Машины, работающие по циклу Стерлинга

Универсальные энергетические системы

Универсальные энергетические системы представляют собой ме­ханические агрегаты, которые, будучи снабжены топливом, возду­хом и водой, могут обеспечить все энергетические потребности, включая кондиционирование воздуха, выработку электроэнергии, получение горячей и холодной воды. Для таких установок, применя­емых в служебных помещениях, мотелях, гостиницах, жилых домах, складах и крупных торговых центрах, обычно требуется первичный двигатель мощностью 37—370 кВт (50—500 л. е.).

Разработка универсальных систем активно поощрялась в США в 60-е годы как часть усилий, направленных на покрытие коммер­ческих и бытовых потребностей в газе в летние месяцы с целью вы­равнивания графика его потребления в течение всего года. В США кондиционирование воздуха (под этим подразумевается охлаждение и получение необходимой влажности воздуха) является социальным благом такой же важности, как и отопление. Газ хорошо подходит для целей отопления, но меньше для охлаждения. Были предпри­няты серьезные попытки с целью улучшения характеристик или уменьшения стоимости абсорбционных холодильных систем с газо­вым теплопоглощением, но они оказались до ерх пор безуспешными.

Ряд универсальных энергетических систем уже действует. В большинстве из них используется либо газообразное, либо жид­кое топливо, а для преобразования выделившейся при сгорании части химической энергии в механическую применяется двигатель какого-либо типа. Механическая энергия расходуется для привода электрогенератора и компрессора парокомпрессионного рефриже­ратора. Электроэнергия для целей освещения может быть получена с высокой частотой электрического тока (400 Гц), а для силового электрооборудования, работы грузоподъемных машин, кухонного оборудования и рефрижераторов — с относительно высоким напря­жением. Отводимая с выхлопными газами от двигателя теплота мо­жет быть использована для отопления зданий, получения пара низкого давления, для кухонь и прачечных, горячего водоснабжения для обычных целей, а также как источник теплоты в холодильной установке абсорбционного цикла, которая охлаждает воду или соляной рассол для кондиционера воздуха.

Необходимо отметить, что создание универсальных установок довольно заманчивая идея. Их работа не зависит от подводимой извне электроэнергии, и в них существуют определенные перспек­тивы эффективного использования различных видов энергии. К со­жалению, есть и много практических недостатков; система в целом дорога, надежность пока еще неудовлетворительна, а эксплуата­ционные расходы могут стать высокими. В некоторых больших городах США подача природного газа уже не является неограни­ченной и требуются необходимые запасы мазута на случай прекра­щения подачи газа. Это обстоятельство увеличивает стоимость системы и требует от двигателя способности работать на обоих ви­дах топлива. Другая проблема заключается в том, что при работе трудно подобрать одновременно электрическую нагрузку для гра­фика нагревания и охлаждения; вследствие этого, если только не предусмотрен большой аккумулятор низкопотенциальной энергии, не достигается эффективного использования энергии. В настоящее время маловероятно, что различные фирмы, производящие двига­тели, электроприводы, теплообменники, использующие теплоту вы­хлопных газов, и рефрижераторные установки, скоординируют свои усилия для создания малогабаритной системы. Универсальные энер­гетические системы стремятся создавать из отдельных, уже готовых, но не особенно хорошо подходящих для этих целей агрегатов. По­этому стоимость системы высокая, а результаты не совсем удовлет­ворительные. До тех пор, пока все усилия не будут направлены на производство надежной, хорошо скомпонованной в едином блоке системы с приемлемой стоимостью, в ней возможны лишь небольшие усовершенствования.

В настоящее время в универсальных энергетических системах используются газотурбинные или поршневые двигатели внутреннего сгорания. Газовые турбины отличаются хорошей надежностью, но имеют очень низкую эффективность, особенно при частичной на­грузке. Поршневые газовые двигатели имеют лучшие характери­стики, но недостаточно надежны, а поэтому велики их эксплуата­ционные расходы. Ввиду этого может оказаться, что бесшумные, эффективные двигатели Стирлинга, способные работать на различ­ных видах топлива, найдут непосредственное применение в уни­версальных энергетических системах. Возможно, что потребность в охлаждении будет удовлетворена холодильной машиной Стир­линга с приводом от двигателя, и вероятно также, что установка может состоять из многоцилиндровой машины, работающей в зави­симости от местных условий в режиме либо двигателя, либо холо­дильной машины. Также может быть предусмотрен и единый элек­тромеханический блок, позволяющий в зависимости от требований выполнять роль электрогенератора с подводом тепла или холодиль­ной машины с электроприводом.

Однако к вопросу о применении универсальных энергетических систем должен быть более осторожный подход. По более поздним представлениям такие системы малооправданны в высокоразвитых странах, где имеются дешевые и надежные источники электроэнер­гии, но они, вероятно, могут быть использованы в менее обжитых районах, таких, как отдаленные мотели, охотничьи и лыжные базы, полярные исследовательские станции и нефтедобывающие установки в пустыне.