新型斯特林發動機要讓你擺脫電網
2020-12-04 網易科技Christopher Helman
在最新一期《福布斯》雜誌中，我撰寫了一篇關於大衛·克蘭（David Crane）的文章，他是NRG Energy公司富有遠見的執行長。幾周前，當我跟克蘭一起共進午餐時，我們剛坐下來，他就開始誇耀自己地下室裡造的新玩意兒。這臺機器——它的連續功率達到了10千瓦，以克蘭家中的天然氣做燃料——是對一種老發明做出的新改進，即斯特林發動機。這款新型斯特林發動機名為Beacon 10，它由著名發明家迪安·卡門（Dean Kamen）歷經10年的工程設計才創造出來。
我在上周通過電話聯繫到了卡門——他最出名的事跡是發明了賽格威代步車（Segway）——向他詢問關於這款設備的情況。「我們把他的地下室變成了我們實驗室的一部分。」卡門說，「這當然不是為一般家庭製造的機器，但他有一個巨大的遊泳池和一棟巨大的房子。」
卡門說，有了Beacon 10之後，「你不必為加熱自己的遊泳池感到內疚了。」這得益於斯特林發動機本身具有很高的能源效率。這種發動機最初是蘇格蘭牧師羅伯特·斯特林（Robert Stirling）在1816年構想出來的，斯特林發動機最簡單的形式，是用外部熱源對密閉氣缸進行加熱，氣缸內空氣的周期性膨脹和收縮推動活塞上下運動。跟汽車不同——其燃料是在發動機內燃燒——斯特林發動機屬於外燃機，它可以使用任何外部熱源。
斯特林發動機比內燃機更加安靜，而且更加高效，因為熱量被保留在發動機內部做更多的功，而不是讓它逃逸到環境中去。
雖然斯特林發動機具有很高的效率，但它們沒有流行起來，這是因為這種發動機需要時間加熱，而且也無法迅速地調整功率輸出。這使得斯特林發動機無法用在轎車和卡車上，但可能非常適於發電和加熱水這樣的工作。這些機器不僅僅是備用發電機，取決於天然氣的價格，它們還可以24小時持續不斷地為住宅或企業提供電力，而且要比太陽能電池板更可靠。
卡門所做的貢獻是使用最高性能的材料製造他的斯特林發動機。首先，他使用技術熟練的焊工焊接發動機關鍵部件，它們都是由稀有合金材料製成。最近，他找到了利用3D列印技術讓那些部件更精密的辦法。克蘭說，卡門設計中的一個關鍵因素是對一個小小塑料膜的完善，它看起來有點像一隻保險套。Beacon 10重約1,500磅，跟洗衣機差不多大，它裡面還有一個電池系統，可以跟其他分布式發電系統（比如太陽能電池板）進行整合。
那麼，卡門對這些發動機的未來有什麼想法呢？克蘭地下室裡的Beacon 10對普通美國家庭來說太大了，它可以產生10千瓦的連續功率，而我們大多數人只需要2千瓦。「我喜歡推土機，但我不會放一臺在自家車庫裡。」卡門打趣道。
卡門認為，除了豪宅業主之外，Beacon 10也非常適合於洗衣店或餐館這些需要使用大量熱水的商家。在商用化合作夥伴NRG Energy的幫助下，卡門迄今已經布署了20臺Beacon發動機。
卡門預期在18個月內讓Beacon投入生產。「我預期高端開發商會在兩年之內安裝它們。」
不過，10千瓦機型僅僅是個開始，卡門過不了多久就會推出面向商業化應用的較小機型。在他位於新罕布夏州的家中，一臺2.5千瓦的Beacon發動機已經運行了4年時間。
為什麼不先提供較小的機型呢？「一臺2千瓦的發動機只會提供五分之一的電力，但其成本卻不止五分之一。」卡門如是說。這就是為什麼他和NRG將會依託高科技嘗鮮者來購買首批產品，比如特斯拉（Tesla）汽車的車主。
至於價錢是多少？卡門認為10千瓦機型的製造和安裝成本大約是1萬美元，平均下來每瓦在1美元左右。然而，這個價錢將無法覆蓋開發成本和相關的管理費用，也賺不到利潤。
Beacon發動機定什麼價，將由克蘭的NRG公司來決定。NRG的計劃有很大一部分並不是要銷售這些發動機，而是對外出租。向房屋業主和企業出租設備，這正是NRG和太陽能後起之秀SolarCity在太陽能電池板業務上所採用的商業模式。房屋業主可以租用這些設備20年左右的時間，並同意為自家屋頂產生的每度電向NRG支付一筆費用。如果太陽能電池板能夠產生額外的電力，NRG還可以通過把它賣給電網賺錢。
NRG的想法是在Beacon發動機上嘗試相同的模式。一旦設備普及率足夠高，NRG將能讓一個地區的數十臺設備組建成網絡。取決於天然氣價格和電力需求水平，NRG有時候將可以向一個地區的所有Beacon設備發送指令，讓它們以全功率輸出，將多餘電力輸送到電網。「我們不認為自己應該僅僅銷售一臺設備。」卡門說，「我們認為自己應該成為一個未來系統的一部分，推動微型電網的演進。」
當然了，卡門創造這款設備原先並不是為了美國。「我對幫助發展中國家很感興趣。」卡門說道，他最初研究斯特林發動機是為了給世界上那些還沒通電的地方提供幫助。斯特林發動機的美妙之處在於它可以使用任何熱源，「我們在孟加拉國用牛糞為其提供熱源，甚至還試過燒橄欖油。」卡門說道。
他坦言，自己對美國竟然成了一個潛在市場感到驚訝。「建造電網花了100年的時間，其核心是國家最重要的基礎設施。」卡門說，然而，「我原來不知道電網會變得更加脆弱，人們會對颶風感到不安。我原來也不知道天然氣價格會急劇下跌。」
卡門表示，隨著時間的推移，這些設備的價格應該會降下來，其普及率應該會接近於空調、冰箱、熱水器和中央暖氣系統這樣的家用電器，它們一度也是新奇事物，但現在已經司空見慣。卡門說，Beacon最終可能會取代其中的兩種電器——電爐和熱水器。
那麼，10年之後人人都會擁有一臺嗎？
「我會說是的，10年之後你還依賴於架設在頭頂上的電線的概率很可能跟仍然為打電話而安裝固話的概率一樣，接近於零。」
譯 何無魚 校 陳嶽林
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