Κινέζοι επιστήμονες έκαναν ένα βήμα μπροστά στον αγώνα για εναλλακτική ενέργεια με την ανάπτυξη της πιο ισχυρής θερμοακουστικής γεννήτριας Stirling μέχρι σήμερα.
Τροφοδοτούμενη από θερμότητα, η υψηλής απόδοσης γεννήτρια λειτουργεί πολύ αθόρυβα, η οποία είναι ιδανική για εφαρμογές όπου η σιωπή είναι κρίσιμη, όπως στα υποβρύχια και στην αεροδιαστημική βιομηχανία.
Σε μια πρόσφατη επίδειξη, το πρωτότυπο παρέδωσε μια πρωτοποριακή ισχύ 102 κιλοβάτ από μια πηγή θερμότητας 530 βαθμών Κελσίου (986 Φαρενάιτ). Ήταν η πρώτη φορά που αυτός ο τύπος γεννήτριας ξεπέρασε το όριο των 100 kW – ορόσημο για πρακτική εφαρμογή. Ιστορικά, η μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρισμό κυριαρχείται από ατμοστρόβιλους – συσκευές γνωστές για το μέγεθος, τον θόρυβο και τις απαιτήσεις συντήρησης. Με την ανάγκη για πιο αξιόπιστη και πιο αθόρυβη λειτουργία, ειδικά στα υποβρύχια, η νέα γεννήτρια αντιπροσωπεύει μια σημαντική ανακάλυψη.
Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας LEW-TOPS-80 της Nasa πρότεινε έναν θερμοακουστικό κινητήρα σε συνδυασμό με έναν εναλλάκτη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στο διάστημα. Η NASA δεν έχει δείξει πρωτότυπο.
Ο θερμοακουστικός μετατροπέας ισχύος της NASA Glenn αναδιαμορφώνει τον συμβατικό κινητήρα Stirling από δακτυλιοειδές σχήμα σε ευθεία ευθύγραμμη διάταξη. Αντί να βασίζεται σε επιρρεπείς σε αστοχίες μηχανικούς σωλήνες αδράνειας και συμμόρφωσης, αυτός ο σχεδιασμός επιτυγχάνει ακουστικό συντονισμό χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Σε μια τυπική μηχανή Stirling, το ακουστικό κύμα ταξιδεύει γύρω από έναν δακτύλιο και ανακλάται προς τα πίσω, σχηματίζοντας ένα στάσιμο κύμα. Στη συσκευή του Glenn, αντίθετα, το κύμα ταξιδεύει σε ευθύ επίπεδο όπου ένας μετατροπέας λαμβάνει το ακουστικό κύμα και τα ηλεκτρικά στοιχεία διαμορφώνουν το σήμα. Ένας δεύτερος μορφοτροπέας στην διαμετρικά αντίθετη πλευρά επαναφέρει το ακουστικό κύμα με τη σωστή φάση για την επίτευξη ενίσχυσης και συντονισμού. Ο σχεδιασμός του Glenn επιτρέπει στους μορφοτροπείς να λειτουργούν σε υψηλή συχνότητα ενώ παρουσιάζουν αντίσταση μάζας και όχι ακαμψίας. Ο μαγνητοσυσταλτικός εναλλάκτης του Glenn χρησιμοποιεί στοιβαγμένα μαγνητοσυστολικά υλικά υπό μια πολωμένη μαγνητική συμπίεση και συμπίεση που προκαλείται από τάσεις. Η ακουστική ενέργεια από τον κινητήρα ταξιδεύει μέσω ενός στρώματος που ταιριάζει με την αντίσταση (το οποίο μπορεί να σχηματιστεί από υλικά αερογέλης) που είναι φυσικά συνδεδεμένο με τη μαγνητοσυστολική μάζα. Τα μπουλόνια συμπίεσης διατηρούν τη δομή υπό συμπιεστική καταπόνηση, επιτρέποντας τη συμπίεση σε κλίμακα μικρού του μαγνητοσυστολικού υλικού και εξαλείφοντας την ανάγκη για ρουλεμάν. Η εναλλασσόμενη συμπίεση και διαστολή του μαγνητοσυστολικού υλικού δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο που στη συνέχεια προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα πηνίο που τυλίγεται γύρω από τη στοίβα. Αυτός ο εναλλάκτης παράγει ηλεκτρική ισχύ από το κύμα ακουστικής πίεσης και, όταν η συχνότητα συντονισμού είναι συντονισμένη ώστε να ταιριάζει με τον κινητήρα, μπορεί να αντικαταστήσει τον γραμμικό εναλλάκτη με εξαιρετικό αποτέλεσμα.
