能源之星——斯特林引擎
一、环保的工业革命
从十八世纪初叶开始，一连串对往复式蒸汽机的改良，确定了动力机械的实用性，促成能源科技的突飞猛进，人类从此挣脱了人力和兽力的限制，生产力一夕暴增，引发了以碳能源为基础的第一次工业革命，深远改变全体人类的文明轨迹。
人类于是发展出一种极度依赖能源的生活方式。然而，人们惯用的化石能源（如煤、石油、天然氧等）蕴藏量有限，不可逆的大量消耗，原本即非长久之计。再加上近年来金砖四国经济起飞，大量人口也竞相使用能源，近日油价于是屡创历史新高，新一波能源危机隐隐浮现。
值得注意的是，70年代的石油危机，是产油国在以巴冲突中藉高油价杯葛英美之中东政策，人为制造出来的，几经外交折冲，油价不难复归平稳。但最近油价居高不下，则是市场上的确存在供不应求的客观因素所造成，长远来看，这样的趋势只会日益严峻，高油价时代实已无可避免。
另一方面，由于大量消耗化石能源，也对环境造成极大的冲击，二氧化碳的浓度和排放量都创下了前所未有的记录，衍生的各种后果不堪设想，于是而有京都议定书的签署，减少依赖化石能源势在必行。
平常就以赛球对抗排谴竞争本性的人类，立刻露出争取珍贵石油的冲动，国际间暗潮汹涌，甚至爆发战争。面对能源危机和其连锁所引发的粮食、环保、气候变迁、生态威胁、国际关系等难题，凭借第一次工业革命以降暴增的科技实力，赋予与蒸汽机几乎同时诞生，却蛰伏近两世纪的一种外燃引擎——斯特林引擎——新的生命，展开着眼于永续非碳能源的下一场工业革命，相信必能和平的为当前困局找到两全其美的解决方案。
二、从热机谈起
除了早期的蒸气机之外，各种精巧的内燃引擎也陆续问世。这些能将热能转换成机械能的机器统称“热机(heat engine)”。从物理学的角度来看，尽管各种引擎的构造大异其趣，但所有热机的主角都是工作流体(working fluid)。热能进入工作流体之后，透过工作流体之运作，转换成动能。打个比方来说，热机好似公司行号，工作流体好似员工，无论公司之体制，聘雇方式如何，也无论员工领薪水的方式是用支票，还是给现金，总而言之，公司的营运方式都是员工领薪水然后办理公事。
老式火车头上的往复式活塞蒸汽机，现代核能电厂中的涡轮蒸汽机，不用火星塞的柴油引擎，常见的汽油引擎，战机或客机搭载的喷射引擎（图2-1），推动高空侦察机SR-71以三倍音速巡戈的冲压引擎，不用连杆的转子引擎，无论这些热机的构造复杂与否；也不论它们加热工作流体的方式，是直接在工作流体中燃烧燃料（内燃），还是经由锅炉或汽缸来加热工作流体（外燃）；也不论他们的工作流体是氦气、氢气、空气、水蒸气或其他物质；也不论他们是重复循环使用工作流体，或不断使用用过即抛的工作流体，他们的工作原理都是一样的：“工作流体被加热或高温状态时，膨胀作正功，工作流体降温或较低温的状态时，被压缩作负功。”把工作流体的压力和体积关系的封闭曲线画在ＰＶ图上，无论Rankine循环、Otto循环、Diesel循环，或者图2-1所示的Brayton循环，工作流体状态之变化都必须随着相似的顺时钟方向。
图2-1 喷射引擎之工作流体，由外界吸入，PV状态经0－23（压缩）－34（燃烧升温）－45（膨胀对涡轮(turbine)作工）－58（回到外界降温），顺时针变化其状态，完成热机循环
（数据源：www.grc.nasa.gov；WWW/K-12/airplane/brayton.html；encyclozine.com/Science/Physics/Thermodynamics/）
图2-2 二行程汽油引擎示意图
热力学第二定律则指出，工作流体被加热之后，又必然恢复到原来状态时，被加热时获得的热能，因为机率的原故，不可能完全经做功转换成机械能，所以没有完美的热机。
就以大家最熟悉的汽油引擎为例，图2-2是理想化的二行程汽油引擎，汽油引擎的主角当然也是工作流体，也就是进出引擎的空气。
