近年來，在中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的支持下，理化技術(shù)研究所熱聲技術(shù)研究團隊基于先進的熱聲理論，闡明了聲場調(diào)節(jié)、聲電匹配、活塞漂移等機理問題，建立了系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化與分析理論，突破了氣體彈簧、氣浮支撐、電機冷卻等多項關(guān)鍵技術(shù)，研制出國際首套百千瓦級自由活塞熱聲斯特林發(fā)電系統(tǒng)。近期，經(jīng)專家組現(xiàn)場測試，在熱源溫度為530℃時（熔鹽加熱），該樣機實測最大發(fā)電功率達到102kWe，突破了百千瓦發(fā)電功率。該樣機的研制成功，使我國成為在國際上首個掌握大功率自由活塞熱聲斯特林發(fā)電研制技術(shù)的國家，在太陽能熱發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電以及冷熱電分布式聯(lián)供等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。

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)。基于該技術(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)稱回熱器）、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。“當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，也就是氣體往復運動，將熱能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機械能。”中國科學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運動，帶動永磁體改變線圈中的磁通量，感應出交流電，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。“它主要是利用聲波壓力的交替升高和降低實現(xiàn)氣體的壓縮和膨脹，同時通過氣體的往復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院理化所研究員胡劍英告訴記者。

羅二倉表示，自由活塞熱聲斯特林發(fā)電機優(yōu)點突出?！耙皇窍到y(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)存在復雜的熱動力學問題，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)的推廣應用。

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)域具有廣泛應用前景的新一代能源動力轉(zhuǎn)換技術(shù)。