Re: [問卦] 史特林引擎發電有沒有搞頭啊

[extemjin ()]

※ 引述《koiopolo2 (K)》之銘言：
: 標題: [問卦] 史特林引擎發電有沒有搞頭啊
: 時間: Thu Nov 26 21:37:31 2015
:
: 一個很神奇的東西
:
: 靠溫差就可以運作
:
: 也就是活塞兩端 一端0度 一端10度就有辦法運作
:
: 生產看似也沒什麼很汙染的地方
:
: 為什麼大家想到太陽能發電還是只有想到高污染的太陽能呢o'_'o?
:
: 是史特林引擎有什麼無法突破的點嗎? 冷卻?
:
: 還是LAG好幾年一直都是台灣人的專長?


史特林引擎不是甚麼新東西，別說全世界，光是台灣跟史特林引擎有關的
專利跟論文其實不下數百種，基本上是一些學系與專科學校必修或課程裡
就有的東西。

只是他的缺點大於優點，很難應用到日常生活、交通、生產與工業上，
所以就比較不容易被人重視與注意。
直到綠能被重視，它的優點才能在能源這一塊有新發展。

最大最大的缺點就是該死的扭力輸出過低，至少幾個大基礎史特林引擎設計都是如此，
要提升扭力，就必須加大汽缸或是熱循環效率，說溫差也可以，只是溫差不太準確。
等等會說明。

福特早在90年代初期就有實驗性的史特林引擎車，無奈那台車雖然能跑，
但馬力卻小得可憐，最後只做為一個實驗性的計劃告終。

所以愈大的史特林引擎，熱端需要的啟動溫度與工作溫度越高，往往高的早就超過
蒸汽引擎，體積也更大，因為一個熱源人家只要一個工作汽缸你卻要兩個(一熱脹一冷縮)
，而且所以別說內燃機出現了，蒸氣機工業時代就全面淘汰史特林引擎的原因在此。

這種大缺點使得史特林引擎在大動力輸出上的技術、體積、造價等等成本
遠遠高於內燃機與蒸氣渦輪機。

所以你看過玩具史特林，看過玩家DIY的百瓦特史特林，看過網頁或書上介紹過的商業用
KW等級的史特林引擎，可是你幾乎找不到MW等級的史特林，連潛艇裡用的都沒這麼
大動力。

那為什麼這個缺點多多的引擎反倒最近因綠能而漸漸被重新重視?
甚至車廠已經重啟史特林引擎車的計畫?

因為他兩大優點

1. 是外燃機。
   就是不挑燃料、甚至是不挑熱源，即便是燃料，用外燃的方式比內燃的更容易控制
   物染物的排放。舉例，關鍵之一就是外燃機燃燒室的溫度設計上可以沒有上限，
   燃燒可以更完全燃燒，汙染物就少。

2. 效率極高，同樣的燃料，蒸氣機或內燃機轉換效率超過40%就已經非常了不起，
   史特林引擎理論與實作上輕易地可以超越7、80%的轉換效率。

3. 一種熱泵。

所以才被綠能重視。

但是說到史特林引擎在綠能上的應用，很多人第一個想到是太陽能史特林發電裝置。
例如這種：
https://www.youtube.com/watch?v=EahfGfDdgNY

玩家級的：
https://www.youtube.com/watch?v=AnZ-uobEhRc

看起來不錯，轉換效率的確也比太陽能電池高多了，在大晴天同樣面積的轉換效率可以
高達6、70%以上，太陽能電池2015年的現在，轉換效率平均不超過20%。
豈不是完美的太陽能轉換裝置之一?