过程1：混合着少量汽油的空气（此时温度较低）被压缩后，点火爆燃油气，使空气温度升高。
过程2：加热后的高温空气膨胀作正功，推动活塞，经连杆驱动飞轮转动。
过程3：飞轮继续转动则将推动活塞压缩工作流体，所以在此先吸入混着汽油的低温空气，并把高温的空气（废气）排出。排出废气，吸入新鲜空气的过程，其主要效果是冷却工作流体。
过程4：较冷的工作流体于是再被活塞压缩，作负功，并继续过程１。
如此周而复始，此二行程汽油引擎即不停运转。四行程汽油引擎只不过是经由较彻底的先排气，再吸气，完成降温过程而已，工作原理与二行程的汽油引擎完全一样。
三、斯特林引擎的工作原理
1816年苏格兰牧师罗伯特斯特林，申请了现今称为斯特林引擎的一种外燃机ZL。有别于以水蒸汽作为工作流体的蒸汽机，当时的斯特林引擎１以空气作为工作流体，所以也称为热空气引擎(hot air engine)。
图3-1显示一种很容易理解其原理的斯特林引擎，右方容器称之为温差气室。温差气室的下方为热区，温度较高；上方冷区的温度较低；两侧斜线部分代表热再生器(regenerator)。引擎运转时，要持续维持热区和冷区的温差。温差气室中的移气胴体(displacer)可上下移动。移动时显然不会改变引擎中工作流体的体积，但移气胴体在上方时，工作流体被移往热区，移气胴体在下方时，工作流体被移往冷区。热再生器的功能是，当工作流体从热区移到冷区时预先冷却工作流体，并暂时储存工作流体释出的热能，当工作流体从冷区移到热区时，利用储存的热能预先加热工作流体。工作流体预冷后停留在冷区继续冷却，预热后停留在热区继续加热。
活塞的往复运动则会改变工作流体的体积，工作流体膨胀时对活塞作正功，工作流体被压缩时作负功。 图3-1 斯特林引擎示意图，右方温差气室两侧斜线部分代表“热再生器(regenerator)”
这型斯特林引擎的运转过程，与后来才出现的汽油内燃机模拟，非常容易加以解释。（比较图3-1和图2-2）
过程1：在此过程中，工作流体已被压缩，必须先获得热能，再膨胀作正功。汽油引擎利用燃烧少量的汽油，加热汽缸中的工作流体（空气）；斯特林引擎中的工作流体，则是被移气胴体驱赶，经热再生器移到下方热区加热。
过程2：高温的工作流体压力增加，膨胀对活塞作较大的正功。
过程3：工作流体将被压缩，先被移气胴体驱赶，经热再生器移到上方冷区冷却。汽油引擎则在此过程中，排掉高温废气，并吸入混有燃料的低温空气，以进行降温。
过程4：低温的工作流体于是被活塞压缩作负功。 图3-2 理想化的斯特林引擎工作流体PV图
对照的汽油引擎和这型斯特林引擎，两者不同之处在于：汽油引擎以混合燃料燃烧的方式直接加热工作流体，以排气吸气的方式冷却工作流体；斯特林引擎则是利用工作流体接触不同温度的区域，来升降其温度。
移气胴体和活塞如何在时序上恰好配合，使得工作流体先加热再膨胀，先冷却再压缩呢？最常用的是曲轴和连杆等构成的连动机构(drive mechanism)，但许多巧妙的方法也可达到同样的效果。
图3-2 显示斯特林引擎的工作流体理想化的PV图。在过程1（图中1→2状态），活塞假设不动，被压缩的工作流体经热再生器由冷区移到热区，工作流体被加热，等体积升温；过程2（图中2→3状态），活塞向外运动，工作流体停留在热区等温膨胀；过程3（图中3→4状态），活塞假设不动，工作流体经热再生器，由热区回到冷区，等体积降温；过程4（图中4→1状态），活塞向内运动，工作流体停留在冷区，作等温压缩。
如果热再生器在工作流体等体积降温时（3状态→4状态），热能完全储存在热再生器中，等体积升温时（1状态→2状态），储存在热再生器中的热能又完全释入工作流体中，即Q3→4=-Q1→2。在2状态至3状态的等温膨胀（温度较高，以Th表示），所做的功为：
(3.1)
