Популярные статьи

BMW 3-series Coupe (Бмв ) 2006-2009: описание, характеристики, фото, обзоры и тесты

С сентября 2006 года серийно выпускается БМВ 3-й серии купе (Е92). Невзирая на свое техническое родство с седаном и Touring, купе БМВ 3-й серии имеет

Длительный тест Range Rover Sport: часть вторая

Аш длительный тест Range Rover Sport Supercharged подошел к концу. Первая хорошая новость: машину не угнали! Вторая: несмотря на соблазн, за

Audi E-tron (Ауди ) 2010: описание, характеристики, фото, обзоры и тесты

Audi E-tron, представленный на автосалоне в Детройте в январе 2010 года, совсем не то же самое, что E-tron, который выставлялся осенью на IAA 2009 во

Принципы ухода за АКБ зимой

В зимнее время года при морозной погоде аккумулятор автомобиля испытывает нагрузку намного больше, чем в летнее время. Автовладельцами замеченны

SEAT Toledo (Сиат Толедо) 1998-2004: описание, характеристики, фото, обзоры и тесты

Эта модель расширяет присутствие компании SEAT в сегменте рынка престижных автомобилей. Toledo - первый автомобиль компании дизайн которого выполнен

В 2000 г. семейство японских Corolla лишь обновилось. Спрос на эти машины падал и классическая Corolla уже не устраивала японских покупателей. Как

Skoda Octavia (Шкода Октавия) 1996-1999: описание, характеристики, фото, обзоры и тесты

Skoda Octavia - это современный переднеприводной автомобиль с поперечным расположением двигателя. На нём может стоять один из пяти моторов концерна

Chrysler PT Cruiser (Крайслер Пт крузер) 1999-2010: описание, характеристики, фото, обзоры и тесты

Дебют серийной модели PT Cruiser состоялся в 1999 году в Детройте. Компании Chrysler удалось зацепить ностальгическую струну в душе каждого простого

Примеряем Audi A6 Allroad и A8 Hybrid к нашим дорогам

Компания сыграла на контрасте, представив одновременно две модели, совершенно противоположные по идеологии: сверхэкономичный лимузин-гибрид А8 и

Toyota Tundra Crew Max (Тойота Тундра Crew Max) 2006-2009: описание, характеристики, фото, обзоры и тесты

Toyota Tundra (Тойота Тундра) проектировался как грузовик. Мощный двигатель, основательная рама и большая грузоподъемность... вот что отличает этот

Архив сайта
Облако тегов
Календарь

Двигуни Стірлінга - технологічний прорив в автономній енергетиці XXI століття

  1. Машини Стірлінга - це машини, що працюють по замкнутому термодинамическому циклу, в якому циклічні...

Н

Н.Г. Кирилов, доктор технічних наук, академік Академії військових наук, Заслужений винахідник РФ.

Стірлінгостроеніе - новий перспективний напрямок в галузі двигунобудування

Зараз вже всім очевидно, що одним з основних напрямів розвитку економіки і науково-технічного прогресу в XXI столітті стають завдання пошуку перспективних технологій енергоперетворення і серійного виробництва нової техніки на основі високоефективних термодинамічних циклів з використанням поновлюваних видів палива та нових робочих тел. Це означає створення, виробництво і впровадження в масове застосування таких високоефективних та екологічно чистих енергосистем, які б забезпечували задоволення потреб промисловості і населення в енергії при мінімальних витратах матеріальних ресурсів.

У всіх розвинених країнах світу (перш за все, ЄС і США) основою інноваційного розвитку промисловості стає завдання переходу на новий технологічний рівень, пов'язаний з енергозбереження, екології та скороченням частки використання традиційних енергоресурсів. Так, до 2025 року в країнах ЄС більше 20% енергії вироблятиметься за рахунок використання альтернативних і поновлюваних видів палива. В рамках вирішення цих завдань, за оцінками багатьох зарубіжних фахівців, найбільш перспективним шляхом є розробка, виробництво і широке впровадження енергопреобразующіх систем на основі двигунів Стірлінга.