但實際上那種東西鬼島幾乎不適合，因為這也是屬於聚光型的發電裝置。
這種裝置有個超級缺點，那就是他有啟動溫度的門檻，幾乎要無雲的大太陽才
可聚焦足夠溫度。簡單的說超級吃地理條件，只有內陸無雲地帶才玩得起的。

一片雲飄過去馬上就可能停擺，因為雲遮擋至少可以遮擋7成的照度，
跟風力發電一樣，要嘛有電要嘛沒電的這麼極端。
雖然照度充足時效率比太陽能板高的多，問題是極容易受影響。
太陽能板反倒比較沒這個問題，太陽能的啟動門檻低得多，甚至陰雨天也能有電流輸出，
多少的問題而已。

而且早期聚光型發電裝置有前景主因是太陽能板每KW的建置成本過高，
但那是10年前的事情，拜對岸量產太陽能過剩所致，現在太陽能板價格下滑到同面積
跟電視面板的有得拚。

聚光型發電裝置除非有進一步的研究或技術提升，否則每KW的建置費用早已經被太陽
能板打下去。

事實上是，全世界所有的聚光型太陽能發電，包括史特林太陽發電系統在內，
目前幾乎沒有一個是賺錢的，甚至可說是大賠。不要懷疑，就是大賠。
別看國家挖礦或是探索釣魚介紹的好像多有前途，人類的能源之星?
實際上那些公司倒的倒死的死，當初跟國家合資的勉強還能撐，
連全世界最大的聚焦太陽能廠(西班牙第二代太陽塔 伊萬計畫 PS20)
WIKI:
https://zh.wikipedia.org/wiki/PS20%E5%A4%AA%E9%99%BD%E8%83%BD%E7%99%BC%E9%9B%BB%E5%A1%94
都要轉型提供工業蒸氣給工業使用!!? 因為發電效率達不到預期，差太多。
直接轉型成工業能源效率較高，因此西班牙政府在太陽能塔附近規劃了新的工業區。
要將太陽能塔所產生的蒸汽直接拿來利用，這還是兩個月前的新聞。

所以聚光型剩下比較有希望的是史特林引擎發電，但是價格上已經沒辦法跟
太陽能板競爭，因為史特林引擎每KW的造價是太陽能板的3~5倍以上，至少國外是如此，
除非自製，但是自製的史特林引擎能不能達到商業需求根本是不同層次的問題，
商轉中的史特林引擎設計難度其實比內燃機還要大得多，所以成本才高。

太陽能回收，假設一度政府收購12元的價格(最高的德國大概是18台幣)，樂觀一點
太陽能板10年內可以回收，至少七年，現實平均是超過12年。
你每KW造價是太陽能的3~5倍? 所以全世界幾乎都以太陽板為主流。
尤其在這種日照極不穩定、電價輔助越來越少的鬼島玩?
真這樣做只能說勇氣可嘉，祝好運。

那史特林引擎到底目前最適合用在能源的那些地方?

熱汞。

以及分散式的小型發電，例如小型的廢資源火力發電、沼氣、廢熱回收等等，
相比於傳統蒸氣渦輪，史特林的高效率非常適合這種分散式且多樣化的能源應用。
這也是我個人有興趣研究與投資的方向。

但需要的是更智慧的電網，其實要推動綠能第一個要改善的就是全國的電網系統，
在更深究一點，最終原因是政策沒有跟上。 鬼島慢慢等吧。


補充一點，史特林引擎的概念其實不是溫差越大越好，正確的說法是熱端吸熱與
冷端散熱的速度越快越好。
舉個例子，你把整杯水連同塑膠杯拿去冷凍，冷凍後整體都是變成-4度C，
可是你手摸杯子跟直接手摸冰塊會感覺到兩種不同的體感溫度 ，
就是因為導熱速率的不同。

所以史特林引擎設計上重點其實並不是放在冷熱端的溫差，當然溫差越大，
熱交換的速率也越大，但沒有材料本身或結構上導熱效率來的重要。

你溫差就算沒有很大，但是你氣體熱交換的速率極快，你一樣能達到高效率高扭力的
史特林循環。

反過來說，就是熱交換速率決定史特林引擎的轉速與扭力。

所以真正高效率的史特林引擎，從材料本身要能夠高導熱係數外，連工作汽缸內壁
都要講究如何設計才能有最好的氣體熱交換速率，還要耐得住高頻率、
長時間的熱漲冷縮，所以高效率的史特林引擎設計上困難度大於內燃機的原因就在於此。
國外那個商業的太陽能史特林引擎，光是底部的導熱設計，如何將小面積的高溫快速的
熱交換到汽缸內的工作氣體，那個結構就不簡單，連吸熱塗料都不簡單。

