Какие преимущества имеют генераторы на двигателе Стирлинга. Где используются такие генераторы сегодня. Какие перспективы у этой технологии в будущем. Почему генераторы Стирлинга пока не получили широкого распространения.
Принцип работы и особенности двигателя Стирлинга
Двигатель Стирлинга относится к классу двигателей внешнего сгорания. Его ключевые особенности:
- Рабочее тело (газ) находится в замкнутом объеме и не покидает пределы цилиндра
- Нагрев и охлаждение рабочего тела происходит извне, без непосредственного контакта с топливом
- Работа двигателя основана на циклическом сжатии и расширении газа при разных температурах
Благодаря таким особенностям конструкции двигатель Стирлинга обладает рядом важных преимуществ:
- Высокая экологичность — отсутствуют выбросы продуктов сгорания
- Низкий уровень шума и вибраций
- Высокий ресурс работы из-за отсутствия клапанов и системы зажигания
- Возможность работы от различных источников тепла
Преимущества генераторов на двигателе Стирлинга
На основе двигателя Стирлинга можно создавать эффективные электрогенераторы, обладающие рядом достоинств:
- Экологичность — отсутствуют вредные выбросы в атмосферу
- Бесшумность работы
- Высокий КПД при правильной конструкции (до 30-40%)
- Возможность работы от различных источников тепла (газ, биотопливо, солнечная энергия и др.)
- Низкие эксплуатационные расходы
- Большой моторесурс
Благодаря этим качествам генераторы Стирлинга могут найти применение в самых разных областях — от автономного энергоснабжения до космических аппаратов.
Области применения генераторов Стирлинга
Несмотря на ограниченное распространение, генераторы на основе двигателя Стирлинга уже используются в некоторых специфических областях:
- Подводные лодки — в качестве малошумной вспомогательной энергоустановки
- Космические аппараты — для преобразования тепла радиоизотопных источников в электроэнергию
- Автономные энергоустановки для удаленных объектов
- Солнечные электростанции с параболическими концентраторами
- Микро-ТЭЦ для частных домов
Рассмотрим некоторые из этих применений подробнее.
Генераторы Стирлинга в космической технике
NASA активно использует генераторы на основе двигателя Стирлинга в космических аппаратах для дальних миссий. Их преимущества:
- Высокий КПД преобразования тепловой энергии в электрическую
- Большой ресурс работы (до 20 лет без обслуживания)
- Возможность работы от компактных радиоизотопных источников тепла
- Отсутствие деталей, требующих смазки
Такие генераторы уже применялись в ряде космических миссий NASA, в том числе на марсоходах.
Солнечные электростанции с двигателями Стирлинга
Одно из перспективных направлений — использование двигателей Стирлинга в солнечных электростанциях с параболическими концентраторами. Преимущества такой схемы:
- Высокий КПД преобразования солнечной энергии в электрическую (до 30-34%)
- Возможность работы при низкой освещенности и в пасмурную погоду
- Отсутствие дорогостоящих фотоэлементов
- Простота конструкции и низкая стоимость обслуживания
Подобные электростанции уже работают в США, Испании и других странах, демонстрируя высокую эффективность.
Микро-ТЭЦ на двигателях Стирлинга
Для частных домов перспективным решением являются микро-ТЭЦ на базе двигателей Стирлинга. Их ключевые особенности:
- Одновременная выработка электроэнергии и тепла
- Высокий общий КПД (до 90% и выше)
- Экологичность и бесшумность работы
- Возможность работы на различных видах топлива
- Простота обслуживания
Такие установки уже выпускаются рядом производителей и могут обеспечить автономное энергоснабжение загородного дома.
Почему генераторы Стирлинга пока не получили широкого распространения?
Несмотря на очевидные преимущества, генераторы на двигателях Стирлинга пока не стали массовым продуктом. Основные причины:
- Высокая стоимость из-за мелкосерийного производства
- Сложность изготовления некоторых компонентов
- Конкуренция со стороны традиционных технологий
- Недостаточная поддержка со стороны государства
- Малая информированность потребителей о преимуществах технологии
Однако по мере развития технологий и роста спроса на экологичные источники энергии ситуация может измениться.
Перспективы развития генераторов Стирлинга
У технологии генераторов на двигателях Стирлинга есть хорошие перспективы развития:
- Снижение стоимости при росте объемов производства
- Совершенствование конструкции и повышение КПД
- Расширение сфер применения, в том числе в возобновляемой энергетике
- Развитие гибридных энергоустановок с двигателями Стирлинга
- Внедрение в транспортные средства в качестве вспомогательных источников энергии
При должном внимании со стороны государства и инвесторов генераторы Стирлинга могут стать важным элементом энергетики будущего.
Заключение
Генераторы на двигателях Стирлинга обладают рядом важных преимуществ — экологичностью, бесшумностью, универсальностью применения. Хотя сегодня они пока не получили массового распространения, у этой технологии есть хорошие перспективы развития. В будущем генераторы Стирлинга могут найти широкое применение в самых разных областях — от автономного энергоснабжения до космической техники.
Мощный генератор 700 Вт на альфа двигателе Стирлинга
Чаще всего в интернете на глаза попадаются двигатели Стирлинга «хоббийного» типа, от которых вы навряд ли получите какую-либо полезную мощность. Конечно же многие из этих проектов вдохновляют и даже удивляют. Но, тем не менее, многие из них имеют право на будущее в качестве генераторов различной мощности, пусть даже и очень незначительной. Именно поэтому многие стирлингостроители с волнение и завистью смотрят на более перспективные, серьёзные и мощные генераторы на двигателях Стирлинга.
SV-2 представляет собой двигатель Стирлинга альфа конфигурации с использованием воздуха в качестве рабочего тела. Рабочее давление составляет 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм или 11.8 атмосфер или 1,2 мегапаскаля). Объем составляет 127 кубиков. Механическая выходная мощность на валу равна 700 Вт при 1800 оборотов в минуту.
На Ютьюбе есть видео генератора, разработанного на основе автомобильного компрессора от кондиционера. Далее перевод рассказа Дэйва Кирка, который представил на YouTube свой проект SV-2 MKII альфа-стирлинг (V-Twin) генератора.
