В предыдущих первой и второй и третьей частях нашего повествования мы рассказали о домашней когенерации, сравнили ее с другими видами автономного электроснабжения, изучили когенерацию как эффективный способ энергоснабжения и выяснили ее преимущества, а также сделали описание существующих типов домашних когенерационных установок (дКГУ), их достоинств и недостатков.
В этот раз будет сделан обзор дКГУ, которые производятся и поставляются на мировые рынки. К сожалению, в России дКГУ в настоящее время не производятся и не импортируются, так что купить их нельзя даже заинтересованному потребителю. Но в скором времени эта ситуация скорее всего изменится, и тогда наша информация будет полезна всем, рассматривающим дКГУ как вариант домашнего энергоснабжения.
Появление домашних (микро)КГУ
Приблизительно в начале 2000-х годов в Японии и странах ЕС появились первые производители дКГУ и начал развиваться рынок домашней когенерации. И по сей день Западная Европа и Япония (еще Южная Корея) - практически единственные регионы, где дКГУ производятся и продаются в значимых количествах. Помимо высокой стоимости электричества (это важно для быстрой "окупаемости" КГУ), немаловажную роль в распространении дКГУ в этих странах играют различные государственные финансовые стимулы для пользователей - частичная компенсация стоимости домашних КГУ, выплаты не только за избыточное электричество, переданное во внешнюю сеть, но за потребленное внутри домохозяйства. На сегодня общий мировой парк дКГУ оценивается в 250 тыс. единиц - в Японии свыше 200 тыс. установленных микроКГУ, в странах ЕС свыше 40 тыс. микроКГУ, остальное в Южной Корее и других странах.
Все предлагаемые на рынке КГУ можно распределить по нескольким типам, различающимся по способу преобразования топлива в электрическую энергию. Это малые газопоршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), топливные ячейки (ТЭ), двигатели Стирлинга и паровые двигатели (последние два вида можно объединить как двигатели внешнего сгорания). Прочие способы электрогенерации в дКГУ, такие как микротурбины, термоэлектрические технологии и т.д., пока остаются в статусе теоретических и экспериментальных разработок. В настоящее время все серийные домашние КГУ работают на природном газе, поставляемом по магистральным сетям. КГУ для дома на других видах топлива — пеллетах, угле, дровах и т. д. - пока не производятся. Далее в обзоре рассматриваются существующие на рынке дКГУ от различных известных производителей, сгруппированные по типу электрогенерации. Если не указано иное, под «мощностью» подразумевается электрическая мощность КГУ. Наряду с термином «домашняя КГУ» используется «микроКГУ», так как «КГУ» обычно означает средний сегмент КГУ, с мощностью от 5 до 500 Квт, тогда как на домашний сектор отводится мощность до 5 Квт.
В нижеприведенной таблице мы постарались свести вместе все микроКГУ для дома от известных производителей, указать их основные характеристики и найти ориентировочную базовую розничную цену в Евро (без установки, государственных льгот и дополнительного оборудования).
Газовые ДВС
Первыми серийными домашними КГУ стали установки на базе газопоршневых ДВС, они же до сих пор являются самыми массовыми по объемам выпуска. В Японии компания Honda с 2003 года выпускает микроКГУ модели mCHP, имеющей в основе одноцилиндровый двигатель объемом 163 см. куб. и мощностью 1 Квт.
Эта модель является мировым лидером среди домашних КГУ по объемам выпуска — свыше 100 тыс.! Одно время немецкая фирма Vaillant выпускала свою модель Ecopower1.0 на базе этого же двигателя от Honda, но сейчас она производит только более мощные КГУ, мощностью 3 и 4.7 Квт, и тоже на ДВС. В Европе пионером домашней когенерации стала компания Senertec, и она до сих пор является европейским лидером — более 30000 проданных микроКГУ. Основной «домашней» моделью у Senertec является КГУ Dachs SE с ДВС мощностью 5-5.5 Квт.. Этот же двигатель использует голландская фирма Remeha в своей «младшей» ДВС-модели ELW 5-12, видимо, в рамках кооперации внутри холдинга BDR Thermea, которому принадлежат и Senertec, и Remeha, и, кстати, Baxi. Еще из заметных игроков на рынке микроКГУ с ДВС можно упомянуть немецкую Viessmann с моделью Vitoblock 200 EM-5 и японскую Yanmar с моделью CP5WG, у которых мощности совпадают — по 5 Квт.
Двигатели Стирлинга
МикроКГУ на базе двигателя Стирлинга работают от источника внешнего тепла, а именно от газовой горелки, нагревающей рабочее тело двигателя — газ, гелий, азот или воздух. Этот газ циркулирует в двигателе и после окончания работы по генерации электричества остаточное тепло передается через теплообменник теплоноситель в отопительную систему дома. Несмотря на "теоретические" преимущества двигателя Стирлинга перед другими тепловыми двигателями, в последнее время произошло резкое сокращение числа производителей "стирлинговых" дКГУ. Скорее всего, это связано с рядом нерешенных технических проблем, которые негативно повлияли на потребительские качества домашних КГУ.
