Stirling dvigatelini quyosh energiyasi bilan ta’minlash istiqbollari

Zamonaviy dunyoda aholi sonining ko'payishi tufayli energiyaga bo'lgan talab oshib bormoqda. Ushbu jarayon, an’anaviy yoqilg'ining yetishmasligi bilan birga, so'nggi o'n yillik mobaynida energiyani o'zgartirishning yangi usullarini ishlab chiqishga sabab bo'ldi. Asosiy maqsad - yoqilg'i yoki energiya manbasidan foydalanishda ko'proq energiya olish, bu esa yanada samaraliroq texnologiyalar yaratilishiga olib keladi. So'nggi o'n yillar mobaynida qayta tiklanadigan energetikaning asosiy yo’nalishlari: quyosh panellari va shamol turbinalari mashhur texnologiyalar sifatida keskin oshdi, lekin to'lqin energiyasini boshqarish bilan energiya olishga urinayotganlar ham ko'p.

Ushbu maqolaning mavzusi tashqi yonish dvigatelining xususiyatlariga ega, shu bilan birga toza energiyani konvertatsiya qilishning afzalliklariga ega bo'lgan Stirling dvigatelidir. Stirling dvigateli 1816 yilda Reverend Robert Stirling tomonidan ixtiro qilingan, o'sha paytda mashina "Issiq havo" dvigateli sifatida mashhur bo'lgan[2]. Garchi o'sha paytlarda qurilma boshqa dvigatellar orasida ahamiyatsiz rol o'ynagan bo'lsa-da, hozirda Stirling dvigatellari yuqori samaradorligi, har qanday issiqlik manbalaridan (shu jumladan quyosh energiyasidan) foydalanish qobiliyati, shovqinsiz ishlashi va ifloslantiruvchi xarakteristikasi pastligi tufayli alternativ energiya resurs hisoblanadi[2]. Bu energetik yuksalishning muhim ustunligini anglatadi va bu texnologiyani rivojlantirishga qaratilgan ishlar sonining ko'payishiga sabab bo'ladi.

Stirling dvigateli-yopiq regenerativ termodinamik siklda (dvigatel ichidagi massada hech qanday o'zgarish bo’lmaydi) siklni siqish va ishchi suyuqlikning har xil haroratdagi kengayishi (1-rasm) bilan ishlaydigan termo-mexanik qurilma. Bu oxirgi ta’rif turli xil konfiguratsiyali, funktsiyali va xususiyatli tashqi yonuv dvigatellariarini anglatadi. U turli xil oddiy va murakkab mexanizmlar yordamida hosil bo'ladigan porshinli va aylanadigan tizimlarni o'z ichiga oladi. Ular kinematik (beta, alfa va gamma) va dinamik porshinli Stirling dvigatellarini turlarga ajratiladi[6].

1-rasm

Stirling sikli - bu ikkita izotermik egri va ikkita izometrik regenerativ jarayon orqali qurilgan ideal termodinamik sikldir. To'liq siklni to'laroq tushunish uchun jarayonlarning har bir silindrning ichida ikkita piston va ular orasida termodinamik shimgich sifatida qaraladigan, issiqlikni navbat bilan chiqarib yuboradigan va yutadigan regenerator bor[1]. Regenerator va porshin orasidagi hajmlardan biri kengayish maydoni deb ataladi va u yuqori haroratda (Tmax) saqlanadi. Qolgan hajm past haroratda saqlanadigan siqilish maydoni deb nomlanadi (Tmin). Shuning uchun, harorat gradyenti bo'ylama yo'nalish bo'yicha Tmax - Tmin; Bundan tashqari, bu ikki hajm o'rtasida issiqlik o'tkazuvchanligi yo'q deb taxmin qilinadi. Porshinlar va suyuqlikning dastlabki konfiguratsiyasini olish, siklni tavsiflash juda muhim.

Dastlabki stirling dvigatellarida yoqilg’i sifatida ko’mir, o’tin, mazut, tabiiy gaz va shularni o’rnini bosadigan materiallardan foydalanilgan. Yoqilg’i energiyasining kata yo’qotilishi sababli ham stirling dvigatellaridan voz kechilgan. So’ngi yillarda stirling dvigatellarini quyosh energiyasi bilan birgalikda ishlatish usullari o’rganilib kelinmoqda.

Quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishning aniq samaradorligi Stirling generatori tizimi 1984 yilda 29,4% ga yetdi [2]. Bundan tashqari, 1984 yilda ikkita 17 m diametrli Stirling idish-tovoq tizimlari (har biri uchun sig'im =50kW) Saudiya Arabistonining Ar-Riyod shahrida o'rnatildi va ishga tushirildi[3]. Tizimlar 53 kVt elektr ishlab chiqarishga erishdi va aniq konversiya samaradorligi 23% ni tashkil qiladi. Yaqinda AQShning Arizona shtatida katta Stirling zavoda qurilgan. 60 ta dvigateldandan iborat har biri 25,0 kVt quvvatga ega stansiya qurilishi rejaga kiritilgan. Quyosh energiyasidan foydalanishda quyosh kollektori fokusida taxminan 600-750°C harorat yig’iladi. Stirling dvigatelini giprid usulida ishlata olish qobilyati uni yanada samarador energiya turiga aylantiradi[5].

Kollektor yuzasi

2-rasm

Stirling termodinamikasining qisqacha tavsifi bilan tanishib chiqamiz. Bir konstruksiyaning umumiy samaradorligi – Stirling tizimi, ya'ni “quyosh-elektr” samaradorligi bog'liq parametrlar quyidagilar hisoblanadi; a) quyosh nurlanishi, b) konsentratsiya nisbati, c) sinish omili, d) issiqlik qabul qiluvchining samaradorligi, e) stirling dvigateli samaradorligi. Energiyaga Stirling dvigateliga yetguncha uchta asosiy issiqlik yo'qotish sodir bo'ladi ya'ni; oyna tufayli kollektor yo'qotishlari (aks ettirish qobiliyati), qabul qiluvchining kutish yo'qotishlari va qabul qiluvchining issiqlik yo'qotishlari. Qabul qiluvchining issiqlik yo’qotishlari 25% dan 40% gacha boradi[4].

3-rasm

Quyosh energiyasi kollektor va qabul qiluvchiga yetib borguncha yo‘qoladi. Stirling dvigatelining termal yo'qotishlarining aksariyati tizim qabul qiluvchida paydo bo'ladi. Qabul qiluvchining issiqlik yo'qotishlari qabul qiluvchi korpus orqali va konveksiya bo'shlig’i orqali atrof-muhitga tarqaladi. O'tkazuvchanlik yo'qotishlarini nisbatan kichik va to'g'ri qo'llash orqali samarali tarzda kamaytirish mumkin. Jami 40% atrofida qabul qiluvchi tabiiy konveksiya orqali yo'qotadi va shisha yoki kvarts oynasini joylashtirish orqali sezilarli darajada kamaytirish mumkin[6].

Stirling dvigatelning ishlashini tahlil qilish uchun bir necha usullar ishlab chiqilgan. Ideal va adiabatik tahlillar juda ideal deb hisoblanadi, bu yerda Kvazi-Barqaror oqim usuli ko'proq Stirling dvigatelining real modeli hisoblanadi[1]. Ko'proq amaliy modellar eksperimental ma'lumotlarga nisbatan tasdiqlangan. Quasi barqaror oqim modeli Stirling dvigatelining ishlashi haqida yaxshiroq bilish imkonini beradi, lekin hali ham Stirling dvigatelidagi barcha yo'qotishlarni hisobga olishni aniqlash usuli yaratilmagan. 1-jadval ro'yxatida ilgari ishlab chiqilgan modellarning nazariy hisob-kitoblari keltirilgan (GPU-3 dvigateli). Ro'yxatda keltirilgan modellar orasida Timoumi ham bor[3].

1-jadval

Amaliy Stirling dvigateli modeli siklning qaytarilmasligiga quyidagi omillra tasir qiladi: izotermik bo'lmaganligi, siqilish va kengayish, bosimning pasayishi, nomukammal regeneratsiya, isitish boshidagi termal qarshilik va o'lik hajmning mavjudligi.

Xulosa qilib shuni aytishimiz mumkinki quyoshli hududlarda Stirling dvigatellarini qo’llash orqali elektr energiyasi ishlab chiqarish imkoniyati yaratiladi. Quyosh energiyasi konsentrator yordamida bir nuqtaga jamlanadi va stirling dvigatelining tashqi manbai sifatida ish bajaradi. Bundan tashqari stirling dvigatelida hosil bo’ladigan mexanik energiyani bevosita foydalanish mumkin. Bunday usullar bilan ishlaydigan stirling dvigateli yordamida bir qishloq ekin yerlarini sug’rishda foydalaniladigan elektr dvigatellarini elektr energiyasi bilan ta’minlash imkoniga ega bo’lamiz. Bundan tashqari yoqilgi sifatida muqobil bo’lgan quyosh energiyasidan foydalangan bo’lamiz.

Foydalanilgan adabiyotlar:

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ВОДНЫХ СРЕД //Вестник Науки и Творчества. – 2018. – №. 2 (26). – С. 48-51.

"Экономика и социум" №4(95) 2022