Krásný staronový stroj

Měla to být největší solární elektrárna ve Spojených státech: po skončení počáteční 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 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, jež jsou šetrné k životnímu prostředí, využívají obnovitelných zdrojů a vycházejí vstříc rostoucí poptávce po elektrické energii."

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, jež 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, ta se však 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 společnosti.

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 hitem zeleného hnutí, jeho původ však sahá daleko do minulosti. Už roku 1816 jej vynalezl skotský reverend Robert Stirling (1790-1878), který navázal na tzv. atmosférický stroj, jejž o více než jedno století dřív (roku 1712) zkonstruoval anglický kovář Thomas Newcomen. Princip Newcomenova stroje byl prostý: do pracovního válce se přiváděla pára, jež zdvihla píst, a pak byla ochlazena vstříknutím vody, což vedlo k opačnému pohybu. Stirlinga nejdřív napadlo, že zrovna tak by šlo střídavě zahřívat a ochlazovat válec naplněný vzduchem. Neohrabanost tohoto řešení a složitost obsluhy však vynálezce vedly 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. 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 benzin nebo elektřina) nabízel 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, že vynález se tiše vytratí z historie technického pokroku.

Čistý, 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. 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 velkého teplotního rozdílu mezi ozářenou a zastíněnou stranou kosmické lodi nebo orbitální stanice.

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 chladicí zařízení.

Chaty a ponorky

Vzkříšení Stirlingova motoru začalo někdy ve 30. letech minulého století. Objevoval se 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.

V té době 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.
K zajímavým výrobkům dnes patří například produkty norské firmy Sigma Elektroteknisk A.S., která nabízí malé jednotky dodávající současně elektřinu 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 však není dokonalé a ani Stirlingův motor nepředstavuje výjimku. Má velkou hmotnost, jeho chod se obtížně reguluje a nehodí se tedy pro pohon dopravních prostředků. Dalším problémem je vysoké tepelné namáhání materiálu a z toho vyplývající častá poruchovost.

Boje o zítřek

V současnosti už ale mnohé z toho neplatí, protože se 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 helium), které díky nižší hustotě lépe proudí v rozvodech stroje. Účinnost je také zvyšována použitím různého uspořádání několika válců, předáváním zbylého tepla z chladné části pomocí regenerátoru nebo zvyšováním tlaku náplně. Změnami tlaku pracovního plynu je také možné regulovat výkon motoru.

Stirlingův motor zajímá i zastánce takzvané decentralizované energetiky. Ti vycházejí 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 nevýhodách 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 o velikosti ledničky umístěné třeba ve sklepě prý uspokojí všechny potřeby rodiny a navíc neznečišťují životní prostředí.

Odpůrci této koncepce však 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 jsou ovšem velké zisky a tomu odpovídá i rostoucí intenzita sporu.

AUTOR: Jan A. Novák