最後補充一下史特林引擎另外的用途，就是當作熱泵，或是一種高效率的熱交換器來用，
史特林不只是熱端來產生動力，也可以反過來主動提供動力，變成快速排熱或吸熱的裝
置，實際上史特林引擎也常用在冷凍技術上，冷卻技術不只是晶片跟壓縮機兩種。

所以新一代的空調系統就是以史特林引擎概念的新產品，主動提供動力，快速的將室內
的熱量排出，可以節省相當可觀的能源開銷。



: ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 1.162.170.29
: ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1448545053.A.AE9.html
: 噓 deepdish: 這麼有興趣不會去問教授？                              11/26 21:38
: 八卦鄉民臥虎藏龍呀
:
: 還是說真的是純肥宅版 幹 我還以為只有我是肥宅
: 推 STi2011: 你終於想到了 靠你了                                    11/26 21:38
 : DIY的精度太低 轉換效率也低啊o'_'o 我家又不是開工廠有車銑床可以用
:
: 推 MacOSX10: 微星有展示過他們史特林引擎散熱主機板                  11/26 21:39
: → MacOSX10: 大概七年多前的事了 展完就沒下文了                     11/26 21:40
: 有想過在機殼上放一個當風扇吹 不過溫差應該不夠吧XD
: ※ 編輯: koiopolo2 (1.162.170.29), 11/26/2015 21:44:01
: 推 Kakehiko: 目前真正實用化的也就瑞典哥特蘭級和日本蒼龍級          11/26 21:43
: → firetarget: 功效很差吧 你如果能研究出能量轉換效率好的就發了     11/26 21:44
: 以前是有聽外國製造這東西的公司宣稱效率大過太陽能
: 在某些條件下可能還大過內燃機

同上，史特林轉換效率如果熱量換算成動能來計算，
一直都是是高於蒸氣與內燃機。
太陽能板更不用提了。

: 推 hosen: 0度的溫差環境怎麼來，這裡又不是冰島，地熱加酷寒          11/26 21:44
錯誤觀念例子一位。
: 安安 你也可以100度配110度
:
: 用鏡面聚焦太陽成一點加熱 剩下就是冷卻了 水的沸點100度 再怎樣也不會突破100度吧
: 只是溫差越大的話效率會更好就是了
: → hosen: 台灣去哪裡找一個外面很冷，裡面很熱的環境                 11/26 21:45
錯誤觀念例子二位。
: 你知道夏天氣溫38度 柏油路就差不多可以煎蛋了嗎 蛋黃的熟點大約是65度
:
: 隨便都超過20度捏
: 推 STi2011:                                       肥宅房間         11/26 21:47
: 噓 GunTT: 先練離火玄冰功                                           11/26 21:52
: → jizz0010513: 所以 你的能量哪裡來                                11/26 21:53
: 只要有熱源或是冷源就可以囉
: https://www.youtube.com/watch?v=mw2Rji8sH80
: 光用手掌也可以驅動~
:
: 如果在冷的那端有冰塊冷卻的話 會轉更快
: 當然用冰塊是很浪費的做法 舉例只是想強調冷卻可以提高效率而已
:
: 上面說的柏油路面也有辦法吧 科科

你要100配110理論上也可以讓引擎動起來，問題是溫差僅10度，且本身溫度又這麼高?
有的研究了。

要用發燙的路面當熱源，空氣當冷端? 理論上也行。
但做這種蠢事幹嘛不如乖乖用真空集熱管或聚光系統來收集太陽能。

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  獨角獸查  理   ▕  ◥                    被活摘器官，死去的法輪功學員     
http://big5.soundofhope.org/programs/162/131261-1.asp                       

