Konkurs na nowoczesne piece na drewno w USA – edycja 2018

Automatyza­c­ja i pro­dukc­ja energii elek­trycznej z ciepła były tem­ata­mi tegorocznej edy­cji konkur­su na nowoczesne piece na drewno orga­ni­zowanego w USA przez Alliance For Green Heat – orga­ni­za­cję pro­mu­jącą ogrze­wanie drewnem pod różny­mi posta­ci­a­mi. O pier­wszej edy­cji pisałem w 2013 roku.

Co w tej imprezie takiego ciekawego? To miejsce, gdzie spo­ty­ka się nie tylko branża piecowo-kominkowa sama ze sobą. Są tu również ekipy z tak pozornie dale­kich od pieców na drewno światów jak inżynieria kos­micz­na a cza­sem i “garażowi” wynalaz­cy-pasjonaci. Dzieją się tu rzeczy unikalne a intere­su­jące:

  • pomi­ary emisji kilku­nas­tu pieców jed­nocześnie (rzecz trwała pięć dni) – prze­jrzyś­cie i na równych zasadach,
  • wymi­ana doświad­czeń i wza­jem­na pomoc w ulep­sze­niu pieców,
  • upowszech­ni­an­ie wiedzy o nowoczes­nym spala­niu drew­na wśród społeczeńst­wa (rzecz była otwarta dla pub­licznoś­ci).

Impreza pod anglosaską nazwą 2018 Wood Stove Design Chal­lenge odbyła się w dni­ach 9–13. listopa­da 2018 u pod­nóża waszyn­g­tońskiego Kapi­tolu.

Namiot wys­ta­wowy przed Kapi­tolem w Waszyn­g­tonie. W środ­ku pracu­je 13 pieców. Fot. Sam Kit­tner, Brookhaven Nation­al Lab

Wzięło w niej udzi­ał 13 drużyn, czyli 13 pieców, z czego 10 w samym konkur­sie a 3 jako wys­ta­wowe. Każ­da z drużyn otrzy­mała grant na prace przy­go­towaw­cze w wysokoś­ci 10 000$ od fed­er­al­nego Depar­ta­men­tu Energii.

Relac­ja na stronach Lopez Labs

Relac­ja na stronach Alliance for Green Heat

Wnętrze namio­tu. Fot. Sam Kit­tner, Brookhaven Nation­al Lab

Co ciekawsze zespoły i tech­nolo­gie:

Automatyzacja i produkcja energii elektrycznej

Konkurs podzielono na dwie kat­e­gorie:

  • rozwiąza­nia automatyzu­jące obsługę pieca,
  • pro­dukc­ja energii elek­trycznej przy okazji grza­nia.

Szczegól­nie ciekawa jest ta dru­ga kat­e­go­ria. Ktokol­wiek pamię­ta jakieś szczegóły z lekcji fizy­ki, ten się domyśli, że pro­dukc­ja energii elek­trycznej z energii cieplnej, zwłaszcza w domowych warunk­ach, nie wróży cud­ownych osiągów. Ale jeżeli prąd chce­my pozyskać przy okazji grza­nia domu, to sprawa nie jest tak do koń­ca prze­grana już na star­cie.

Konkur­sowe piece wyko­rzysty­wały gen­er­a­to­ry ter­moelek­tryczne (TEG, ogni­wo Peltiera). Jest to ele­ment w postaci płyt­ki, która z jed­nej strony jest grzana a z drugiej musi być inten­sy­wnie chłod­zona – wtedy pro­duku­je prąd (jeśli czy­ta to jak­iś fach­man – nie bij za uproszczenia). Poniżej na filmie przykład zabawkowego zas­tosowa­nia takiego ogni­wa – tyleż taniego, co kiep­skiego (mocę parę wat).

W piecu ciepła jest aż nad­to (choć zapewnić tem­per­aturę wysoką, acz nie za bard­zo, to też niełat­wa sprawa). Prob­le­mem jest strona zim­na, której chłodze­nie powi­etrzem może nie wystar­czyć, dlat­ego w konkur­sowych piecach zwyk­le stosowano chłodze­nie cieczą.