Вдохновленный MP1002C Philips
В середине 80-х, я имел удовольствие быть свидетелем испытаний генераторной установки MP1002C Philips которая на самом деле реально работала. Опыт произвёл на меня глубокое впечатление, особенно в том, как спокойно Стирлинг завёлся и ожил. Максимум шума исходил от горелки (камеры сгорания), но в конечном итоге от двигателя Philips исходил очень приятный звуковой фон — всё, что нужно было заменить — были шумящие подшипники.
Как говорится в старой поговорке, «Он работал и работал, как швейная машинка Зингер»! В то время, мой опыт общения с двигателями Стирлинга состоял из проектирования нескольких моделек настольного размера, но, увидев и услышав работающий двигатель Philips, я захотел спроектировать, сделать дизайн и собрать двигатель такого же калибра … сделать нечто достаточно большое, что производило бы полезную ощутимую работу.
Выбор пал на конфигурацию «альфа» по следующим причинам
- Эта конструкция имеет самое большое отношение рабочего объёма к общему объему двигателя, что позволяет физически получить компактный двигатель.
- При конструировании альфы сдвиг фаз поршней составляет 90 градусов и поэтому достигается идеальный первичный баланс, что способствует более тихому ходу.
- С механической точки зрения и с точки зрения исполнения в «железе» он очень простой, поэтому его выгодно строить.
Наддув (нагнетание давления в Стирлинге)
Для получения значимых выходных мощностей необходимо повышать давление в рабочей зоне двигателя. Зная, что двигатель Philips работал при давлении 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм), я хотел бы получить двигатель, который был бы конструктивно прочным и компактным, чтобы работать на данных уровнях внутреннего давления рабочего газа. Рабочим телом был воздух, и выбран он был на основании практичности. Я хотел, чтобы в моём генераторе смазка осуществлялась маслом, так же как и в Стирлинге от Philips — эта функция в значительной степени способствует тихой работе и длительному сроку службы, который очень хочется получить в двигателе Стирлинга.
Компрессор кондиционера от Chrysler
Примерно в это же время мне в руки попался холодильный компрессор и оказалось, что он идеально подходит в качестве основы для запланированного мной двигателя.
Это был автоматический компрессор кондиционера RV-2 компании Chrysler. Кривошип разносил поршни на 90 градусов (дизайн V-твин), с диаметром цилиндра 58,7 мм и ходом поршня 33,4 мм.
В обоих цилиндрах в сочетании с правильной траекторией движения газа, рабочим объемом составил 127,8 куб.см, что составляет более чем вдвое больший объём по сравнению с MP1002C двигателя Philips. Являясь холодильным компрессором, конструкция была сделана основательно и с достаточным запасом прочности для такого сильного сжатия. Кроме того, этот компрессор содержал героторный масляный насос, который под давлением смазывал края большим шатунным подшипникам. Каждый алюминиевый поршень имел одно компрессионное кольцо и соединены через алюминиевые шатуны Alcoa. Этот компрессор оказался самым оптимальным для моей задумки.
Компрессор кондиционера Chrysler RV-2Годы разработки
На протяжение нескольких лет, я спроектировал и уже отработал все необходимые компоненты, для того, чтобы адаптировать компрессор к работе в двигателе Стирлинга.
Я также сконструировал трубчатую несущую раму, которая являлась несущим основанием для двигателя. Рама стилизована под аналогичную используемую на генераторной установке Philips.
Головка нагревателя, вытеснитель и внутренний цилиндр выполнен из труб нержавейки 302 различных размеров. В роли регенератора использовал путанку из медной проволоки. Охладитель, расположенный со стороны сжатия двигателя, был изготовлен из алюминиевых трубок. Использовал небольшой генератор 200 Вт 12 вольт с ременным приводом, который изначально был куплен и предназначался для работы на садовом тракторе.
Вот этот двигатель, получивший название SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark I):
Генератор на базе двигателя Стирлинга SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark 1)Изначальные характеристики и рабочее тело
Двигатель заработал, но производительность его была далека от ожидаемой величины. Я пробовал использовать гелий в качестве рабочего тела, и это помогло, повлияв как на выходную мощность, так и на обороты, но при этом было слишком очевидно, что что-то было кардинально не правильно.
Работа двигателя будет существенно лучше при поднятии давления до 2 бар и оборотах 2000 в минуту, отдавая примерно 50 Вт мощности на выходе уже с электрогенератора … дальнейшее изменение в большую или меньшую сторону скорости или давления приведёт к потере выходной мощности. Кроме того, блок цилиндров начнёт очень сильно греться через незначительное время после запуска, что является доказательством о завышенной теплопередаче вдоль корпуса двигателя.
Конфигурация двигателя. Пробы и ошибки
После долгих раздумий (и нескольких лет разочарования) я понял, что в этой конфигурации допущены ошибки. В первую очередь — в любом двигателе Стирлинга нагреватель, регенератор, и холодильник должны быть «моноблочные», то есть их размещают в непосредственной близости друг от друга. Это означает, что эти три термодинамические компоненты должны все находиться в стороне от вытеснителя двигателя, вместо того, чтобы «разбросать» их по всей цепи газового тракта, как я сделал на МК I. Такой грамотный дизайн очень важен для хорошей производительности и такая плотная моноблочная компоновка чётко прослеживается на всех двигателях Philips.
Тот факт, что я расположил регенератор в тесном контакте с блоком двигателя способствовали утечке тепла вдоль всей длины двигателя — это явно плохое решение в конструкции Стирлинга.
Несмотря на не оптимальную работу, я много узнал о расходе масла и о том как очищать перемещающуюся смазку в рабочем пространстве. Разобрался с техническими особенностями особой скруглённой формы вытеснителя, его прерывистых движений, уплотнительными кольцами и канавками для них и разделённой формы вытеснителя. Открытие безуглеродного состава синтетических масел с высокой температурной точкой вспышки также было очень полезно. Собственная конструкция отражателя пламени горелки на пропане также вызывал сомнение, но после нахождения некоторых старых публикаций на эту тему, успешная расчетная схема горелки наконец-то появилась и была успешно апробирована на трёх построенных экземплярах.