其中n为工作流体莫耳数，R为气体常数，VL和VS分别是工作流体的膨胀后和压缩后之体积。
根据热力学第一定律，等温膨胀所作的功等于所获得之热能
(3.2)
同理，低温（TC不变）被压缩的过程中，工作流体所作的功和获得之热能分别为
＜ 0 (3.3)
(3.4)
因此，工作流体每循环一次所作的净功为：
(3.5)
等于PV图中封闭曲线所包围的面积。在完美热再生器的前提之下，斯特林引擎的效率为
(3.6)
即等于卡诺循环的效率。
然而，斯特林引擎有许多不同的设计，不同构造的斯特林引擎，其工作流体的PV图与图3-2中显示者多少有些出入。
此外，在真实的斯特林引擎中，活塞大多以近似时间正弦函数的方式运动，鲜少完全静止，所以工作流体能经历一段等体积过程，实为简化的假设；通常热再生器的效率亦难达到100%；而在温差气室冷区的工作流体也不容易完全移到热区加热，反之亦然，在热再生器中也会滞留一部分工作流体，这些没有参与温度变化的工作流体，形成所谓滞留体积(dead volume)，PV曲线图实际上会比图3-2所示的曲线平滑许多。
再加上工作流体在温差气室中移动时，各种阻滞力造成动能的损失(flow loss)，以及外燃加热时，热传导过程中的各种损失(heat transfer loss)，而工作流体等温膨胀或压缩的等温假设亦显有瑕疵，更使得实际斯特林引擎的效率与卡诺循环的效率不完全相等。
四、斯特林引擎的型式
斯特林引擎可以设计成不同的型式，原创性的全新构想和细部改良的ZL，至今仍不断被提出。严格而言，凡是利用工作流体在冷、热区之间移动，遂行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功，膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环，这样的机构都称为斯特林引擎。
常见的斯特林引擎可以分为以下几种：
（一）型斯特林引擎（见图3-1）
这型斯特林引擎的温差气室和汽缸分开，利用连杆和曲轴等连动机构，使温差气室中的移气胴体和汽缸中的活塞，近似时间正弦函数的往复运动，有大约90°的相位差，以确保热机循环3。
由于温差气室的尺寸可以比汽缸的尺寸大很多，极小的温差即可运转此型斯特林引擎，常用来制作教学用的热学教具，或针对低温差之热源设计所需的机型。图4-1是作者设计的大型型斯特林引擎（高度约60公分），十几度温差即可运转。
图4-1 作者设计的斯特林引擎之一
（数据源：wmc62490000@yahoo.com.tw（德盟工作室））
（二）型斯特林引擎
汽缸和温差气室合二为一，其中移气胴体和活塞运动的相位差，由连杆和曲轴等构成的连动机构完成，但控制移气胴体的连杆须穿过活塞，制程精度要求较高。
著名的连动机构，是1953年梅杰（R. J. Meijer）发明的菱形连动机构（Rhombic Drive Mechanism），这型斯特林引擎的连动机构可以减少活塞所受的应力。（见图4-2）4。
图4-2 型斯特林引擎之菱形连动机构（浅蓝）、活塞（蓝）和移气胴体（绿）
（数据源：www.answers.com/topic/reciprocating-engine）
（三）型斯特林引擎
图4-3为型斯特林引擎之设计之一。相较于型和型，这型斯特林引擎舍弃了移气胴体。工作流体借着两个活塞密封在高温和低温的两个汽缸之内。两个活塞利用适当的连动机构，作相位差90°的时间正弦函数往复运动。使工作流体在高温和低温汽缸中移动而改变温度，两个活塞又共同决定工作流体的体积，运转时一样能达成加热膨胀，冷却压缩的热机循环。
图4-3 型斯特林引擎，示意图显示工作流体借着两个活塞密封在高温（左下方火焰处）和低温的两个汽缸之内，两个活塞作相位差90°的往复运动。透视图显示实际引擎的造型。
