Генератор нового поколения может работать практически на любом топливе

Jul 04, 2023

Линейный генератор Mainspring может ускорить переход к электрической сети с нулевым выбросом углерода

Техники работают над каркасом сердечника линейного генератора.

На дворе январь 2030 года, и ваш электрический тепловой насос обогревает дом, пока ваш электромобиль заряжается в гараже, питаясь от солнечных батарей на вашей крыше, а также от ветровых и солнечных генераторов на местной коммунальной станции. Не имеет значения, что уже две недели идет дождь, потому что ваше коммунальное предприятие использует аммиак, произведенный под солнечным светом прошлого лета. Он потребляет аммиак в линейном генераторе.

Линейный генератор может быстро переключаться между различными видами зеленого (и не очень зеленого, если необходимо) топлива, включая биогаз, аммиак и водород. У него есть потенциал сделать декарбонизированную энергосистему доступной, надежной и устойчивой к капризам погоды и поставок топлива. И это не фантазия; он был разработан, протестирован и внедрен в коммерческую эксплуатацию.

Сооснователи компании Mainspring Energy, одним из которых являюсь я, потратили 14 лет на разработку этой технологии, и в 2020 году мы начали ее коммерческое внедрение. В настоящее время она установлена ​​на десятках объектов, производя от 230 до 460 киловатт каждая. Мы ожидаем, что в следующем году линейные генераторы появятся во многих других местах.

История линейного генератора началась почти два десятилетия назад в Лаборатории передовых энергетических систем Стэнфордского университета, когда профессор машиностроения Кристофер Эдвардс попросил некоторых из нас получить степень доктора философии. студентам простой вопрос: «Какой наиболее эффективный и практичный способ превратить энергию химической связи в полезную работу?»

Мы начали с рассмотрения топливных элементов, поскольку они могут быть очень эффективными. Но топливные элементы используют катализаторы для запуска химических реакций, которые выделяют энергию, а катализаторы обычно стоят дорого, со временем разрушаются и плохо реагируют на быстрые изменения нагрузки. Поэтому мы начали искать альтернативу.

Мы знали, что можем вызвать высвобождение энергии, просто сжимая смесь воздуха и топлива. Вот как это будет работать.

Эффективная, чистая и беспламенная реакция, лежащая в основе генератора Mainspring, работает практически с любым топливом, включая безуглеродный аммиак, как показано здесь. Аммиак реагирует с кислородом воздуха, образуя газообразный азот и воду, и возникающая в результате сила прижимается к стенкам коробки. Заводная пружина

Сначала топливо и воздух поступают в закрытую камеру с подвижными торцевыми стенками. Затем эти торцевые стенки движутся навстречу друг другу, сжимая смесь топлива и воздуха. Когда это происходит, молекулы в смеси сталкиваются все быстрее и быстрее, пока, наконец, не распадаются на части и не преобразуются в другие молекулы, высвобождая энергию, запасенную в их химических связях. Эта энергия заставляет новые молекулы сталкиваться еще быстрее и чаще не только с собой, но и со стенками камеры, повышая давление в камере. Все это происходит без искры или любого другого источника возгорания.

Давление выталкивает стенки наружу с большей силой, чем необходимо, чтобы подтолкнуть их внутрь в начале цикла. Как только эти стенки достигают своего исходного положения и давление внутри камеры возвращается к исходному состоянию, втекает новая порция топлива и воздуха, выталкивая молекулы, созданные в предыдущем цикле, из камеры и запуская процесс заново. Это теория. Чтобы проверить это, в 2008 году мы сконструировали аппарат, способный сжимать объем, в 100 раз превышающий исходное значение, а затем снова расширяться. Мы использовали металлическую трубку длиной два метра и диаметром 50 миллиметров с закрытой стенкой на одном конце и металлической заготовкой в ​​качестве движущейся стенки. Это устройство работает как поршень, который сжимает газ внутри цилиндра двигателя, хотя на этом сходство заканчивается — «поршень» в нашем устройстве не был прикреплен ни к коленчатому валу, ни к чему-либо вообще. Чуть позже я расскажу об ограничениях этого типа архитектуры двигателя для такого рода реакции и о том, как мы решили их с помощью нового типа машины. Но это было хорошее начало.