В 2000-х годах первой выпустила свой микроКГУ с двигателем Стирлинга новозеландская компания Whispergen. В ее КГУ модели EU1-DE использовался 4-цилиндровый двигатель собственной разработки, который мог работать и на газе, и на дизельном топливе. Рабочее тело в этом двигателе — газообразный азот. К сожалению, несмотря на относительный успех — в Европе было продано несколько сотен КГУ от Whispergen — сейчас производство этих установок закрыто. В 2010-х годов на рынке появились микроКГУ на базе двигателя Стирлинга, разработанного американской фирмой Microgen. Это одноцилиндровый свободнопоршневой двигатель с линейным электрогенератором, у которого рабочим телом является гелий. Этот двигатель в настоящее время используется только одной известной компанией-производителем отопительного оборудования для комплектации своих серийных КГУ — Navien (Южная Корея). Ранее двигатель Microgen также применялся в КГУ нескольких других европейских фирм - Baxi, Senertec, Viessmann и Remeha — но они прекратили производство этих установок. Стоит отметить, что сравнительно небольшая мощность «микрогеновского» двигателя Стирлинга — 1 Квт — обуславливает небольшое тепловыделение от него, не более 6 Квт, и для полноценного домашнего отопления типовые КГУ с этим двигателем оснащаются дополнительной газовой горелкой и отопительным котлом.
Топливные элементы (ТЭ)
МикроКГУ на ТЭ сильно отличаются от прочих установок, имеющих в основе тепловые двигатели. ТЭ работают путем пропускания газа через особые мембраны, а на выходе получается углекислый газ, водяной пар и электричество. ТЭ производит электричество с большим КПД — до 40%, но мощность серийных домашних установок пока еще сравнительно мала и не превышает 700-800 Ватт. А вследствие высокого КПД у ТЭ выработка тепла также очень низка и не превышает 1 Квт, поэтому для обеспечения дома отоплением приходится оснащать установку дополнительной газовой горелкой и котлом. Следует отметить, что ТЭ — самая дорогая технология для КГУ, и стоимости серийных образцов заметно превышают цены прочих микроКГУ (см. таблицу).
Но в ЕС и Японии сильнее всего стимулируется распространение именно микроКГУ на ТЭ, так как они считаются самыми «экологичными» среди прочих видов КГУ. На сегодня практически только Panasonic может похвастать заметными объемами продаж своей микроКГУ на ТЭ модели «Ene-Farm» — свыше 20000 штук с 2009 года. В Европе только недавно начали производить подобные КГУ, а среди пионеров — Viessmann, Buderus и Senertec.
Паровые двигатели
Особняком стоят микроКГУ с паровыми двигателями. До последнего времени только одна «паровая» КГУ была выпущена небольшой партией — это Lion PowerBlock от немецкой компании Otard.
Эта модель имела в основе двухцилиндровый свободнопоршневой двигатель с линейным электрогенератором, пар для которого производил прямоточный паровой котел. Но сейчас, как и в случае с Whispergen, закрыто и производство КГУ, и сама компания. Еще одна КГУ на паровом двигателе разрабатывается в России, и этот проект под названием «КРОПАТ» сейчас находится на стадии испытаний прототипа. Отличительной особенностью этой КГУ является использование парового двигателя, изготовленного путем конверсии из бензинового ДВС, к которому соосно пристыкован электрогенератор. Как и у КГУ Lion PowerBlock, в КГУ КРОПАТ используется прямоточный паровой котел. В 2018 году прототип домашней КГУ КРОПАТ успешно прошел испытания при работе на газе и на пеллетах.
Таблица. «МикроКГУ для домашнего использования»
МикроКГУ в России
В России до последнего времени предложения домашних КГУ на рынке отсутствовали. Правда, в 2013 Viessmann заявляла о планах поставок своей «стирлинговой» модели Vitotwin 300-w и даже выставляла эту модель на выставке АКВАТЕРМ в Москве, но развития этот проект не получил. Но все же в позапрошлом году южнокорейская компания Navien объявила о начале российских продаж микроКГУ Hybrigen, в основе которой, судя по рекламным материалам компании и технической информации, лежит все тот же вышеописанный двигатель Стирлинга от Microgen. К настоящему моменту в России находится презентационный экземпляр Hybrigen, а представительство Navien ведет сбор предварительных заявок на поставки этой КГУ.
Но несмотря на "недорогое" (по сравнению с Японией и ЕС) электричество, более высокую стоимость дКГУ (по сравнению с обычным отопительным котлом), сложности с подключением к газовым сетям и прочие трудности, есть основания надеяться, что и в России появится и будет развиваться рынок домашней когенерации. Потому что внедрение когенерационных установок в частный сектор выгодно и домовладельцам (экономия и автономность), и обществу (рост эффективности энергетики и развитие новой отрасли экономики), и природной среде (сокращение вредных выбросов).
На этом наш обзор заканчивается, но продолжение следует: в следующей части мы расскажем об уникальной отечественной разработке - первой российской домашней КГУ КРОПАТ.
Подписывайтесь и ставьте лайки! Скоро появится следующая часть!
*все иллюстрации взяты из открытых источников в интернете
