Hyliion獲得美國海軍SBIR項(xiàng)目資助，用于開發(fā) 3D 打印兆瓦發(fā)電機(jī)

2024年8月12日，南極熊獲悉，總部位于奧斯汀的Hyliion公司獲得來自美國海軍的一項(xiàng)小型企業(yè)創(chuàng)新研究 (SBIR) 項(xiàng)目資助，用于開發(fā)該公司兆瓦級模塊化 KARNO 發(fā)電機(jī)的概念。此前，Hyliion曾于 2022 年從通用電氣公司（GE）收購了采用3D 打印熱交換器的KARNO 技術(shù)。

KARNO技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用前景

KARNO 發(fā)電機(jī)在效率和多功能性方面處于領(lǐng)先地位。它專為分布式發(fā)電而設(shè)計(jì)，有望對電力需求產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，與傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)營相比，它擁有與燃料無關(guān)的功能和更高的效率。

Hyliion 的 200 千瓦 KARNO 發(fā)電機(jī)利用無焰氧化的能量，在這個(gè)過程中，燃料和空氣經(jīng)過精心控制的混合物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生高效、超清潔的燃燒。該反應(yīng)產(chǎn)生熱量，然后熱量被引導(dǎo)到線性發(fā)電機(jī)的線圈區(qū)域。在內(nèi)部，氣體被加熱并在氣缸內(nèi)膨脹，推動(dòng)發(fā)電機(jī)的活塞向前移動(dòng)。在優(yōu)雅的運(yùn)動(dòng)交響樂中，當(dāng)活塞朝一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作會(huì)反向發(fā)生，從而產(chǎn)生和諧的振蕩。

發(fā)電機(jī)的心臟是電動(dòng)機(jī)，它利用活塞的動(dòng)能。通過磁鐵和線圈的相互作用，這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為電能。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是這種發(fā)電機(jī)的概念前身，已為人所知一百多年。然而，它的廣泛應(yīng)用受到熱傳遞效率低下的阻礙，而熱傳遞效率是其在不同場景中運(yùn)行的關(guān)鍵因素。為了迎接這一挑戰(zhàn)，Hyliion 利用 3D 打印技術(shù)在發(fā)電機(jī)軸內(nèi)制造復(fù)雜的熱交換器組件。正是這種組件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵創(chuàng)新使發(fā)電機(jī)能夠達(dá)到最佳性能所必需的高效率水平。

Hyliion 首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Thomas Healy表示：“我們制造的發(fā)電機(jī)是基于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的線性熱發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)尚未得到廣泛使用，因?yàn)闊o法達(dá)到所需的效率。然而，增材制造技術(shù)使我們能夠設(shè)計(jì)和打印以前無法制造的組件。這就是 KARNO 發(fā)電機(jī)可行的原因�！�

Hyliion 已經(jīng)為 KARNO 發(fā)電機(jī)確定了四個(gè)主要市場：電動(dòng)汽車充電、垃圾填埋場和油氣田產(chǎn)生的廢氣、商業(yè)建筑和數(shù)據(jù)中心的主要電力以及移動(dòng)電力場景。該公司已經(jīng)在其中一些領(lǐng)域建立了客戶。一旦 BETA 設(shè)備在今年晚些時(shí)候運(yùn)出，該公司計(jì)劃在明年擴(kuò)大增長。

Healy說： “我們需要為電網(wǎng)提供更多的發(fā)電量。我們有數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車充電器等設(shè)施，而且更普遍的是，越來越多的設(shè)備正在電氣化。我們需要更多的電力。我們的理念之一是，獲得更多電力的最佳方式是轉(zhuǎn)向更高效的發(fā)電。如果你看看今天的電網(wǎng)，它的運(yùn)行效率大約為 35%。如果我們能使電網(wǎng)效率達(dá)到 50%，你就解決了對更多電力的需求，而不必使用更多的燃料來發(fā)電。這就是 KARNO 發(fā)電機(jī)的作用所在：它能夠引領(lǐng)新的重大變革。”

Hyliion 轉(zhuǎn)向國防領(lǐng)域可持續(xù)化應(yīng)用

長期以來，Hyliion公司都致力于使用金屬增材制造 (AM) 生產(chǎn)碳排放量較低的發(fā)電解決方案。Hyliion 成立于 2015 年，最初致力于實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)輸電氣化，將半掛卡車改造成配備車載發(fā)電機(jī)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。這條道路使他們在 2020 年進(jìn)行了一次關(guān)鍵的公開募股，不久之后，他們與通用電氣公司建立了合作伙伴關(guān)系，推出了一種獨(dú)特的發(fā)電機(jī)技術(shù)來支持他們的電動(dòng)汽車。Healy的團(tuán)隊(duì)對通用電氣的 KARNO 發(fā)電機(jī)很感興趣，并最終獲得了這項(xiàng)技術(shù)，為 Hyliion 注入了新的潛力。

美國海軍對燃料無關(guān)的 KARNO 技術(shù)的主要興趣源于不同尺寸和能力的無人水面艦艇 (USV) 產(chǎn)量的預(yù)期激增。KARNO 與北約 F-76（最新一代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)艦艇使用的燃料）兼容，這意味著模塊化發(fā)電機(jī)可能對美國海軍的整個(gè)無人機(jī)計(jì)劃至關(guān)重要。

圖片由Hyliion 提供

Healy 在一份新聞稿中表示：“我們很榮幸能獲得美國海軍的 SBIR 合同。該合同證明了 KARO 發(fā)電機(jī)能夠提供高效、靈活且維護(hù)成本低的發(fā)電能力。我們很高興能為海軍的任務(wù)做出貢獻(xiàn)，并為他們的 USV 計(jì)劃探索更高功率的解決方案。”

增材制造行業(yè)下一階段的理想支點(diǎn)是將減少碳排放作為其核心重點(diǎn)。這不僅從根本上改善了制造業(yè)的可持續(xù)性。同樣，這也是必不可少的一步，因?yàn)槊绹�電網(wǎng)即將迎來來自公共和私營部門的巨額投資浪潮。

人們實(shí)現(xiàn)長期減排目標(biāo)的唯一方法是將更可持續(xù)的制造工藝與更可持續(xù)的終端產(chǎn)品相結(jié)合。金屬增材制造能否實(shí)現(xiàn)這一雙重目標(biāo)還有待觀察，但傳統(tǒng)制造傳統(tǒng)的發(fā)電和存儲(chǔ)硬件肯定無法完成這一任務(wù)。

政府資助并不適合每一個(gè)項(xiàng)目，但這個(gè)項(xiàng)目卻非常適合。從這個(gè)角度來看，減少碳排放這一幾乎不可能完成的任務(wù)要求美國建立一個(gè)不同于國家已經(jīng)習(xí)慣的傳統(tǒng)自由經(jīng)濟(jì)框架的經(jīng)濟(jì)框架。

換句話說，我們不需要一百萬家不同的公司制造一百萬種不同的發(fā)電機(jī)。我們需要選擇最適合盡快在規(guī)模上產(chǎn)生影響的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，然后讓競爭發(fā)生，看哪家公司在制造該設(shè)計(jì)方面做得最好。