Piec dol­nego spala­nia Wit­tus o ultra­niskiej emisji (CO prak­ty­cznie zerowe), z ogni­wem TEG dają­cym pon­ad 200W mocy elek­trycznej. Zdoby­w­ca nagród za najczyst­sze spalanie oraz najlep­sze osią­gi w pro­dukcji prą­du. W piecu zas­tosowano katal­iza­tor, o którym niewiele wiado­mo. Fot. Nor­bert Senf.

Jako cieka­wost­ka poza­konkur­sowa wys­taw­iony był kocioł na pel­let sprzężony z sil­nikiem Stir­lin­ga firmy Oekofen. Pro­duku­je on 4–5kW mocy elek­trycznej z 50kW mocy cieplnej. Urządze­nie kosz­tu­je (moment, niech no przełknę suple­ment na uspoko­je­nie) ok. 30 tys. $. Tutaj moż­na przeczy­tać więcej o ekip­ie, podob­nie też o innych konkur­sowych zespołach.

50-kilo­wa­towy kocioł na pel­let z 5-kilo­wa­towym sil­nikiem Stir­lin­ga poka­zowo ład­ował pod­staw­ioną Tes­lę. Na obrazku – pięknie, eko, postępowo, och, ach. W rachunkach – obrzy­dli­wie dro­gie i trag­icznie nieopła­calne. Fot. z relacji Lopez Labs.

Dwie główne nagrody – za najm­niejsze emis­je oraz najlep­sze osią­gi w pro­dukcji prą­du – zdobył piec Wit­tus. W relac­jach gdzieś zapodzi­ały się infor­ma­c­je o wysokoś­ci nagród, ale w poprzed­nich edy­c­jach bywało to pon­ad 20 tys. $.

Nagrodę za innowac­je otrzy­mał piec zespołu Stove Builders Inter­na­tion­al, którego obsłu­ga została zau­tomaty­zowana z dobry­mi efek­ta­mi, ale pros­to i niskim kosztem:

  • kon­tro­la nad jakoś­cią spala­nia odby­wa się z uży­ciem tylko ter­mopary na “wydechu” oraz czu­jni­ka pod­ciśnienia,
  • sterown­ik na tej pod­staw­ie kon­trolu­je dopływ powi­etrza do pieca,
  • całość jest pod­pię­ta pod aplikację mobil­ną, gdzie użytkown­ik decy­du­je, jak moc­no piec ma grzać oraz dosta­je powiadomie­nie gdy np. za niedłu­go trze­ba dołożyć drew­na.

Niskim kosztem oznacza w tym przy­pad­ku cenę pieca o jakieś 20% wyższą niż piec całkowicie ręcznie kon­trolowany.

Piec raki­etowy z ogni­wa­mi TEG chłod­zony­mi mon­stru­al­ny­mi radi­a­tora­mi. Piec autorstwa ludzi zazwyczaj rozwi­ja­ją­cych piece kuchenne. Fot. Nor­bert Senf.

Czy prąd z pieca ma sens?

Sprawność ogni­wa TEG jak i gen­er­a­to­ra z sil­nikiem Stir­lin­ga nie przekracza 10%. Nędza? Tak – gdy­byśmy odpalali piec wyłącznie w celu pro­dukcji prą­du a ciepło trak­towali jako odpad. Ale w sytu­acji, gdy i tak musimy grzać dom, nawet te kilka­set wat mocy elek­trycznej uzyskane “mimo­cho­dem” mogą się do czegoś przy­dać. Ot choć­by do zasi­la­nia urządzeń steru­ją­cych pracą pieca (zwyk­le elek­tron­i­ka o niewielkim poborze mocy), co czyniło­by go nieza­leżnym od prą­du sieciowego.

Ale sprawa nie wyglą­da kolorowo. Pro­dukc­ja prą­du z ciepła w domowych warunk­ach pozosta­je ułom­na pod wielo­ma wzglę­da­mi:

  • Urządze­nie takie jak w/w gen­er­a­tor z sil­nikiem Stir­lin­ga kosz­tu­je bajońskie sumy i mogą sobie na nie poz­wolić głównie bogacze z pobudek ide­o­log­icznych.
  • Gen­er­a­tor TEG o mocy paruset wat to koszt kilkuset dolarów (do tego jest ogóln­o­dostęp­ny na rynku, nie wynie­siony tyl­ny­mi drzwia­mi z NASA) – dużo lep­iej, ale urządzenia te są dość wrażli­we na prze­grzanie, więc pier­wsza awaria układu chłodzenia najpewniej będzie ich ostat­nią.

