斯特林发电机简介
生物质斯特林发电
生物质斯特林发电
生物质斯特林发电是一种利用生物质能进行发电的技术，它通过斯特林发动机将生物质燃烧产生的热能转化为机械能，进一步转化为电能。
这种发电方式具有许多优点，包括可利用各种生物质作为燃料，能源利用效率高，环境污染小等。
生物质斯特林发电系统主要由生物质燃烧装置、斯特林发动机和发电机等组成。
生物质燃烧装置负责将生物质燃料燃烧产生热能，斯特林发动机则将热能转化为机械能，发电机则将机械能转化为电能。
与传统的火力发电相比，生物质斯特林发电的燃料成本较低，同时其运行成本也较低。
此外，由于生物质燃烧后产生的二氧化碳可以与植物的光合作用抵消，因此生物质发电具有较低的碳排放，有助于减缓全球气候变化。
然而，生物质斯特林发电也存在一些挑战和限制。
首先，生物质能源的生产和使用可能受到地区和气候的限制。
其次，生物质能源的生产需要大量的土地和资源，可能会对环境造成一定的影响。
此外，生物质燃料的生产和使用过程中也需要注意安全问题，防止火灾等事故的发生。
总的来说，生物质斯特林发电是一种具有潜力的可再生能源技术，具有广阔的应用前景。
随着技术的不断进步和成本的降低，相信这种发电方式将会在未来得到更广泛的应用和推广。
斯特林发电机原理
斯特林发电机原理斯特林发电机是一种热力发电机，它利用斯特林循环原理将热能转化为电能。
斯特林发电机的工作原理如下：1.斯特林循环：斯特林循环是一种热力循环，由两个恒温热源和两个绝热过程组成。
在斯特林循环中，工作物质在热源的作用下膨胀和压缩，实现热能的转化。
循环包括以下四个过程：a.加热过程（热源加热）：工作物质在高温热源的作用下吸收热量，温度升高。
b.膨胀过程（等温膨胀）：工作物质通过膨胀从高温热源到低温热源，此过程中对外做功。
c.冷却过程（冷源冷却）：工作物质从低温热源吸收热量，温度降低。
d.压缩过程（等温压缩）：工作物质通过压缩回到高温热源，此过程中对外做功。
2.斯特林发电机工作原理：斯特林发电机利用斯特林循环的原理进行能量转换。
其主要组成部分包括燃烧室、热交换器、工作物质（通常为氢气或氦气）、活塞、发电机等。
a.加热过程：燃烧室中的燃料燃烧产生高温热源，使工作物质在热交换器内加热，吸收热量。
b.膨胀过程：加热后的工作物质进入膨胀缸，使活塞向外膨胀，驱动发电机产生电能。
c.冷却过程：膨胀后的工作物质进入热交换器的冷侧，与低温热源接触，放出热量，冷却下来。
d.压缩过程：冷却后的工作物质进入压缩缸，活塞向内压缩，将工作物质压回热交换器，准备进行下一次循环。
通过这样的循环过程，斯特林发电机不断地将热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
需要注意的是，斯特林发电机的效率受到多个因素的影响，包括燃烧室的燃料效率、热交换器的传热效率等。
斯特林发电机具有一定的优点，如可使用多种燃料、无排放、低噪音等。
然而，由于其结构复杂、部件制造要求较高等因素，目前斯特林发电机的商业应用还相对较少，多用于特定领域和实验室研究。
斯特林发电机简介
斯特林太阳能发电机2009-8-15 17:02:43 | 作者：125.116.252.*正文背景色：太阳能斯特林发动机，保证中国能源独立性二十四年前，本人在中国上海召开的第二次斯特林发动机国际会议上发表主题演讲，题为【斯特林发动机在中国未来发展的美好前景】。
当时我的身份是美国斯特林发动机研发伙伴有限公司的主要负责人和中国科学院热物理研究所的访问顾问。
我在演说中宣布，由美国斯特林发动机研发伙伴有限公司负责安排，美国机械科技股份有限公司的斯特林发动机技术将转让给中国。
请参考附上的本人在斯特林发动机国际会议的讲话稿的封面、上海船用柴油机研究所和美国斯特林发动机研发伙伴有限公司签订的技术转让协议书。
过去的20多年，全球工程界在斯特林发动机的应用上已经取得长足的进步，产生了各种新的名称，或被称为热气机或外燃机。
后者目的是区别著名的内燃机。
现在，无论深海、地球表面及太空都可看到斯特林发动机的工作踪迹。
因为该发动机从外部加热产生机械动力，使用的燃料，形式或来源几乎无限。
可用太阳能、化石燃料、核燃料，废热和就地取材的各种形式的热能，引起人们的特别兴趣。
总有一天我们会发现，植入人体的人工心脏，用核同位素斯特林发动机搏动，不需加油或充电。
推动斯特林发动机的最佳外热源，毫无疑问是太阳能。
相对传统的内燃机，以太阳能作为斯特林发动机的动力，其运作原理十分简单，从生态和可再生的角度，他们是最佳组合。
与内燃机相比，斯特林发动机在应用方面可尽量小型化，没有阀门，不用气化和点火系统，成本最低。
工作气体被密封在斯特林发动机里，发动机汽缸从外部加热。
太阳能斯特林发动机绝对不需要传统内燃机的进气和排气阀门。
因此，尽管斯特林发动机机械效率很高，却很简单。
最重要的是，由于其高热能集聚能力，相较太阳能光伏发电板，它更适合大型电力事业。
本文撰写之日，两个最大的太阳能斯特林发动机电力厂仍在建设中。
