Когда-то, при захвате Сиракуз, известный греческий ученый Архимед был убит мечом римского легионера… А может не легионера, а работника специальных служб какой-нибудь нефтяной компании? Еще во время осады Архимед сильно нервировал римские войска. То хитрыми метательными машинами, то демонстрацией первого в мире лучевого оружия… Стоп! Вот с этого места начнем поподробней, поскольку эта легенда, или история является ключевой отправной точкой в прямом использовании солнечной энергии.
Легенда гласит, что город Сиракузы подвергся осаде римскими легионами в 212 г. До Н.Э. Архимед был столь изобретателен, что использовал при обороне метательные машины дальнего и ближнего действия. Кроме того, в бухте, где стояли римские галеры, Архимед применил мощные краны, которые подцепляли корабли римлян и переворачивали их. Как тут не вспомнить знаменитое выражение: «Дайте мне точку опоры и я переверну Землю»! Но самая впечатляющая легенда относится к тому периоду, когда римляне отказались от попыток штурма города и перешли к планомерной осаде. Войска отошли на безопасное расстояние, а флот запер бухту. Но и тогда гений Архимеда не успокоился. Согласно римским источникам, жители Сиракуз использовали зеркала и начищенные до блеска медные щиты, чтобы сконцентрировать солнечные лучи на кораблях захватчика. В результате этой нехитрой операции флот римлян был сожжен.
Уже в наше время эксперимент пытались повторить многочисленные экспериментаторы. В большинстве своем они терпели фиаско, что позволяло им говорить о несостоятельности легенды. Даже студенты Массачусецкого Технологического Института приложили к этому руку, но добились лишь почернения деревянных поверхностей. Однако греческий историк испытатель Иоаннис Саккас в 1973 г. показал возможность данного события. В своем эксперименте он использовал 70 медных зеркал, с помощью которых поджег на расстоянии в 50 м. макет римского корабля. Таким образом, принципиальная возможность использования лучевого оружия на основе солнечной энергии была доказана, а прочие параметры являются уже теоретической и практической задачкой.
Чем же опыт Архимеда интересен для современной энергетики? Как известно, самое широкое распространение солнечная энергетика получила на основе солнечных батарей, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Однако такой метод получения энергии, удобной для использования человеком, крайне неэффективен. КПД таких солнечных панелей в очень редких случаях достигает 30%-40%. Это, конечно, очень неплохой показатель. Однако 40,7% КПД был достигнут на специальной батарее, разработанной компанией Boeing-Spectrolab. При этом панель использовала концентратор солнечной энергии. Во всех остальных случаях солнечные панели показывают КПД на уровне 15%-22%, да и то в хорошую солнечную погоду. Тем не менее, технология солнечных панелей получила заметное распространение. Даже в конце 80-х уже появились первые калькуляторы с солнечной батареей, которые могли работать при любом освещении, избавляя владельца от необходимости запасаться батарейками.
На основе солнечных батарей строится большинство современных солнечных электростанций. Считается, что это один из наиболее чистых и независимых источников энергии. Но он обладает одним существенным недостатком, а именно отсутствием выработки энергии в ночное время суток. Для решения этой проблемы применяют аккумуляторы, или механические сборники энергии. К примеру, закачивают воздух под давлением в емкости, а в ночное время крутят с его помощью турбину генератора. Крупнейшая солнечная электростанция на основе панелей организована в Испании Jumilla, Murcia. Ее мощность составляет 23МВт на пике. На площади в 100 Га. располагается 120 тыс. солнечных панелей в 240 сборках. См. подробнее: http://technology4life.wordpress.com/2008/01/31/the-world%C2%B4s-largest-pv-solar-plant-open-in-southern-spain/
Однако принцип Архимеда не канул в Лету и его упражнения с отполированными щитами нашли свое место в современной энергетике. Крупнейшая солнечная электростанция, использующая принцип Архимеда, называется La Florida и располагается в испанском городке Alvarado, Badajoz. Ее мощность составляет 50МВт, а площадь около 55 Га. Параболические зеркала отражают солнечный свет, концентрируя его на теплообменнике, который нагревает пар, двигающий генерирующие электричество турбины. Ожидается, что к 2013 г. мощность солнечной энергетики в Испании составит 2500МВт. При этом солнечная энергетика более надежна и стабильна, чем ветровая. Число солнечных дней в Испании заметно превышает 300 в год, что делает солнечную энергию предпочтительней, чем ее производная в виде ветра. К примеру, можно почитать статью на тему La Florida в британской Guardian: http://www.guardian.co.uk/environment/2010/jul/13/spain-solar-power/print