Nawet gdy­by obie w/w tech­nolo­gie nie miały swoich wad, to nadal prob­le­mem pozosta­je kiep­s­ka sprawność. Oznacza to, że dla wypro­dukowa­nia sto­sunkowo niewiel­kich iloś­ci energii elek­trycznej musimy wyt­worzyć duże iloś­ci ciepła, z którym prze­ważnie nie będzie co zro­bić gdy zapotrze­bowanie na grzanie będzie aku­rat niewielkie.

Polski konkurs na nowoczesny piec?

Kor­ci, żeby coś podob­ne­go dzi­ało się w Polsce. Nowoczesne i tanie kotły i piece są wszak pil­nie potrzeb­ne. Tylko czy to miało­by szan­sę u nas zadzi­ałać?

  • W USA kluc­zowe jest wspar­cie rzą­dowe. U naszej “góry” nie rejestru­ję zrozu­mienia dla tego prob­le­mu. Być może pukam w nie te drzwi. Albo nie tym szyfrem? Wszys­tko jest możli­we, bo kom­plet­nie się na tym nie znam.
  • Czy wśród osób zawodowo zaj­mu­ją­cych się pieca­mi, kotła­mi i kominka­mi znalazł­by się popyt na udzi­ał w takim wydarze­niu? Pewnie u jakiegoś promi­la – tak. Obaw­iam się jed­nak, czy nie przy­brał­by on formy zjaz­du busów z kotła­mi za ~15 tys. na pakach. Temu da się sto­sunkowo łat­wo zapo­biec, z góry ori­en­tu­jąc całą akcję na urządzenia seg­men­tu low-end.
  • Ama­tors­kich i innowa­cyjnych mody­fikacji kotłów jest dość sporo. Ale co innego dłubać sobie na włas­nym kotle we włas­nej piwni­cy, a co innego (a) rzecz dopra­cow­ać, (b) wybrać się z tym na jakąś imprezę. Dla więk­szoś­ci takich “dłubaczy” był­by to pewnie prob­lem pod wielo­ma wzglę­da­mi: cza­su, pieniędzy, możli­woś­ci warsz­ta­towych, możli­woś­ci zabra­nia się z zabawka­mi w drogę.
  • Zain­tere­sowanie sprawą uczel­ni, a co za tym idzie stu­den­tów, jest możli­we, choć nie zro­bi się ot tak. Tem­at spala­nia węgla i drew­na jest niesamowicie ciekawy gdy już się człowiek dowie, że da się wyjść poza dymiące klocki/kamienie w blaszanej skrzyni, ale ktoś musi to wpierw przekazać a potem ekipę prowadz­ić.

W USA więk­szość uczest­ników kole­jnych edy­cji tego konkur­su stanow­ią (pół)profesjonalne ekipy, które już jak­iś czas w tema­cie dzi­ała­ją – nawet jeśli to ekipy stu­denck­ie. Również i u nas należało­by celować głównie w zawodow­ców – a ci obec­nie nie rozwi­ja­ją zbyt inten­sy­wnie kotłów tanich i czystych. Są ku temu jakieś powody i wpierw należało­by je zbadać.

