¿Por qué los motores Stirling se pueden encender en seco?

El motor Stirling es un motor térmico de pistones de ciclo cerrado. El ciclo cerrado significa que el gas de trabajo siempre se mantiene en el cilindro, mientras que el ciclo abierto significa que los motores de combustión interna y algunos motores de vapor necesitan intercambiar gas con la atmósfera. Los motores Stirling generalmente se clasifican como motores de combustión externa.

Este motor fue inventado por el pastor londinense Robert Stirling en 1816, por lo que recibió el nombre de “motor Stirling”. Los motores Stirling son motores térmicos únicos en el sentido de que su eficiencia teórica es casi igual a la eficiencia máxima teórica, conocida como eficiencia del ciclo de Carnot. Un motor Stirling genera energía expandiendo el gas cuando se calienta y comprimiéndolo cuando se enfría. Este es un motor de combustión externa que quema combustible continuamente. El hidrógeno expandido (o helio) evaporado se utiliza como gas de energía para mover el pistón. El gas expandido se enfría en la cámara de aire frío y el proceso del ciclo se repite. >

El principio de funcionamiento del motor de aire caliente

El motor de aire caliente es un motor térmico de pistón alternativo de ciclo cerrado y combustión externa. La máquina de gas caliente puede utilizar hidrógeno, nitrógeno, helio o aire como fluido de trabajo y funcionar según el ciclo Stirling. El cilindro cerrado de un motor de gas caliente se llena con un cierto volumen de fluido de trabajo. Un extremo del cilindro es una cámara caliente y el otro extremo es una cámara fría. El fluido de trabajo se comprime en la cámara fría de baja temperatura y luego fluye hacia la cámara caliente de alta temperatura para un calentamiento rápido. El combustible de trabajo de expansión se quema continuamente en la cámara de combustión fuera del cilindro y pasa al fluido de trabajo a través. el calentador. El fluido de trabajo no participa directamente en la combustión y no se reemplaza. Los motores térmicos que se han diseñado y fabricado tienen una variedad de estructuras, pueden utilizar diversas fuentes de energía y se han utilizado en diversos campos, como el aeroespacial, terrestre, acuático y submarino. El mecanismo de transmisión de potencia del motor de gas caliente de prueba se divide en transmisión de biela de manivela, transmisión de diamante, transmisión de placa oscilante o de placa pendular, transmisión hidráulica y transmisión de pistón libre. Según la composición de la circulación dentro del cilindro, los motores de gas caliente incluyen principalmente el tipo de pistón distribuido por gas y el tipo de doble efecto. Hay dos pistones en un cilindro que realizan movimientos relativos regulares. La cámara fría y la cámara caliente están conectadas por un refrigerador, un regenerador y un calentador. El pistón de la válvula impulsa el fluido de trabajo para que fluya hacia adelante y hacia atrás entre las cámaras fría y caliente. . El ciclo termodinámico se puede dividir en cuatro procesos: proceso de compresión a temperatura constante, proceso de recuperación de calor a volumen constante, proceso de expansión a temperatura constante y proceso de almacenamiento de calor a volumen constante.

La tecnología de generación de energía solar térmica parabólica utiliza un concentrador de disco parabólico para concentrar la luz solar y absorbe la energía solar concentrada a través de un absorbente de calor y la transmite a un motor térmico. El motor térmico convierte el calor solar en energía mecánica. y luego a través de Generadores convierten la energía mecánica en energía eléctrica. El motor térmico utiliza un motor Stirling. La tasa de conversión de energía del motor Stirling puede alcanzar el 42%, sin contaminación acústica, bajo consumo de agua de refrigeración y sin impacto en el medio ambiente. La tecnología de generación de energía solar térmica Dish Stirling es un tema candente en el campo de la generación de energía solar térmica hoy en día

En la actualidad, el sistema Dish-Stirling se ha convertido en el desarrollo principal en el mundo. Esta tecnología se caracteriza por su bajo coste y alta eficiencia. La capacidad de la central eléctrica puede ser grande o pequeña y puede funcionar de forma independiente o conectada a la red.

La generación de energía termosolar se puede dividir en concentración de torre, a través del enfoque y el enfoque en plato y otros tres métodos. A continuación se muestra una comparación de tres métodos de generación de energía solar térmica.

