majtki, wazne zeby spalic tego odpowiednia ilosc w odpowiednim czasie - stąd bierze się moc. 5 kwh dziennie to jakas kpina jezeli mowimy ze ma byc to ogrzewanie, cwu i prąd.

'Podpałka' do kotła ma znaczenie... w zasadzie jest najważniejsza w tym wszystkim (bo to za nią płacimy), a jak można pelletem, groszkiem czy węglem to super.
OK, 5kWh prądu to trochę za mało, niech będzie 10-15 kWh. Tylko cześć energi z kotła zostanie zamieniona w parę i wykorzystana do napędu silnika, większość ulotni się w postaci ciepła, które posłuży do ogrzanie c.o. i cwu. I o to w tym wszystkim chodzi. Smażymy 3 pieczenie na jednym ogniu. I mało tego - akurat w sezonie grzewczym, gdy słońca jest za mało aby dostarczyć prądu z paneli słonecznych.

wowka napisał:

Akurat sam kociol parowy to jeden z najmniejszych problemów bo mozna go stosunkowo niedrogo wykonac. A wiesz chociaż ze do tego kotła potrzebujesz pompy bo przecież jak chcesz odbierac z niego pare to trzeba też dolewac wody. Taka pompa musi byc czyms zasilana. Układ powinien pracować w obiegu wtedy skroplona pare odzyskujesz i podajesz z powrotem ma kocioł.

Cały system nie musi i nie powinien być szczelny (za duże ciśnienie, które w granicznych momentach będzie wypuszczane). Woda pozyskiwana będzie z ziemi za darmo. Pompa wodna na dzień dobry zasilana będzie z paneli słonecznych.

wowka napisał:

Silnik nie będzie 100% szczelny wiec wody bedzie ubywac i trzeba ja uzupelniac. To na poczatek takie podstawowe problemy z kotłem. Teraz silnik. Para do silnika powinna byc sucha, co wiecej z silnika tez musi wylatywac para bo jak sie skropli w silniku to on dlugo nie podziala.

Nie znam się na budowie silników parowych, ale z tego co zauważyłem np. na youtubie to nie wydają się one być jakieś delikatne, czy wrażliwe na otoczenie, parę wodną itd. Silniki benzynowe, czy diesla są o wiele bardziej wymagające i skompilkowane, a jakoś działają.

Taa... a ja na Youtube widziałem perpetum mogile. Skoro silnik parowy jest prosty, buduj i pochwał się agregatem. Nie zapomnij o wieży chłodniczej do skraplania pary, zmiękczacza do wody zasilającej kocioł i wymienniku do zasilania CO... pary tam nie wpuścisz, bo rozwali instalację. Widziałeś kiedyś jak wyglądają rury pracujące pod przegrzaną parą?

devmarc napisał:

5kWh prądu to trochę za mało, niech będzie 10-15 kWh

15Kwh z elektrowni kosztuje około 8zł, miesięcznie to około 250zł. To kiedy zwróci się ta twoja elektrociepłownia parowa ?

devmarc napisał:

Cały system nie musi i nie powinien być szczelny (za duże ciśnienie, które w granicznych momentach będzie wypuszczane)

Zdecyduj się więc czy ma być szczelny czy nie. Podpowiem, że musi być szczelny bo inaczej będzie to taka sama sytuacja jakbyś garnek z wodą na gazówce postawił, niby para będzie ale nie da się jej za bardzo wykorzystać.

devmarc napisał:

Woda pozyskiwana będzie z ziemi za darmo. Pompa wodna na dzień dobry zasilana będzie z paneli słonecznych.

A jak słońca braknie to z akumulatora ?

Pompa musi mieć odpowiednią wydajność i ciśnienie. Zależnie od ciśnienia w kotle, pompa musi być w stanie wytworzyć większe ciśnienie niż w nim panuje aby było możliwe uzupełniać kocioł.

devmarc napisał:

Nie znam się na budowie silników parowych, ale z tego co zauważyłem np. na youtubie to nie wydają się one być jakieś delikatne, czy wrażliwe na otoczenie, parę wodną itd.

Chodzi o to, że skraplająca się para wodna szybko "wylizuje" metal. Widać to dobrze na zaworach w instalacjach parowych. Jeżeli nie dokręci się zaworu i on lekko przepuszcza to po niedługim czasie nie da się go już całkowicie zamknąć bo para "wylizuje" gniazdo w miejscu przecieku.

wowka napisał:

devmarc napisał:

5kWh prądu to trochę za mało, niech będzie 10-15 kWh

15Kwh z elektrowni kosztuje około 8zł, miesięcznie to około 250zł. To kiedy zwróci się ta twoja elektrociepłownia parowa ?

