「我们公司的主要业务,就是克服重重挑战,利用斯特林发动机来发电。」在克林纳奇公司(Cleanergy)位于北京的办公室,马格纳斯-林德瓦尔(Magnus Lindvall)告诉我们,「我们计划建设一批使用斯特林发动机的太阳能发电站,同时,我们也经营使用天然气作为能源的斯特林发动机。使用天然气供暖的建筑尤其会对后者感兴趣,因为他们可以使用斯特林发动机在供暖的同时产生电力。」 林德瓦尔说,「在我们提供服务的建筑里,我们的斯特林发动机可以利用天然气管道来发电。」

圆盘将太阳辐射集中,并且自动追随太阳在天空中的位置,从而确保整个白天都能发电。

斯特林发动机作为一种古老的环保技术,早在「环保」这个概念出现之前几百年就已经诞生了。来自瑞典的克林纳奇公司正在大大小小的项目中利用这种发动机的独特功能,生产更加环保的电能。

马格纳斯-林德瓦尔是该公司在中国的代表,他的使命是联系中国国内那些对大规模太阳能发电园感兴趣的投资者。

一种性能独特的发动机

斯特林发动机是由一位名叫罗伯特-斯特林的苏格兰牧师在十九世纪初发明的。尽管这是一个非常精巧的发明,但是近200年来,它一直没能得到广泛的使用。在早期,这一新产品的最大好处是它的安全性,不像当时的蒸汽发动机那样容易爆炸或泄漏蒸汽,伤害到人和设备。

当时的斯特林发动机使用木材作为燃料。燃烧产生的热气可以将阀闩所在的气缸上部加热。

气缸内的气体升温后,推动活塞运动,后者可以与其它机械组件连接,产生动能。例如通过连接飞轮,带动打谷机或水泵的运转。当气缸的上部冷却后,他产生的真空会将活塞拉回到原位。这种发动机能够缓慢而安全地运转,然而它的工作效率却只能达到其他发动机的百分之几。

在柴油发动机出现后,它的高效率和紧凑性让斯特林发动机望尘莫及。然而,斯特林发动机的拥护者们从来没有放弃,不断有人在努力增加斯特林发动机的压强,提升其工作效率。为了提升压强,人们尝试了氢气和氦气。于是,集合了更多精妙设计的新一代无振动无污染斯特林发动机面世了。然而,新的斯特林发动机依然难以很好地解决预热时间长和速度控制等问题,因此汽车工业对这一技术还在持观望态度。

瑞典的考库姆造船厂并没有气馁,他们在潜艇制造中为斯特林发动机找到了合适的位置。斯特林发动机被用来给潜艇电池充电,它在工作中燃烧柴油和纯氧,燃烧只会产生二氧化碳和水。

这些废气可以直接排放到水里并被溶解,因此潜艇不会因为冒出气泡而被发现。如果斯特林发动机可以在450米深的水下工作,那么它能否在内蒙古的太阳能发电设施里发挥自己的作用呢?

卫星逐日

太阳能发电机能利用斯特林发动机把太阳能转化为电能。收集太阳辐射的圆盘能自动追随太阳在天空中的位置,这就意味着这一设备在整个白天都能发电。太阳产生的热量能够将斯特林发动机启动,并驱动发电机发电。

斯特林发动机的基本原理是这样的:发动机有“热”的一端和“冷”的一段。左边的活塞(1)被热气驱动,在这一模型中,这种热气是氢气。在发动机的右侧(3-5),气体被冷却下来。热气体和冷气体的互动,使得活塞移动。跟十九世纪的斯特林发动机相比,新的机型更快速也更高效。当转速达到每分钟1500转时,气体将被加热到700摄氏度,然后又冷却到80摄氏度,这一过程每秒钟要发生25次,使得太阳能发电机的输出功率达到11千瓦。

由发动机和发电机组成的电源模块被悬空放置在太阳能抛物面反射盘正中的上方。这一模块体积大约有1立方米,重250千克。55平方米的圆盘由16块3米长的面板组合而成。所有这些面板、发动机和发电机能装进一个20英尺的箱子里,方便运往世界的任何一个角落。

跟其他技术比起来,在太阳能发电中使用斯特林发动机的优势尤其明显。这一设备非常适用于通过加热水产生蒸汽然后驱动涡轮的技术。另外一个优势,是这一系统不需要使用冷却水,这对于缺水的地区尤其重要。此外,斯特林发动机的运转非常安静,而且不会产生振动。

跟传统的固定光伏系统相比,这套系统的优势包括:发电量更高(无论是日发电量还是长期的发电量),稀土金属消耗量低以及减少了清洁工作。

「我们使用的斯特林发动机是20年前设计的,目前总运转时间已经达到200万小时。我们在中国采购镜面和『追踪系统』,在欧洲采购发动机,然后在瑞典的阿玛尔(Åmal)进行组装。我们为内蒙古的一家企业提供了一套由10台发动机和聚光盘组成的样板机组。该机组能为地方电网输送110千瓦的电力,目前运转状态非常好。」马格纳斯表示。

「我们的下一个目标是在中国建立包含4500台发动机的大规模发电园区。这样的太阳能发电园供电规模可以达到50000千瓦,从而有效降低电价。」林德瓦尔推断说。

本文于2013年12月发布