武漢新能源研究院，已在創新奔跑中，步入第六個年頭。

2016年，我們背靠華中科技大學電氣學院、能源學院等多個優勢學科，以成果轉化為核心使命，市校共建了武漢新能源研究院。象征新能源之花的馬蹄蓮大樓，成為了光谷乃至湖北的創新地標。

過去六年，新能源研究院一直圍繞兩個大的方向性任務不懈探索：清潔能源的規?；煤蛡鹘y能源的清潔高效利用。一批重塑未來格局的源頭創新，在這里發生；一批高質量的科技成果轉化項目在這里嶄露頭角。

當前的武漢已全面吹響爭創綜合性國家科學中心、國家科技創新中心的號角，并啟動建設光谷科技創新大走廊、東湖科技城，一批大科學裝置規劃，都與新能源密不可分?？梢哉f，這是一場關于“新能源之都”的角逐，而如何用好新能源力量，共創低碳中國，更是未來城市角逐的主戰場。

2022年，我們帶著「INEW能見」專欄來了，在這里，每周和你分享我們的創新故事，能見=看見，能源未來。新能源創新發展之路，道阻且長，這是我們的使命，更是新的長征。

斯特源創始人胡興華的“斯特林情結”

十年，逐夢動力裝置之冠

1816年，英國物理學家羅巴特·斯特林（Robert Stirling）發明了斯特林發動機。

這種外燃的閉式循環往復活塞式熱力發動機極為獨特，它氣缸的一端為熱腔，另一端為冷腔，在熱氣機封閉的氣缸內充有一定容積的工質，比如氫、氦、氮或空氣等。工質在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹作功，如此循環。燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒，通過加熱器傳給工質。其間，封閉的工質并不直接參與燃燒，也無需更換。

在18世紀末和19世紀初時，熱機普遍為蒸汽機，效率通常只有3%-5%左右，95%以上的熱能都沒有得到利用。斯特林發動機之所以獨特，是因為這個基于閉式熱力循環的熱機，是世界上熱轉換效率最高的熱機，實際有效效率能達到40%，熱機理論極限可達60%。即使是現在，熱電廠汽輪機的效率轉換，也一般僅為30%左右。

在武漢新能源研究院孵化平臺，武漢斯特源能源科技有限公司歷經十年自主研發，在國內率先掌握了自由活塞式斯特林最先進機型核心技術“動子雙氣浮”。該技術可消除動子在氣缸內的磨損，相當于懸浮起來。

圍繞免維護自由活塞式斯特林裝置研發，斯特源目前已擁有11項專利授權，裝置可在免維護情況下持續運行12年。

“做斯特林裝置的源頭活水”

2003年，胡興華從華中科技大學制冷與低溫工程系碩士畢業后留校，在能源與動力工程學院任教。他的研究方向是微型低溫技術、熱聲熱機及無污染制冷。

2010年，前往上海某軍工研究所攻讀博士后的胡興華，被一件事情深深觸動了：在發達國家，自由活塞斯特林發動機已在深空探測、太陽能光熱發電、熱電聯產、潛艇AIP發電系統、余熱再利用、坦克、裝甲車和導彈熱屏蔽等領域上廣泛應用，士兵甚至可將其用于便攜式掌上發電機，而在我國，仍在使用驅動力落后的發動機。

這么好的技術，我們為什么沒有規?；瘧媚?？胡興華陷入了深思。

按熱功轉換性質，斯特林裝置分為原動機（或稱發動機、發電機）及制冷機。從結構特點上，可分為機械式斯特林、自由活塞式斯特林和免維護自由活塞式斯特林。

反復評估后，胡興華決定結合自己在這個領域多年的科研經驗，挑戰難度最高的免維護自由活塞式斯特林發動機?！斑@種裝置即使十幾年不維護，也能不停歇工作，堪稱一切動力裝置之冠?！?

2017年，武漢斯特源能源科技有限公司創立，并于次年入孵武漢新能源研究院，專業從事斯特林型熱電轉換裝置及其派生應用設備的開發與生產。

目前，斯特源已形成斯特林強耦合參數組自激起振仿真技術；氣浮孔槽結構優化、氣簧功能性、結構性設計方法；直線往復電機、絲網回熱器、精密復雜氣缸體等關重部組件自研工藝；整機快速調教技術等多項核心技術。

“取名斯特源，是希望它能成為做斯特林裝置的源頭活水?！?

