对置型百千瓦热声斯特林发电机实物照片。理化所供图

近日，中国科学院理化技术研究所（以下简称理化所）成功研制出百千瓦级自由活塞热声斯特林发电样机。经专家组现场测试，在热源温度为530摄氏度时，该发电样机实测最大发电功率达到102千瓦，标志我国率先掌握了大功率自由活塞热声斯特林发电技术。

自由活塞热声斯特林发电技术是一种新型热发电技术。基于该技术研制的发电机，具有机械运动部件少、可靠性高；理论振动小、噪声低；理论效率高、与同温限卡诺循环效率相等；热源适应性好，可以利用太阳能、余热、生物质能等各种不同形式的热源等优点。

该类型发电机主要包括自由活塞热声发动机、直线电机两部分，工作介质一般为系统内部充注的高压氦气。不同于传统热机动力系统，自由活塞热声发动机没有压缩机、膨胀机等机械运动部件，而是利用声波压力的交替升高和降低实现气体的压缩和膨胀，同时通过气体的往复运动与处于不同位置的高、低温换热器壁面进行换热，从而完成能量的转化过程；直线电机的活塞与气缸之间则保持10~30微米的微小间隙，互不接触，既能起到动密封作用，又能避免机械磨损。

由于自由活塞热声斯特林发电技术存在复杂的热动力学问题，且涉及多项高难度加工及制备技术，单机最大功率一直难以获得进一步突破。理化所热声技术研究团队创建了先进的热声分析和设计理论，阐明了热声转换、声场调节、声电匹配等机理问题，突破了高功率交变换热、高精度气体间隙密封、气体弹簧以及气浮支撑等多项关键技术，研制出百千瓦级自由活塞热声斯特林发电系统。

据介绍，发电功率的突破极大拓展了发电机的应用领域，使之成为一种可以与内燃机相媲美的能源转换技术。

（原载于《中国科学报》 2023-11-06 第1版 要闻）