Термодинамічний цикл розглянутих двигунів був запропонований в 1816 році шотландцем Робертом Стірлінгом. Наявність двох ізотерм визначає рівність термодинамічної ефективності ідеального циклу Стірлінга і циклу Карно. Тому теоретично двигуни, що працюють по циклу Стірлінга, потенційно найбільш високоефективні машини з усіх існуючих типів двигунів.

Перші найбільш інтенсивні і серйозні роботи по створенню конкурентоздатних двигунів Стірлінга, що відрізняються чистотою викидів, низьким рівнем шуму через відсутність вибухового згоряння, відсутністю систем газорозподілу і запалювання, високою паливною економічністю почалися в 1934 році в голландській компанії «Філіпс».

З 1975 року до 1990-х років роботи по створення двигунів Стірлінга велися в основному для автомобілебудівних компаній, таких як, "GeneralMotorsCo", "FordMotorCo", "MAN-MBW" і для військових потреб. Транспортні двигуни Стірлінга, як правило, виконувалися за типом подвійної дії, з лінійним приводом і т.д. При створенні транспортних двигунів Стірлінга, з урахуванням великої кількості циклів «пуск-зупинка» і часто змінюється потужності, жорстких вимог по масі і розмірам, застосовувалися дорогі матеріали (наприклад, кобальт, цинк, мідь, нікель і т.д.) і складне технологічне виконання оригінальних конструктивних елементів. Такий підхід дозволяв досягати максимальних серед всіх поршневих двигунів показників ефективності, а й значно підвищував вартість виробів. В даний час за кордоном транспортні типи двигунів Стірлінга широко використовуються в аерокосмічній техніці, підводному кораблебудуванні, в якості джерел енергії для переносних станцій зв'язку диверсійних груп і військ спеціального призначення, а також в інших областях військової техніки.

З середини 90-х років минулого століття в області створення двигунів Стірлінга стало превалювати напрямок стаціонарних енергетичних установок. При їх серійному виробництві і експлуатації найбільш значущим показником є ​​вартість, яка складається з вартості виготовлення і обслуговування. Масові і габаритні характеристики для стаціонарних когенераційних установок не є настільки визначальними. На основі цього, в сучасних типах двигунів Стірлінга закладені нові технічні рішення, що дозволили значно знизити їх вартість. Необхідно відзначити, що поряд зарубіжних фірм розпочато виробництво двигунів, технічні характеристики яких вже зараз перевершують ДВС і газотурбінні установки в діапозоні потужностей від 1 до 100 кВт.

Основні технічні характеристики пропонованих сьогодні на ринку енергетичних установок на основі двигунів Стірлінга, залежно від фірми виробника, коливається в межах:

- питома вартість від 1300 $ до 3000 $ за кіловат установленої потужності;

- моторесурс від 20000 до 87000 годин;

- ефективний к.к.д. до 45%.

Необхідно відзначити, що в останні роки на ринку виробників двигунів Стірлінга відбуваються серйозні зміни. До робіт по створенню двигунів Стірлінга приступили практично у всіх великих енергетичних компаніях світу. Про свої програми по двигуну Стірлінга заявили такі провідні в світі фірми з виробництва енергетичних установок, як «TODEM», "CumminsPowerGeneration", "ToshibaCorp.", "MitsubishiElectricCorp." Та ін. Тільки за останній, 2007 рік, з'явилися нові потужні об'єднання, наприклад, європейський швейцарсько-німецький концерн « Stirling Systems AG »І транснаціональна корпорація, до складу якої входять провідні американські, японські, італійські і німецькі енергетичні фірми (" Merloni Termosanitari (MTS Group) "(Італія)," Bosch Group "(Німеччина)," Rinnai "(Японія)," Infinia " (США).

