Солнечные стирлинги дают бой альтернативной энергетике
Данный двигатель был изобретён шотландским священником Робертом Стирлингом в 1816 году. По КПД он превосходит и дизель, и искровой ДВС, но до сих пор остаётся экзотикой.
Но американцы уверены в том, что стирлинг может стать альтернативой другой энергетике.
Прежде, чем поведать о проекте американских энергетиков, необходимо сообщить несколько слов о стирлинге — двигателе. В отличие от дизеля и бензинового ДВС это — двигатель внешнего сгорания.
Его тепловой замкнутый цикл кардинально отличается от циклов Отто либо Дизеля.
Так, нагрев рабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла извне) происходит при фактически постоянном количестве, после этого идёт расширение при практически постоянной температуре, позже газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в холодную территорию, где происходит охлаждение при практически постоянном количестве.
Потом направляться сжатие при постоянной температуре. После этого вытеснитель загоняет тот же газ в тёплую область, и всё начинается сперва.
Наряду с этим в канале между тёплой и холодной областью довольно часто ставят пористый теплорегенератор, что активизирует нагрев и охлаждение газа при его перемещении в ту либо иную сторону.
Очевидно, машина, выстроенная конкретно мистером Стирлингом, отличается от современных стирлингов так же очень сильно, как первые дизели, созданные самим Рудольфом Дизелем от дизельных моторов XXI века. Но принцип остался тем же.
Чак Андрака (Chuck Andraka, слева) и глава Stirling Energy Systems Боб Лиден (Bob Liden) на фоне первой установки в испытательном центре Сандия (фото с сайта sandia.gov).
Теоретически КПД Стирлинга может совпадать с физическим пределом, определяемым разностью холодильника «и» температур «печки», да и на практике возможно получить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у хорошего дизеля.
Отчего же стирлинг «не отправился»? Увы, чтобы получить от него сколь-нибудь приемлемую удельную мощность (по отношению к его весу и размерам), как и выжать целый потенциал цикла по КПД, необходимо идти на последовательность технологических ухищрений, каковые очень сильно удорожают конструкцию.
У стирлинга имеется сильные козыри. Это не только КПД, но и практически полное отсутствие шума (никаких взрывов) и возможность трудиться на любом горючем — от солярки и бензина, до угля, Солнца либо ядерной энергии.
Фактически, всё, что требуется — это нагревать чем-то определённый узел этого мотора — верхнюю часть закрытого цилиндра.
Потому стирлинги нашли ограниченное использование (на некоторых подлодках либо как вспомогательные генераторы).
Разумеется, преимущества этих двигателей становятся очень удачными при стационарном применении, в то время, когда личный вес двигателя не ответствен. К примеру, при выработке энергии из солнечного излучения.
Об этом инженеры думали в далеком прошлом, да и кое-какие установки для того чтобы типа уже строились. Но, думается, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на двигателях стирлинга, дабы создавать электричество в хоть каких-то промышленных масштабах.
И вот пару дней назад американская национальная лаборатория Сандия (Sandia National Laboratories), один из наибольших научных центров, специализирующийся на энергетике, заявила, что объединила свои силы с американской компанией Stirling Energy Systems, дабы выстроить первые «солнечные фермы», основанные на двигателях стирлинга.
Неспециализированная схема солнечного концентратора и, раздельно, разрез стирлинга, установленного в фокусе зеркала (иллюстрация с сайта stirlingenergy.com).
Фактически, солнечные стирлинги были созданы компанией Stirling Energy Systems, а учёные из лаборатории Сандия оказывают помощь их совершенствовать.
Будет испытано шесть солнечных генераторов, каковые обеспечат электричеством боле 40 домов.
Пять новых совокупностей смонтируют до января 2005 года в испытательном центре Сандии. Они присоединятся к первому такому опытному образцу, что был создан в текущем году, и совместно образуют электростанцию с выходной электрической мощностью 150 киловатт (в дневные часы, само собой разумеется).
Солнечный свет концентрируется на двигателях посредством зеркал, каждое из которых выстроено из 82 отдельных секций.
«Это будет многочисленной группой солнечных установок стирлинга в мире, — утверждает фаворит проекта со стороны Сандии Чак Андрака (Chuck Andraka). — В конечном счёте, проект предполагает создание 20 тысяч совокупностей, каковые будут размещены на нескольких солнечных фермах и будут поставлять электричество юго-западным распределительным компаниям».
Когда первая партия установок будет собрана, исследователи из Сандии и Stirling Energy Systems начнут экспериментировать с ними, дабы выяснить, как оптимальнее они смогут быть объединены в сеть, и что возможно сделать для увеличения надёжности.
К слову, экспериментальные образцы таких двигателей «накатали» в Stirling Energy Systems 25 тысяч часов на солнце.
Так будет смотреться громадная ферма солнечных стирлингов (иллюстрация с сайта sandia.gov).
Любая установка трудится машинально. Без вмешательства оператора либо кроме того присутствия человека.
Она запускается каждое утро утром и трудится в течение дня, отслеживая солнце и переходя «ко сну» на закате.
Параметры совокупности смогут быть проверены и поменяны через Интернет. Исследователи желают вынудить шесть совокупностей плодотворно сотрудничать с тем же самым уровнем автоматизации.
Сам двигатель — замкнутая совокупность, заполненная водородом, что и циркулирует в ней, нагреваясь и охлаждаясь. Изменение в его давлении двигает поршни, каковые вращают вал, который связан с электрогенератором.
Полный КПД, вычисленный от солнечного света и до электричества в выходных проводах, образовывает 30%, что намного выше, чем у простых солнечных батарей.
Цена каждой установки — примерно $150 тысяч. При серийном выпуске цена на эти стирлинги может быть уменьшена более чем в три раза, что доведёт цена электричества, произведённого таким методом, до отметки хороших топливных разработок.
Необходимо ли сказать, что в отличие от фотоэлектрических панелей (солнечных батарей) солнечные стирлинги владеют куда большей экологической чистотой (в случае если сказать о загрязнении внешней среды при производстве деталей и узлов, нужных для той и второй электростанции; и — об утилизации по окончании вывода из эксплуатации) и меньшей ценой энергии.
Но, по всей видимости, громадная сложность самих стирлингов, подход к каким при постройке и проектировании требуется более, так сообщить, щекотливый, чем при с дизелем, отпугивает многих.
Может, и напрасно. По расчётам авторов проекта, в теории одна ферма солнечных стирлингов, под которую отвели бы территорию всего-то 160 х 160 километров в южной части США, покрыла всецело всю потребность страны в электричества.
Но почему-то в то время, когда люди говорят об другой энергетике, имеют в виду только солнечные батареи, ветрогенераторы, приливные и волновые станции, время от времени — геотермальное тепло. Может пора взглянуть на иную альтернативу таковой другой энергетике?
