新聞資訊

  • 3
  • 2
  • 1
  • 員工拔河
  • 表彰大會
  • 組織體檢

當前位置: 首頁> 新聞資訊> 企業項目   

  • 熱電材料及其在溫差發電方面的應用
  • 發布時間: 2016-1-12 點擊次數:2662 
  • 熱電材料及其在溫差發電方面的應用

    圖1  熱電材料工作原理圖
    熱電材料是一種通過固體中的載流子運動實現熱能和電能之間直接轉換的功能材料。熱電材料器件的基本單元由一對p-型和n-型熱電材料串聯構成。當p-n對的兩端溫度不同時,如圖1(a)所示,將在回路中產生電流,從而實現“溫差發電”。而當直流電通過p-n對時,如圖1(b)所示,將在一端吸熱,在另一端放熱,從而實現“半導體制冷”。熱電材料主要應用于:①溫差發電,②半導體制冷,③各類傳感器。
    熱電材料的能量轉換過程屬于固體材料內部載流子運動導致的“固體能量轉換”,因此具有無機械運動、無噪聲、無磨損、可靠性高、免維護、不需要化學介質、無污染等突出優點。
    熱電材料在溫差發電方面的應用主要包括:工業余熱發電、特殊場合長壽命電源、便攜式小型電源、植入式微型電源等。
    1、工業余熱發電
    人類消耗的能量中,絕大部分未利用的能量是以余熱廢熱形式排放的。根據美國能源部的統計(圖2),美國每年消耗各種能源約97 Quads(相當于35億噸標準煤),其中除了少量石油用作化工原料以外,絕大部分用于發電、工業和運輸業。在這些實用的能量中,實際利用的不到40%,而有超過60%的能量被浪費掉?紤]到工業余熱廢熱的巨大容量(這在可預見將來并不會顯著改變),采用熱電材料制造的溫差發電裝置,利用廢熱發電將具有廣闊的前景。

    圖2  美國能量分配圖(單位:1015 Btu)

    從經濟成本看,溫差發電器件成本與硅基太陽能電池相當。但熱電材料溫差發電具有“實時、原位、穩定”供電的特征,在系統維護、電力儲存、傳輸調制等方面與太陽能發電相比,具有顯著優點。工業余熱發電的主要應用領域包括:
    (1) 汽車發動機余熱發電。美國通用汽車、日本豐田汽車已開始這方面的研發,德國寶馬汽車已在530系列汽車上進行原型試驗(圖3)。據估算,一輛中高檔轎車正常運行時,可利用排氣管廢熱發電1千瓦(遠期目標可達5千瓦或更高)。

    圖3 BMW530i汽車排氣管溫差發電裝置示意圖與原型試驗顯示屏

    (2) 高溫工業窯爐余熱發電。主要利用鋼鐵、有色金屬、玻璃、水泥、陶瓷等耗能工業窯爐以及發電廠等鍋爐排放的150~250C低品位余熱發電。這部分低溫余熱難以采用常規技術發電,熱電材料溫差發電技術可以填補這方面的技術空白。圖2是浙江大學趙新兵等人提出的利用高溫爐煙道余熱發電的內冷式溫差發電系統原理圖及模擬器件原型。它利用煙道余熱和循環水冷片之間的溫差(約100~150C)發電,可模塊化生產,現場組裝。

    圖2 高溫爐煙道余熱內冷式熱溫差發電系統原理圖及模擬器件原型

    2、特殊場合長壽命電源
    在這個應用領域,最主要的實際應用例子是以放射性同位素作為熱源的溫差發電裝置(Radioisotope Thermoelectric Generators,簡稱RTG)。美國NASA從Apollo飛船開始,至Pioneer、Voyager、Galileo和Ulysses,已在20余個航天器上使用RTG作為電源。在俄羅斯,有1000余個RTG裝置用于靠近北極圈的無人看守免維護海洋燈塔。這些RTG裝置具有免維護運行20年以上的壽命。

    圖4 爐灶溫差發電裝置

    3、便攜式小型電源
    利用煤、油、天然氣、木材等燃燒熱以及取暖爐、烹飪爐等余熱作為熱源的溫差發電裝置可以作為便攜式小型電源,為野外作業、游牧民族提供電源。其優點是可以利用來源廣泛的熱源發電,減少蓄電池攜帶量。此外,這種技術還可以用于制造旅行用便攜式應急電源。國外已有可隨身攜帶的小型溫差發電器,利用燃燒熱、賓館取暖片等熱源發電,用于為便攜式電子設備(手機、筆記本電腦等)充電。圖4是安裝在普通爐灶底部的溫差發電裝置,利用爐膛底部廢熱發電,已在歐洲應用。主要為外出郊游、旅游者提供輔助電力。 

    圖5 植入式微型電源

    4、植入式微型電源
    德國某研究機構開發了與傳感器集成的微型溫差發電器(圖5)。其中左圖是整個集成器件的外形,內部安裝了各種傳感器、數據處理芯片、無線傳輸器件。在圖5的右圖所示的內部結構中,位于中間的是一個微型溫差發電器。它可利用裝置和環境之間的微小溫差發電,為裝置中的其他電子設備提供電源。

  • 上一篇:浙江省十二五重大科技專項實施方案
    下一篇:創富大賽榮獲省級第三名
  • 返回新聞列表
×

在線客服
在線客服

國內銷售
國內銷售

國內銷售
國內銷售

國外銷售
國外銷售

國外銷售
國外銷售

國外銷售
國外銷售

售后服務
售后服務

售后服務
售后服務

天天av