Поява таких великих компаній, які об'єднують в собі значні фінансові та виробничі потужності, пояснюється новим вищим рівнем вимог до ефективності енергетичних систем, їх екологічної чистоти, зростанням вимог по використанню поновлюваних і чистих місцевих енергоресурсів. Безумовно, вже найближчим часом це призведе до жорсткої конкурентної боротьби на ринку двигунів Стірлінга і автономних енергетичних установок в цілому.

Перспективи використання машин Стірлінга в різних областях енергетики в даний час стали очевидним для всіх промислово розвинених країн світу, так за даними зарубіжних експертів, в даний час в усьому світі не менше 140 науково-дослідних організацій і компаній ведуть інтенсивні дослідження в цьому напрямку. Провідними країнами в галузі проектування і створення машин Стірлінга є США, Великобританія, Японія, ФРН, Швеція та Нідерланди. Крім перерахованих країн, останнім часом почалися інтенсивні дослідження по двигунах Стірлінга в Китаї, ПАР, Австралії, Ізраїлі, Канаді, Індії та низці інших країн. Об'єктивно, в останні 15-20 років в світі почала формуватися нова перспективна галузь машинобудування - стірлінгостроеніе.

Що таке машини, що працюють по циклу Стірлінга?

Машини Стірлінга - це машини, що працюють по замкнутому термодинамическому циклу, в якому циклічні процеси стиснення і розширення відбуваються при різних рівнях температур, а управління потоком робочого тіла здійснюється шляхом зміни його обсягу.

Конструктивно, машини Стірлінга є вдале поєднання в одному агрегаті компресора, детандера і теплообмінних пристроїв: теплообмінника навантаження (нагрівача або конденсатора), регенератора і холодильника. Як робоче тіло використовується, як правило, гелій, а також азот і повітря.

До переваг машин, що працюють за циклом Стірлінга, слід віднести високу ступінь екологічної чистоти як самих робітників тел машин Стірлінга, так і відпрацьованих середовищ, що виникають при їх експлуатації, а також енергетичну ефективність.

До переваг машин Стірлінга слід віднести ряд важливих якостей, притаманних тільки цим машинам і створюють реальні передумови для їх широкого використання практично у всіх галузях промисловості і техніки, основними з яких є:

* Широка універсальність самого термодинамічної циклу, що дозволяє при різному конструктивному виконанні створювати як перетворювачі прямого циклу (двигуни), так і зворотного циклу (холодильні та кріогенні машини);

* Найвища енергетична ефективність (теоретичний ККД циклу ідеальної машини Стірлінга дорівнює ККД циклу Карно);

* Високий ступінь екологічної чистоти як самих робітників тел машин Стірлінга, так і відпрацьованих середовищ, що виникають при їх експлуатації;

* Многотопливность двигунів - можливість застосування в якості джерела теплової енергії не тільки згоряння традиційних енергоносіїв (нафтопродукти, природний газ і т.д.), але і сонячної радіації, біогазу, деревини, торфу, вугілля і т.д.

Серед випускаються двигунів енергетичні установки з двигуном Стірлінга найбільш екологічно чисті, так як концентрація шкідливих речовин в продуктах згоряння двигуна Стірлінга практично на два порядки нижче, ніж у інших поршневих і газотурбінних двигунів. Найважливішим споживчим властивість двигунів Стірлінга є найнижчий рівень шуму в порівнянні з усіма існуючими двигунами інших типів. В даний час цей показник для двигуна Стірлінга коливається на рівні 60-65 дБ. Це дає можливість встановлювати стірлінг-генератори в безпосередній близькості від споживача, що дозволить позбутися від втрат на передачу електроенергії.

