Солнечный двигатель стирлинга


Первый в мире двигатель Стирлинга на солнечной энергии, напечатанный на 3D-принтере

В этой новости причудливо смешались изобретение 17 века, его улучшение из 19 века, забота о возобновляемой энергии из 20-го века и новинка века 21-го. Всё это соединилось в занимательном устройстве, созданном немецким авиаинженером Андреасом Хаузером. Охарактеризовал он свой проект как первый в мире двигатель Стирлинга на солнечной энергии, напечатанный на 3D-принтере.

Шотландский священник и изобретатель Роберт Стирлинг запатентовал свою версию теплового двигателя в 1816 году. Он улучшил и доработал конструкцию двигателей, прототипы которых были известны, по крайней мере, с 17 века.Двигатель Стирлинга – двигатель внешнего сгорания, в котором энергия вырабатывается за счёт разницы температур в разных частях замкнутой ёмкости. Рабочим телом служит газ. Нагреваясь и охлаждаясь, он перемещает поршни, которые крутят маховик. Отличительная особенность двигателя – способность работать абсолютно на любом топливе, от угля и дров до солнечной и ядерной энергии.

Эта универсальность и заинтересовала немецкого инженера. Он уже давно работает с проектами, использующими «зелёную» энергию – предыдущим его устройством, изготовленным с помощью 3D-принтера, стала ветровая турбина. Хаузер решил, что раз двигателю пойдёт любой нагрев, почему бы не нагревать его от солнечных лучей? Так и родилась эта идея.

В связи с необходимостью нагрева от солнца цилиндр, в котором находится рабочее тело, был сделан большим по диаметру и маленьким по высоте. Один торец выкрашен чёрным для увеличения поглощения, а второй находится в тени, что и обеспечивает разницу температур. Для улучшения эффективности можно дополнить устройство несколькими зеркалами, собирающими солнечный свет на нагреваемом торце.

Как и для других проектов, Хаузер предлагает список деталей и их схемы в пригодном для 3D-печати формате на своём сайте. Конечно, в случае такого игрушечного прототипа речи о какой-то мощности и полезной работе не идёт. Но уже существуют реальные проекты, использующие двигатель Стирлинга вместе с солнечной энергией. А паспечатанный на своём принтере двигатель наверняка сподвигнет начинающих инженеров и изобретателей на новые свершения.

habr.com

Солнечные стирлинги дают бой другой энергетике — технологии

Ранее, чем рассказать о проекте американских энергетиков, нужно сказать пару слов о стирлинге — движке. В отличие от дизеля и бензинового ДВС это — двигатель внешнего сгорания. Его тепловой замкнутый цикл кардинально отличается от циклов Отто или Дизеля.

Так, нагрев рабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла снаружи) происходит при практически постоянном объёме, позже идёт расширение при фактически постоянной температуре, позднее газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в холодную зону, где происходит остывание при фактически постоянном объёме.

Далее следует сжатие при постоянной температуре. Позже вытеснитель загоняет тот же газ в горячую область, и всё начинается сначала.

При всем этом в канале меж горячей и холодной областью часто ставят пористый теплорегенератор, который ускоряет остывание и нагрев газа при его движении в ту или иную сторону.

Разумеется, машина, построенная непосредственно мистером Стирлингом, отличается от современных стирлингов так же очень, как 1-ые дизели, изготовленные 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 температур «печки» и «холодильника», ну и на практике можно получить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у хорошего дизеля.

Почему же стирлинг «не пошёл»? Как обидно бы это не звучало, чтобы получить от него сколь-нибудь приемлемую удельную мощность (по отношению к его размерам и весу), как и выжать весь потенциал цикла по КПД, нужно идти на ряд технологических ухищрений, которые очень удорожают конструкцию.

У стирлинга есть сильные козыри. Это не только КПД, ну и фактически полное отсутствие шума (никаких взрывов) и возможность работать на любом горючем — от бензина и солярки, до угля, Солнца или атомной энергии.

Практически, всё, что требуется — это нагревать чем-то определённый узел этого мотора — верхнюю часть закрытого цилиндра.

Потому стирлинги нашли ограниченное применение (на некоторых подлодках или как вспомогательные генераторы).

