Этот генератор был изобретён шотландским священником Робертом Стирлингом в 1816 году. По КПД он превосходит и дизель, и искровой ДВС, но до сих пор остаётся экзотикой. Однако американцы считают, что стирлинг может стать альтернативой альтернативной энергетике. 

  Прежде, чем рассказать о проекте американских энергетиков, нужно сказать пару слов о стирлинге — двигателе. В отличие от дизеля и бензинового ДВС это — двигатель внешнего сгорания. Его тепловой замкнутый цикл кардинально отличается от циклов Отто или Дизеля.

  Так, нагрев рабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла извне) происходит при практически постоянном объёме, затем идёт расширение при почти постоянной температуре, потом газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в холодную зону, где происходит охлаждение при почти постоянном объёме. 

Далее следует сжатие при постоянной температуре. Затем вытеснитель загоняет тот же газ в горячую область, и всё начинается сначала.

  При этом в канале между горячей и холодной областью часто ставят пористый теплорегенератор, который ускоряет охлаждение и нагрев газа при его движении в ту или иную сторону.

  Разумеется, машина, построенная непосредственно мистером Стирлингом, отличается от современных стирлингов так же сильно, как первые дизели, созданные самим Рудольфом Дизелем от дизельных моторов XXI века. Но принцип остался тем же.

Теоретически КПД Стирлинга может совпадать с физическим пределом, определяемым разностью температур "печки" и "холодильника", да и на практике можно получить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у хорошего дизеля.

Почему же стирлинг "не пошёл"? Увы, чтобы получить от него сколь-нибудь приемлемую удельную мощность (по отношению к его размерам и весу), как и выжать весь потенциал цикла по КПД, нужно идти на ряд технологических ухищрений, которые сильно удорожают конструкцию.

  У стирлинга есть сильные козыри. Это не только КПД, но и почти полное отсутствие шума (никаких взрывов) и возможность работать на любом топливе — от бензина и солярки, до угля, Солнца или атомной энергии.

  Собственно, всё, что требуется — это нагревать чем-то определённый узел этого мотора — верхнюю часть закрытого цилиндра. Потому стирлинги нашли ограниченное применение (на некоторых подлодках или как вспомогательные генераторы).
Очевидно, преимущества этих двигателей становятся особо выгодными при стационарном использовании, когда собственный вес двигателя не важен. Например, при выработке энергии из солнечного излучения.

Об этом инженеры думали давно, да и кое-какие установки такого типа уже строились. Но, кажется, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на двигателях стирлинга, чтобы производить электроэнергию в хоть каких-то промышленных масштабах.

  И вот американская национальная лаборатория Сандия (Sandia National Laboratories), один из крупнейших научных центров, специализирующийся на энергетике, объявила, что объединила свои усилия с американской компанией Stirling Energy Systems, чтобы построить первые "солнечные фермы", основанные на двигателях стирлинга.

  В 2007 году была построена PS10 — первая в Европе коммерческая термальная солнечная электростанция довольно редкого типа — "солнечная башня" (solar power tower) официально вступила в строй 30 марта нынешнего года. Мощность станции, возведённой в Андалусии, составляет 11 мегаватт. Принцип её работы прост: поле из множества гелиостатов — зеркал, отслеживающих движение Солнца, собирает свет и направляет его на вершину высокой башни, где яркий солнечный зайчик превращает воду в пар. Пар бежит по трубам и, в конечном счёте, крутит турбины, соединённые с электрическими генераторами.

Этот способ выработки электричества пока втрое дороже традиционных источников. Но технологии развиваются. И потом, сокращение выбросов парниковых газов у всех на слуху… Впрочем, к чёрту расчёты — это просто красиво (фото BBC).

  По такой схеме не раз создавались установки во многих странах, но электростанция, управляемая компанией Solúcar Energía, филиалом промышленного гиганта Abengoa, пожалуй, самая внушительная из всех.

  Её 624 зеркала, площадью по 120 квадратных метров каждое, направляют свет на красивую бетонную башню, высотой 115 метров. Башню эту можно назвать произведением искусства – огромный фигурный вырез в ней придаёт сооружению визуальную лёгкость.

Солнечная башня во время строительства. Возвышающееся над сельской местностью сооружение издалека выглядит внушительно. Вблизи тоже (фотографии Solúcar).

Не меньшее впечатление производит и свет вокруг.

"Когда я вышел из автомобиля, я едва мог открыть глаза — сцена была слишком ярка. Постепенно, вооружившись тёмными очками, я разглядел ряды зеркал и центр, в который сходились их лучи – набор труб наверху башни" – так передаёт свои впечатления от встречи с PS10 Дэвид Шукман (David Shukman), корреспондент BBC, побывавший недавно на этой станции и даже отважившийся забраться наверх башни во время её работы.
 

Сначала он ехал на лифте. Но последние четыре этажа пришлось идти пешком. Ступеньки, ведущие на крышу, Дэвиду показались обжигающими. Вообще он сравнил верхние этажи башни с сауной, несмотря на наличие мощной теплоизоляции парогенератора.
 

И такой нагрев верхушки башни даром не пропадает. Новая испанская электростанция может генерировать до 24,3 гигаватт-часов в год.

Дэвид Шукман на крыше, возможно, самой высокой "сауны" в мире (фотографии BBC).

С новой станцией Испания вырвалась вперёд в данной технологии утилизации солнечного света, но сама идея таких башен далеко не нова.

Из крупных сооружений такого типа можно вспомнить проект Solar One — Solar Two. Эта демонстрационная солнечная электростанция работала и развивалась с 1981 по 1999 годы в пустыне Мохаве (Калифорния). В последней версии (Solar Two) солнечную башню этой станции окружали 1926 гелиостатов, общей площадью почти 83 тысячи квадратных метров. Её мощность превышала 10 мегаватт.
 

Интересно, что солнечный свет грел не воду, а промежуточный теплоноситель — расплавленную соль. Это была смесь нитрата натрия и нитрата калия. От неё уже закипала вода, дающая пар для турбин (в первом варианте станции — Solar One – теплоносителем являлось масло).


Этот приём позволил Solar Two накапливать тепло про запас. В облачную погоду или вечером турбины работали на энергии, сохранённой в больших цистернах с горячей солью.

Солнечная электростанция Solar Two (фотографии с сайтов en.wikipedia.org и parsnip.evansville.edu).
Та башня и поле зеркал никуда не делись и сейчас. Только в 1999 году учёные переделали Solar Two в гигантский детектор черенковского излучения, для изучения воздействия на атмосферу космических лучей.

Опыт американцев, однако, не пропал: при их помощи и по аналогичному проекту в Испании должны возвести станцию Solar Tres на 15 мегаватт.
 

Проект предусматривает постройку высокой солнечной башни, окружённой 2493 зеркалами по 96 квадратных метров каждое. Общая площадь зеркал составит 240 тысяч квадратных метров.
 

Вместительное хранилище расплавленной соли (нагретой до температуры 565 градусов по Цельсию) сможет обеспечивать работу парогенераторов в течение 16 часов после захода Солнца. Так что летом генераторы станции не будут останавливаться ни днём, ни ночью.

Внешне Solar Tres будет похожа на Solar Two. А пока можно посмотреть только на схему станции. Розовым показано хранилище горячей соли, синим — холодной. Красным — парогенератор, соединённый с турбиной и конденсатором (иллюстрация с сайта solarpaces.org).

Еврокомиссия выделила на это чудо 5 миллионов евро. Создаёт станцию международная организация SolarPACES, участвовавшая и в создании PS10. При этом в проектировании и постройке Solar Tres задействованы компании из Испании, Франции, Чехии и США. 

Интересно, что и в PS10 предусмотрено аккумулирование энергии. Только непосредственно в виде горячего водяного пара, сохраняемого в наборе из больших цистерн. Его запаса хватает на один час работы турбин без Солнца, так что ночной перерыв эта система не перекрывает, но всё же даёт станции некоторую гибкость на случай временно набежавших тучек.
 

Надо заметить, что PS10 – не единственная солнечная электростанция в Испании. Здесь работают ещё несколько крупных солнечных сооружений самых различных типов. Но проект PS10 представляет собой особый интерес: в том же месте инженеры планируют возвести ещё одну установку–близнец под называнием PS20. Только она уже будет генерировать мощность в 20 мегаватт, собирая свет от большего количества зеркал.

Вид PS10 с птичьего полёта. На заднем плане видна площадка, которую готовят под PS20 (фото Solúcar).

А всего к 2013 году различные по принципу действия солнечные установки, которые развернут (и уже разворачивают) на площадке в Sanlucar la Mayor, должны производить 300 мегаватт электрической энергии, что эквивалентно потребностям такого города как Севилья. Эти установки будут самыми разными: свой вклад внесут и солнечные башни, и ряд других систем, основанных на нагреве теплоносителя и парогенераторах, а ещё — обычные наборы фотоэлектрических батарей.

Солнечная станция компании Solúcar в Санлукар-ла-Майор проверяет в деле самые разные технологии. Например, параболические концентраторы с двигателями Стирлинга (на заднем плане — та самая башня) и длиннющие параболические (в поперечном сечении) зеркала с трубами для разогрева теплоносителя (фото Solúcar).

Стоимость возведения таких станций высока и, соответственно, даровое электричество, ими вырабатываемое, нельзя назвать дешёвым. Но по мере развития этих технологий и, в частности, расширения самой "солнечной площадки" в Санлукар-ла-Майор, себестоимость киловатта "с неба" будет падать.
  К тому же эти установки предотвратят выброс 600 тысяч тонн углекислого газа в год. Что можно назвать приятным бонусом.