Конструкция самодельного кольца газовой пропановой горелкиНовый дизайн и появление MK II
В тот момент я понял, что была необходима большая модернизация для того, чтобы получить хороший и эффективный двигатель.
Копаясь в моих технических справочниках и книгах, я внедрил модернизацию во все термодинамические компоненты в газовом контуре. Были переработаны: головка нагревательного цилиндра из нержавеющей стали 316, на которой нанесены рёбра внутренние и внешние, фольга для регенератора, ребристый охладитель, а также новый вытеснитель из нержавейки с тонкими стенками.
Мой друг и энтузиаст в стирлингостроении Джон Арчибальд, согласился подготовить чертежи из моих эскизов дизайна и используя свои навыки в качестве слесаря-механика, помочь с созданием некоторых из наиболее сложных частей. Потребовалось еще несколько лет, чтобы получить все новые компоненты, но в конце 2012 года, версия MK II двигателя была готова и была собрана.
Кулер с рёбрами для двигателя стирлингаПробный запуск генератора Стирлинга SV-2 MK II
Для SV-2 MK II был первый запуск в январе 2013 года и сразу было видно, что редизайн улучшил как ходовые качества, так и производительность.
Двигатель стал работать довольно приятно, когда давление рабочего газа было поднято до 4 бар (3,95 атм. или 0,4 МПа), и при увеличении давления обороты увеличивались пропорционально. И замеры мощности не были сделаны в тот момент из-за не соответствующей геометрии горелки новой ребристой головке нагревателя.
Собранный двигатель с генератором показан ниже:
Генератор на двигателе стирлинга МК-2Генератор МК-2. Вид сзадиВодяное охлаждение стирлинга
Так как двигатель альфа имеет водяное охлаждение, то для циркуляции охлаждающей жидкости применён небольшой электрический гидронасос, запитываемый в дальнейшем от выходной мощности электрогенератора.
Дальнейшая разработка горелки
Новая горелка сейчас строится, она будет соответствовать ребристой геометрии головки нагревателя и будет выдавать более высокую теплоотдачу для предполагаемого вывода выходного вала 700 Вт на 1800 оборотов в минуту. Конструкция горелки должна быть готова к тестированию в следующем месяце или чуть позже, и должна быть полностью готова для исследования и раскрытия полного потенциала этого двигателя.
Сейчас нет планов и нет чертежей для этого генератора
У меня нет никаких планов ни производить этот двигатель ни продавать чертежи для изготовления его деталей. Это строго научный проект для демонстрации жизнеспособности данного изделия. Затруднения и издержки в изготовлении некоторых компонентов нивелировались выбором усреднённого хоббийного качества изготовления. Также, существуют компромиссы в использовании для данного двигателя элементов компрессора РВ-2, которые не будут присутствовать в идеальной конструкции. Если так и будет, то для повышения производительности это требует размещение всех термодинамических компонентов на основе собственной разработки — то есть, спроектированный заново картер, поршни, шатуны и т.д. Только тогда это будет продукт, который сможет иметь определённый рыночный потенциал.
Пожалуйста, смотрите на мои новые видео YouTube, как прогрессирует развитие. Я искренне благодарю всех вас за проявленный интерес!
Дэйв Кирк
Кирк Двигатели, Inc.
Далее некоторые данные из самого видео.
Совсем недавно, полная реконструкция нагревателя, регенератора и холодильника была выполнена и ,были произведены новые компоненты. Этот вариант, SV-2 MKII включает в себя все тонкости, необходимые для достижения поставленных целей. Головка нагревателя сделана из заготовки стали 316 при помощи электроэрозионного процесса. Купол и фланец свариваются в месте. Как внутренние, так и наружные ребра использованы для усиления теплообмена с рабочей жидкостью.
Внешние рёбра нагревателя и сварочный шовВнутренние рёбра нагревателя и сварочный шов
Регенератор имеет корпус из нержавеющей стали 316 используя оберточную нержавеющую фольгу в виде материала регенератора. Толщина составляет 0,001 дюйма. Эта часть выполнена в виде цилиндрического контейнера. Торцевые экраны держат фольгу на месте.
Корпус регенератораОхладитель сделан из 6061 Т-6 алюминиевого сплава также при помощи электроэрозионного процесса. Внешнее кольцо образует обводный канал для охлаждающей жидкости.
Нагреватель, регенератор и охладитель между собой объединены в «стек» и герметизированы при помощи кольцеобразных уплотнений. Обратите внимание на 1 кубический сантиметр, расположенный рядом.
Головка цилиндра зоны компрессии изготовлена из алюминиевой заготовки. Соединительный канал сделан из толстостенной медной трубы.
Компрессионный насос двигателя стирлинга«Стек» укреплён 4-мя несущими болтами диаметром 0,313 на кольцеобразных хомутах. Такая конструкция минимизирует утечку тепла в глубину структуры двигателя.
Кольцевые хомуты на двигателе стирлингаCпасибо
Стирлинг — альтернативный источник электричества и тепла
Содержание статьи
- 1 Двигатель Стирлинга альтернативный источник электричества и тепла
- 1.1 Двигатель внешнего сгорания
- 1.2 Серийные генераторы и микроТЭЦ на двигателе Стирлинга
- 1.2.1 Сложности отечественного производителя
- 1.3 Альтернативные источники тепла для генератора Стирлинга
- 1. 4 Альтернативный генератор Стирлинга в свой дом
4 Альтернативный генератор Стирлинга в свой домГенерация электроэнергии почти всегда связана с появлением побочного продукта – тепла. Даже фотоэлементы нагреваются, что снижает их КПД. Однако есть целый кластер устройств, в которых тепло не рассеивается, а может быть использовано для бытовых нужд. Сердце таких генераторов – двигатель Стирлинга.
Двигатель внешнего сгорания
Базовое отличие двигателя Стирлинга в том, что топливо сгорает не внутри цилиндра, а снаружи. Следовательно, внутреннее пространство остаётся герметичным и идеально чистым, без нагара и необходимости его обслуживания. Работает он практически бесшумно, так как нет детонации обогащённой топливной смеси.