Очевидно, плюсы этих движков становятся особо выгодными при стационарном использовании, когда собственный вес мотора не важен. Например, при выработке энергии из солнечного излучения.

Об этом инженеры думали давно, ну и кое-какие установки такого типа уже строились. Но, кажется, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на движках стирлинга, чтобы создавать электроэнергию в хоть каких-то промышленных масштабах.

И вот на днях американская муниципальная лаборатория Сандия (Sandia National Laboratories), один из огромных научных центров, специализирующийся на энергетике, объявила, что соединила свои усилия с американской компанией Stirling Energy Systems, чтобы выстроить 1-ые «солнечные фермы», основанные на движках стирлинга.

Общая схема солнечного концентратора и, раздельно, разрез стирлинга, установленного в фокусе зеркала (иллюстрация с сайта stirlingenergy.com).

Практически, солнечные стирлинги были разработаны компанией Stirling Energy Systems, а учёные из лаборатории Сандия помогают их облагораживать.

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 опытному образцу, который был создан в этом году, и вместе образуют электростанцию с выходной электрической мощностью 150 кв (в дневные часы, естественно).

Солнечный свет концентрируется на движках с помощью зеркал, каждое из которых построено из 82 отдельных секций.

«Это будет большей группой солнечных установок стирлинга в мире, — утверждает победитель проекта со стороны Сандии Чак Андрака (Chuck Andraka). — В конечном счёте, проект предполагает создание 20 тысяч систем, которые будут размещены 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, чтобы отыскать, как лучше всего они могут быть объединены в сеть, и что можно сделать для роста надёжности.

К слову, экспериментальные образцы таких движков «накатали» в Stirling Energy Systems 25 тысяч часов на солнце.

Так будет смотреться большая ферма солнечных стирлингов (иллюстрация с сайта sandia.gov).

Неважно какая установка работает автоматом. Без вмешательства оператора или даже присутствия человека. Она запускается каждое утро на рассвете и работает в течение дня, отслеживая солнце и переходя «ко сну» на закате.

Свойства системы могут быть испытаны и изменены через Интернет. Исследователи хотят вынудить 6 систем плодотворно сотрудничать с тем же самым уровнем автоматизации.

Сам двигатель — 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.

Стоимость каждой установки — приблизительно $150 тысяч. При серийном выпуске цена на эти стирлинги может быть снижена более чем втрое, что доведёт стоимость электричества, произведённого таким способом, до уровня обычных топливных технологий.

Нужно ли говорить, что в отличие от фотоэлектрических панелей (солнечных батарей) солнечные стирлинги обладают куда большей экологической чистотой (если говорить о загрязнении среды при производстве узлов и деталей, подходящих для той и другой электростанции; также — об утилизации после вывода из эксплуатации) и меньшей ценой энергии.

Но, видимо, большая сложность самих стирлингов, подход к которым при проектировании и постройке требуется более, так сказать, особенный, чем в случае с дизелем, отпугивает многих.

Может, и зря. 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 полностью всю потребность страны в электроэнергии.

Но почему-то когда люди молвят об другой энергетике, имеют в виду только солнечные батареи, ветрогенераторы, приливные и волновые станции, временами — геотермальное тепло. Может пора посмотреть на иную кандидатуру такой другой энергетике?

ctirling.ru

Солнечный Двигатель Стирлинга

Мощный двигатель Стирлинга

Демонстрация работы самодельного мощного двигателя Стирлинга. Все подробности тут zaryad.com/2013/05/28/budni-alternat...

5 років тому

Стирлинг на солнечной тяге

Стирлинг на солнечной тяге 27 .08 .2018 Синица Владислав Стирлинг на солнечной тяге Двигатель Стирлинга на подв...

2 місяці тому

Стирлинг из Китая

Двигатель моей конструкции, выдаёт 1 Вт от меньшего пламени ua-films.com/v-%D0%B2%D1%96%D0%B4%D0%B5%D0%BE-fRY6rkuw3LA.html Стирлинг на AliExpress ali.pub/27b9td...

Рік тому

Генератор холода Стирлинга

Игорь Белецкий демонстрирует интереснейший эффект "обратимости" в двигателе Стирлинга. Подробности тут:...

5 років тому

ua-films.com