До этого, чем поведать о проекте американских энергетиков, необходимо сказать пару слов о стирлинге — движке. В отличие от дизеля и бензинового ДВС это — движок наружного сгорания. Его термический замкнутый цикл кардинально отличается от циклов Отто либо Дизеля.
Так, нагрев рабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла снаружи) происходит при фактически неизменном объёме, потом идёт расширение при практически неизменной температуре, позже газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в прохладную зону, где происходит остывание при практически неизменном объёме.
Дальше следует сжатие при неизменной температуре. Потом вытеснитель загоняет тот же газ в жаркую область, и всё начинается поначалу.
При всем этом в канале меж жаркой и прохладной областью нередко ставят пористый теплорегенератор, который ускоряет остывание и нагрев газа при его движении в ту либо иную сторону.
Очевидно, машина, построенная конкретно мистером Стирлингом, отличается от современных стирлингов так же очень, как 1-ые дизели, сделанные самим Рудольфом Дизелем от дизельных моторов XXI века. Но принцип остался этим 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 веб-сайта sandia.gov).
На теоретическом уровне КПД Стирлинга может совпадать с физическим пределом, определяемым разностью температур «печки» и «холодильника», ну и на практике можно получить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у неплохого дизеля.
Почему же стирлинг «не пошёл»? Как досадно бы это не звучало, чтоб получить от него сколь-нибудь приемлемую удельную мощность (по отношению к его размерам и весу), как и выдавить весь потенциал цикла по КПД, необходимо идти на ряд технологических ухищрений, которые очень удорожают конструкцию.
У стирлинга есть сильные козыри. Это не только лишь КПД, да и практически полное отсутствие шума (никаких взрывов) и возможность работать на любом горючем — от бензина и солярки, до угля, Солнца либо атомной энергии.
Фактически, всё, что требуется — это нагревать кое-чем определённый узел этого мотора — высшую часть закрытого цилиндра.
Поэтому стирлинги отыскали ограниченное применение (на неких подлодках либо как вспомогательные генераторы).
Разумеется, достоинства этих движков становятся особо прибыльными при стационарном использовании, когда свой вес мотора не важен. К примеру, при выработке энергии из солнечного излучения.
Об этом инженеры задумывались издавна, ну и кое-какие установки такового типа уже строились. Но, кажется, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на движках стирлинга, чтоб создавать электроэнергию в хоть каких-либо промышленных масштабах.
И вот на деньках южноамериканская государственная лаборатория Сандия (Sandia National Laboratories), один из огромнейших научных центров, специализирующийся на энергетике, объявила, что соединила свои усилия с американской компанией Stirling Energy Systems, чтоб выстроить 1-ые «солнечные фермы», основанные на движках стирлинга.
Общая схема солнечного концентратора и, раздельно, разрез стирлинга, установленного в фокусе зеркала (иллюстрация с веб-сайта stirlingenergy.com).
Фактически, солнечные стирлинги были разработаны компанией Stirling Energy Systems, а учёные из лаборатории Сандия помогают их улучшать.
Будет испытано 6 солнечных генераторов, которые обеспечат электричеством боле 40 домов.
5 новых систем смонтируют до января 2005 года в испытательном центре Сандии. Они присоединятся к первому такому опытнейшему эталону, который был сотворен в этом году, и совместно образуют электрическую станцию с выходной электронной мощностью 150 кв (в дневные часы, естественно).
Солнечный свет концентрируется на движках при помощи зеркал, каждое из которых выстроено из 82 отдельных секций.
«Это будет большей группой солнечных установок стирлинга в мире, — утверждает фаворит проекта со стороны Сандии Чак Андрака (Chuck Andraka). — В конечном счёте, проект подразумевает создание 20 тыщ систем, которые будут расположены на нескольких солнечных фермах и будут поставлять электричество юго-западным распределительным компаниям».
Как 1-ая партия установок будет собрана, исследователи из Сандии и Stirling Energy Systems начнут экспериментировать с ними, чтоб найти, как идеальнее всего они могут быть объединены в сеть, и что можно сделать для увеличения надёжности.
К слову, экспериментальные эталоны таких движков «накатали» в Stirling Energy Systems 25 тыщ часов на солнце.
Так будет смотреться большая ферма солнечных стирлингов (иллюстрация с веб-сайта sandia.gov).
Любая установка работает автоматом. Без вмешательства оператора либо даже присутствия человека. Она запускается каждое утро на рассвете и работает в течение денька, отслеживая солнце и переходя «ко сну» на закате.
Характеристики системы могут быть испытаны и изменены через Веб. Исследователи желают вынудить 6 систем плодотворно сотрудничать с этим же самым уровнем автоматизации.
Сам движок — замкнутая система, заполненная водородом, который и циркулирует в ней, нагреваясь и охлаждаясь. Изменение в его давлении двигает поршни, которые крутят вал, связанный с электрогенератором.
Полный КПД, рассчитанный от солнечного света и до электричества в выходных проводах, составляет 30%, что намного выше, чем у обыденных солнечных батарей.
Цена каждой установки — примерно $150 тыщ. При серийном выпуске стоимость на эти стирлинги может быть снижена более чем в три раза, что доведёт цена электричества, произведённого таким методом, до уровня традиционных топливных технологий.
Необходимо ли гласить, что в отличие от фотоэлектрических панелей (солнечных батарей) солнечные стирлинги владеют куда большей экологической чистотой (если гласить о загрязнении среды при производстве узлов и деталей, нужных для той и другой электростанции; также — об утилизации после вывода из эксплуатации) и наименьшей ценой энергии.
Но, видимо, большая сложность самих стирлингов, подход к которым при проектировании и постройке требуется более, так сказать, пикантный, чем в случае с дизелем, отпугивает многих.
Может, и напрасно. По расчётам создателей проекта, в теории одна ферма солнечных стирлингов, под которую отвели бы местность всего-то 160 х 160 км на юге США, покрыла стопроцентно всю потребность страны в электроэнергии.
Но почему-либо когда люди молвят об другой энергетике, имеют в виду только солнечные батареи, ветрогенераторы, приливные и волновые станции, время от времени — геотермальное тепло. Может пора поглядеть на иную кандидатуру таковой другой энергетике?
Источник: //nlo-mir.ru/tech/8226-solnechnye-stirlingi-dajut-boj-alternativnoj-jenergetike.html