16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/337/368480.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 05 (337) март 2018 года

Стирлинг-генератор сельского профиля

Новые технологии Иван ТРОХИН

Двигатель Стирлинга долгое время считался полузабытым курьезом энергетической техники. Однако столичные ученые с помощью Солнца, современных материалов и технологий опровергают эту точку зрения.

Разработка экологически безопасных или «зеленых», надежных и дешевых энергетических установок для получения, в частности, электрической энергии – это очень актуальное направление в малой энергетике нашего времени. Особенно в такой технике могут быть заинтересованы сельские потребители, доля которых на территории нашей страны не так уж мала.

Именно над разрешением такой проблемы работают Владимир Майоров, Владимир Панченко и их коллеги из лаборатории по направлению солнечной энергетики Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) Федерального научного агроинженерного центра под научным руководством академика РАН Дмитрия Стребкова.



Информационная фундаментальность

Первое, что необходимо отметить при рассмотрении вопроса о «зеленом» бестопливном стирлинг-генераторе, касается фундаментальной информационной поддержки. Разработчики данной техники настоящего и будущего обстоятельно и внимательно изучили труды предшественников в этой области, подготовили еще на проектно-изыскательной заре создания «зеленого» стирлинг-генератора интересные научно-технические обзоры (В. А. Панченко. Термодинамическое преобразование возобновляемой энергии посредством двигателя Стирлинга// Альтернативный киловатт. – 2010. – № 5. – С. 20‑29; В. А. Панченко. Применение различных рабочих тел в двигателе Стирлинга// Альтернативный киловатт. – 2011. – № 4. – С. 40‑42).

Здесь будет к месту сказать, что фундаментальный пласт научных знаний, в частности по двигателям внешнего сгорания и альтернативной энергетике, бережно сохраняется и умножается в стенах уникальной энергетической библиотеки ВИЭСХ силами и энергией ее заведующей – Татьяны Морозовой.



Солнце, воздух и фотостирлинг

«Спутниковая тарелка» вырабатывает электричество! Именно такая ассоциация приходит в голову, когда наблюдаешь за работой своеобразной бестопливной и экологически чистой в действии микроэлектростанции мощностью до нескольких сотен ватт. Экспериментальный образец, внешне действительно очень похожий на тарельчатую антенну спутникового телевидения, вполне может развивать столь малую электрическую мощность, хотя, думается, что принципиально реально достичь и, по меньшей мере, единиц электрических киловатт в более масштабных подобных энергетических установках.

Как известно, при работе фотоэлектрических приемников (преобразователей) совместно с параболоидными концентраторами солнечного излучения обнаруживаются определенные недостатки. К ним можно отнести: затемнение площади поверхности концентратора самим фотоэлектрическим приемником, определенная сложность фокусировки, потери энергии на рабочей поверхности концентратора, неравномерность засветки. Так, в центре фокального пятна параболоидного концентратора распределение приходящего солнечного излучения весьма однородно. Однако по мере удаления от центра распределение освещенности по поверхности концентратора изменяется; освещенность может снижаться в 1,5 раза и даже больше.

Как повысить эффективность параболоидного концентратора солнечного излучения? Ответ на этот вопрос ученым ВИЭСХ подсказало забытое прошлое из области энергетической техники XIX столетия в лице двигателя Стирлинга. Теперь последний стал весьма прогрессивным элементом в конструкции современной бестопливной и экологически чистой в действии микроэлектростанции, работающей от Солнца.

Сама принципиальная идея воплощения солнечного стирлинг-генератора была известна и раньше. К примеру, такую энергетическую установку для выработки электрической энергии предлагалось еще в 1960‑х гг. на страницах американского журнала «Популярная наука» изготовить в домашних условиях (H. Walton. Amazing No-Fuel «Space» Engine You Can Build// Popular Science. – 1965. – July. – P. 106‑110, 176). Однако российским ученым из ВИЭСХ удалось совместить воздушный двигатель Стирлинга, подобный по конструкции изображенному на рисунке (Stirling Engine for Solar Reflector by Doug Wehrly, GrabCAD Internet Community), с параболоторическим концентратором солнечного излучения и фотоэлектрическими преобразователями. Чем же хорош получившийся гибрид?



Комбинированная электростанция

Конструкция концентратора солнечного излучения выбрана из таких соображений, чтобы при совместной с ним работе двигателя Стирлинга обеспечивался эффективный нагрев рабочего тела (воздуха) в цилиндре. Сам концентратор фокусирует поток солнечной энергии на специальный приемник-нагреватель, входящий в конструкцию двигателя Стирлинга. Этим самым достигается нагрев приемника-нагревателя солнечными лучами до температуры порядка 400° C или больше. В радиаторе двигателя Стирлинга отработавший воздух охлаждается до температуры не выше 50° C. Что полезного дает это охлаждение?

КПД двигателя Стирлинга будет зависеть, в частности, от величины располагаемого перепада энтальпий рабочего тела на входе в двигатель и выходе из него. Поэтому, как нетрудно догадаться, с целью увеличения КПД стирлинг-электростанции конструкция двигателя дополнена системой водяного охлаждения. При этом, что интересно, водяная рубашка охлаждения двигателя является одновременно и посадочной поверхностью для фотоэлектрических элементов. Оригинально и полезно!

Почему в качестве рабочего тела для двигателя Стирлинга выбран воздух? Во-первых, атмосферный воздух распространен повсеместно, он бесплатен и является безопасным в обращении газом. Во-вторых, как известно, при низких частотах вращения и малых удельных мощностях эффективный КПД двигателя Стирлинга практически мало отличается при использовании в нем воздуха, гелия либо водорода. Так зачем же применять дорогостоящие или опасные газы, если можно с успехом обойтись даровым и безопасным? Вот вам и ответ на заданный выше вопрос.

Созданный в ВИЭСХ параболоторический концентратор солнечного излучения характеризуется, следует отметить, равномерной освещенностью по окружности цилиндрического приемника-нагревателя двигателя Стирлинга. Это, как оказывается, создает благоприятные условия для работы и фотоэлектрических элементов, обеспечивая их практически равномерную засветку. Кстати, лепестки концентратора солнечного излучения, которых в его конструкции предусмотрено 12 штук, были разработаны с использованием системы автоматизированного проектирования и изготовлены из тонкого светоотражающего листового алюминия. Между собой они были соединены в параболотороид. Сам же двигатель Стирлинга, обеспечивающий привод электромашинного генератора, был помещен в фокус этого параболоторического концентратора солнечного излучения.



Подводя итоги всему сказанному выше, хотелось бы заметить, что воздушный стирлинг-генератор микромощного класса принципиально возможно отапливать не только солнечными лучами, но и при помощи более традиционных для сельских потребителей нагревательных установок. Так, для этой цели вполне сгодятся печи и топочные устройства бытовых отопительных котлов.

Тогда может получиться не стирлинг-микроэлектростанция в чистом виде, а уже некое фактическое подобие микроТЭЦ, представляющее собой энергетическую установку для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 05 (337) март 2018 года: