武汉新能源研究院，已在创新奔跑中，步入第六个年头。

2016年，我们背靠华中科技大学电气学院、能源学院等多个优势学科，以成果转化为核心使命，市校共建了武汉新能源研究院。象征新能源之花的马蹄莲大楼，成为了光谷乃至湖北的创新地标。

过去六年，新能源研究院一直围绕两个大的方向性任务不懈探索：清洁能源的规模化利用和传统能源的清洁高效利用。一批重塑未来格局的源头创新，在这里发生；一批高质量的科技成果转化项目在这里崭露头角。

当前的武汉已全面吹响争创综合性国家科学中心、国家科技创新中心的号角，并启动建设光谷科技创新大走廊、东湖科技城，一批大科学装置规划，都与新能源密不可分。可以说，这是一场关于“新能源之都”的角逐，而如何用好新能源力量，共创低碳中国，更是未来城市角逐的主战场。

2022年，我们带着「INEW能见」专栏来了，在这里，每周和你分享我们的创新故事，能见=看见，能源未来。新能源创新发展之路，道阻且长，这是我们的使命，更是新的长征。

斯特源创始人胡兴华的“斯特林情结”

十年，逐梦动力装置之冠

1816年，英国物理学家罗巴特·斯特林（Robert Stirling）发明了斯特林发动机。

这种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机极为独特，它气缸的一端为热腔，另一端为冷腔，在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质，比如氢、氦、氮或空气等。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，如此循环。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质。其间，封闭的工质并不直接参与燃烧，也无需更换。

在18世纪末和19世纪初时，热机普遍为蒸汽机，效率通常只有3%-5%左右，95%以上的热能都没有得到利用。斯特林发动机之所以独特，是因为这个基于闭式热力循环的热机，是世界上热转换效率最高的热机，实际有效效率能达到40%，热机理论极限可达60%。即使是现在，热电厂汽轮机的效率转换，也一般仅为30%左右。

在武汉新能源研究院孵化平台，武汉斯特源能源科技有限公司历经十年自主研发，在国内率先掌握了自由活塞式斯特林最先进机型核心技术“动子双气浮”。该技术可消除动子在气缸内的磨损，相当于悬浮起来。

围绕免维护自由活塞式斯特林装置研发，斯特源目前已拥有11项专利授权，装置可在免维护情况下持续运行12年。

“做斯特林装置的源头活水”

2003年，胡兴华从华中科技大学制冷与低温工程系硕士毕业后留校，在能源与动力工程学院任教。他的研究方向是微型低温技术、热声热机及无污染制冷。

2010年，前往上海某军工研究所攻读博士后的胡兴华，被一件事情深深触动了：在发达国家，自由活塞斯特林发动机已在深空探测、太阳能光热发电、热电联产、潜艇AIP发电系统、余热再利用、坦克、装甲车和导弹热屏蔽等领域上广泛应用，士兵甚至可将其用于便携式掌上发电机，而在我国，仍在使用驱动力落后的发动机。

这么好的技术，我们为什么没有规模化应用呢？胡兴华陷入了深思。

按热功转换性质，斯特林装置分为原动机（或称发动机、发电机）及制冷机。从结构特点上，可分为机械式斯特林、自由活塞式斯特林和免维护自由活塞式斯特林。

反复评估后，胡兴华决定结合自己在这个领域多年的科研经验，挑战难度最高的免维护自由活塞式斯特林发动机。“这种装置即使十几年不维护，也能不停歇工作，堪称一切动力装置之冠。”

2017年，武汉斯特源能源科技有限公司创立，并于次年入孵武汉新能源研究院，专业从事斯特林型热电转换装置及其派生应用设备的开发与生产。

目前，斯特源已形成斯特林强耦合参数组自激起振仿真技术；气浮孔槽结构优化、气簧功能性、结构性设计方法；直线往复电机、丝网回热器、精密复杂气缸体等关重部组件自研工艺；整机快速调教技术等多项核心技术。

“取名斯特源，是希望它能成为做斯特林装置的源头活水。”