（数据源：blogs.ibibo.com/discovermiracle/Two-Cylinder-...）
利用最初级的分析模式5，即所谓的Schmidt mode，假设工作流体在高温汽缸中即与高温汽缸等温，设为Th，在低温汽缸中即与低温汽缸等温，设为Tc，在热再生器中的工作流体的温度即与热再生器的平均温度相等。
如果热再生器中容纳工作流体的空间体积为VR，活塞在高温汽缸中扫过（swept）的体积为Vsh，高温汽缸中的滞留体积为VDh （活塞未扫到的体积）。活塞在低温汽缸中扫过的体积为Vsc，低温汽缸的滞留体积为VDC，工作流体在高温汽缸中的体积为
（4-1）
在低温汽缸中的体积为
（4-2）
其中θ为转动的角度，为相位差，约90°。
在热再生器中的体积为VR，则工作流体的总体积为
（4-3）
因为密封在引擎中各处的工作流体压力一致，设为P。根据气体方程式，工作流体的总莫耳数为
（4-4）
为简化起见，令，，，，， n于是可简化为
（4-5）
则
（4-6）
其中
；
；
；；
而工作流体的体积可以化简为
（4-7）
其中
；；
计算和，可见在α型斯特林引擎中的工作流体，大致符合热机循环，其PV曲线包围出的一块面积代表每次循环（转动一圈）所作的功，写成W，则引擎功率P即等于W乘以转速f，即
P=W×f （4-8）
除了用一般的曲轴及连杆构成的连动机构，维持两活塞往复运动时的相位差（）之外，罗斯（Ross）等人还发明两种连动机构（Ross-Yoke drive mechanism）和Rocker-V mechanism），可以发挥同样的效果6。
α型斯特林引擎另外有个更实用的变型，称为瑞尼那组合（Rinia arrangement）（图4-4），将四个汽缸和活塞组合起来7，利用“斜盘”（swash plate）或齿轮装置维持相邻活塞往复运动时的相位差（）
图4-4 瑞尼那组合（示意图）；实际运用时将四个汽缸和活塞组合成环形，利用斜盘（透视图的左方）维持相邻活塞运动的相位差
（数据源：www.sesusa.org/DrIz/engines/engines.html；pepei.pennnet.com/articles/article_display.cf...）
四）自由活塞型（free-piston）斯特林引擎８
其实活塞和移气胴体之间，未必要用机械式的连动机构来保持运动时适当的相位差，公元1974年贝尔（W.Beale）利用共振现象（resonance）以及巧妙的气压差和机械弹簧，使得活塞和移气胴体往复运动时具有必要的相位差。自由活塞型的斯特林引擎也有许多不同的设计，其中美国太空总署葛林实验室研发的自由活塞型斯特林引擎，在极有限之尺寸之内，简洁处里这型引擎的诸多难点，堪称杰作（图4-5）。
图4-5 美国太空总署研发的自由活塞型斯特林引擎，无机械式的连动机构，活塞（红色）和移气胴体（右方淡蓝色）之运动仍具有必要的相位差
（数据源：www.grc.nasa.gov/WWW/tmsb/stirling.html）
（五）热声效应（thermo acoustic）斯特林引擎9
十九世纪的吹玻璃工人，偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音，这声音其实是热机的另一总输出形式。空气振动形成声音，声音发生时，各“局部空气”（parcel）会发生膨胀和位移。如果“局部空气”被压缩后，被加热，再膨胀，对周围空气作较大的正功；这“局部空气”又先被冷却，再被压缩，作较小的负功（周围空气对其作较小的功）。虽然这“局部空气”并非对活塞或涡轮作功，而是对周围空气作功，事实上也完成了工作流体加热后膨胀，冷却后被压缩的热机循环，而把热能转换成声音振动的能量，增加声音的强度。此即所谓的热声效应。