Остальные достоинства можно обозначить так:
- Абсолютная экологическая безопасность.
- Простейшая конструкция обеспечивает высокую надёжность.
- Чрезвычайно высокий моторесурс.
- Всеядность по отношению к источнику тепла.
- Очень высокий КПД.
Обеспечить более полное сгорание топлива гораздо легче снаружи цилиндра, чем внутри. Нагрев можно проводить не только углеводородными энергоносителями, но энергией Солнца, используя высокотемпературные солнечные концентраторы. В такой комбинации, КПД альтернативного генератора электроэнергии превышает 30%!
Для сравнения – лучшие серийные фотоэлементы демонстрируют КПД только 24%. Именно бесшумность была решающим фактором для установки двигателя Стирлинга на подводные лодки последних серий в Японии и Швеции.
В середине 80-х годов 20-го века, в США собрали и установили двигатель Стирлинга в автомобиль Chevrolet Celebrity!(Chevrolet Celebrity MOD 2 Stirling)
На фото автомобиль AMC Spirit Stirling experimental engines
Результаты были поразительны: глушитель, смазка и катализаторы были уже не нужны, экономия топлива достигала 45%, а ускорение практически не изменилось.
Двигатели Стирлинга используются НАСА(NASA) даже в космических аппаратах.
Но у них есть и недостатки.
Для получения максимально достижимого на практике КПД, необходимо обеспечить очень высокую разницу температур в холодной и горячих частях цилиндра. В противном случае, снижается «удельная мощность».
Идеальным рабочим телом (газом) является водород, но его молекулы настолько малы, что им удаётся «напитывать» материал цилиндра. Следующий по эффективности газ – гелий, но он дорогой. А КПД снижается на 5%. Но можно использовать и азот, и аммиак, и даже осушенный воздух. Но мощность будет ниже идеальной.
Серийные генераторы и микроТЭЦ на двигателе Стирлинга
Однако все эти недостатки не помешали фирме «Филипс» (Philips Stirling Engine), создать для массового производства проект переносного электрогенератора Стирлинга модель MP1002CA ещё в начале 50-х годов.
Он был предназначен для работы от любого горючего, вплоть до пальмового масла, и генерировал 0,2 кВт электроэнергии. Обиходное название – «Генератор для бунгало». Но к моменту производства, выяснилось, что он не может конкурировать по стоимости с аналогами на двигателе внутреннего сгорания. Поэтому их выпустили не более пятнадцати дюжин. И те разошлись по учебным заведениям, для наглядной демонстрации.
В наше время небольшие фирмы разрабатывают аналогичные устройства.
Например в г. Магнитогорске, фирма «ЭНЕРГОТОНИКА» выпускает многотопливный мини теплоэлектрогенератор с двигателем Стирлинга ГДС-150.
Его масса всего 37 кг, он может работать на любом топливе, хоть на дровах, хоть на газе.
В режиме 7/24 работает несколько месяцев. Но в таком режиме он вырабатывает 0,2 кВт электричества + тепло для отопления. На короткий промежуток устройство выдаёт до 1кВт.
К коттеджу такой источник альтернативной энергии не подключишь, а вот в лесной заимке, охотничьей сторожке, на рыбацком стане или в избушке лесника, или для кемпинга ГДС-150 будет вписываться идеально.
Для частного жилого дома «ЭНЕРГОТОНИКА» под заказ выпускает микроТЭЦ «АМТЭС-5/25ДО». Работает она на дровах (опилки, щепки, стружка), выдаёт в час 5 кВт электроэнергии и 25 кВт тепла, стоит 850 т.р.
Корейская фирма выпускает аналогичное устройство Navien Hybrigen SE.
Работает он на газе, и производит только 1 кВт электричества, а по цене гораздо дороже — 1,07 млн.
р.
Немцы выпускают микроТЭЦ VITOTWIN 300-W Mikro-KW. Используя только газ, установка выдаёт 1 кВт электрической энергии и 6 кВт тепла. Стоит более 20,5 т. евро.
Обратите внимание, что все эти микроТЭЦ работают на двигателе Стирлинга. Только в западных странах они называются «m-CHP»
Сложности отечественного производителя
По техническим параметрам, российские микро ТеплоЭлектростанЦии на двигателе Стирлинга ни чем не уступают иностранным аналогам, а даже превосходят их по «всеядности». В ценовом сегменте они тоже выигрывают, но при внимательно изучении, оказывается, что стоимость может быть снижена в 3-5 раз!
Руководитель фирмы «ЭНЕРГОТОНИКА» Виктор Закомолдин дал довольно подробное объяснение. Оказывается в России абсолютно разрушены все производственные мощности, которые раньше выпускали простейшие комплектующие для дизельных двигателей и другие мелкие детали. Закупать их приходится в Китае. А доставка с растаможкой увеличивает стоимость в 7-10 раз! Политика Господдержки, объявленная правительством, оказалась фикцией.
При выходе на серийное производство из отечественных комплектующих, стоимость всей выпускаемой продукции будет снижена в 3,5-5 раз! Какая может быть тогда конкуренция, у немецкой m-CHP ценой 1,7 млн. руб, с отечественной микроТЭЦ за 300 т.р., если по техническим характеристикам Российский аналог уже вышел в отрыв.
Ведь работая в режиме максимальной производительности, магнитогорский микрогенератор АМТЭС-5/25ДО
потребляет всего 10 кг опилок и древесной щепы в час! выдавая 5 кВт элетроэнергии и 25 кВт тепла. Фактически — золотая жила
С такой микроТЭЦ на двигателе Стирлинга, жильё станет на 100% энергонезависимым. Например, можно поставить коттедж в поле, и к нему не надо будет тянуть линию электропередач и газопровод! А одна проектная разработка этих коммуникаций будет стоить гораздо больше миллиона. Впоследствии, предстоит оплачивать постоянно растущие тарифы на газ и электроэнергию.