12年，10万小时，零维护

胡兴华介绍，机械式斯特林装置，主要通过结构件传动，用于水下动力、太阳能光热发电等领域，设计较为成熟。代表厂商为瑞典Kockums、Cleanergy、美国SES、我国中船711所等。装置的维护周期，约为数百小时至两三千小时。

自由活塞式斯特林发动机概念，最初由美国Sunpower公司创始人比尔于1970年提出。在美国军方及美国宇航局的重视和持续资助下，过去几十年，Sunpower等数家公司累计为美国军方和NASA提供了从10瓦到12.5千瓦范围内的多款机型，被应用于空间核电源、无人值守基站电源、单兵发电机等领域。

其中，Sunpower发明制造的斯特林制冷机M77，被NASA在2002年用于RHESSI号绕地卫星上，直至今天。另一款商用斯特林制冷机M87，被用于往返航天器的研究。

自由活塞式斯特林装置的技术特征为气动耦合，主要用于移动或固定发电、热电联供、太阳能光热发电等，设计难度较大，属于对中国限制输出的技术。尽管维护周期大幅延长，但每运行数千至上万小时，设备仍需维护。

而免维护自由活塞式斯特林，维护时间超过10万小时，也是三种技术中设计难度最高的。在持续运行12年且免维护情况下，也无性能衰减。它的技术特征为集成气浮气簧气动耦合，或集成磁浮气动耦合，在航天、水下动力、核电源系统以及余热发电、太阳能光热发电方面，优势尤其明显。

“因为这个细分领域门槛非常高，全世界掌握源头核心技术的，只有美国MTI、Sunpower和NASA等屈指可数的两三家企业或机构。国内相关企业仅四五家，且都未实现规模化，仍处于非标定制阶段。”

“螺丝钉也有它的国家使命”

▲ 免维护斯特林发电/制冷机

据了解，斯特源目前的核心业务，一是长寿命的热电转换装置，二是无油制冷系统。这两项业务的技术基础，都是自由活塞式斯特林。

“我们希望以免维护低温制冷机和发电机为产品特色，精确切入细分市场，比如航天和水下动力系统。”胡兴华说，后续将逐步拓展至太阳能光热发电、生物质发电、电动汽车空调、医用及食品低温冷链设备等工业领域。

制冷机是发电机的逆向运行模式，从外部输入电能或者热能，实现制冷。自由活塞斯特林技术应用于低温冷链装置后，可比传统电制冷装置节电30%，且噪音小、温控精度高。

使用氦气为冷却剂，制冷2分钟内，温度可迅速达到-50℃，10分钟达到-100℃，20分钟内达到-120℃，真空条件下最低温度可达-233℃。

卓越的制冷能力，即使用于低温粉碎、飞弹红外导引头、雷达滤波器冷却、超导电机/磁体冷却，也不在话下。

在斯特源与中国航天科技集团第五研究院的协作攻关项目中，通过自研气簧结构，实现了宇航级自由活塞斯特林双动子自泵气气浮，避免了对进口高端贵金属铍的依赖，从设计到制造，实现了全自主、全国产化。

斯特源的远期愿景，是实现军民融合。产品成熟定型后，可助力军用高性能热动力电源（发动机）装置发展，为航天、国防提供高性能热动力发电装置；规模化产能建立后，还能为多个民用领域提供高效、耐久、性能更优的动力机械及制冷机。

2018年，俄罗斯“波塞冬”号核动力无人水下航行器浮出水面。这枚核鱼雷，可在水下1000米深处，搭载200万吨TNT当量的核弹头，以高达200公里的时速前进，被称作“航母杀手”和“末日鱼雷”。

胡兴华介绍，“波塞冬”号的动力装置，大概率采用了斯特林动力技术。核反应堆是目前能量密度最高的能源来源，加一次燃料可以跑几十年，与斯特林动力装置绑在一起后，可以在源源不断的热电转换中实现长久续航。“我们国家有核弹、氢弹，有东风快递这样的洲际导弹，但高端动力装置，还需要不断攻坚。在这个庞大系统中，我们只是其中一个单元。但再小的螺丝钉，也承载着国家安全的使命。”