12年，10萬小時，零維護

胡興華介紹，機械式斯特林裝置，主要通過結構件傳動，用于水下動力、太陽能光熱發電等領域，設計較為成熟。代表廠商為瑞典Kockums、Cleanergy、美國SES、我國中船711所等。裝置的維護周期，約為數百小時至兩三千小時。

自由活塞式斯特林發動機概念，最初由美國Sunpower公司創始人比爾于1970年提出。在美國軍方及美國宇航局的重視和持續資助下，過去幾十年，Sunpower等數家公司累計為美國軍方和NASA提供了從10瓦到12.5千瓦范圍內的多款機型，被應用于空間核電源、無人值守基站電源、單兵發電機等領域。

其中，Sunpower發明制造的斯特林制冷機M77，被NASA在2002年用于RHESSI號繞地衛星上，直至今天。另一款商用斯特林制冷機M87，被用于往返航天器的研究。

自由活塞式斯特林裝置的技術特征為氣動耦合，主要用于移動或固定發電、熱電聯供、太陽能光熱發電等，設計難度較大，屬于對中國限制輸出的技術。盡管維護周期大幅延長，但每運行數千至上萬小時，設備仍需維護。

而免維護自由活塞式斯特林，維護時間超過10萬小時，也是三種技術中設計難度最高的。在持續運行12年且免維護情況下，也無性能衰減。它的技術特征為集成氣浮氣簧氣動耦合，或集成磁浮氣動耦合，在航天、水下動力、核電源系統以及余熱發電、太陽能光熱發電方面，優勢尤其明顯。

“因為這個細分領域門檻非常高，全世界掌握源頭核心技術的，只有美國MTI、Sunpower和NASA等屈指可數的兩三家企業或機構。國內相關企業僅四五家，且都未實現規?；?，仍處于非標定制階段?！?

“螺絲釘也有它的國家使命”

▲ 免維護斯特林發電/制冷機

據了解，斯特源目前的核心業務，一是長壽命的熱電轉換裝置，二是無油制冷系統。這兩項業務的技術基礎，都是自由活塞式斯特林。

“我們希望以免維護低溫制冷機和發電機為產品特色，精確切入細分市場，比如航天和水下動力系統?！焙d華說，后續將逐步拓展至太陽能光熱發電、生物質發電、電動汽車空調、醫用及食品低溫冷鏈設備等工業領域。

制冷機是發電機的逆向運行模式，從外部輸入電能或者熱能，實現制冷。自由活塞斯特林技術應用于低溫冷鏈裝置后，可比傳統電制冷裝置節電30%，且噪音小、溫控精度高。

使用氦氣為冷卻劑，制冷2分鐘內，溫度可迅速達到-50℃，10分鐘達到-100℃，20分鐘內達到-120℃，真空條件下最低溫度可達-233℃。

卓越的制冷能力，即使用于低溫粉碎、飛彈紅外導引頭、雷達濾波器冷卻、超導電機/磁體冷卻，也不在話下。

在斯特源與中國航天科技集團第五研究院的協作攻關項目中，通過自研氣簧結構，實現了宇航級自由活塞斯特林雙動子自泵氣氣浮，避免了對進口高端貴金屬鈹的依賴，從設計到制造，實現了全自主、全國產化。

斯特源的遠期愿景，是實現軍民融合。產品成熟定型后，可助力軍用高性能熱動力電源（發動機）裝置發展，為航天、國防提供高性能熱動力發電裝置；規?；a能建立后，還能為多個民用領域提供高效、耐久、性能更優的動力機械及制冷機。

2018年，俄羅斯“波塞冬”號核動力無人水下航行器浮出水面。這枚核魚雷，可在水下1000米深處，搭載200萬噸TNT當量的核彈頭，以高達200公里的時速前進，被稱作“航母殺手”和“末日魚雷”。

胡興華介紹，“波塞冬”號的動力裝置，大概率采用了斯特林動力技術。核反應堆是目前能量密度最高的能源來源，加一次燃料可以跑幾十年，與斯特林動力裝置綁在一起后，可以在源源不斷的熱電轉換中實現長久續航?！拔覀儑矣泻藦?、氫彈，有東風快遞這樣的洲際導彈，但高端動力裝置，還需要不斷攻堅。在這個龐大系統中，我們只是其中一個單元。但再小的螺絲釘，也承載著國家安全的使命?！?