В составе магнитогорской микроТЭЦ, имеется бункер на 0,7 куб.
м. Одной полной загрузки хватает на 2 суток беспрерывной работы. Тепло можно использовать не только для отопления жилья, но и для бани, хранить в теплоаккумуляторе.
И главное ничего не надо изобретать! Всё уже имеется, но крупные заказчики ориентированы на углеводородные энергоносители, и привязку потребителя к центральным энергосетям.
Может быть после окончания эпидемии коронавируса COVID-19, ситуация начнёт исправляться. Но пока до 70% деталей закупается в Китае, изменений ждать не приходится.
Альтернативные источники тепла для генератора Стирлинга
Скрупулёзное изучение разных подходов в генерации электричества с использованием альтернативных источников энергии вскрыли любопытную особенность. Оказывается, что при комбинации высокотемпературных солнечных концентраторов с двигателем Стирлинга, КПД системы повышается до 34%!
Начиная с 2005 года, сначала в США, затем в Испании и даже в Великобритании, начали устанавливать альтернативные генераторы электричества, для которых не требовались такие высокотехнологичные материалы как фотоэлементы.
Эффект был потрясающий! Такое сочетание простейших устройств практически не имело недостатков:
- Бесшумность работы;
- Отсутствие любых выбросов в атмосферу;
- Двигатели не требуют обслуживания;
Для работы в ночное время, разработчики придумали хитрую систему накопления избыточной тепловой энергии в локальных подземных теплоаккумуляторах.
Нагретый теплоноситель закачивается в небольшие подземные хранилища с высокой степенью теплоизоляции в течении светового дня. Ночью по системе изолированных трубопроводов этот теплоноситель подаётся на рабочий цилиндр генератора Стирлинга, и генерация не останавливается. Производительность снижается почти на 50%, но выработка электроэнергии идёт безостановочно круглые сутки!
Преимущество перед солнечными панелями проявлялось и в стабильности работы при переменной облачности.
Ведь если Солнце закрывается облаками, то фотоэлементы резко снижаются производительность, а альтернативный генератор Стирлинга продолжает работать.
Одна такая солнечная тарелка Стирлинга на пике вырабатывает 34 кВт электроэнергии. Компания United Sun Systems с 2015 года выпустила более 20 тысяч таких устройств. Успешно функционируют серьёзные электростанции, например Imperial или Calico, которые генерируют более 800 МВт электроэнергии с самой низкой себестоимостью.
Некоторые из выпускаемых конструкцию, например SunCatcher, хорошо масштабируются, и небольшие солнечные тарелки Стирлинга мощностью 3-5 кВт устанавливаются на крышах зданий с 2010 года.
Альтернативный генератор Стирлинга в свой дом
Этот сегмент альтернативной энергетики практически не освоен на постсоветском пространстве. Сказывается политика правительства, которая препятствует развитию на практике альтернативной энергетики. Упор делается на нефтегазовый сектор, как в колониальных странах.
Для личных нужд, умельцы такую перспективную комбинацию начнут рассматривать в ближайшее время.
Сразу, как только окончится переформатирование страны, скрытой под маской коронавирусной эпидемии COVID-19.
Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:
Автономное электроснабжение
Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!
Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
ALTER220 Портал о альтернативную энергию
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!
Генераторы двигателя Стирлинга
– источники и ответы
Генераторы двигателя Стирлинга еще не стали товаром. Поэтому получить тот, который был бы правильным для вас, часто бывает сложно.
Продают ли компании генераторы Стирлинга?
На сегодняшний день некоторые двигатели доступны в виде законченных, готовых к использованию продуктов. Большинство из них предназначены для производства как тепла, так и электроэнергии с высоким комбинированным уровнем эффективности.
Резюме этой статьи
В этой статье вы узнаете, что вам нужно знать о покупке генератора с двигателем Стирлинга, от стоимости до различных доступных типов.
Щелкните любую из этих ссылок, чтобы перейти к разделу:
- Высокая стоимость генераторов двигателя Стирлинга
- Отсутствие продукта
- Доступные продукты для комбинированного производства тепла и электроэнергии
- Доступные низкотемпературные модели
- Наличие прототипа
- Любители лодок
- Новые возможности исследования
Что вам следует знать
Бытовой комбинированный тепловой и электрический двигатель производства Ökofen¹.
Первое, что вы должны знать, это то, что вам не следует тратить время на попытки купить его в местном строительном магазине, потому что у них его нет.
Быстрый поиск генераторов двигателя Стирлинга в Google выдает некоторые паровые двигатели и некоторые двигатели с маркой «Стерлинг», которые не являются двигателями цикла «Стирлинг».
Высокая стоимость генераторов двигателя Стирлинга
Низкий объем = высокая себестоимость единицы продукции
Каждый раз, когда вы ищете продукт, который не был произведен миллионами, вы должны ожидать, что заплатите больше, чем за продукты, которые производится миллионами.
Вы платите больше времени за разработку проекта, который никогда не создавался в больших объемах.
Это относится как к бензиновым двигателям, так и к двигателям Стирлинга.
Бензиновые и дизельные генераторы — продукция больших объемов
Бензиновые и дизельные генераторы были произведены миллионами, и поколения инженеров придумали, как снизить затраты.
Итак, когда вы найдете генератор с двигателем Стирлинга, вы не должны ожидать, что он будет таким же дешевым, как сопоставимый бензиновый или дизельный генератор.
Могу ли я сэкономить деньги, сделав один?
«Создание двигателей Стирлинга», Энди Росс.
Короткий ответ: да, теоретически можно.
Есть много домашних механических мастерских и небольших механических мастерских с достаточными возможностями, чтобы сделать небольшой двигатель Стирлинга, который производит некоторую мощность.
Проектировать двигатели Стирлинга сложно
Большая трудность в создании хорошего двигателя Стирлинга своими руками заключается в поиске подходящей конструкции, которая, вероятно, будет хорошо работать с первой попытки.
Я настоятельно рекомендую вам не рассматривать создание двигателя Стирлинга как совершенно новую конструкцию с первой попытки.
Держите свой первый самодельный проект как можно ближе к хорошо зарекомендовавшей себя конструкции с хорошими характеристиками.