2 myśli nt. „Konkurs na nowoczesne piece na drewno w USA – edycja 2018

  1. zizi

    Namiot stoi na trawniku przed Białym Domem, a finan­su­je to Depar­ta­ment Energii — całkiem poważne min­is­terst­wo. Wyglą­da, jak­by przykładali wagę do tem­atu i chy­ba nie od dzisi­aj. Np. w zakre­sie gazy­fikacji drew­na ist­nieje tzw. gazy­fika­tor FEMA, który jest jak­by punk­tem odniesienia do całej grupy dobrych gazy­fika­torów. Jego nazwa pochodzi od Fed­er­al­nej Agencji Zarządza­nia Kryzysowego, która w lat­ach ’80 sfi­nan­sowała (pub­licznie dostęp­ny) pro­jekt stworzenia prak­ty­cznie dzi­ała­jącego urządzenia opartego o nową w tam­tym cza­sie tech­nologię gazy­fikacji open top. Celem było usunię­cie wad gazy­fika­to­ra Imber­ta, uży­wanego w cza­sie WW2.
    Nasuwa to na myśl książkę Mar­i­any Maz­zu­ca­to “Przed­siębior­cze Państ­wo”, tu moż­na znaleźć wywiad z autorką: https://marianamazzucato.com/wp-content/uploads/2017/01/2016–12-27-POLITYKA-interview.pdf
    Pani Maz­zu­ca­to pisze bardziej o glob­al­nych kor­po­rac­jach, ale widać to i u nas, na lokalnym rynku piecowym. Nie kojarzę, aby nasze tłuste koty Defro, Zębiec i S-ka wymyśliły cokol­wiek nowego. Myślę nawet, że gdy­by nakazać zapłacić im jak­iś haracz, to zaprotes­tu­ją, powiedzą, że rozbój i bezpraw­ie, jed­nak przy­mus­zone siłą — zapłacą. Ale gdy­by im kazać zro­bić aut­en­ty­czną nowość — mam pode­jrzenia, że po trupie. Zresztą bym się nie dzi­wił, ani nie wytykał pal­cem, niech każdy robi to, co umie i co mu wychodzi.
    U nas potrzeb­na jest tech­nolo­gia czys­tego spala­nia paliw stałych, docelowo o zerowej emisji węglowodor­ów. Zresztą o tym pisałeś. To jest też sła­by punkt wszys­t­kich strate­gii ener­gety­cznych, włącza­jąc aktu­al­ną PEP2040. Wszędzie wspom­i­na się o bio­masie na ciepło — tak popier­amy, zero CO2. Tylko jak z obec­ny­mi pieca­mi? Już dzisi­aj psu­ją roz­porządze­nie o nor­ma­ch na kotły.

    Odpowiedz
  2. Rezydent

    Intere­su­ją­cy wywiad.
    Ter­az w Polsce trze­ba zro­bić podob­ny pro­gram dla kotłów. Nieste­ty do tej pory kot­larze nie gar­ną się do zain­west­owa­nia w pro­gram badaw­czy dla opra­cow­a­nia niedro­giego, a czys­to spala­jącego kotła. Tym bardziej, że pro­gramy rzą­dowe dotu­ją zakup ich drogich cacek. Może lep­iej było­by zain­west­ować te dotac­je w pro­gramy badaw­cze, zami­ast karmić tłuste koty?
    Dodatkowo brak jest edukacji na tem­at praw­idłowej obsłu­gi kotłów.
    Firmy cer­ty­fiku­jące kotły robią to według źle skon­struowanych norm. To tak jak z nor­ma­mi dla samo­chodów i aferą diesel­gate. Trze­ba zmienić pro­ce­dury kon­trolne. Naty­ch­mi­ast wyszło­by, że te nowe gnio­ty w klasie 5(kotły) moż­na spoko­jnie zaraz po zakupie zezło­mować. A my(społeczeństwo) dotu­je­my “eko­log­iczne” kotły, które wcale takie nie są. I jeszcze zami­ast odczuć poprawę w zmniejsze­niu smogu, dalej mamy syf w powi­etrzu.
    Już ter­az mamy wiele wspani­ałych przepisów.
    Tylko nie ma kto je egzek­wować.
    Pal­isz śmieci(w kotle, czy wysypiska) to musisz mieć świado­mość nieuchron­noś­ci bard­zo wysok­iej kary.
    Man­dat 500,-zł to jest dobre na początek dla palacza w domu/mieszkaniu.
    Jak ktoś jest recy­dy­wistą, lub dużym tru­ci­cielem, to kara musi iść w mil­ionach.
    A dla cwa­ni­aków robią­cych interes życia w śmieci­ach kara bezwzględ­nego wiezienia, najlepiej w kopal­ni uranu dla tej naszej nowej elek­trowni ato­m­owej.
    Moim zdaniem powin­na zostać powołana ogólnopol­s­ka wyspec­jal­i­zowana jed­nos­t­ka policji śmieciowo/smogowej dla egzek­wowa­nia już ustalonych rygo­rysty­cznych przepisów, coś na ksz­tałt CBA.
    W tej chwili szczegól­nie na ter­e­nach wiejs­kich, nie ma nawet komu zgłosić tru­ci­ciela palącego śmieci.
    A jak ktoś kop­ci legal­nym pali­wem, to nie ma jak temu prze­ci­wdzi­ałać, choć­by z kom­i­na wal­iło jak na Bato­rym.

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.