Tylko, że w cenie prądu byłoby też ogrzewanie oraz ciepła woda. Inaczej to nie ma większego sensu. Baa.. można nawet stworzyć dom, który byłby energetycznie samo-dostarczalny. Zaczynając od wody, przez prąd, na centralnym kończąc. Trochę ziemi z energetycznymi drzewami/krzakami i prawie zero rachunków.

Generalnie, nie wątpię, że jest szereg problemów technicznych, ale nie z takimi rzeczami sobie nauka radzi. Tym bardziej, że silniki parowe to technologia z XIX wieku i jakoś dawali w tedy radę (cały przemysł na tym działał) to tym bardziej teraz jest to do ogarnięcia w mikroskali. Gdybym Ci powiedział, zrób kombajn, czy traktor na parę, to byś powiedział że to nie możliwe? A jednak takie rzeczy z powodzeniem konstruowali w XIX wieku. Lepiej, gorzej, ale działały. Obecnie... z technologią, można powiedzieć kosmiczną.. to jest na pewno do zrobienia.

[quote="devmarc"][quote="wowka"]

devmarc napisał:

Trochę ziemi z energetycznymi drzewami/krzakami i prawie zero rachunków.
Generalnie, nie wątpię, że jest szereg problemów technicznych, ale nie z takimi rzeczami sobie nauka radzi. Tym bardziej, że silniki parowe to technologia z XIX wieku i jakoś dawali w tedy radę (cały przemysł na tym działał) to tym bardziej teraz jest to do ogarnięcia w mikroskali. Gdybym Ci powiedział, zrób kombajn, czy traktor na parę, to byś powiedział że to nie możliwe? A jednak takie rzeczy z powodzeniem konstruowali w XIX wieku. Lepiej, gorzej, ale działały. Obecnie... z technologią, można powiedzieć kosmiczną.. to jest na pewno do zrobienia.

Problem w tym, że silniki parowe mają bardzo małą sprawność. Te amatorsko zrobione jeszcze mniejszą. Wybór węgla nie jest przypadkowy w przypadku maszyn parowych. Parę należy nagrzać do sporych temperatur, a biomasa jest w tym znacznie słabsza(o ile mi wiadomo). W elektrowniach pracują turbiny, ale to zbyt mała skala, by taką zastosować. One w stosunku do silników parowych mają dużo większą sprawność. Tylko para przegrzana musi mieć bardzo wysoką temperaturę (coś 600-700 stopni ok. z tego co pamiętam). Wydaje się, że niby silniki parowe pracują przy parze już ponad 100stopni. A ona ma zaledwie tyle energii by móc nas dotkliwie poparzyć. Do zasilania takich silników trzeba pary o wyższej temperaturze i ciśnieniu. Ogólnie może sie okazać, że przy przeliczeniu wszystkich strat cena prądu będzie niewiele niższa niż ten z sieci. A należy wliczyć jeszcze koszt inwestycji.

Ale silnik parowy to nie jedyna alternatywa w tym przypadku. Istnieją jeszcze inne możliwości. Ja myślałem o np. produkowaniu gazu drzewnego w takim agregacie. Tylko istnieją pewne problemy techniczne, bo trzeba zakupić silnik spalinowy starego typu (gaźnikowych). Silnik może nie działać zbyt długo przy zastosowaniu mimo wszystko zanieczyszczonego gazu. Problemem jest też automatyzacja działania tego silnika, nie można magazynować gazu i nie można zostawiać instalacji samej sobie, z uwagi na niebezpieczeństwo wybuchu.

Istnieje też ciekawa perspektywa zastosowania w zamian za to silnika cieplnego. Konkretnie silnika Stirlinga. Byłoby to najsprawniejsze rozwiązanie w tym przypadku. Rzeczywiście takie układy są obecnie budowane. Nawet w elektrowniach słonecznych są wykorzystywane te silniki ze względu na większą sprawność i cenę od ogniw fotowoltaicznych(chodzi o te na pustyni grzejące olej, u nas raczej kiepsko). No i skończę na największej wadzie tego systemu(bo jakaś musi być). Jest to cena. Bo silniki te niestety mimo jednej z największych sprawności i uniwersalności jeśli chodzi o paliwo muszą spore rozmiary oraz są budowane z drogich materiałów przewodzących ciepło. Stąd ich cena może zabić inwestycje. Na elektrodzie toczył się o tym temat, ktoś z udzielających się tam coś działał w tym kierunku, więc może warto byłoby porozmawiać z tym człowiekiem ew. odkopać temat.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic420314.html