Οφέλη
Αποδοτικό: Προσφέρει πολύ υψηλή θερμική προς ηλεκτρική απόδοση σε σύγκριση με άλλους θερμικούς κινητήρες
Αξιόπιστο: Δεν διαθέτει κινούμενα μέρη ή συστήματα ρουλεμάν, περιορίζοντας τις ευκαιρίες αστοχίας
Χαμηλότερο κόστος: Μειώνει το κόστος κατασκευής χρησιμοποιώντας λιγότερα εξαρτήματα και επιτρέποντας μεγάλες ανοχές στην κατασκευή
Συμπαγής: Επιτρέπει σημαντικά μειωμένη μάζα και όγκο κινητήρα
Ευέλικτο: Παρέχει ευελιξία στο σχεδιασμό, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιαδήποτε πηγή θερμότητας για την παροχή ενέργειας
Εφαρμογές
Συστήματα κατανεμημένης παραγωγής και οικιακής ενέργειας
Συνδυασμένα συστήματα θερμότητας και ισχύος
Συγκεντρωμένη παραγωγή ηλιακής ενέργειας
Υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα
Συστήματα ψύξης
ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ
Υποβρύχια και θαλάσσια συστήματα ισχύος
Βοηθητικές μονάδες ισχύος
Έκδοση της Κίνας
Η κινεζική γεννήτρια δημιουργήθηκε από το Τεχνικό Ινστιτούτο Φυσικής και Χημείας (TIPC) στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (CAS) και έχει μήκος περίπου 2 μέτρα (6 ½ πόδια) με σχήμα που μοιάζει με αλτήρα.
Λειτουργεί με εντυπωσιακή απόδοση, σύμφωνα με τον καθηγητή Hu Jianying του TIPC.
«Η τρέχουσα απόδοση θερμοηλεκτρικής μετατροπής είναι περίπου 28 τοις εκατό. με ένα θερμότερο θερμικό ρευστό 600 μοιρών, η απόδοση θα μπορούσε να φτάσει το 34 τοις εκατό», είπε.
Αυτή η απόδοση μπορεί να συναγωνιστεί εκείνη των ατμοστροβίλων.
Ο καθηγητής Luo Ercang του TIPC τόνισε την αξιοπιστία, τον απλό σχεδιασμό, τα λίγα κινούμενα μέρη και τη συμβατότητα της γεννήτριας με διάφορες πηγές θερμότητας.
«Λειτουργεί αθόρυβα και αποτελεσματικά και μπορεί να χρησιμοποιεί διαφορετικούς τύπους θερμότητας, συμπεριλαμβανομένης της ηλιακής ενέργειας, της σπατάλης θερμότητας και της βιομάζας», δήλωσε ο Lou σε δήλωση του CAS.
Το καινοτόμο σύστημα περιλαμβάνει έναν θερμοακουστικό κινητήρα Stirling και έναν γραμμικό κινητήρα που περικλείεται σε ένα άκαμπτο κέλυφος. Ο κινητήρας μετατρέπει τη θερμότητα σε ηχητικά κύματα που αντηχούν για να σχηματίσουν ένα σταθερό ηχητικό πεδίο. Αυτά τα κύματα στη συνέχεια οδηγούν ένα έμβολο, το οποίο με τη σειρά του παράγει ηλεκτρική ενέργεια.