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.