Taki agregat pewnie marzy się każdemu, kto myślał kiedykolwiek o OFF-GRID. Niestety koszt inwestycji w przypadku ostatniej propozycji może spowodować że inwestycja będzie nieopłacalna. Te 2 wcześniejsze sposoby moim zdaniem to bardziej Polskie druciarstwo aniżeli realna alternatywa, ze względu na koszt budowy i potencjalną żywotność urządzenia.

Kogeneracja na biomasę ma sens przy mocach od 30kW. Wtedy zapotrzebowanie godzinne to np. 30kg zrębki.
W domowych warunkach stosuje się kogenerację w kotłach gazowych. No ale tutaj też w przeciętnym domu jest to zazwyczaj nieopłacalna inwestycja. Jakikolwiek sens zaczyna się gdy zapotrzebowanie na ciepło przekracza 15kW. Wtedy masz do dyspozycji 6kW prądu.

Prawie czegoś takiego szukam: http://www.viessmann.pl/pl/budynki-mieszkalne...a-bazie-silnika-stirlinga/vitotwin-300-w.html (boiler, woda, silnik, tylko nie ta podpałka)

Do tego panele słoneczne od marca do października i zapomnij o rachunkach za prąd.
Tylko cena zabójcza :/ ale gdy np. elektrownia chce od ciebie 30-40 tyś za przyłacze to jak najbardziej można rozważyć. U mnie jest ok 300m przez słaby teren i boje się, że sobie zaśpiewają.

Dodano po 16 [minuty]:

A tutaj ciekawostka z wiki: Ostatnio najmodniejszym zastosowaniem silnika Stirlinga są układy CHP (kogeneracji produkcji ciepła i energii elektrycznej) małej mocy (do 34 kW). Generacja skojarzona czyli kogeneracja polega na wytwarzaniu energii elektrycznej i wykorzystaniu ciepła odpadowego, co w sumie daje bardzo wysoką sprawność. Kogeneracja z silnikiem Stirlinga jest nowoczesną, ale drogą inwestycją, gdzie łączna sprawność nie będzie konkurencyjna do np. od dawna stosowanych elektrociepłowni turbinowych czy układów kogeneracyjnych z klasycznym silnikiem spalinowym. Najciekawsza przyszłość rysuje się przed silnikiem Stirlinga w napędzie hybrydowym. Konkretnie w zastąpieniu silnika spalinowego generatorem elektrycznym, hermetycznie zblokowanym z silnikiem Stirlinga. Powyższy układ pozwala uniknąć problemów konstrukcyjnych występujących w silniku produkującym moc mechaniczną, wykazując przy tym zdecydowanie większą sprawność w stosunku do hybrydy typu silnik spalinowy - generator oraz niską toksyczność spalin bez konieczności stosowania katalizatora.

Dodano po 30 [minuty]:

A tutaj filmik tego czego szukam: https://www.youtube.com/watch?v=yIGLz88uG-s (od 4.30 minuty)
O ile dobrze zrozumiałem 3 kg pelletu produkuje 3kWh? Tylko trochę za drogie 27 tys euro

Reasomując, kupujesz tone pelletu za 600-700 zł i masz na 1.5 mc prąd, ogrzewanie i ciepłą wodę. Od marca do października prąd z paneli słonecznych. Rozwiązanie prawie idealne w naszym klimacie. A jak masz jeszcze kaweł działki na drzewka, to sam produkujesz podpałkę.

Poczytaj TUTAJ: http://www.wml.wat.edu.pl/images/itl/zait/dokumenty/materialy/Cwiczenie%2018%20-%202011-1.pdf :
" ... sprawność termiczna obiegu Stirlinga jest mniejsza od sprawności termicznej
obiegu Carnota."
Źródło jest wiarygodne: WAT - Wojskowa Akademia Techniczna.

Zamiast budować (od "zera"?) silnik Stirlinga, pomyśl nad wykorzystaniem "nadwyżki ciepła" powstającego w dostępnym handlowo agregacie prądotwórczym.

@devmarc czy podjąłeś jakieś decyzje w kwestii tej inwestycji? Jak tak to na co się zdecydowałeś?