Неожиданные правила проектирования
Правила проектирования для создания хорошего двигателя Стирлинга никогда не очевидны для людей, пытающихся построить свой первый двигатель, но позже в этой статье я дам вам несколько советов по созданию двигателя Стирлинга, который, вероятно, будет работать.
самый первый раз.
Если вы будете следовать правилам проектирования, которые хорошо работают для двигателей внутреннего сгорания, ваш двигатель будет работать плохо или вообще не будет работать.
Проблема эффективности
Система Стирлинга на солнечной энергии
Люди, изучавшие двигатели Стирлинга, знают, что они могут быть одними из самых эффективных двигателей в мире. Действительно, это правда.
Так что в этом плохого?
Что ж, в этом нет ничего плохого, за исключением того, что каждый раз, когда одно конструктивное ограничение, такое как термодинамическая эффективность, становится основной целью проектирования инженерной программы, другие важные вещи, такие как окончательная цена и простота производства, страдают.
Что происходит, когда вы требуете эффективности
Если у вас есть хорошо финансируемая исследовательская программа, и вы наняли все лучшие инженеры, необходимые для разработки двигателя Стирлинга, и вы говорите этим инженерам, чтобы они сделали максимально эффективный двигатель, они будут действительно сделать наиболее эффективным, что они могут сделать.
Но тогда этому двигателю придется конкурировать на рынке с бензиновыми и дизельными двигателями, цены на которые снижались на протяжении многих, многих поколений.
Если бы вы попросили те же двигатели стремиться к балансу эффективности, простоты производства и цены, по которой выгодно производить и продавать по конкурентной цене, они бы так и сделали.
Термодинамическая эффективность обычно не должна быть основной целью проектирования новых двигателей Стирлинга, если кто-то хочет продавать их на конкурентном рынке.
Доллары за ватт — идеальная добротность
Люди никогда не принимают решения о какой-либо технологии, не имея других вариантов, из которых они могут выбирать.
Когда люди рассматривают возможность покупки двигателя Стирлинга, они всегда будут сравнивать его с каким-либо другим вариантом производства энергии.
У людей всегда есть технологические возможности
Может быть, они сравнивают двигатели Стирлинга с солнечными батареями или, может быть, сравнивают их с дизельными и бензиновыми генераторами.
Дело в том, что в голове у покупателя всегда возникает сравнение двигателей Стирлинга с чем-то другим. Первоначальная цена покупки технологии часто является наиболее важным фактором при принятии такого рода решений.
Какими должны быть инженерные цели
Руководство по проектированию двигателя Стирлинга Уильяма Мартини
Инженеры, разрабатывающие новые двигатели Стирлинга, должны уделять очень пристальное внимание тому, сколько клиенты, которым они надеются продавать, будут платить за ватт мощности.
Такие вещи, как стоимость доставки и установки и все, вплоть до стоимости коробки, имеют значение и должны учитываться на самых первых этапах разработки нового двигателя.
Отсутствие продукта
Исследования Деньги производят исследования, а не продукты
Я открыл этот веб-сайт www.stirlingengine.com в 1998 году, и за пару лет до этого я интересовался двигателями Стирлинга.
С тех пор и до сих пор я видел, как многие исследовательские проекты, финансируемые государством, не смогли произвести продукты, которые можно было бы выгодно продавать населению.
Вероятность отказа составляет почти 100%.
Это случалось так часто, что я ожидал этого.
Крутые исследовательские проекты создают захватывающие заголовки, интересные прототипы и отчеты, но они не производят продукты, которые кто-либо когда-либо купит.
The Wrong Research
Одна из причин, по которой большинство исследований двигателей Стирлинга не привели к продуктам, которые вы могли бы купить, заключается в том, что было проведено много исследований, чтобы попытаться подобрать двигатели Стирлинга для приложений, для которых они не очень подходили.
Двигатели Стирлинга в автомобилях — плохая идея
НАСА финансировало проекты по установке двигателей Стирлинга в автомобили, такие как этот Dodge D-150.
Был крупный исследовательский проект, финансируемый государством, по установке двигателей Стирлинга в автомобили.
Но двигатели Стирлинга по своей природе медленно разгоняются, и их трудно эффективно регулировать (быстро перейти от холостого хода к полной мощности).
Таким образом, никогда не было хорошего соответствия между технологией и приложением.
Стратегии продаж, которые не работают
Инженеры любят проектировать, а маркетологи любят рынок.
Двигатели Стирлинга часто разрабатывались инженерами-энтузиастами.
Но в жизненном цикле любого продукта наступает момент, когда нужно прекратить разработку и начать продавать.
Инженеры не любят маркетинг
Теплоэлектроцентраль производства Whispergen.
Естественно, инженеры обычно не приспособлены для этого и часто ищут выход.
Распространенная ошибка в стратегии — передать маркетинг другой компании, которая не увлечена продуктом.
Классическая маркетинговая ошибка Стирлинга
Как я могу продавать свой двигатель Стирлинга в сотрудничестве с крупным коммунальным предприятием или чем-то подобным?
Именно такая маркетинговая стратегия привела к краху новозеландской компании WhisperGen в 2012 году. Они поручили маркетинг крупной компании, которой было все равно, и неудивительно, что проект провалился.
Пока я пишу это, исследовательская компания Dean Kamen’s Company DEKA следует той же стратегии, которая, вероятно, потерпит неудачу с ее превосходным комбинированным двигателем Стирлинга, сочетающим тепло и мощность.
Генераторы, которые можно купить
Ниже приведен список всех проектов двигателей, производящих энергию, которые мы могли найти на рынке на момент написания этой статьи.
Я не рекомендую ни одну из этих компаний. Я просто говорю, что это те, которые мы смогли найти.
Если вы проявите должную осмотрительность, возможно, у одного из них может быть продукт, который подходит именно вам.
Комбинированные теплоэлектрогенераторы Стирлинга
Одним из лучших применений двигателей Стирлинга является выработка электроэнергии, а также улавливание отработанного тепла и его использование для нагрева воды.