Сучасні області застосування енергетичних установок з двигунами Стірлінга

Сучасна світова енергетика розвивається в напрямку децентралізації енергопостачання, яке сприяє створенню автономних когенераційних установок і максимального використання поновлюваних джерел енергії. Виключне властивість двигунів Стірлінга, як двигуна із зовнішнім підведенням теплоти, дозволяє застосовувати не тільки традиційні види палива, але також всі без винятку види альтернативних палив, відомих в даний час в світі, наприклад, біогаз, вугілля, відходи деревообробної промисловості та сільського господарства, сонячну , атомну, високопотенційний теплоту димових газів і будь-які інші види енергії, робить їх особливо привабливими в зв'язку з використанням енергії з відновлюваних джерел. Двигун Стірлінга можна використовувати у всіх областях, де потрібно перетворення теплової енергії в механічну.

Когенераційні енергетичні установки з двигунами Стірлінга, що працюють на традиційному газовому паливі (природний газ і пропан).

Висока екологічна чистота і ефективність забезпечують перспективність застосування двигунів Стірлінга в когенераційних установках (КУ) потужністю до 100 кВт, для одночасного вироблення електроенергії і тепла в місцях їх безпосереднього споживання. Це нова технологія для комбінованого виробництва електроенергії і тепла, на основі автономних двигунів і системи рекуперації тепла, в якій енергія охолоджуючої води і відпрацьованих газів використовується для потреб теплопостачання споживачів. Ефективність застосування двигунів Стірлінга в когенераційних установках, в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння і газовими турбінами, обумовлена ​​особливістю його теплового балансу, що виражається в різниці між втратами теплоти з відпрацьованими газами і в охолоджуючу воду. Для двигуна Стірлінга цей баланс становить, відповідно, 10% і 40%, що з урахуванням більш високого ККД самого двигуна, дозволяє створювати компактні і високоефективні когенераційні установки (КУ). К.к.д. сучасних зарубіжних стірплінг-генераторів з урахуванням отримання додаткового тепла може досягати до 95%.

На рис. 1 представлений двигун Стірлінга, що працює на природному газі потужністю 9 кВт. Даний двигун входить до складу когенераційної установки виробляє додатково близько 27 кВт теплової енергії.

Застосування КУ на основі двигунів Стірлінга дозволяє на 40% знизити витрату палива на виробництво електроенергії і тепла, в порівнянні з централізованим енергопостачанням. Собівартість 1 кВт * .ч електроенергії, виробленої в когенераційної установки, в 3 - 4 рази нижче, ніж діючі тарифи централізованих енергосистем (для Росії !!!), а тепло виходить фактично безкоштовним! Застосування КУ дозволяє ефективно доповнювати ринок Теплоенергопостачання без реконструкції старих, перевантажених мереж. Автономна робота когенераційної установки дозволяє забезпечити споживачів теплом і електроенергією зі стабільними температурними показниками і якісної гарячою водою.

З 2008 року в Німеччині і в ряді інших розвинених країн реалізуються федеральні енергетична програми по установки в будинках і квартирах когенераційних установок на двигуном Стірлінга з електричною потужністю від 1,5 кВт. На думку німецьких фахівців, предтвореніе в життя даного проекту дозволить уникнути будівництва трьох великих атомних електростанцій на території країни.

Енергетичні установки з двигунами Стірлінга, що працюють на твердих біоресурси.

В даний час з огляду на виснаження раніше розвіданих запасів і подорожчання органічного палива (нафти та природного газу), для багатьох країн світу становить значний інтерес можливість серійного виробництва електрогенераторів середньої потужності (від 3 до 100 кВт) з модифікацією двигуна Стірлінга під місцеве паливо. В якості місцевого палива для стірлінг-генераторів може використовуватися торф, подрібнений вугілля, сланці, відходи сільського господарства і лісопереробної промисловості. Вирішення даного питання вже найближчим часом дозволить забезпечити багато регіонів світу дешевими в експлуатації автономними енергоджерела на місцевому паливі.

В даний час на ринку вже з'явилися когенераційні установки з двигунами Стірлінга, як паливо для яких використовуються деревна тріска, торф, біогаз та відходи сільського господарства.

Повернення до біоресурсів - це не повернення в минуле, а розумний підхід до економіки та екології. Широке використання автономних джерел енергії, які працюють на місцевому паливі, відображає світову тенденцію на енерго- і ресурсозбереження. Найбільш інтенсивно цей напрям розвивається в країнах мають значний запас біоресурсів (ліси, торф'яних боліт і т.д.), до числа яких відносяться: Швеція, Норвегія, Данія, Фінляндія, Росії, країни Африки і Південної Америки. У Росії багато регіонів мають величезні запаси місцевого дешевого палива. Так, наприклад, Карелія (північно-західний регіон Росії) своєму розпорядженні значні ресурси постійно відновлюваної біомаси у вигляді деревних рослин, торфу та відходів сільського господарства, які можуть бути використані в енергетичних цілях. Запаси торфу в Карелії оцінені в 2 млрд. Тонн і ресурси деревної сировини листяних порід близько 2 млн.м3 / рік. Тільки за рахунок використання торфу і деревної сировини можна на 60% зменшити обсяг привізного палива, а це майже третина бюджету Республіки Карелія.

Тільки за рахунок використання торфу і деревної сировини можна на 60% зменшити обсяг привізного палива, а це майже третина бюджету Республіки Карелія

На рис.2 показаний двигун Стірлінга потужністю 28,5 кВт, що працює на деревній трісці.

Енергетичні установки з двигунами Стірлінга, що працюють на генераторному газі.

Іншим напрямком використання стірлінг-генераторів, що працюють на твердому біомасі є використання технології газифікації біомаси. Газифікація деревних відходів забезпечує отримання паливного газу, основу якого складає СО, Н2 і N2 і який може бути використаний в якості газоподібного палива для двигунів Стірлінга. При отриманні генераторного газу з деревини його теплотворна здатність зазвичай становить 12-13 МДж / кг, питома маса - 1,10 до 1,15 кг / м.куб. Вихід газу, в середньому, 1,8-2,5 м.куб. на кожен кілограм газифікованими біомаси. Завдяки високій ефективності процесу газифікації (вихід генераторного газу - 85-90%), а також зручності використання газу в якості палива, газифікація є більш чистим і ефективним способом отримання тепла, ніж спалювання твердого палива безпосередньо в топці котла. Ще однією важливою перевагою є те, що для роботи газогенератора можна використовувати паливо низької якості - тирса, стружка, подрібнена кора.

Переробка деревних відходів методом піролізного генерування газу дозволяє отримувати дешеву енергію. Газогенератор може вирішити проблеми щодо забезпечення теплом і електроенергією населення невеликого селища або віддаленої міської околиці великого міста. В якості завантажувального матеріалу можуть бути використані відходи з найближчого лісу - розібрані буреломи, кора, деревні відходи з планових рубок, гілки тощо У газогенераторе можна використовувати найгірші відходи деревини, низькокалорійні і містять високий відсоток вологи - до 50%. Розміри деревних відходів, що використовуються як паливо можуть бути до 30 см.

В Основі роботи газогенератора лежить принцип: превращение твердим паливом в газоподібній під Вплив вісокої температури без доступу кисня. В результате процесса, званого пиролизом , Віробляється генераторний, селі газ. Газогенераторної установки гранично проста по конструкції, які не требует спеціально навченості обслуговуючий персоналу в ЕКСПЛУАТАЦІЇ. Газогенератор складається з трьох основних частин: камери газоутворення, камери загоряння і завантажувального бункера. Деталі установки, що працюють при підвищених температурах, виготовляються з жароміцних матеріалів. Висока рентабельність газогенераторних стірлінг-генераторів визначається дешевизною електричної і теплової енергії, використанням місцевих видів палива, близькістю до споживача, відсутністю необхідності в дорогих ЛЕП і підстанціях, екологічною безпекою та мобільністю.

Енергетичні установки з двигунами Стірлінга, що працюють на сонячній енергії.

Високий ККД і надійність конструкції двигуна Стірлінга обумовлюють ефективність його використання в сонячних енергетичних установках (Рис.3). Сонячне світло фокусується увігнутими дзеркалами для розігріву двигуна (як джерело тепла). У ролі охолоджувача може використовуватися навколишній атмосферне повітря. Роль такого екологічно чистого джерела енергії в сучасному світі легко оцінити. З відомих практично реалізованих сонячних установок для отримання електроенергії найбільшим ККД мають установки з параболічними дзеркалами і двигунами Стірлінга.

Серед найбільш значущих проектів по використанню сонячної енергії в даний час є проект створення грандіозної сонячної ферми на півдні США. За даним проектом, на території штату Невада площею 160 кв. км буде створена, не має аналогів в світі, геліоенерегетіческая система на основі «сонячних» двигунів Стірлінга. В остаточному підсумку, проект передбачає компактне розміщення десятки тисяч таких установок, які будуть трансформувати сонячну енергію і постачати електрику південно-західним розподільним компаніям США.

В остаточному підсумку, проект передбачає компактне розміщення десятки тисяч таких установок, які будуть трансформувати сонячну енергію і постачати електрику південно-західним розподільним компаніям США

Мал. 4. Сонячна ферма з двигунами Стірлінга в штаті Невада

За розрахунками американських фахівців, у разі вдалого реалізації даного проекту, на півдні США буде створена ферма сонячних стирлингов, площею 160х160 кілометрів на півдні США, яка покриє повністю всю потребу країни в електроенергії.

Широко відомі роботи ряду великих зарубіжних фірм зі створення сонячних енергетичних установок з двигунами Стірлінга для космічних апаратів, орбітальних космічних станцій і «місячних баз» з двигунами Стірлінга потужністю від 3 до 200 кВт. Фірмою «Аліссон» розроблений і побудований космічний варіант сонячної установки з двигуном Стірлінга потужністю 5 кВт. Двигун мав при n = 3000 об / хв і к.к.д. рівне 37,5%. Як джерело теплоти використовувався параболічний пелюстковий концентратор діаметром 5,8 м, який створював у приймальнику температуру 947 К. У пастці приймача випромінювання передбачався тепловий акумулятор, який віддавав тепло фазового перетворення при постійній температурі на тіньових ділянках орбіти польоту. Дана анаеробна установка мала масу 250 кг і довгий час працювала на одному з штучних супутників Землі (ШСЗ) типу «Джемінай».

В даний час розробкою сонячних енергетичних установок з двигунами Стірлінга для об'єктів різного призначення займаються ряд великих зарубіжних фірм, серед яких американська корпорація "NASA", фірма «Sanpower», англійська фірма "Britisch Аerospace Public Сompany" і т.д. Так, компаніями «MC Donnall Donglas Aerospаcе» і «United Stirling AB» створені кілька зразків «сонячних Стірлінга» потужності до 25 кВт.

Американська компанія Infinia до кінця поточного року розраховує завершити розробку конструкції нових електрогенераторів для країн, що розвиваються, побудованих на основі сонячних двигунів Стірлінга. На відміну від традиційних сонячних батарей, коефіцієнт корисної дії яких становить від 12 до 15 відсотків і рідко досягає 22 відсотків, к.к.д. установки Infinia на основі двигуна Стірлінга, за прогнозами компанії, становитиме понад 24 відсотків. Потужність двигуна 3-5 кВт.

Атомні енергетичні установки з двигуном Стірлінга.

Основні роботи по створенню енергетичних установок з двигунами Стірлінга, які працюють за рахунок атомної енергії ведуться в США. Двигун Стірлінга може забезпечити надійну роботу енергетичних установок з ресурсом більше 5 років (до 80000 годин) при к.к.д. перетворення теплової енергії в електричну, що дорівнює 35-40%. Як джерело тепла для двигуна Стірлінга можуть бути використані радіоізотопні теплові блоки і ядерні реактори. Плануються, що атомні енергетичні установки з двигунами Стірлінга потужністю від 0,5 до 15 кВт доцільно використовувати на довгоживучих пілотованих і безпілотних космічних апаратах. Енергоустановки потужністю від 15 до 200 кВт і більше доцільно застосовувати на пілотованих орбітальних станціях або на жилих місячних базах з великою потребою потужностями. Так, за проектом "SP-100" для планованої місячної бази в США створюється ядерна енергоустановка з трьома двигунами Стірлінга загальною потужністю 250 кВт і масою 3000 кг.

У 2011 рік NASA відправила до супутників Юпітера дослідного зонда з ядерним реактором на борту. Але ще раніше - в 2009 році - атомний двигун планується використовувати в черговий американської марсіанської місії. Розробляє «атомні Стірлінга» для NASA компанія Lockheed Martin і Центр Гленна. В даний час вже розроблений двигун Стірлінга потужністю 25 кВт, який буде встановлений в енергетичну установку з радіоізотопної накачуванням.

В даний час вже розроблений двигун Стірлінга потужністю 25 кВт, який буде встановлений в енергетичну установку з радіоізотопної накачуванням

Мал. 5.

Програма ядерних джерел живлення (Nuclear Power Program) має на меті різко (на 1-2 порядки) підвищити наукову віддачу міжпланетних місій за рахунок збільшення тривалості роботи і продуктивності космічних апаратів і приладів, розміщення на МКС декількох посадкових апаратів, приладів з високим енергоспоживанням, а також організації високошвидкісних каналів зв'язку.

Енергетичні установки з двигунами Стірлінга, які працюють на нетрадиційному газовому паливі (біогаз, звалищний газ, попутному нафтовому газі і т.д.).

Одним з напрямків застосування місцевих біоресурсів є проект енергопостачання невеликого населеного пункту з використанням двигунів Стірлінга, які працюють на біогазі. Біогаз виробляється в метантенках на околиці селища і подається по трубопроводах до індивідуальних будинках, в яких встановлені когенераційні установки з двигунами Стірлінга. На рис. 6 представлений ескіз даного проекту.

6 представлений ескіз даного проекту

Біогаз є сумішшю метану і вуглекислого газу і є продуктом метанового бродіння органічних речовин рослинного і тваринного походження, що здійснюється специфічним природним біоценозом анаеробних бактерій різних фізіологічних груп. Під час зброджування в гної розвивається мікрофлора, яка послідовно руйнує органічні речовини до кислот, а останні під дією сінтрофний і метаноутворюючих бактерій перетворюються в газоподібні продукти - метан і вуглекислоту.

Перспективним напрямком є ​​і використання в двигунах Стірлінга в якості палива біогазу з міських твердих побутових відходів (ТПВ). Для виробництва біогазу з ТПВ, подрібнені відходи в метантенке перемішують з каналізаційним осад з первинних і вторинних відстійників очисних споруд. У 2005 році вперше в світі в Китаї був створений експериментальний енергетичний модуль потужністю 250 кВт з 5 двигунами Стірлінга, що працюють на біогазі з міських твердих побутових відходів. Випробування пройшли успішно протягом 3 років і в даний час приймається рішення владою Китаю про створення таких енергетичних модулів на звалищах твердих побутових відходів усіх міст Китаю.

Мал. 7. Двигун Стірлінга потужністю 50 кВт

Автономні енергетичні установки з двигунами Стірлінга (стірлінг-генератори) незамінні в нафтогазовій промисловості при освоєнні нових родовищ, особливо в умовах Крайньої Півночі і шельфу арктичних морів, де потрібна серйозна енергоозброєність розвідувальних, бурових, зварювальних і інших робіт.

У цих умовах в якості палива можна буде використовувати неочищений природний газ, нафтовий газ, що видобувається разом з нафтою, і газовий конденсат. Настільки широкий спектр палив робить стірлінг-генератори універсальними джерелами енергії. Таким чином, зникає проблема із забезпеченням енергією свердловин, вахтових селищ, вузлів зв'язку та інших автономних систем.

В даний час тільки в Російській Федерації щорічно втрачається до 50 млрд. М3 попутного газу, який виходить разом з нафтою. Збирати його складно і дорого, використовувати в якості моторного палива для двигунів внутрішнього згоряння не можна через постійно мінливого фракційного складу, і щоб газ не забруднював атмосферу, він просто спалюється. Однак цей газ може бути прийнятним моторним паливом для енергетичних установок з двигунами Стірлінга.

За попередніми розрахунками, стрілінг-генератор потужністю 100 кВт, що працює на природному або попутному нафтовому газі, зможе забезпечити електроенергією і теплом вахтовий селище газовиків, нафтовиків або геологів чисельністю до 50 осіб. Відпадає необхідність завозити паливо з материка і не завдавати шкоди природі, оскільки мінімізуються шкідливі викиди.

Про економічну доцільність серійного виробництва двигунів Стірлінга в Російській Федерації

У світових оглядах по енергопреобразующей техніці, двигун Стірлінга розглядається як двигун, що володіє найбільшими можливостями для подальшої розробки. Двигун Стірлінга відноситься до класу двигунів із зовнішнім підведенням теплоти (ДВПТ). У зв'язку з цим, в порівнянні з ДВС, в двигунах Стірлінга процес горіння здійснюється поза робочих циліндрів і протікає більш равновесно, робочий цикл реалізується в замкнутому внутрішньому контурі при щодо малих швидкостях підвищення тиску в циліндрах двигуна, плавному характер теплогідравлічних процесів робочого тіла внутрішнього контуру, при відсутності газорозподільного механізму клапанів.

Низький рівень шуму, мала токсичність відпрацьованих газів, можливість роботи на різних паливах, великий ресурс, порівнянні розміри і маса, хороші характеристики крутний момент - всі ці параметри дають можливість машинам Стірлінга найближчим часом значно потіснити двигуни інших типів. В даний час найбільш перспективним є виробництво двигунів Стірлінга потужністю від 0,1 до 100 кВт, але вже в найближчій час на світовому ринку з'являться високоефективні двигуни Стірлінга потужністю до 1000 кВт.

На жаль, в Росії через загального економічного спаду розробкою машин Стірлінга на державному рівні ніхто не займається, хоча до 1990 року дослідження в цій області техніки проводилися в 15 організаціях військово-промислового комплексу.

З огляду на, що в даний час в Росії практично відсутня серійне виробництво конкурентоспроможних енергетичних установок потужністю від 1 до 50 кВт, виробництво високоефективних і екологічно чистих машин Стірлінга є найбільш перспективним напрямком у розвитку вітчизняного машинобудування. Проведені маркетингові дослідження показують, що ємність вітчизняного ринку енергетичних установок даного мощностного ряду становить до 60 тис. Установок в рік. Основними областями застосування енергетичних установок з двигунами Стірлінга в Російській Федерації є: когенерація з використанням місцевого палива; автономні джерела для нафтогазового комплексу, включаючи катодний захист; автономні джерела для ЖКГ населених пунктів; використання непридатної теплоти відпрацьованих газів котельних установок і транспортних засобів; анаеробні установки та ін.

Найбільш перспективним є серійне виробництво електрогенераторів невеликої потужності з модифікацією двигуна Стірлінга під місцеве біопаливо: торф, відходи сільського господарства і лісопереробної промисловості. Нова технологія відкриває широкі можливості для постачання електроенергією і теплом не газифікованих сільських районів, селищ, фермерських господарств, тваринницьких ферм, птахофабрик і т.д. Вона також допоможе вирішити багато проблем житлово-комунальних господарств міст.

Серійне виробництво двигунів Стірлінга дозволить забезпечити завантаження залишилися високотехнологічних підприємств вітчизняного машинобудування, конверсію низки оборонних підприємств країни, експорт наукомістких технологій в області автономної енергетики. З урахуванням наявного більш ніж 40-річного досвіду серійного виробництва

Що таке машини, що працюють по циклу Стірлінга?