太阳能发电一厂由美国南加州爱迪生公司在加州莫哈韦沙漠兴建，太阳能发电二厂则由圣地牙哥燃气和电力公司在南加州皇县兴建。
斯特林发动机工作原理
斯特林发动机工作原理
斯特林发动机是一种外燃式热机，其工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 加热过程：斯特林发动机的工作循环开始于加热过程。
在这个过程中，工作气体（通常为氢气或氦气）被加热并膨胀，进而推动活塞向外运动。
加热源可以是燃烧燃料、太阳能或其他形式的热能。
2. 膨胀过程：当活塞被推向对侧时，工作气体被压缩到更高的温度和压力下。
该过程中膨胀气体的压力能被转化成机械能，从而驱动发动机的输出轴。
3. 冷却过程：经过膨胀过程后，工作气体进入到冷却器，与外部环境进行热交换。
在这个过程中，工作气体的温度下降，从而回到初始状态。
4. 压缩过程：在冷却过程结束后，活塞再次向内移动，将工作气体压缩，使其温度和压力上升，为下一个加热过程做准备。
整个工作循环是一个封闭系统，通过不断重复以上步骤，将热能转化为机械能，从而驱动发动机运转。
斯特林发动机与内燃机相比，没有爆燃和排气过程，因此噪音和污染较低。
同时，斯特林发动机还可以使用多种类型的热源，如太阳能和生物质能，具有较高的灵活性和可持续性。
斯特林热机原理的应用
斯特林热机原理的应用简介斯特林热机是一种热力循环机械，利用工质在压缩和膨胀过程中对外界做功或从外界得到功的机械装置。
它基于隔热过程和等温过程，通过工质在热力循环中的热力变化实现能量转化。
斯特林热机的应用广泛，涉及能源领域、工业生产、航天技术等多个领域。
能源领域应用•斯特林发电机：在能源领域，斯特林热机常被用于发电系统中的能源转化过程。
斯特林发电机利用斯特林热机的原理和工作方式，将热能转化成电能。
它具有高效能、低噪音、低排放等优点，被广泛应用于太阳能、生物质、地热能等可再生能源的发电系统中。
斯特林发电机无需燃料燃烧，不会产生有害气体和噪音，符合环保要求。
•斯特林制冷机：斯特林热机的原理也可以被用于制冷机的制冷过程。
斯特林制冷机利用工质在压缩和膨胀时释放和吸收热量的特性，实现对空气或物体的制冷。
相比传统制冷机，斯特林制冷机能够提供更稳定和连续的制冷效果，且无需使用有害氟利昂等化学物质，更环保、更节能。
工业生产应用•斯特林空压机：在工业生产中，空压机是一种常用的设备，用于压缩空气供应给生产设备使用。
传统的空压机常常存在能耗高、噪音大等问题。
而斯特林空压机则通过斯特林热机的原理，实现了更高效、更节能的空气压缩过程。
斯特林空压机减少了传统压缩机的能耗和噪音，提高了生产效率，可以广泛应用于制造业、汽车工业等领域。
•斯特林热风炉：斯特林热风炉是一种工业加热设备，利用斯特林热机的原理，将热能转化为热风供应给生产过程中的加热设备使用。
相较于传统的燃油或煤炭加热设备，斯特林热风炉不产生废气和废热，不会造成环境污染。
同时，斯特林热风炉具有高效热能转换和节能的特点，能够提高生产效率。
航天技术应用•斯特林发动机：斯特林发动机是一种用于航天器推进的发动机。
它利用斯特林热机的原理，将热能转化为推力推动航天器前进。
斯特林发动机具有简单结构、可靠性高、高效能等优点，可用于推动无人飞行器、宇宙飞船等航空航天器。
•空间太阳能板：斯特林热机的原理也被应用于太阳能板技术中。
斯特林发电机 温差
斯特林发电机及其温差原理斯特林发电机（Stirling engine）是一种热力发电机，通过外部热源和冷源之间的温差，将热能转化为机械能，最终再转化为电能。
该发电机利用斯特林循环来实现工作，具有高效率和低污染的特点。
斯特林循环及其工作原理斯特林循环是一种理论热力循环过程，由两个等温过程和两个绝热过程组成。
在斯特林发电机中，循环的工作物质通常为氢气或氦气。
下面将简要介绍斯特林循环的工作原理：1.压缩过程：工作物质气体从冷源吸收热量，并被压缩为高压气体。
这一过程发生在压缩器中。
2.加热过程：高压气体通过接触热源进行加热，该过程是等温过程。
3.膨胀过程：高温高压气体由于受到压力推动而膨胀，该过程发生在膨胀机中。
4.冷却过程：膨胀机中的气体通过接触冷源进行冷却，该过程是等温过程。
通过以上四个过程的循环，斯特林发电机利用温差将热能转化为机械能，从而驱动发电机产生电能。
斯特林发电机的优势和应用相比于传统的内燃机，斯特林发电机具有以下优势：1.高效率：斯特林发电机的热效率可达30%~40%，相比之下，传统的内燃机通常只有20%左右的热效率。
2.低污染：斯特林发电机的工作过程中不涉及燃烧，因此没有直接排放有害物质，减少了环境污染。
3.适用范围广：斯特林发电机可利用各种热源和冷源，包括太阳能、生物质能等可再生能源。
斯特林发电机的应用领域包括但不限于以下几个方面：1.太阳能发电：斯特林发电机可以直接利用太阳辐射热量，将太阳能转化为电能，是一种清洁的太阳能发电技术。
2.塑料焚烧发电：将废塑料燃烧产生的热量利用斯特林发电机转化为电能，既可以减少废塑料的排放，又可以产生电能。