Это может быть сделано для домашнего использования или для коммерческого применения, такого как прачечная самообслуживания.
Когда и электричество, и горячая вода имеют полезное применение, эти машины в целом могут иметь очень высокий КПД.
Ознакомьтесь с полным списком комбинированных систем тепло- и энергоснабжения, доступных для покупки, на нашей рекомендуемой странице.
Генераторы перепада низких температур
Генератор Sunpulse 500 производства Sun Orbit имеет мощность 600 Вт и диаметр 1300 мм.
Я знаю одну компанию, которая продает двигатель Стирлинга с низким перепадом температур.
Это компания Sun Orbit из Германии и их линейка двигателей для солнечных столбов. Веб-сайт на немецком языке, но Google Translate поможет вам, если вы не читаете по-немецки.
Наличие прототипов
У кого могут быть старые прототипы?
Редко когда двигатели Стирлинга прошли дорогостоящий процесс разработки, а затем были списаны после завершения программы.
Обычно их кладут на хранение на долгое время, пока кому-то не надоест их хранить, и, наконец, они продаются как государственные излишки.
Эти старые прототипы можно найти
Итак, начиная с эпохи разработки современных двигателей Стирлинга, вы должны знать, что компания Phillips Electronics и многие другие компании разработали довольно много двигателей Стирлинга за эти годы.
Если вы хотите найти его, вы можете настроить пользовательский поиск на eBay или аналогичном сайте, который может в конечном итоге найти вам генератор двигателя Стирлинга, который вы ищете.
Ныне обанкротившаяся новозеландская компания WhisperGen изготовила несколько двигателей Стирлинга для комбинированного нагрева.
Почему прототипы не вышли на рынок?
За прошедшие годы было построено много прототипов, большинство из которых отлично работали, но так и не были выпущены на рынок по причинам, не связанным с тем, работала технология или нет.
Возможно, стиль предоставления денег на исследования изменился, и они не получили гранты следующего поколения. Или, может быть, финансирования больше не было.
В любом случае, это привело к закрытию проекта.
Обычно прототипы не выбрасывали. Итак, эти двигатели существуют и были бы лучшим стартом для многих новых проектов, чем чистый лист бумаги.
Любители лодок
Одна из замечательных особенностей Соединенного Королевства заключается в том, что там очень терпимо относятся к эксцентричности, и у достаточного количества людей есть талант и деньги, чтобы заниматься интересными вещами, такими как создание двигателя Стирлинга для приведения лодки в движение.
Лодки, о которых мы говорим, — это медленные каноэ и скифы, которые хорошо себя чувствуют в очень спокойных реках и озерах.
Сила Стирлинга заменяет человеческую силу
Норрис Бомфорд за штурвалом своей лодки, работающей на двигателе Стирлинга.
Как правило, это те же лодки, которые могут приводиться в движение веслами, но в Великобритании есть любители лодок, которые построили двигатели Стирлинга.
И они, вероятно, будут очень щедры, помогая новичку-любителю начать строить новый двигатель, который мог бы работать.
Новые возможности исследования
Если у вас достаточно денег и вы хотите нанять компанию для исследования двигателя Стирлинга и разработки нового прототипа, вам повезло.
Есть компании, которые уже очень давно занимаются исследованиями и продажей прототипов.
Наиболее примечательным является Sun Power в Афинах, штат Огайо.
Если вы нанимаете компанию для выполнения работы за вас, вам необходимо дать им строгие инструкции относительно показателей качества, которые вы хотите использовать для оценки проекта.
Помните, важно учитывать цену изготовления и полную стоимость доставки до заказчика.
Можно ли выгодно производить и продавать двигатель по цене, которую люди готовы платить?
Оставьте нам комментарий
Если у вас есть какие-либо вопросы или если вы нашли другие источники генераторов двигателей Стирлинга, пожалуйста, оставьте их в комментариях ниже.
Все комментарии проходят модерацию, поэтому мы можем не опубликовать их сразу, но опубликуем.
¹Фото предоставлено: Ökofen
Генератор двигателя Стирлинга Абсолютный тепловой двигатель
Генератор двигателя Стирлинга представляет собой герметичный высокоэффективный «тепловой двигатель», который приводится в действие лучистой энергией, поступающей от солнца или любого другого внешнего источника. нагревать. Изобретенный Робертом Стерлингом, отсюда и его название, почти двести лет назад, Двигатель с циклом Стирлинга представляет собой тип солнечного двигателя или солнечного двигателя, который работает с использованием принципа термодинамики, чередуя циклы горячей и холодной температуры рабочего газа.
«Двигатель Стирлинга» состоял в основном из нагреваемого снаружи, обычно солнцем, двигателя горячего воздуха, управляемого тем, что Роберт Стирлинг назвал «экономайзером», который поглощает тепло и отдает его в замкнутое внутреннее воздушное пространство и из него. Когда воздух (или какая-либо другая форма рабочего газа) внутри этого замкнутого пространства нагревается, он расширяется, а когда охлаждается, сжимается.
Поршень приводится в движение за счет сжатия или расширения рабочего газа, обычно гелия или водорода, который никогда не покидает двигатель.
Генератор двигателя Стирлинга и тарелка
Итак, двигатель Стирлинга работает, попеременно нагревая и охлаждая газ внешним источником тепла, извлекая энергию из расширения и сжатия газа. Это приводит к изменению давления, которое используется для приведения в действие поршня внутри цилиндра двигателя почти так же, как работает паровая машина Ренкина.
Отличие на этот раз в том, что для привода поршня используется газ, а не пар. Эта высокоэффективная солнечная термодинамическая нагревательная машина преобразует разницу температур (тепловую энергию) в механическую энергию (кинетическую энергию).
Мы видим, что двигатель Стирлинга представляет собой возвратно-поступательный поршневой двигатель на солнечной энергии, который использует солнечное излучение для производства тепла вместо традиционного ископаемого топлива. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга использует колебательное поведение двух поршней разной массы, причем тяжелый поршень задерживается на половину периода колебаний по отношению к более легкому.
