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系统，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，基于该技术的发电系统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，系统内部一般充注高压的氦气作为工作介质。其中，发动机不同于传统热机动力系统，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保持10微米至30微米的微小间隙，互不接触，既能起到动密封的作用，又能避免机械磨损。
然而，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的突破。较小的单机功率极大地制约了该技术的推广应用。
在中国科学院先导项目支持下，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。
经专家组现场测试，在热源温度为530摄氏度时，实测最大发电功率达到了102千瓦，突破了百千瓦发电功率。
相关负责人介绍，自由活塞热声斯特林发电机功率的突破极大地拓展了其应用领域，使之成为了一种可以与内燃机相媲美的能源转换技术。
自由活塞热声斯特林发电机结构示意图。中国科学院理化技术研究所供图
对置型百千瓦热声斯特林发电机实物照片。中国科学院理化技术研究所供图