热声效应斯特林引擎大致可分为驻波（standing wave）和行波（traveling wave）两种。
图4-6所示为驻波型斯特林引擎，基本上是一端闭口，一端开口的管状共振腔，在共振腔内近闭口端装有热片堆（stack），热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。热片堆近共振腔闭口端温度较高，另一端温度较低，于是延轴向的温度梯度（temperature gradient）相当大。当驻波发生时，热堆片中的“局部空气”（工作流体）向闭口端位移，而被压缩，同时移向热片堆高温处，该局部空气在热穿透深度（thermal penetration depth）以内的部分会被热片堆加热，使温度升高，随即膨胀对周围空气做较大的正功，驻波之能量加大，“局部空气”随即膨胀，同时移至热片堆之冷端，当能量增加的驻波再度压缩这“局部空气”时，此“局部空气”已先被较低温的热片堆冷却，只消耗较少的声波能量即可被压缩。热能于是不断变成驻波的能量。这声波的机械能可用来推动热声致冷机（见图4-6）或用来发电。
图4-6 驻波型热声斯特林引擎之热片堆（stack）。实物照片的左方为驻波型热声斯特林引擎；右方为热声斯特林致冷机。驻波型热声斯特林引擎产生的驻波可用来推动热声斯特林致冷机，液化气体
（数据源：New varieties of thermo-acoustic engines）
驻波型热声斯特林引擎的工作流体，并未完全符合热机循环的过程，所以效率较低。约1998年开始Ceperley、日本Yazaki、大陆罗二仓、邱利民等人发明、改良了行波型热声斯特林引擎10（图4-7），使其工作流体以近似完美α型斯特林引擎的方式，将热能转换成声音的能量，有效提高了热声斯特林引擎之效率。
图4-7 行波型热声斯特林引擎及内部构造示意图
（数据源：New varieties of thermo-acoustic engines；www.nature.com/.../fig_tab/399303a0_F1.html；www.lanl.gov/thermoacoustics/TASHE.html）
（六）旋转型（rotary）的斯特林引擎
虽然此型斯特林引擎尚未臻实用，但其设计构想也是颇具价值的研发方向。其中一种设计，利用旋转的移气胴体，将工作流体以连续转动的方式11，交替移到温差气室的热区和冷区。（图4-8）
图4-8 旋转型斯特林引擎之构造，其移气胴体之横截面如右方插图
（数据源：www.bekkoame.ne.jp/~khirata/english/rotarye.htm）
（七）斯特林引擎的优点和缺点
具有以下优点的斯特林引擎，有助于开发新的、多元的初级能源，因此受到科学家和先进国家的政府的重视：
因为斯特林引擎是外燃机，可以使用任何足以维持必要温差的燃料：包括传统的各种燃料、太阳能、地热、核能、甲烷冰、生质燃料、农业废弃物、垃圾衍生燃料、工厂废热等。
如果使用洁净能源，斯特林引擎根本没有污染；如果燃烧燃料，由于可以连续燃烧，相对容易降低废气之污染，燃料的制备成本也相对较低。
斯特林引擎理论上有很高的效率，随着研究成果的进步和实际应用的经验累积，斯特林引擎的实际效率也会逐渐逼近理论值。
斯特林引擎的结构相对简单，没有气阀、正时点火和相关的零组件，润滑和轴承的部份均可避免设计在引擎高温的部份，因此性能可靠，适于长时间运转，坚固耐用，维修成本低。
因为不用爆燃和高速喷流，斯特林运转时，噪音低、安全性高。
然而斯特林引擎进一步实用化，若干设计上的难点亦有改良的空间。例如：
为了增加热机的效率或功率，都须要提高工作流体的温度，内燃机让燃料在工作流体中燃烧，直接加热工作流体到相当的高温，而引擎本身仍能维持低温。但斯特林引擎必须透过引擎本身的高温来加热工作流体。耐高温、刚性大、抗氧化腐蚀，导热性高，不易老化，又廉价且易加工的材料，目前尚难尽如人意。