3.海洋能利用：斯特林发电机可以利用海洋温差发电，将海洋表层的温暖水体和深海的寒冷水体之间的温差转化为电能。
4.生物质发电：将农业、林业废弃物等生物质资源燃烧产生的热能利用斯特林发电机转化为电能，既减少了废弃物的处理难题，又产生了电能。
发展前景斯特林发电机由于其高效率、低排放的特点，在可再生能源领域具有广阔的应用前景。
斯特林发动机
制造材料与工艺
制造材料
斯特林发动机主要使用耐高温、耐腐 蚀、高强度的金属材料，如不锈钢、 钛合金等。
制造工艺
斯特林发动机的制造工艺主要包括精 密铸造、机械加工、焊接和装配等环 节，每个环节都对精度和质量要求极 高。
维护与保养
定期检查
定期对斯特林发动机进行检查，包括气缸、活塞、曲轴等关 键部件，确保其正常运转。
能源的高效转化。
移动设备
斯特林发动机可用于汽车、船。
分布式能源
斯特林发动机可作为分布式能 源系统的一部分，为偏远地区 或离网地区提供电力和热能。
制冷与空调
斯特林发动机可用于制冷、空 调等领域的热力循环，提高系
统效率和环保性能。
02 斯特林发动机的工作原理
热力学基础
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热力学第一定律
能量守恒定律，表明能量不能从无中生出，也不 能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第二定律
表明在封闭系统中，熵（无序程度）总是增加的， 即热量总是自发地从高温流向低温，而不是反过 来。
理想气体定律
描述了理想气体的状态如何随温度和压力变化。
斯特林循环
斯特林循环由四个主要 过程组成：压缩、加热、
移动能源应用
开发适用于交通工具的斯特林发动机，如电动汽 车、无人机等，提供清洁能源解决方案。
船舶与海洋工程
将斯特林发动机应用于船舶推进和海洋工程领域， 降低碳排放和噪音污染。
未来发展趋势与挑战
可持续发展需求
随着全球对可持续发展的关注度 提高，斯特林发动机作为清洁能 源解决方案之一，将面临更大的 市场需求和发展机遇。
清洁与润滑
保持斯特林发动机的清洁，定期更换润滑油，以减少磨损和 延长使用寿命。
斯特林发电机效率
斯特林发电机效率
斯特林发电机是一种热机发电设备，其工作原理是利用温差来产生电能。
与传统的发电设备相比，斯特林发电机具有以下优点：环保、低噪音、高效率、维护简单等。
其中，效率是斯特林发电机的重要指标之一，直接关系到其发电能力和经济性。
斯特林发电机的效率与其热机部分的性能密切相关。
热机部分包括燃料燃烧室、热交换器和运动部件等。
其中，热交换器是斯特林发电机的核心部件，其作用是将热能转化为机械能。
热交换器的设计和制造质量直接影响到斯特林发电机的效率。
此外，斯特林发电机还需要合理的运行控制系统进行调节。
控制系统需要根据实时的工作状态和外部环境参数来调整燃料供给、气体流量等参数，以最大化斯特林发电机的效率。
同时，发电机的维护和保养也直接影响到其运行效率。
总之，斯特林发电机的效率不仅与其热机部分的设计和制造质量有关，还需要合理的运行控制和维护保养。
针对以上因素，不断提高斯特林发电机的效率，将有望进一步推动其在未来的应用领域中发挥更大的作用。
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斯特林发动机是一种闭循环活塞式热机
斯特林发动机是一种闭循环活塞式热机。
闭循环的意思是工作燃气一直保存在气缸内，而开循环则如内燃机和一些蒸汽机需要与大气交换气体。
斯特林发动机一般被归为外燃机。
这种发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。
斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。
斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。
这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程热气机工作原理热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。
热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。
在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔，另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。
试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。
按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。
在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。
热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。
碟式太阳热发电技术是利用抛物面碟式聚光器将太阳光汇聚，通过吸热器将汇聚的太阳能吸收并传输给热机，热机将太阳热转化为机械能，再经过发电机将机械能转化为电能。
热机采用斯特林发动机。
斯特林发动机能量转换率可达到42% ，无噪声污染，冷却水消耗少，对周围环境无任何影响。
碟式斯特林太阳热发电技术是当今太阳能热发电领域的热点目前，世界上成为发展主流的是碟式-斯特林（Stirling）系统。
空间站里的“斯特林发电机”
太空课堂
斯特林热电转换试验装置示意图
斯特林热电转换试验装置位置
斯特林热电转换试验装置内部
空间站
里的“斯特林发电机”你知道吗？在200多年前，英国科学家罗巴特·斯特林发明了一种特殊的发电机，它的工作原理有点像“热胀冷缩”：在机器外部进行加热，促使内部的氦气吸热膨胀，并在冷端收缩，从而将温差转变为动力。
同时，这种发电机还不挑燃料，无论是太阳能、燃油、煤炭、木柴，还是核燃料棒，只要这种燃料能促使机器内部的氦气产生合适的温差就行。
在中国空间站里就有一个外燃式发电机：斯特林热电转换试验装置，它位于航天基础试验机柜的左下角，能将热能转化为电
能，有合适的温差就能工作。
现阶段，中国空间站运行在距离地面约400千米的轨道上，空间站主要使用太阳能电池，利用光电效应发电。
但是随着航天器到太阳的距离越来越远，太阳能电池组的效
率明显下降，甚至都不起作用。
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（本文摘编自中国载人航天微信公众号 ）
将来，如果人类的脚步踏入月球背面、火星、木星，甚至更遥远的深空，航天器接收到太阳的光照会越来越弱，那时太阳能发电就指望不上了。
怎么办呢？此时，斯特林发电机就体现出独特的价值——只要给个合适热源和温差，它就可以发电！在深空探测中，斯特林发电机的热源可使用成熟的核燃料技术，寿命长、发热稳定，这样就有希望解决空间电源的使用需求。
同时，斯特林发电机还具有高效率、结构简单、质量轻、
启动快和振动小、噪声低等优点，真是深空探测的好帮手！11中国空间站舱外全景相机拍摄画面。
斯特林发电机的热力学性能研究
斯特林发电机的热力学性能研究一、引言斯特林发电机是一种基于斯特林循环原理的热机，具有低噪音、可靠性高、无污染等优点。
它利用外部供热源和冷源使气体在气体内部循环，从而产生机械功。
研究斯特林发电机的热力学性能对于提高其效率、降低成本以及推广应用具有重要意义。
二、斯特林发电机基本原理斯特林发电机是一种基于斯特林循环原理的热机。
其基本原理是将工作气体（氢气、氦气等）在两个不同的温度下进行热机过程，利用热机效应将热量转变为机械能或电能。
其基本循环过程包括四个部分：加热，等容，冷却和等容。
三、斯特林发电机的热力学性能参数1. 热效率热效率是指斯特林发电机在工作过程中所转换的热能与所输入的热能之比。
热效率越高，其能够转换的热能就越多，能量利用效率就越高。
热效率的计算公式为：η = (W/Q) × 100%其中， W为输出的功率，Q为输入的热能。
2. 动力密度动力密度是指单位体积发电机所能输出的最大功率。
动力密度越大，发电机的输出功率就越大，同样的体积内能够输出更多的功率，能够满足更多能源需求。
动力密度的计算公式为：P = W/V其中，W为输出功率，V为发电机的体积。
3. 总效率总效率是指发电机从输入热能到输出电能的能量转换效率。
总效率的计算公式为：ηtotal = (Wout / Qin) × 100%其中，Wout为输出的电能，Qin为输入的热能。
四、斯特林发电机的热力学性能提高措施1. 提高工作流体的温度斯特林发电机的热效率随着工作流体温度的升高而增加。
因此，可以通过提高工作流体的温度来提高热效率。
但同时要注意避免过高的温度导致机械损坏。
2. 减小流体质量发电机的总效率与流体质量成反比，因此减小流体质量可以提高总效率。
但同时，过小的流体质量会导致输出功率不足的问题，需要根据实际情况进行调整。
3. 提高制冷能力斯特林发电机的性能受制冷能力的影响，可以通过适当增加制冷能力来提高发电机的性能。
《斯特林发动机》课件
斯特林发动机的效率与性能
斯特林发动机的效率取决于热力学过程中的能量 转化效率。
性能参数包括功率、效率、尺寸和重量等，用于 评估斯特林发动机的性能优劣。
优化设计和材料选择可以提高斯特林发动机的效 率和性能，降低能耗和排放。
03
斯特林发动机的应用
斯特林发动机在交通领域的应用
交通工具动力系统
斯特林发动机可用作汽车、摩托车等交通工具的动力系统，提供持续的动力输 出。
斯特林发动机在其他领域的应用
航空航天领域
虽然斯特林发动机的功率密度相对较低，但它具有较高的可 靠性，使其在航空航天领域有一定应用，例如用于无人机的 动力系统。
制冷和空调系统
斯特林发动机在制冷和空调系统中用作驱动装置，通过驱动 压缩机制冷或加热空气。
04
斯特林发动机的挑战与前 景
斯特林发动机面临的技术挑战
3
随着技术的不断进步，斯特林发动机的应用领域 不断扩大，包括汽车、船舶、航天器等。
斯特林发动机的特点与优势
高效节能
斯特林发动机具有较高的热效率，能 够将大部分输入的热能转化为机械能 。
环境友好
斯特林发动机使用外部热源，不需要 燃烧燃料，因此不会产生有害气体排 放。
可靠性高
斯特林发动机结构简单，运转平稳， 维护成本低，使用寿命长。
热效率低
材料耐热性要求高
当前斯特林发动机的热效率相对较低，这 限制了其在某些应用领域的竞争力。
由于斯特林发动机工作温度较高，需要使 用耐高温的材料，这增加了制造成本和难 度。
密封技术难度大
振动和噪音
斯特林发动机中的活塞和气缸之间的密封 要求很高，需要解决高温下的密封问题。
斯特林发动机在工作时会产生一定的振动 和噪音，这需要进一步优化设计以降低其 对环境的影响。
斯特林发动机介绍
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随着科技的不断进步和制造成本的降低，斯特林发动 机有望在未来得到更广泛的应用和发展
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斯特林发 动机介绍
斯特林发动机介绍
目录
斯特林发动机介绍
斯特林发动机，由英国物理学家罗巴特·斯特林于1816年发明，是一种外燃发动机。它通过气缸内 工作介质(氢气或氦气)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为 热气机
斯特林发动机的优点在于其高效、清洁和可持续性。由于其外部燃烧的特点，斯特林发动机的效率 较高，其效率一般介于汽油机和柴油机之间。同时，斯特林发动机使用氢气或氦气作为工作介质， 燃烧产物只有水蒸气，因此它是一种非常环保的发动机。此外，斯特林发动机可以利用各种能源作 为燃料，包括生物质能、天然气、沼气等，使得其能源来源非常广泛，有助于实现能源的可再生和 可持续发展
然而，斯特林发动机也存在一些缺点。首先，斯特林发动机的工作原理需要较高的温度和压力才能 实现高效的热能转换，这使得其制造工艺要求较高。其次，斯特林发动机的燃烧温度高，容易造成 气缸的烧蚀和润滑油的碳化等问题。此外，斯特林发动机的制造成本较高，且其效率受气缸温度和 压力的影响较大，需要精确控
斯特林发动机原理及应用介绍
其中：ε为回热器效率，系数τ=TH／TL；γ=CP/CV；V0=V1/V2；
斯特林发动机性能分析
斯特林发动机作为动力装置，评价其性能好坏的主 要指标是其输出功率和效率。从发动机的组成来看，尽 管影响发动机性能的因素很多，但是主要的影响因素还 是闭循环系统的设计参数(包括加热器、回热器、冷却器 的参数、传动机构的参数等)和运行条件参数(包括转速 、工作介质的平均压力、加热温度和冷却温度等) 斯特林发动机的性能模拟常用方法是实用等温分析 法，之所以强调实用两字，是因为它与别的计算方法比 较，即简单又较精确，作为斯特林发动机功率和效率的 初步估算是最合适的一种方法。
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谢 谢！
2014.6.13
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目前存在问题和研究方向
斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩 室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失较高， 快速启动性能比较差等。所以，还不能大范围取代内燃机。 斯特林发动机在结构设计、工质流动特性、能量分布和 传递转化、材料、可靠性设计等方面具有一定的难度。在发 达国家,这些关键技术都已陆续获得了突破性的进展,并正在 逐步走向商业化。 目前主要以提高设备的可靠性、发电效率及自动化控制 水平为研究方向。对我国来讲,下述关键技术有待进一步吸 收消化和突破。 ①燃烧室设计 ②回热器设计 ③密封技术 ④可靠性设计
Байду номын сангаас
斯特林发动机原理及应用介绍
斯特林发动机
发展历程
系统原理
性能分析 应用与展望
斯特林引擎历史
斯特林引擎（Stirling
engine），是一种外燃机，
它是英国牧师罗伯特· 斯特
林在1816年发明的热气引 擎。
斯特林发电机
Hale Waihona Puke 理图斯特林发电机的应用 斯特林光热发电由于其自身的特点，不但可以应用于建设 大面积的光热发电站，也可采取风光互补的发电方式，应 用于现有的风电场；同时还可以采用光热、燃气综合加热 的混合发电方式。同时，也特别适合在沙漠、山丘等缺水 地区；适合于在缺水、缺电的偏远海岛、农村、牧区、海 洋钻井平台等地区建立分布式电站，也适用于城市楼宇家 用小型电站离并网供电方式。
斯特林发电机发展
斯特林发电机不排废气，除燃烧室内原有的空气外，不需 要其他空气，所以适用于都市环境和外层空间。另外，斯 特林循环发动机是AIP（不依赖空气动力）技术的一个方向， 保证常规动力潜艇长时间水下航行，而不需上浮。
18世纪末和19世纪初，热机普遍为蒸汽机机，它的效率是 很低的，只有3%一5%左右，即有95%以上的热能没有得到利 用。到1840年，热机的效率也仅仅提高到8%。斯特林对于 热力学理论的研究，就是从提高热机效率的目的出发的。 他所提出的斯特林循环的效率，在理想状况下，可以无限 提高。当然受实际的限制，不可能达到100%，但提供了提 高热效率的努力方向。
斯特林发电机
斯特林发电机的由来
1816年苏格兰人罗伯特斯特林发明了斯特林发动机，是一 种用外部热源加热使活塞往复运动的外燃机，外部热源连 续加热发动机的热缸，外部冷源连续冷却发动机的冷缸， 适用于各种热源。
斯特林发电机的特点
斯特林发动机也称外燃机，它的发明距今已有近200年时间， 和蒸汽机的历史差不多，它的特点首先是燃烧连续，由于 工质不燃烧，因此没有内燃机的爆震现象，噪音低；其次 可以使用任何燃料，其燃烧室在外，燃烧的过程与工质无 关，适用于各种热源，对燃烧方式无特殊要求，体积小、 重量轻、噪音低、寿命长、维护方便、燃烧效率高。这种 热气机目前在世界上应用于军事领域较多，特别是在潜艇 上的应用十分广泛。
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
自由活塞热声斯特林发电技术（Free Piston Stirling Engine, FPSE）是一种利用热声斯特林循环来转换热能为机械能的发电技术。
该技术利用活塞在气缸内自由往复运动，并通过活塞上的线性发电机将机械能转化为电能。
自由活塞热声斯特林发电技术相比传统的活塞斯特林发电技术有以下优点：
1. 高效性能：自由活塞热声斯特林发电机可以通过优化设计和控制技术，实现更高的热能转换效率，通常可达40％以上。
2.稳定性：由于没有机械连接杆和曲柄，自由活塞热声斯特林发电机结构简单，减少了传统发电机中机械元件的磨损和故障的可能性，提高了系统的可靠性和稳定性。
3.低噪音：自由活塞热声斯特林发电机没有活塞和曲轴接触，在运行中产生的噪音较低。
4.灵活性：自由活塞热声斯特林发电技术适用于不同类型的热源，包括太阳能、生物质能、地热能等，具有较高的适应性。
自由活塞热声斯特林发电技术在可再生能源领域有广泛的应用前景。
它可以通过利用多种热源，将热能转化为电能，为偏远地区提供电力，减少对传统能源的依赖，同时也可以减少温室气体的排放，对环境友好。
斯特林发动机简介
竞赛类别：Educational Items 教材教具
斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。
这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。
斯特林发动机是独特的热机，理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率
天津中德职业技术学院数控系学生利用外燃发动机工作原理，设计开发了微型斯特林发动机模型。
在室温条件下，该发动机通过酒精灯加热作为动力源，可以实现高速运转。
在设计开发过程中主要运用了CAD技术进行设计，借助数控车削、数控铣削等技术进行各部件的制造。
该发动机模型由24个主体零部件组成，加工完成后经过精密的机械装配与调试最终获得了斯特林发动机模型。
该作品在制作过程中主要考察数控专业学生的机械设计能力、数控机床的编程与操作能力、机械装配技术等，是数控专业高年级学生的综合教学项目。
模型制作完成后，不仅用于数控加工的教学，还可以作为机械设计、机械原理、工程力学、汽车燃机等课程的教具。
使教学过程更加生动形象，注重教学实用性。
因此该作品具有较强的推广使用价值。
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斯特林太阳能发电机25KW太阳能斯特林发动机1816年，苏格兰牧师罗伯特•斯特林（RobertStirling）发明了一种独特的外燃热机。
这是一种外燃的闭式循环往复活塞式热气机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。
此种热气机被称为斯特林发动机。
时隔近200年后的今天，伴随太阳能发电技术的开发，这种斯特林机正在被应用在太阳能光热发电领域。
记者日前获悉大连星火新能源发展有限公司研发成功25KW太阳能斯特林发动机，就此采访了该公司总经理王振声。