El sistema parabólico es de pequeña escala y tiene alta eficiencia, modularidad y la capacidad de formar un sistema de generación de energía híbrido. (2) El sistema tiene una baja inversión inicial, el sistema tiene una alta eficiencia de conversión de energía y es confiable; operación, mantenimiento simple y baja carga de trabajo de mantenimiento. Es un híbrido pequeño de energía solar y gas natural, no requiere almacenamiento de batería, se puede conectar a la red para generación de energía, combinación modular y la capacidad de la central eléctrica puede variar desde el nivel de KW hasta MW. nivel. Entre todas las tecnologías de generación de energía solar, los sistemas de generación de energía termosolar parabólica tienen la mayor eficiencia de conversión de energía solar a electricidad (29,4%) y, por lo tanto, tienen el potencial de convertirse en una de las fuentes de energía renovable más baratas.

En comparación con la generación de energía fotovoltaica En comparación con la generación de energía fototérmica, no hay problemas como el alto consumo de energía y la alta contaminación causada por la producción de células solares. El proceso de producción de equipos es más limpio y la eficiencia de escala de la generación de energía también es mejor. Además, dado que la generación de energía fototérmica utiliza dispositivos de almacenamiento de calor, puede proporcionar una salida de energía estable y es más fácil de resolver los problemas de conexión a la red que la generación de energía fotovoltaica. Además, la generación de energía fototérmica de tipo canal más madura requiere una gran cantidad de agua, por lo que su aplicación en los desiertos es un problema. El área de construcción requerida para la generación de energía fototérmica es mayor y no es tan flexible como la generación de energía fotovoltaica. Sin embargo, la generación de energía solar térmica tiene altos requisitos en cuanto a las condiciones de luz solar y requiere la construcción de centrales eléctricas a gran escala para reducir costos. Si se desea mejorar la eficiencia de conversión, se necesitarán grandes extensiones de terreno. de los recursos hídricos.

Según estadísticas de la Asociación Americana de Industrias de Energía Solar, la generación de energía solar térmica representa el 92,37% de los proyectos de generación de energía solar en funcionamiento en todo el mundo, y la generación de energía solar fotovoltaica (silicio monocristalino, silicio policristalino, células de película delgada) representa el 7,2%.

Ventajas:

Bajas vibraciones, ruido y bajas emisiones

Debido a que la presión de admisión es pequeña, la relación de presión del ciclo es baja (generalmente 1,5-1,8, mientras que el motor de combustión interna (al menos por encima de 7), la presión cambia suavemente, por lo que el funcionamiento es suave y estable. Estructura simple, capacidad unitaria pequeña

Sin necesidad de compresor de gas, sin dispositivo de escape, 50% menos piezas que la capacidad unitaria del motor de combustión interna oscila entre 20 y 50 kW, bajo costo de mantenimiento. Amplia selección de combustibles

Se puede utilizar cualquier tipo de combustible, como gas natural, propano, hidrógeno, diésel, fueloil, gas de vertedero, metano de yacimientos de carbón (metano), gases residuales industriales, energía solar, etc.; la eficiencia de la energía térmica es alta y la salida es estable. La eficiencia no se ve afectada por la altitud.

Debido a que la absorción y liberación de calor se realizan de forma isotérmica, es decir, compresión isotérmica y expansión isotérmica, cumple con los requisitos de la segunda ley de la termodinámica para la máxima eficiencia. Teóricamente, la eficiencia del ciclo del motor Stirling es igual a la del ciclo de Carnot. Generalmente, la eficiencia del regenerador es ε=0,98~0,99, por lo que el motor Stirling tiene una alta eficiencia térmica. La potencia de alto volumen de evacuación del motor Stirling está fuera del alcance de los motores de combustión interna de pistón ordinarios.

Las características anteriores determinan que el motor Stirling tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de la ingeniería energética y la utilización de energía.

El sistema de generación de energía solar parabólica Stirling tiene ventajas de escala, conversión El más eficiente y más prometedor desde el punto de vista comercial. Sin embargo, el cuello de botella en la promoción nacional de los sistemas de generación de energía termosolar parabólica Stirling reside en el desarrollo de los motores Stirling.

Comparación gráfica de la eficiencia de conversión entre el sistema Stirling parabólico y el fotovoltaico

Comparación del nivel de coste energético (LEC) entre la generación de energía termosolar y otras fuentes de energía renovables

Tres métodos de energía solar térmica (CSP): el tipo de plato tiene la mayor eficiencia

La razón de la alta eficiencia: al utilizar todo el espectro con un sistema de seguimiento y un condensador, la eficiencia de concentración es alta y la La eficiencia del motor Stirling utilizado es mucho mayor que la de la turbina de vapor Eficiencia y turbinas de gas