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.37.86.96
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1448635548.A.7C2.html
→ linceass: 看成史達林發電
推 nemies: 你熱機系?
→ nemies: 那核能很適合用史達林發電機囉?
推 koiopolo2: 感謝大大回答 ~~ (跪)
推 mos47: 我居然看完了！
推 krishuang: 有個錯字：泵
推 chadofhi: 推
推 diding: 太長了 給你用20字以內做結論
→ koiopolo2: 所以原來一切都是錢  還以為很便宜想不到這麼貴
推 sofaly: 推
推 reexamor: U文!!推!!  熱汞是什麼？魯肥宅4文組der!
推 daieiso: 動機系？
推 nemies: Heat Pump  HipHop~
推 wotupset: 好有趣 我也想做這個www
推 snilerdan: 優文推 之前的幻想被這篇打破了xD
推 koiopolo2: 所以就是當玩具ok 商業用的門檻太高惹
推 happy1004: 優文一定要推，台灣就靠你了大大！
推 song6: 長知識推
推 dawnsun:
推 bus77116: 推好文
推 proden: 長知識
噓 chen740530: 看成史達林
你自己看錯關我甚麼事?
先生你有事嗎?
推 newland: 推個
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/27/2015 23:24:22
推 maderfucker: 猛
推 babyMclaren: 史系
推 CLinna: 你史特林系?
推 eterbless: 優質文推
推 Harbin: 推
推 ljsnonocat2: 優質推
推 imanikki: 熱泵？
推 g3sg1: 目前似乎都是用來給潛艇用
不過拿來給潛艇用的理由反倒不是效率跟環保，
而是設計上比較容易達成靜音，
至少相對於柴油引擎安靜的多。

且也不是直接用史特林引擎輸出動力，而是用史特林引擎來發電，
替電池充電或是直接驅動電力推進器。
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/27/2015 23:53:31
推 birdman4368: 優質好文
推 kinjih: 長知識了
→ chloeslover: 史林特鼠力發電有搞頭嗎?
推 kj763: 長知識
推 utn875: 優文推
推 MW1220: 看完了 長知識!
推 csjan: 推
推 yannicklatte: 你不要這麼專業好嗎？
推 qazedc: 推推唷
推 Entropy1988: 長知識
推 as891339: 推
推 ace4: 推
推 howard396501: 您機械系？好像回到學校聽老師講課，推！
推 aa874125: 印象中之前民視的節目 科學再發現 從從主持的有做過這個
→ aa874125: 專題
推 saedn: 好特別!! 那拿去外太空使用可以嗎!? 加上太陽風!?
理論上不太適合，姑且不提熱源來的來源。
因為在外太空沒有空氣的媒介，只能靠熱輻射來散發熱量，
說白話就是冷端無法有高效率的散熱，引擎很難動起來。

而且太陽風是有點抽象的名詞，實際上就只是一堆射線與電漿粒子，
但密度太低沒辦法形成能量源。

太空中人類目前技術唯一可以直接利用的是太陽能。

但是有聽說過某些衛星或探測器上有史特林引擎，但是用途我不清楚是拿來幹甚麼。
只能確定不是拿來提供動力。

因為在太空中的太陽能比地球表面強了幾倍，要是沒有大氣層沒有太空衣，
人是可以被曬死的。
加上太空用的太陽能電池效率跟民間用的鳥東西是不同的等級，太空用的太陽能電池
效率是 35% 起跳的，甚至聽說有高達6X%的。
根本沒必要拿其他東西作為動力源。

推 bbbgggttt999: 優文必須推
推 jankochin: 您史特林系？
推 mc12355:
推 nohair: 碉堡了
推 DarkIllusion: 你史特林引擎系?
推 scarfman: 錯字修一下吧!是「熱泵(ㄅㄥˋ)不是「熱汞(ㄍㄨㄥˇ)」
泵 (ㄅㄥˋ) !!? 這輩子一直以為是ㄍㄨㄥˇ
難怪我找不到那個字....
推 dnek: 這也能釣到專業的…
→ wxtab019: 熱聲引擎就不用兩汽缸了
→ wxtab019: 雖然目前也還在研究階段 大多人也都以為是卡諾循環 不過
推 iceyeman: 長知識
→ wxtab019: 算了 這還在研究階段還是先不要說
→ wxtab019: 不過這篇對我也滿有幫助的 現在就是在弄雙管改成單管的
→ wxtab019: 不用史特林引擎本來雙管用的冷熱氣體交換
原始的設計都是單汽缸，就是冷熱端都在同一個汽缸中，但是這種設計有兩大缺點，
所以後來幾乎都改成雙汽缸的設計。

