斯特林发动机 新型斯特林发动机要让你摆脱电网

Christopher Helman

在最新一期《福布斯》杂志中，我撰写了一篇关于大卫·克兰（David Crane）的文章，他是NRG Energy公司富有远见的首席执行官。几周前，当我跟克兰一起共进午餐时，我们刚坐下来，他就开始夸耀自己地下室里造的新玩意儿。这台机器——它的连续功率达到了10千瓦，以克兰家中的天然气做燃料——是对一种老发明做出的新改进，即斯特林发动机。这款新型斯特林发动机名为Beacon 10，它由著名发明家迪安·卡门（Dean Kamen）历经10年的工程设计才创造出来。

我在上周通过电话联系到了卡门——他最出名的事迹是发明了赛格威代步车（Segway）——向他询问关于这款设备的情况。“我们把他的地下室变成了我们实验室的一部分。”卡门说，“这当然不是为一般家庭制造的机器，但他有一个巨大的游泳池和一栋巨大的房子。”

卡门说，有了Beacon 10之后，“你不必为加热自己的游泳池感到内疚了。”这得益于斯特林发动机本身具有很高的能源效率。这种发动机最初是苏格兰牧师罗伯特·斯特林（Robert Stirling）在1816年构想出来的，斯特林发动机最简单的形式，是用外部热源对密闭气缸进行加热，气缸内空气的周期性膨胀和收缩推动活塞上下运动。跟汽车不同——其燃料是在发动机内燃烧——斯特林发动机属于外燃机，它可以使用任何外部热源。

斯特林发动机比内燃机更加安静，而且更加高效，因为热量被保留在发动机内部做更多的功，而不是让它逃逸到环境中去。

虽然斯特林发动机具有很高的效率，但它们没有流行起来，这是因为这种发动机需要时间加热，而且也无法迅速地调整功率输出。这使得斯特林发动机无法用在轿车和卡车上，但可能非常适于发电和加热水这样的工作。这些机器不仅仅是备用发电机，取决于天然气的价格，它们还可以24小时持续不断地为住宅或企业提供电力，而且要比太阳能电池板更可靠。

卡门所做的贡献是使用最高性能的材料制造他的斯特林发动机。首先，他使用技术熟练的焊工焊接发动机关键部件，它们都是由稀有合金材料制成。最近，他找到了利用3D打印技术让那些部件更精密的办法。克兰说，卡门设计中的一个关键因素是对一个小小塑料膜的完善，它看起来有点像一只避孕套。Beacon 10重约1,500磅，跟洗衣机差不多大，它里面还有一个电池系统，可以跟其他分布式发电系统（比如太阳能电池板）进行整合。

那么，卡门对这些发动机的未来有什么想法呢？克兰地下室里的Beacon 10对普通美国家庭来说太大了，它可以产生10千瓦的连续功率，而我们大多数人只需要2千瓦。“我喜欢推土机，但我不会放一台在自家车库里。”卡门打趣道。

卡门认为，除了豪宅业主之外，Beacon 10也非常适合于洗衣店或餐馆这些需要使用大量热水的商家。在商用化合作伙伴NRG Energy的帮助下，卡门迄今已经布署了20台Beacon发动机。

卡门预期在18个月内让Beacon投入生产。“我预期高端开发商会在两年之内安装它们。”

不过，10千瓦机型仅仅是个开始，卡门过不了多久就会推出面向商业化应用的较小机型。在他位于新罕布什尔州的家中，一台2.5千瓦的Beacon发动机已经运行了4年时间。

为什么不先提供较小的机型呢？“一台2千瓦的发动机只会提供五分之一的电力，但其成本却不止五分之一。”卡门如是说。这就是为什么他和NRG将会依托高科技尝鲜者来购买首批产品，比如特斯拉（Tesla）汽车的车主。

至于价钱是多少？卡门认为10千瓦机型的制造和安装成本大约是1万美元，平均下来每瓦在1美元左右。然而，这个价钱将无法覆盖开发成本和相关的管理费用，也赚不到利润。

Beacon发动机定什么价，将由克兰的NRG公司来决定。NRG的计划有很大一部分并不是要销售这些发动机，而是对外出租。向房屋业主和企业出租设备，这正是NRG和太阳能后起之秀SolarCity在太阳能电池板业务上所采用的商业模式。房屋业主可以租用这些设备20年左右的时间，并同意为自家屋顶产生的每度电向NRG支付一笔费用。如果太阳能电池板能够产生额外的电力，NRG还可以通过把它卖给电网赚钱。

NRG的想法是在Beacon发动机上尝试相同的模式。一旦设备普及率足够高，NRG将能让一个地区的数十台设备组建成网络。取决于天然气价格和电力需求水平，NRG有时候将可以向一个地区的所有Beacon设备发送指令，让它们以全功率输出，将多余电力输送到电网。“我们不认为自己应该仅仅销售一台设备。”卡门说，“我们认为自己应该成为一个未来系统的一部分，推动微型电网的演进。”

当然了，卡门创造这款设备原先并不是为了美国。“我对帮助发展中国家很感兴趣。”卡门说道，他最初研究斯特林发动机是为了给世界上那些还没通电的地方提供帮助。斯特林发动机的美妙之处在于它可以使用任何热源，“我们在孟加拉国用牛粪为其提供热源，甚至还试过烧橄榄油。”卡门说道。

他坦言，自己对美国竟然成了一个潜在市场感到惊讶。“建造电网花了100年的时间，其核心是国家最重要的基础设施。”卡门说，然而，“我原来不知道电网会变得更加脆弱，人们会对飓风感到不安。我原来也不知道天然气价格会急剧下跌。”

卡门表示，随着时间的推移，这些设备的价格应该会降下来，其普及率应该会接近于空调、冰箱、热水器和中央暖气系统这样的家用电器，它们一度也是新奇事物，但现在已经司空见惯。卡门说，Beacon最终可能会取代其中的两种电器——电炉和热水器。

那么，10年之后人人都会拥有一台吗？

“我会说是的，10年之后你还依赖于架设在头顶上的电线的概率很可能跟仍然为打电话而安装固话的概率一样，接近于零。”

译 何无鱼校 陈岳林