陸成寬

科學(xué)導(dǎo)報訊 筆者11月2日從中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所獲悉，該所成功研制國際首套百千瓦級自由活塞熱聲斯特林發(fā)電樣機。專家組現(xiàn)場測試結(jié)果顯示，在熱源溫度為530攝氏度時，發(fā)電樣機實測最大發(fā)電功率達102千瓦。

自由活塞熱聲斯特林發(fā)電技術(shù)是一種新型熱發(fā)電技術(shù)?；谠摷夹g(shù)研制的發(fā)電機，主要由自由活塞熱聲發(fā)動機和直線電機兩部分組成。發(fā)動機主要組成部件為加熱器、熱聲換能器（傳統(tǒng)稱回?zé)崞鳎?、冷卻器等，直線電機主要組成部分為動力活塞、永磁體、線圈等。

外部熱源通過加熱器向發(fā)動機輸入熱量，提高加熱器的溫度；外部冷源則從冷卻器帶走熱量，使之維持在較低的溫度?！爱?dāng)加熱器和冷卻器之間的溫差達到一定值、熱聲換能器內(nèi)部形成一定的溫度梯度時，發(fā)動機內(nèi)部的氣體就會產(chǎn)生自激聲振蕩，也就是氣體往復(fù)運動，將熱能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機械能?！敝袊茖W(xué)院理化所研究員羅二倉說，發(fā)動機產(chǎn)生的聲波又會推動直線電機的動力活塞往復(fù)運動，帶動永磁體改變線圈中的磁通量，感應(yīng)出交流電，從而完成機械能到電能的轉(zhuǎn)化。

不同于汽輪機、燃氣輪機和內(nèi)燃機等傳統(tǒng)的熱機動力系統(tǒng)，該類型發(fā)電機中的熱聲斯特林發(fā)動機沒有壓縮機、膨脹機等機械運動部件?！八饕抢寐暡▔毫Φ慕惶嫔吆徒档蛯崿F(xiàn)氣體的壓縮和膨脹，同時通過氣體的往復(fù)運動與處于不同位置的高、低溫換熱器壁面進行換熱，完成能量轉(zhuǎn)化?！敝袊茖W(xué)院理化所研究員胡劍英告訴筆者。

羅二倉表示，自由活塞熱聲斯特林發(fā)電機優(yōu)點突出。“一是系統(tǒng)簡單，機械運動部件少，可靠性高；二是理論振動小、噪聲低；三是理論效率高；四是熱源適應(yīng)性好，可以利用太陽能、余熱、生物質(zhì)能等各種不同形式的熱源?！绷_二倉說。

然而，由于自由活塞熱聲斯特林發(fā)電技術(shù)存在復(fù)雜的熱動力學(xué)問題，且涉及多項高難度加工及制備技術(shù)，單機最大功率一直難以獲得進一步的突破。同時，較小的單機功率也極大地制約了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

在中國科學(xué)院先導(dǎo)項目支持下，理化所研究團隊創(chuàng)建了先進的熱聲分析和設(shè)計理論，闡明了熱聲轉(zhuǎn)換、聲場調(diào)節(jié)、聲電匹配等機理問題，突破了高功率交變換熱、高精度氣體間隙密封、氣浮支撐多項關(guān)鍵技術(shù)，研制成功了國際首套百千瓦級自由活塞熱聲斯特林發(fā)電系統(tǒng)。

胡劍英表示，自由活塞熱聲斯特林發(fā)電機功率的突破極大地拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域，使之成為太陽能熱發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電以及分布式能源領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的新一代能源動力轉(zhuǎn)換技術(shù)。