В чем же преимущество солнечно-термальных электростанций перед панельной архитектурой? Одно из основных кроется в том, что данный вид электростанций позволяет применить технологии, которые расширят период работы электростанции на ночные часы и даже на 1-2 дня, когда солнечный свет не сможет пробиться сквозь завесу облаков. Журнал Scientific American описывает методы использования расплавленных солей для нагревания пара в течение периода от 8 до 48 часов. См. статью от 18 февраля 2009 г.: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-to-use-solar-energy-at-night
Вновь вернемся в Испанию, провинция Гранада. На электростанции Andasol 1 около 28 тыс. тонн расплавленной соли циркулирует в системе электростанции, поддерживая ее работы в ночное время. Соль плавится при высоких температурах. К примеру, температура плавления обычной поваренной соли 800Ц. У других солей она ниже. На Andasol 1 используют смесь калийной соли и сульфаты, которая достигает температуры плавления при более низкой температуре. Затем на этом запасе энергии электростанция может работать до 7-8 часов. Стоимость такой электростанции составляет около 300 млн. евро. В Испании уже начал работать второй проект Andasol-2. Идея также нашла отклик в США, где Arizona Public Service Co. строит электростанцию мощностью 280МВт на территории в 800 Га. в 110 км. от Феникса. Предварительные расчеты показывают, что стоимость электроэнергии солнечно-термальной электростанции составляет около $0,13 КВт в час. Это, безусловно раза в два дороже, чем электричество, производимое на угольных, или газовых электростанциях, но распространение технологии и удешевление производства компонентов сделают данный тип энергии более доступным. В перспективе упрощение технологии через исключение промежуточных нагреваемых элементов системы, что еще больше снизит себестоимость энергии.
Если вспомнить проект Desertec Industrial Initiative, то направление дальнейшего развития солнечно-термальной энергетики вполне очевидно: http://www.bloom-boom.ru/blog/materialmarkets/8481.html. К тому же есть и подтверждения того, что некоторые фигуранты проекта в Северной Африки уже готовы включиться в самый грандиозный энергетический проект начала XXI века. 9 февраля появилась информация из Алжира, что власти страны намерены инвестировать до $60 млрд. в развитие альтернативной энергетики в период до 2030 г. К 2015 г. мощность возобновляемой энергетики составит 650МВт, к 2020 мощность составит 2700МВт, а к 2030 г. достигнет 12000МВт. Уже в 2007 г. в Алжире началось строительство солнечно-термальных электростанций гибридного типа. Данные энергетические мощности используют уже знакомые параболические концентраторы в дневное время, а в ночное переходят на газовые турбины. При использовании новых технологий сохранения тепла электростанции могут полностью, или почти полностью, отказаться от использования ископаемого топлива. В самом деле, в пустынях Сахара и Аравийской пустыне число солнечных дней в году заметно превышает 300. Для справки, лишь в районе Геленджика на территории РФ число солнечных дней в году превышает отметку в 300. Если же распределить солнечно-термальные электростанции на достаточном расстоянии с Востока на Запад, то проблемы с отсутствием солнца в одном месте будут компенсированы выработкой электроэнергии в другом.
В любом случае, чем дороже становится нефть, тем решительней становятся инвесторы, которые любят «по-горячее». Поэтому не придется ожидать долго следующего всплеска инвестиций в производство энергии из альтернативных возобновляемых источников. Даже в кризисный период 2008-2009 гг. инвестиции в данный сектор не ослабевали, хотя нефть в 2009 г. в среднем была дешевле в два раза, чем в первые месяцы 2011 г. 
Another product will be the 10 kW PowerUnit, based on the STM 4-70 engine, which is being developed as an adaptation of the engine that was built in conjunction with General Motors Corporation for use in GM's hybrid electric car. 
В верхней части цилиндра 1 имеется водяная охлаждающая рубашка 2, а дно цилиндра постоянно нагревается пламенем. В цилиндре размещен рабочий поршень 3, уплотненный поршневыми кольцами и соединенный шатуном с коленчатым валом (на рисунке коленчатый вал не показан). Между дном цилиндра и рабочим поршнем находится поршень-вытеснитель 4, который перемещается в цилиндре с большим зазором. Заключенный в цилиндре воздух через этот зазор перекачивается вытеснителем 4 либо к днищу рабочего поршня, либо к нагреваемому дну цилиндра. 
Поршень 2 является рабочим, он передает давление воздуха на кривошипно-шатунный механизм, а вытеснитель / предназначен для перемещения воздуха из верхней части цилиндра в нижнюю. В положении а воздух из пространства между двумя поршнями поступает через радиатор 3 и регенератор 4 в трубки подогревателя 6 и затем в верхнюю часть цилиндра. Трубки подогревателя размещены в камере сгорания, куда свежий воздух для сгорания подается по каналам 7 и затем, проходя через теплообменник, поступает в зону распылителя форсунки 5; отработавшие газы из подогревателя отводятся через выпускной трубопровод 8. В положении "А" воздух сжат и при движении в верхнюю часть цилиндра нагревается сначала в регенераторе, а затем в подогревателе. 
В цилиндре сохраняется постоянная масса воздуха, поэтому цилиндр работает без выхлопа. Для подогрева можно использовать любой источник тепла. В рассмотренной схеме применен котел на жидком топливе; содержание вредных веществ зависит от полноты сгорания топлива в камере сгорания котла. Поскольку при этом создается режим непрерывного сгорания при относительно низкой температуре и большом избытке воздуха, можно достичь полного сгорания и небольшого содержания вредных веществ.
Зависимость индикаторного КПД от удельной литровой мощности Nуд одноцилиндрового двигателя Стирлинга мощностью 165 кВт показана на рис. 113. 
Высокое давление рабочего тела, действующее в двигателе Стирлинга, требует наличия толстых стенок картера и цилиндра. При применении водорода в качестве рабочего тела масло не должно попадать в рабочее пространство и поэтому необходимо иметь высокогерметичное уплотнение штока поршня. Хорошо зарекомендовало себя цилиндрическое диафрагменное уплотнение в сочетании с масляной подушкой (рис. 114). Диаметры d и d2 выбраны так, чтобы объем масла под диафрагмой сальника не изменялся при перемещении штока. Маслосъемное поршневое кольцо С выполняет функцию насосного элемента, а регулятор R поддерживает давление масла под диафрагмой на уровне среднего давления газа в цилиндре.
Двигатель Стирлинга постоянно совершенствуется и его четырехцилиндровая модель второго поколения уже имеет поршень двойного действия. 
В рядном двигателе соединительный канал между четвертым и первым цилиндрами имеет большую длину и объем, поэтому используются двигатели с V-образным или звездообразным расположением цилиндров. В обоих случаях все четыре цилиндра расположены близко друг от друга, а их верхние части (головки) образуют группы, обогреваемые общим котлом Теплоизоляция такой конструкции также отличается простотой Фирма "Филипс" внесла в двигатель Стерлинга много интересных изменений Для первых регенераторов использовались мелкие сита из тонкой медной проволоки, в дальнейшем они были заменены блоком из пористой керамики Материал регенератора должен иметь большую удельную теплоемкость и выдерживать резкие изменения температуры Поэтому регенератор должен быть разделен на несколько меньших элементов Пористый материал легко аккумулирует и отдает теплоту и позволяет благодаря этому обеспечить работу двигателя с частотой вращения до 4000 мин-1. Мощность двигателя зависит от среднего рабочего давления. У двигателя "Филипс" это давление составляло около 20 МПа.
На рис. 116 приведены мгновенные значения относительного кругяшею момента двигателя Стирлинга и дизельного двигателя за один оборот коленчатого вала 
Мировой интерес к этому типу двигателей с того времени продвинулся из области теоретических построений в плоскость практической реализации в самых разных сферах. За рубежом уже начато производство двигателей Стирлинга, технические характеристики которых уже сейчас превосходят ДВС и газотурбинные установки. Так, двигатели Стирлинга фирм Philips, STM Inc., Daimler Benz, Solo, United Stirling мощностью от 5 до 1 200 кВт имеют эффективный КПД более 42 %, ресурс - более 40 тыс. ч, удельную массу - от 1,2 до 3,8 кг/кВт. 
Наиболее бурное развитие двигателей Стирлинга происходит в сфере военных технологий. 
Самый многообещающий проект шведов связан с перспективной подводной лодкой «Викинг». Это название выбрано не случайно. В реализации проекта должны участвовать еще две скандинавские страны - Норвегия и Дания. «Кокумс», норвежская компания «Конгсберг» и датская «Оденсе столшипсваерфт» образовали консорциум для практической работы над проектом. Всего планировалось построить 12 субмарин нового поколения. По мнению ведущих специалистов, эта была бы лучшая подводная лодка XXI века. На ней планировалось установить единый двигатель Стирлинга большой мощности (ориентировочно 800 кВт). 