1. 你冷熱同處一結構體上，時間長了，看溫度，可能熱區或冷區的工作範圍會變大
   或縮小，因為忽略了汽缸壁也會導熱的問題。效率會因此有損失。

2. 最嚴重的是單一結構體一端熱一端冷，這種東西沒多久時間保證汽缸出問題。
   不是變形就是破裂。別小看熱脹冷縮帶來的應力。

3. 基於以上兩點，所帶來的另外一個缺點就是這種單引擎較無法適應不同的溫度變化。
推 pj721911: 熱”泵”？
推 clioneurise: 淺而易懂 推。
推 DAVIDWAY: 效率真的不高啊
推 Fooltodie: 推
推 sam36388: 你機械系?
推 PRME: 北投地熱不就很適合？
北投地熱是真的是有教授實作用史特林發電，不過那個模型記得才幾百瓦而已，
還處在是示範與研究階段。
推 SeikaKun: 理工必推
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/28/2015 07:21:23
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/28/2015 07:50:51
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/28/2015 09:10:58
推 cospergod: 專業
推 anticat: 火星救援小說裡用核衰變的輻射熱當暖氣,可能當熱端嗎?
不知道，我還沒看過電影咧，你少爆雷 :)
從文字來看，理論上可以。
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/28/2015 11:57:31
推 cccwit: 溫差10度 那工業區煙囪可以實裝嘛
理論上有溫差就足以讓史特林引擎動起來，問題是僅10度的溫差拿來用到底沒有意義?
溫差越少代表所含的能量也少。

溫差越少代表你汽缸體積必須越大，同時熱交換速率得越快，
而偏偏這兩種條件剛好又是相剋的，除非增壓，但是技術難度會更高。

玩具或是那種超低溫史特林引擎，往往體積都非常小，因為汽缸體積小、汽缸壁薄
熱交換速率也更快，可是這種東西除了好玩之外有甚麼用?

如果你要達到一個大功率的輸出，你僅10度的溫差，普通情況表示你汽缸得設計的
非常非常的大。

因為溫差越小，氣體體積變化率越小。那汽缸產生得產生目標壓力，
就表示你汽缸得越大，好容納更多氣體。反應到引擎上就是扭力也小。

唯一的解決之道就是將汽缸增壓，給他增壓個數倍大氣壓力，或是採用不同的氣體，
然後整個活塞還要能夠高度密封，導熱系統也要重新設計.....
因為你溫差低，為了導入更多熱源，你可能還得設計他X的複雜或是面積更大的
熱交換系統...

光想就覺得超級無敵麻煩不實際.......

拜託放過這10度吧，這10度的廢熱 直接拿來做溫室、乾燥、暖房的利用都比發電可行
誰說能源一定是電能的型態才能用?

事實上史特林引擎的工作溫度跟啟動門檻是相當高的，一般都比蒸汽引擎還高，
熱端也是要至少兩三百度的高溫。

曾經估算過最低最低也要有30度以上的溫差才有能源化的價值。

另外火力發電廠、焚化爐的煙囪的廢熱氣即使溫度很高，至少也有個兩三百度，
也不能拿來利用。

因為那個廢氣往往還嫌溫度不夠高，還刻意加熱過。

為什麼? 就不多提了，那是跟降低汙染物有關。

推 PRME: 北投金屬不會腐蝕？
推 followwar: 你史特林系?
推 mackulkov: 舊早期蒸氣引擎的一種啊 外燃機
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/28/2015 21:14:38
推 LCamel: 推一個
推 kpier2: 優文+1
※ 編輯: extemjin (114.37.86.96), 11/28/2015 23:14:58
推 wyvernlee: 專業好文!
推 Allenguy: 推
推 longkiss0618: