Novákoviny

stránky publicisty Jana A. Nováka

Stirling: Návrat zapomenutého motoru

stirling1

Podle jedněch je to zdroj síly pro skvělou zelenou budoucnost, podle jiných neperspektivní a těžkopádné řešení, které představuje jen slepou cestu technického vývoje. Řeč je o Strilingově motoru - vynálezu, který byl nejdřív zavržen a zapomenut, aby se po dlouhé řadě desetiletí probudil k druhému životu.

 

Měla to být největší solární elektrárna ve Spojených státech: po skončení první etapy výstavby by její elektrický výkon obnášel 500 MW, což je polovina jednoho temelínského bloku. Později měl vzrůst ještě o dalších 250 MW. V projektu nazvaném Calico se přitom nepočítalo s klasickými fotovoltaickými panely, ale se zrcadly soustřeďujícími sluneční paprsky na takzvané Stirlingovy motory - pozapomenutý vynález z počátku 19. století.

 

 

Studená sprcha z kalifornské pouště

"V čase, kdy ceny fosilních paliv stoupají a kdy se pozornost soustřeďuje na emise skleníkových plynů, náš projekt zajistí čistou energii pro 278 000 domácností," řekl při příležitosti podepsání dohody o projektu Calico John Bryson ze společnosti Southern California Edison, která byla jednou ze zúčastněných firem. "Vyvinuli jsme nové technologie, které jsou šetrné k životnímu prostředí, využívají obnovitelných zdrojů a vycházejí vstříc rostoucí poptávce po elektrické energii."

stirling7

 

obr: Pokusná solární elektrárna se Stirlingovými motory v kalifornské poušti

Foto: Sandia National Labs

 

 

Technologii pro kalifornskou elektrárnu již dříve otestoval výzkumný institut Sandia National Lab v Arizoně. V pouštní oblasti kalifornského San Bernardina pak měly společnosti Stirling Engine Systems a Southern California Edison postavit 20 tisíc velkých parabolických zrcadel, které by soustřeďovaly sluneční světlo pro pohon stejného množství Stirlingových motorů.

Práce na projektu se však z nejrůznějších důvodů protahovaly a v prosinci z něj Southern California Edison vycouvala. Její místo zaujala K Road Power Holdings, která se ale rozhodla Stirlingovy motory nahradit méně avantgardními fotovoltaickými panely.

"Zvolili jsme vyspělejší technologii, abychom snížili náklady a minimalizovali dopad na životní prostředí," řekl při té příležitosti William Kriegel mluvčí K Road Power Holdings.

Pro příznivce Stirlingova motoru to byla studená sprcha. Přesto stále věří, že tento druh pohonu před sebou má skvělou budoucnost.

 

 

Kněz vynálezcem

Stirlingův motor se v současnosti stal velkým hitem zeleného hnutí, jeho původ však sahá daleko do minulosti. Už roku 1816 jej vynalezl skotský reverend Robert Stirling (1790-1878), který navázal na předchůdce Wattova parního stroje - tzv. atmosférického stroje, který o více než jedno století dřív (roku 1712) zkonstruoval anglický kovář Thomas Newcomen. Princip Newcomenova stroje byl prostý: do pracovního válce se přiváděla pára, která zdvihla píst, a pak byla ochlazena vstříknutím vody, což vedlo k opačnému pohybu.

stirling6

 

obr: Robert Stirling, vynálezce a kněz

 

 

Stirlinga nejdřív napadlo, že zrovna tak by šlo střídavě zahřívat a ochlazovat válec s pístem naplněný vzduchem. Neohrabanost tohoto řešení a složitost obsluhy však vynálezce vedla k tomu, aby původní myšlenku vylepšil. Velmi zjednodušeně řečeno: Stirlingův motor při svém provozu sám zajišťuje, aby do válce střídavě proudil teplý a studený vzduch a tím pohyboval pístem. K ohřevu docházelo mimo motor, takže bylo možné použít jakýkoliv zdroj tepla.

Už Stirling zjistil, že při stejném výkonu spálí jeho vynález méně uhlí než parní stroj. V jeho době však bylo do energetické krize ještě velmi daleko a nikoho to nezaujalo. Vynálezce společně se svým bratrem Jamesem sice podal celou řadu patentů na různé varianty a vylepšení stroje, vývoj se však ubíral jinudy. Parní stroj (a později benzín nebo elektřina) nabízely větší výkony, lepší možnost regulace a celou řadu dalších předností, takže patenty skotského duchovního postupně zavál prach. A i když sporadické snahy oživit Stirlingův motor nechyběly, půldruhého staletí to vypadalo zdálo, že vynález se tiše vytratí z historie technického pokroku.

 

 

Čistý a úsporný

Dnes ale Stirlingovu motoru zapomenutí rozhodně nehrozí. Už samotný jeho princip spočívající na přívodu tepla odjinud je totiž jako stvořený do světa, který se potýká se znečišťováním životního prostředí a s vyčerpáním klasických paliv.

stirling2

 

obr: Schéma uspořádání Stirlingova motoru. Popis činnosti zájemci najdou zde

Kresba: mve.energetike.cz

 

 

Vnější spalování jde zkonstruovat pro jakékoliv palivo tak, aby spotřeba, ekonomika provozu i produkce škodlivých zplodin byla co nejnižší, což u jiných tepelných motorů, kde se směs paliva a vzduchu spaluje přímo v pracovních válcích, není dost dobře možné.