为提高引擎的功率，常需用到非常高压的工作流体，有些机型的斯特林引擎不容易长时间密封高压的工作流体。
五、已有实际应用
除了在能源方面的应用之外，斯特林引擎在若干特殊领域，例如：国防、低温致冷等，也扮演着不可取代的角色。
用外力倒转斯特林引擎，斯特林引擎就变成致冷机(Stirling Cryocooler)。热声斯特林致冷机可以用来液化氮气、氧气等，特殊设计的斯特林致冷机具有10K的冷却效果，微型斯特林致冷机12已被广泛用于冷却夜视系统的红外线感测芯片。
现役的瑞典海军哥德级(Gotland Class)潜艇（图6-1），其绝气推进系统(Air Independent Propulsion)，以燃烧液态氧和柴油的斯特林引擎提供辅助动力，可将下潜时间延长至数周之久，具有极佳的静音匿踪性能。
图6-1 瑞典海军哥德级(Gotland Class)潜艇
（数据源：www.silent.se/labels.php）
至于斯特林引擎在能源方面的应用，现阶段只是刚刚起步，方兴未艾，但初期的成果已经十分亮眼。
暖气机是寒带地区必要的设备，借着斯特林引擎冷区散发出来的热能，加热热水或供应暖气，而斯特林引擎本身的动力就用来发电，组合成同时提供电力和热源的电热共生系统(Combined heat and power system)13（图6-2）。Whisper Gen公司在2004年曾生产80,000具住家用微型电热共生的商业产品。
图6-2 微型斯特林引擎电热共生(CHP)的商业产品
（数据源：www.micropower.co.uk/about/mchp.html）
图6-3 总统布什视察斯特林能源系统公司的阳光聚焦碟-斯特林引擎发电装置
（数据源：www.pureenergysystems.com/news/20...）
2005年8月8日，美国总统布什视察斯特林能源系统(Stirling Energy Stytem)公司在圣地亚国家实验室的阳光聚焦碟-斯特林引擎发电原型装置（图6-3），并于当地签署能源法案。翌日南加州爱迪生(Southern California Edison)与斯特林能源系统公司签约，预定在洛杉矶北方建造一座占地45,00英亩(1.9 km2)的巨型太阳能发电厂，采用阳光聚焦碟-斯特林引擎发电技术，藉总和直径约39英尺(11m)的82片组合反射镜聚焦，加热位于焦点的4气缸α型斯特林引擎(4-95 Mark Ⅱ )（图6-4），以72支镍基超合金(Inconel)细管制成的热区(receiver)，运转时温度高达700゜C以上，高压氢气最高压可达200倍大气压，转速约1800rpm，在每平方公尺1,000W的阳光下，能产生25KW的电力。从2007年底开始为期4年，将装设20,000具，总发电量达500MW，超过全美所有太阳能发电装置的总和，足可满足一个小镇的电力需求。若双方同意，还再多花两年，增加阳光聚焦碟-斯特林引擎发电机组至34,000具，发电量增至850MW14。
图6-4 4气缸α型斯特林引擎(4-95 Mark Ⅱ)之示意图，以及实物摄影（镍基超合金细管制成的热区(receiver)清晰可见）
（数据源：www.pureenergysystems.com/news/20...）
这座全球最大的太阳能发电厂，发电效率是一般太阳能光电池的两倍，电价也比其他太阳能发电技术便宜许多，不需加州政府补贴即可商业运转，为人类大规模利用太阳能立下划时代的里程碑，也揭开斯特林引擎商业化的序幕。
六、璀璨的未来
几乎没有其他的引擎，像斯特林引擎这样，在这么广的领域中均具有实际应用的可行性，而又可针对工作条件，在尺寸、构造、性能等方面有如此大的设计弹性。