Электрический генератор напрямую соединен с валом двигателя Стирлинга, который преобразует механическую энергию в требуемую электрическую энергию переменного тока и, таким образом, представляет собой систему, в которой существенным фактором является разница температур. Выходная мощность двигателя Стирлинга в основном регулируется изменением давления рабочего газа внутри поршневого цилиндра.
Солнечный свет содержит в тысячи раз больше энергии, чем мы, люди, можем использовать, но использование этой свободной энергии может быть дорогостоящим. Наиболее распространенным методом является использование фотогальванических элементов, которые превращают солнечный свет непосредственно в электричество. Но мы также можем использовать огромную энергию солнца для нагрева воды и жидкостей либо напрямую, либо с помощью башни солнечной энергии и зеркал гелиостата для отражения тепла на двигатели Стирлинга, которые, в свою очередь, приводят в движение поршни для выработки энергии.
Но чтобы довести солнечное тепло до температуры, достаточной для работы генератора двигателя Стирлинга, необходимо сконцентрировать солнечное излучение.
В системах концентрации солнечной энергии (CSP) используются параболические тарелки, параболические желоба и башни солнечной энергии, чтобы сосредоточить энергию солнца на центральном приемнике. Концентрированная солнечная энергия преобразует энергию солнца в высокотемпературное тепло, которое можно использовать для выработки электроэнергии.
Уже в продаже
Двигатели с циклом Стирлинга: внутреннее устройство и конструкция
Как правило, параболические концентраторы и энергетические башни желобообразной формы требуют воды для производства пара, который приводит в движение паровую турбину для производства электроэнергии, но для солнечной тарелки/энергетической системы двигателя вода не требуется.
Солнечная тарелка использует двухосную параболическую тарелку с прямым фокусом для концентрации солнечной энергии в приемнике. Ресивер поглощает отраженное концентратором солнечное излучение и преобразует его в полезное тепло, передавая его тепловому двигателю/генератору.
Параболические отражатели фокусируют солнечную энергию на приемнике с коэффициентом концентрации более 2000 солнц, чтобы нагреть переносящую жидкость внутри солнечного двигателя до более чем 1000 o F. Таким образом, самые высокие температуры системы возникают на приемнике и поэтому генераторы с двигателями Стирлинга имеют относительно большой коэффициент преобразования тепла в электрическую энергию.
Индивидуальные двухосевые тарелки/системы Стирлинга отслеживают движение солнца по небу в течение дня и фокусируют солнечную интенсивность. Солнце передает свое тепло замкнутому воздуху или обычно газу, такому как водород или гелий, для питания двигателя Стирлинга, расположенного в фокусе коллектора. Конструкция двигателя Стирлинга производит вращательное движение, которое приводит в действие электрический генератор, вырабатывающий электричество.
Двигатели Стирлинга идеально подходят для получения солнечной тепловой энергии, так как этот тип конструкции генератора с солнечным двигателем требует, чтобы двигатель Стирлинга был частью коллектора.
Эти системы параболических тарелок обычно меньше, чем системы параболических желобов, и могут конкурировать с менее эффективными фотоэлектрическими панелями для небольших жилых, удаленных или портативных приложений для выработки электроэнергии.
Типичная выходная мощность современных параболических тарелок/тепловых двигателей Стирлинга относительно скромна, поскольку их выходная мощность обычно колеблется от нескольких киловатт до 20 кВт при диаметре тарелки около 10 метров. Однако эти системы тарелок / двигателей Стирлинга имеют модульную конструкцию, поскольку каждая система представляет собой автономный генератор энергии, а это означает, что их можно соединять вместе для производства солнечных батарей мощностью от нескольких киловатт до многих десятков киловатт.
Солнечный концентратор (тарелка) — ключевой элемент любой солнечной тарелки и системы Стирлинга. Идеальная форма концентратора представляет собой вогнутый параболоид, покрытый небольшими стеклянными зеркалами сферической формы, покрытыми алюминиевыми или серебряными отражателями или отражающими мембранами, обеспечивающими коэффициент концентрации более 1000 солнечных.
Солнечное отслеживание концентратора обычно осуществляется полярным отслеживанием, когда концентратор вращается вокруг оси, параллельной оси вращения Земли.
Наиболее распространенным типом тепловой машины с замкнутым циклом, используемой в посудомоечных машинах, является «двигатель Стирлинга». Но одним недостатком тарельчатых систем Стирлинга является то, что они не могут генерировать мгновенную электроэнергию, поскольку в них отсутствует теплоаккумулятор, быстро остывающий, когда он не нагревается солнцем. Он работает только тогда, когда светит солнце, поэтому не может производить электричество в ночное время или в периоды плохой погоды.
Посмотрите видео, чтобы узнать больше
Также большинству тепловых двигателей Стирлинга требуется некоторое время для прогрева, прежде чем они смогут начать производить какую-либо полезную мощность. Однако любая электрическая энергия, произведенная солнечным генератором Стирлинга, может быть сохранена в батареях для будущего использования.
Эти конструкции двигателя Стирлинга со свободным поршнем и теплового двигателя на солнечной энергии исторически не получили широкого распространения, но двигатель Стирлинга снова в моде, поскольку в последнее время наблюдается интерес к этой технологии благодаря достижениям в области технологий и материалов. Кроме того, благодаря гибкости источника тепла двигатель Стирлинга также может работать с использованием теплового приемника гибридного типа, работающего на солнечной энергии / природном газе или на солнечной энергии / биомассе, если недостаточно солнечного света.
В результате теплота сгорания от использования солнца, ископаемого топлива или биотоплива может использоваться для привода двигателя Стирлинга и выработки электроэнергии, поэтому ожидается, что через несколько лет этот тип технологии будет установлен в каждом доме. заменяя более крупные фотоэлектрические панели как часть домашней энергосистемы, помогая снизить потребление энергии.
Одним из основных преимуществ конструкции генератора с двигателем Стирлинга является его тихая работа, поскольку, будучи двигателем внешнего сгорания, он не имеет регулирующих клапанов или свечей зажигания, требует минимального обслуживания, и, что самое главное, поскольку это закрытая система, рабочие газы не производят экологические выбросы.