中国储能网：请简单介绍一下斯特林发动机的特点和当前的应用范围？王振声：斯特林发动机也称外燃机，它的发明距今已有近200年时间，和蒸汽机的历史差不多，它的特点首先是燃烧连续，由于工质不燃烧，因此没有内燃机的爆震现象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃烧室在外，燃烧的过程与工质无关，适用于各种热源，对燃烧方式无特殊要求，体积小、重量轻、噪音低、寿命长、维护方便、燃烧效率高。
这种热气机目前在世界上应用于军事领域较多，特别是在潜艇上的应用十分广泛。
中国储能网：太阳能斯特林发动机的工作原理是怎样的?王振声：太阳能斯特林发电系统通过太阳能聚焦装置收集太阳光，再反射到系统的集热器上，巨大的热量加热斯特林发动机中的惰性气体（一般是氦气），气体受热膨胀推动活塞运动，从而带动发电机发电。
中国储能网：相对目前太阳能发电领域主流的太阳能发电技术，斯特林发动机应用于太阳能热发电领域的优势在哪里？王振声：光伏方面，无论是单晶硅、多晶硅或薄膜电池技术应用在光伏发电上的光电转化效率一般都在8%—15%左右，而且其转化效率衰减快，一般3—5年就衰减5—8%。
而且目前应用较广的多晶硅太阳能发电技术，其多晶硅生产过程本身就是一个高污染、高排放、高耗能的过程，生产能耗需要3—5年才能回收；光热方面，目前应用较多的太阳能槽式、塔式光热发电的光电转化率也只有9%和11%。
相比之下，碟式太阳能斯特林光热发电的光电转化率高达33%。
而且还存在应用灵活、无需消耗大量水资源、占地面积小等优势。
中国储能网：请简单介绍一下斯特林光热发电的应用范围？王振声：斯特林光热发电由于其自身的特点，不但可以应用于建设大面积的光热发电站，也可采取风光互补的发电方式，应用于现有的风电场；同时还可以采用光热、燃气综合加热的混合发电方式。
同时，也特别适合在沙漠、山丘等缺水地区；适合于在缺水、缺电的偏远海岛、农村、牧区、海洋钻井平台等地区建立分布式电站，也适用于城市楼宇家用小型电站离并网供电方式。
中国储能网：相对其他的太阳能发电方式，斯特林光热发电的经济性如何？王振声：碟式太阳能斯特林光热发电达到批量化应用后，其成本预计可以达到1美元/瓦，与光伏发电的投资成本接近，更低于传统的槽式光热发电的2.7美元/瓦和塔式光热发电2.5美元/瓦的平均成本。
从经济性上分析，斯特林光热发电具备较强的市场竞争力。
中国储能网：斯特林光热发电技术目前还属于一项新生事物，您对该技术的商业化应用的前景是如何看的？王振声：一项技术的商业化利用最为关键的因素是技术与市场的结合。
我们研发斯特林光热发电技术，并将其投入商业化运作，是基于这项技术本身特点而决定的：斯特林机不仅适用于大型发电厂大功率、大范围的需求，而且方便灵活的特性也使其能适用于一家一户，更能解决偏远地区电力需求问题；同时，利用斯特林机储能的特性，该产品可以广泛应用于风光互补型分布式发电厂；除此之外其电热冷三联产的特性使其较其他光热设备能更加充分的利用能源。
基于斯特林技术上述特点我对其在太阳能领域商业化应用的前景充满信心，也对我公司研发的产品充满信心。
我公司产品的研发起点高、进度快，攻克了技术难关，取得了技术突破，这使得我公司的斯特林机能够在激烈的市场竞争中抢占技术制高点。
相信未来在社会各界的关注下，在公司员工的不断努力下，大连星火新能源一定能够引领斯特林光热发电产业实现规模化发展。
光伏电池目前的转换效率已经接近上限，占地大，不能储热，适合独立的房顶发电或小规模发电，成本下降空间越来越小。
光热发电系统中槽式热发电系统是最成熟，也是达到商业化发展的技术，塔式热发电系统的成熟度目前不如抛物面槽式热发电系统，而配以斯特林发电机的抛物面碟式热发电系统，虽然有比较优良的性能指标，但目前主要还是用于边远地区的小型独立供电，大规模应用成熟度则稍逊一筹。
另外，槽式技术虽然较为成熟，但发电过程需要大量用水；塔式技术也需要大量用水；只有碟式技术发1千瓦时电只需1.4升水，能适应日照时间长的沙漠和戈壁地区，在三种光热发电技术中转化率最高。
如果考虑储热系统，其实现在光热发电的成本比光伏要低一些。
光热发电中，斯特林碟式太阳能发动机效率最高，但是由于斯特林发动机属于航空发动机衍生品种，制造技术难度大，目前成本最高，但是随着技术的进步，斯特林发电系统成本下降空间最大。
2009年商务部将多晶硅列入六大“两高”行业名单中，以限制多晶硅产品出口以及来料加工贸易，刚刚从金融危机中缓过劲来的中国经济又遭遇了产能过剩加剧的难题。
国家发改委官员表示，中国已将钢铁.水泥等六大行业列入重点调控目录，将协调产业.环保.土地和金融政策，并运用必要的行政手段等，对其进行调控和引导。
国务院近期印发的一份通知中，钢铁.水泥.平板玻璃.煤化工.多晶硅.风电设备六大行业被确定为调控和引导的重点。
六大行业原则上将不再批准扩大产能的项目。
对不符合产业政策要求，不按规定程序审批或核准的项目，一律不得通过企业债.IPO等方式进行融资。
但是我国目前以煤炭为主的能源的结构带来的生态环境压力愈加明显，扩大再生能源比例刻不容缓。
全国人大已批准颁布了《可再生能源法》，国家能源局已草拟了新能源发展规划，中央已批准在新疆吐鲁番建设国家新能源示范城，在天津于家堡金融区建首个低碳示范城镇。