随着材料科学和加工工艺日新月异，石油价格节节攀高，减碳环保逐渐形成国际社会的共识；再加上大规模量产斯特林引擎已经开始，社经条件更臻成熟，除了太阳能发电的前景可期之外，斯特林引擎在其他能源领域也深具潜力，在新的能源时代，势必扮演更全面的角色。
（一）核能
探测离太阳1.5天文单位（大约火星轨道）之外的太空，因阳光强度减弱，一般太阳能电池的发电量就不敷使用。美国太空总署于是成功研发了一系列使用核燃料的自由活塞斯特林引擎15，并驱动线性交流发电机(linear alternator)发电（见图4-5），以提供深太空探测任务所需的电力。2004年美国布什总统宣布2018年重登月球的计划，月球表面甚至火星表面的核能斯特林引擎发电站又受到瞩目16。事实上，地面的核能电厂，若以斯特林引擎取代蒸汽涡轮机，可简化电厂之设备，提高安全性和降低维修成本，并充分发挥核能技术进步的成果。
（二）地热
根据统计，地热能源的蕴藏量，约为煤能源总量的1.7亿倍，地热发电具有洁净、占地面积有限、不受天候及天灾影响，24小时全年无休稳定供电等优点。
斯特林引擎设计的弹性很大，在不同温差之下均能运转，恰能配合压力、温度个别差异很大的地热。一般地热仅100~200゜C，已可直接用来推动斯特林引擎（如果采用汽涡轮机，则须采用闪蒸法这类技术和设备）。1970年代Los Alamos Labs提出干炽热岩(Hot Dry Rock)地热发电，使地热发电更不受地点之限制；未来如果大深度钻井和熔岩(Molten Rock)地热的开采技术有所突破，斯特林引擎地热发电将为人类提供长期的洁净能源17。
（三）分散型独立电力系统18
未来人类使用能源的方式会更为精致，现在以大型集中型电厂为主的电力系统势必有所调整，更为合理的分散型小区电厂将成为主流，废物利用或就地取材附近的多元能源，以洁净能源及传统燃料搭配就近适当处理的垃圾或农业废弃物，作为燃料，就近提供附近用户电力，省去长途运输大量燃料和大规模配电的成本，避免大型电厂故障的风险，斯特林引擎恰好可以实现这样的转型。
（四）交通用的斯特林引擎
虽然在某些场合，斯特林引擎有预热时间长，不易立即停机、迅速变换输出功率的限制，但斯特林引擎可用爆炸性较低的燃料、污染少、振动小、噪音低、效率不因爬升高度而变化、安全可靠，正符合航空引擎的要求，航空用斯特林引擎曾也被提出。此外除了作为军事潜艇的推进系统之外，研究人员也评估过斯特林引擎作为大型船只动力的效益19。即便现代人已习惯了大马力的汽油引擎车，美国能源部(DOE)早期仍提供经费支持相关研究，美国太空总署、福特汽车公司都曾参与，发展出Mod I，Mod II，P-40等车用斯特林引擎20。2007年底，使用固态生质燃料的电力-斯特林引擎混合(hybrid)车（原型）在瑞典推出。虽然整个社经条件的惯性偏好汽油引擎车，但斯特林引擎在时机成熟时应用在交通动力的可行性，无庸置疑。
七、能源政策和能源教育
斯特林引擎作为能源研究的主题，之所以值得投入更多的资源，是因为一方面它是能源多元化的可行技术21，实用化和商业价值均可预期；另一方面，即便先进国家已投入庞大的资源全力研发，但仍有极大的原创及改良空间，后起者仍可作出重大成就22。
斯特林引擎作为能源教育的主题，内容可深入浅出、可简可繁，适合各级学校学生参与，也适合大众加入，参与者置身制作小引擎的童话世界，享受惊奇和创作乐趣，在印象深刻的寓教于乐中，启发下一代日后开发新能源的兴趣与眼界，厚植研发潜力，培养民众以科学力量解决能源问题的态度，进而充实国家能源政策。
今日世界的先进国家，多是工业革命起步较早的国家，能源关乎整个国家的盛衰。负责任的能源政策，除了要有解决燃眉之急的方案之外，更要有前瞻的纵深。能源科技的研发和教育，都应该是能源政策的重要环节，开发洁净的永续能源是石油能源危机的唯一出路，国际社会全体成员均责无旁贷，我们更应迎头赶上。