Velmi účelně tak lze využít například tepla ze spaloven odpadů, z chlazení různých provozů a podobně. Stirlingův motor je také ideální pro spalování bioplynu a biomasy. Pracovní náplň lze zahřívat rovněž pomocí slunce.

Nechybí ani nápad na kosmické aplikace: ve vesmíru by například stroj využíval velký rozdíl teplot mezi ozářenou a zastíněnou stranou kosmické lodi nebo orbitální stanice. Vznikla také kombinace Stirlingova motoru s neobvyklým generátorem, v němž se pohyb pístu Stirlingova motoru nemusí převádět klikovým hřídelem na točivý, protože elektrický proud vzniká jeho přímočarým pohybem v dutině cívky.

Vedle všech těchto výhod tak trochu zaniká celá řada dalších: například to, že hlučnost a vibrace jsou nižší než u spalovacích motorů, nebo že slušné účinnosti je dosahováno i při nízkých otáčkách. Mazací olej nepřichází do styku s hořícími plyny, takže se neznehodnocuje tak rychle. Motory vyžadují minimální údržbu při vysoké spolehlivosti a dlouhé životnosti. Upravený Stirlingův motor dokáže pracovat i jako chladící zařízení.

 

 

Pro chaty i pro ponorky

Vzkříšení Stirlingova motoru začalo někdy ve 30. letech minulého století. Objevoval v obchodech nejdřív jako zajímavá technická hračka, firma Philips to s ním ale už tehdy začala myslet vážně. Měla zájem prodávat své radiopřijímače i tam, kam nevedly elektrické dráty, a tak vyvinula malé lehké přenosné generátory právě s tímto pohonem. Philips s nimi experimentoval až do 70. let a některé jeho výrobky byly i komerčně úspěšné.

stirling4

V 70. letech minulého století vypukly první ropné krize, rodilo se ekologické hnutí - a o Stirlingův motor se proto začaly zajímat další firmy i výzkumná pracoviště. Na světě se tak znovu objevil pohon pocházející z časů, kdy se Napoleon Bonaparte zabydloval na Svaté Heleně.

 

obr: Malý Stirlingův motor dokáže roztočit i teplo z obyčejného šálku chladnoucího čaje

 

 

K zajímavým výrobkům dnes patří například produkty norské firmy Sigma Elektroteknisk AS, která nabízí malé jednotky dodávající elektřinu a současně i teplo. Uplatňují se hlavně v chatách a chalupách daleko v divočině, kam nevedou dráty, nechybí ale nadšenci, kteří se díky nim odstřihli od závislosti na energetických gigantech.

Už od 70. let minulého století probíhají také pokusy s pohonem ponorek Stirlingovými motory. Vojenské námořnictvo na nich láká především jejich tichý chod, takže podmořský člun je obtížně zjistitelný akustickými detektory.

Nic na světě není dokonalé a ani Stirlingův motor nepředstavuje výjimku. Má velkou hmotnost na jednotku výkonu, jeho chod se obtížně reguluje a nehodí se tedy pro pohon dopravních prostředků. Dalším problémem bylo vysoké tepelné namáhání materiálu a z toho vyplývající vysoká poruchovost.

 

 

Boj o budoucnost energetiky

V současnosti už ale mnohé z toho neplatí, protože Stirlingovými motory po celém světě zabývají stovky výzkumných ústavů a škol i několik desítek firem. Dočkaly se proto četných vylepšení. Dnes už většinou není náplní jeho válců vzduch, ale některý z lehkých plynů (vodík nebo hélium), které díky nižší hustotě lépe proudí v rozvodech stroje.

stirling3

Účinnost je zvyšována také díky použití různého uspořádání několika válců, předáváním zbylého tepla z chladné části pomocí regenerátoru, nebo zvýšením tlaku náplně, který dnes obvykle dosahuje 10 a více MP. Změnami tlaku pracovního plynu je také možné regulovat výkon motoru.

 

obr: Stirlingův motor v dárkovém provedení může sloužit i jako dekorace připomínající romantiku století páry a elektřiny

 

 

Stirlingův motor zajímá i zastánce koncepce takzvané decentralizované energetiky. Ti vyházejí ze skutečnosti, že transport elektřiny představuje nejméně třetinu její ceny a ztráty ve vedení pohltí 10 až 14 procent produkce. Dálkové rozvody jsou náročné na spotřebu materiálů a ještě ke všemu hyzdí krajinu. O společenských a ekonomických nevýhod toho, že centralizované zdroje elektřiny jsou v rukou obřích monopolů prorůstajících do státního aparátu ani nemluvě.

Věří proto, že budoucnost mají malé jednotky s kapacitou pro jednu nebo několik obcí, ale třeba i pro jediný dům. Stirlingův motor je pro ně ideálním zdrojem - zařízení velikosti ledničky umístěné třeba ve sklepě prý uspokojí všechny potřeby rodiny a navíc neznečišťují životní prostředí.

Odpůrci této koncepce ale tvrdí, že ani Stirlingův motor problémy decentralizované energetiky nevyřeší. Místní výroba biomasy údajně na uspokojení energetických potřeb nestačí a místo elektřiny v drátech by tak krajinou jezdily nákladní vozy s palivem. Ve hře ovšem jsou velké zisky a tomu odpovídá i rostoucí intenzita sporu.

Jan A. Novák

Psáno pro Hospodářské noviny - Víkend

 

 

 

Přidat komentář


Bezpečnostní kód
Obnovit

 
Joomla 1.5 Templates by JoomlaShack