但煤炭占一次能源消费的比重仍面临上升压力。
而多晶硅与风电行业已被国家列入限制行业，发展空间有限，融资渠道被封锁。
在这样的背景下：太阳能热发电相比火电和其他可再生能源，具备自身独特的优势，未来有可能成为能源结构中的主要形式。
国家刚于2009年12月26日通过修改2006年的可再生能源法，规定电网经营商需购买所有由再生能源所生产的电力。
这次修例希望能够提升再生能源发电所占的比重，达致于2020年，再生能源发电占总发电量的15%。
太阳能是其中最具增长潜力的可再生能源，运用上也比其他再生能源更灵活。
中国幅员辽阔，土地成本低，大西北.内蒙古.青海等高原.沙漠地区的太阳能资源都非常丰富，位居世界第二位，仅次于撒哈拉沙漠。
根据汇丰证券的研究报告显示，只需全球百分之一的沙漠地区每天所接收到的阳光，已经足够满足全球人类一天的电力所需，因此中国具备良好的潜力开发太阳能发电市场。
国家发改委表示至2020年，国家将投资人民币2,000亿元（约293亿美元）于再生能源市场，可见太阳能发展的市场空间巨大。
而多晶硅产业污染严重能耗大，这些问题已经被国家相关部门认识。
在这样的背景下发展发展光伏以外的太阳能利用技术显得尤为重要。
在太阳能光伏发电以外可供开发的就是太阳能热发电，而太阳能热发电现在有塔式，槽式，碟式三种主要形式。
相比太阳能热发电的另外两种形式（塔式和槽式），碟式斯特林太阳能热发电系统因分布.并网均适宜，转换效率高.成本下降空间最大而成为最具商业前途的技术路线。
斯特林发动机作为碟式太阳能热发电系统的核心组件，在工程动力与能源利用领域应用广泛，未来市场空间巨大。
碟式斯特林太阳能热发电拥有几大优势：太阳能利用效率高达90%。
生产工艺简单，成本低，为光伏发电的1/5-1/10。
发电规模灵活，发电量可大可小，便于利用。
安装简便，不受地形和地理环境限制。
无需用水，可在沙漠等缺水地区使用。
生产过程环保绿色无污染，设备投资少。
具备低成本的热能储存功能，可供夜间发电。
拥有以上这些优点，碟式斯特林太阳能发电相比其他新能源项目拥有绝对的发展优势和前景。
在新能源掘金的的道路上必然比其他行业走的更快更远，开创一个更加广阔的空间。
2009-8-15 17:02:43 | 作者：125.116.252.*正文背景色：太阳能斯特林发动机，保证中国能源独立性二十四年前，本人在中国上海召开的第二次斯特林发动机国际会议上发表主题演讲，题为【斯特林发动机在中国未来发展的美好前景】。
当时我的身份是美国斯特林发动机研发伙伴有限公司的主要负责人和中国科学院热物理研究所的访问顾问。
我在演说中宣布，由美国斯特林发动机研发伙伴有限公司负责安排，美国机械科技股份有限公司的斯特林发动机技术将转让给中国。
请参考附上的本人在斯特林发动机国际会议的讲话稿的封面、上海船用柴油机研究所和美国斯特林发动机研发伙伴有限公司签订的技术转让协议书。
过去的20多年，全球工程界在斯特林发动机的应用上已经取得长足的进步，产生了各种新的名称，或被称为热气机或外燃机。
后者目的是区别著名的内燃机。
现在，无论深海、地球表面及太空都可看到斯特林发动机的工作踪迹。
因为该发动机从外部加热产生机械动力，使用的燃料，形式或来源几乎无限。
可用太阳能、化石燃料、核燃料，废热和就地取材的各种形式的热能，引起人们的特别兴趣。
总有一天我们会发现，植入人体的人工心脏，用核同位素斯特林发动机搏动，不需加油或充电。
推动斯特林发动机的最佳外热源，毫无疑问是太阳能。
相对传统的内燃机，以太阳能作为斯特林发动机的动力，其运作原理十分简单，从生态和可再生的角度，他们是最佳组合。
与内燃机相比，斯特林发动机在应用方面可尽量小型化，没有阀门，不用气化和点火系统，成本最低。
工作气体被密封在斯特林发动机里，发动机汽缸从外部加热。
太阳能斯特林发动机绝对不需要传统内燃机的进气和排气阀门。
因此，尽管斯特林发动机机械效率很高，却很简单。
最重要的是，由于其高热能集聚能力，相较太阳能光伏发电板，它更适合大型电力事业。
本文撰写之日，两个最大的太阳能斯特林发动机电力厂仍在建设中。
太阳能发电一厂由美国南加州爱迪生公司在加州莫哈韦沙漠兴建，太阳能发电二厂则由圣地牙哥燃气和电力公司在南加州皇县兴建。
两个项目的功率和设计发电量说明如下：一厂规模：50万千瓦（足30万家庭用电），将扩大到85万千瓦。
使用2万－3.4万个碟型斯特林系统购电合同：20年厂址在加州巴石头以东的莫哈韦沙漠二厂规模：30万千瓦，将扩大到90万千瓦。
使用1.2万－3.6万个碟型斯特林系统购电合同：20年厂址在南加州皇县一厂的第一阶段50万千瓦项目，计划2009年底建成投产。
投产后，将成为世界上最大的太阳能公用事业发电厂。
问题是，大型太阳能斯特林发电技术如何及能否好得足以取代现有可再生能源和常规燃料发电厂的技术？“确实好得很！”答案是响亮的。
否则，作为经验丰富的公用事业发电厂的业主，南加州爱迪生公司和圣地亚哥燃气和电力公司不会急于埋头这两个庞大的项目。