斯特林热机发展综述

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1、http://www.paper.edu.cn1斯特林热机发展综述丁国忠张晓青郭方中胡兴华张春萍华中科技大学能源与动力工程学院制冷与低温工程系武汉430074Email:ding_guo_zhong@163.com摘要：在当前能源紧张的情况下，利用太阳能发电技术成了政府和企业非常关注的重要课题，本文论述了太阳能斯特林热机的发展，针对实际应用中的难点问题进行了讨论，为太阳能斯特林热机的发展提供参考。关键词：斯特林热机，太阳能，综述1.引言能源问题成了一个世界性关注的焦点，在石油和煤炭资源逐渐减少的今天，对于可再生能源的利

2、用获得了很多政府的资助和支持。我国863和973国家项目都提高了对太阳能等可再生能源利用项目的资助。太阳能作为地球最大的可再生能源，在近年来获得了更多的利用和发展，中国也成为了太阳能热水器生产的最大输出国，太阳能光伏电池也得到了迅速的发展，但是利用太阳能效率最高的斯特林发动机在中国的发展却非常不够，在日本每年都有斯特林发展的技术论坛。本文将对斯特林热机的发展和关键问题进行讨论。目前我国电力供应持续紧张，无法满足人们生产和生活需要，同时，采用化石燃料供电对环境造成了严重污染，因此，新能源发电方式越来越引起社会的热切关注。

3、斯特林热气机是完成热功转换的高效装置，并且对热源品位要求较低，适于以热能形式利用太阳能。近年来，发达国家加快对斯特林太阳能热发电方式的研究，其研究的方向主要集中在提高系统稳定性和降低系统发电成本方面；我国曾有少数科研院所从事过船用斯特林热气机、燃烧式（以麦杆等为燃料）斯特林热气机的研发工作，但最终以电能形式利用太阳能的斯特林发电系统尚未见成功实例。2.斯特林热机的发展2.1斯特林热机发展概况最早的斯特林热机源于1816年斯特林发明的回热式热机，专利号是4081，此热机小，功率输出是100W-4kW，并且它很快就被随后的

4、内燃机所取代。[1]1864年Ericsson发明了使用反射镜加热排出器气缸热端的太阳能驱动的热空气机，随后几年做了一些改进。第二代斯特林热机始于1937年，荷兰的飞利浦公司采用新材料技术把斯特林推上了一个很高的水平，在对传热和流体物理知识更好的理解下，对结构也做了重大改进，其中最重要的是菱形结构设计，提高了热机的稳定性。为乡村和偏远地区使用的斯特林也得到很多的[2]发展，比如古朴塔研究了1.9kW太阳能驱动的热机，热机效率5.7％，整个效率是2.02％。随后产生了带透明石英窗口的斯特林热机、带集光收集器的斯特林机和太

5、阳碟式热机技术。在大量太阳能技术中，碟式斯特林系统被认为拥有最高的太阳能到电能的转换效率。在太阳能碟式斯特林系统中一般采用高温高压氦气做工质的斯特林热机。其热电转换效率大约40％。太阳碟式热机技术是最老的太阳能技术之一，上世纪70年代末和80年代初，AdvancoCorporation、UnitedStirlingAB、McDonnellDouglasAerospaceCorparation(MDA)和美国能源[3]部及NASA喷气推进实验室都研究了现代太阳碟式热机技术。Davenport等报道的第二代碟1本课题得到国

6、家自然科学基金（50576024）和博士点基金（20030487046）资助。1http://www.paper.edu.cn式斯特林发电系统瞬时峰值功率23.3kW、效率26％。代表系统有4-95(25kWe)，STM4-120(25kWe)和SOLO161(11kWe)。现代碟式斯特林系统安装费用大约为10000$/kW，随着技术的发展将来有希望降到3000$/kW，实现市场化目标。西方各国的研究机构正在积极推进和发展高效、长寿命、高可靠性的Solar/Gas混合的蝶式斯特林太阳热发电系统，都在致力于关键技术上的突

7、破、成本的降低及商业化和推广应用。[4]美国的几家热气机公司正在研究开发25kW双作用式的自由活塞式的斯特林发动机；中国科学院电工研究所从上世纪70年代末期就开始从事太阳热发电的研究，目前该所[5]正在进行10kW碟式斯特林系统的示范化工程。上海711研究所已开发出110kW级斯特林机（使用常规燃料），北京农业大学已开发出[6]5kW级斯特林机（燃玉米芯）。2.2碟式斯特林机的应用碟式抛物面太阳热发电系统是抛物形碟式镜面将接受的太阳能集中在其焦点的接收器上。主要部件有太阳碟、电转换单元等。碟式斯特林系统跟踪太阳运动，把

8、太阳能集中到一个穴型接收器转换为热机/发电机的驱动热源。接收器吸收这部分辐射能并将其转换成热能。在接收器上安装热电转换装置，比如斯特林发动机或朗肯循环热机等，从而将热能转换成电能。斯特林热机具有高的热能转换机械能效率超过40％，高功率密度40-70kW/liter（太阳热机）、长效低维护费用的潜力等优点。由于碟式集热装置具有较高的