溫差發(fā)電現(xiàn)狀及前景1研究背景溫差能發(fā)電概念2國內(nèi)外溫差發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展?fàn)顩r3溫差發(fā)電的利用4結(jié)語5致謝6溫差能發(fā)電現(xiàn)狀及前景項(xiàng)目背景隨著世界能源危機(jī)、環(huán)境污染的日益加劇、

人口的迅猛增長，人類對(duì)能源的需求日益增加，

迫切需要一種新型能源來替代傳統(tǒng)能源。隨著科技的進(jìn)步更多的新型能源得以發(fā)現(xiàn)研究和發(fā)展溫差發(fā)電技術(shù)是一種綠色環(huán)保發(fā)電方式，它可以合理利用太陽能、地?zé)崮堋⒑Ｑ鬅崮?、工業(yè)余熱等低品位能源轉(zhuǎn)化成電能。溫差能發(fā)電溫差發(fā)電是一種新型的發(fā)電方式，它是利用塞貝克效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，當(dāng)兩種不同金屬（或半導(dǎo)體）連接成一個(gè)閉合回路，將它們的接點(diǎn)放到兩個(gè)溫度不同的地方，則總的熱電效應(yīng)（又稱溫差電效應(yīng)）將同時(shí)發(fā)生的四種不同效應(yīng)：塞貝克效應(yīng)、珀?duì)柼?yīng)、湯姆遜效應(yīng)（Thomsoneffect）、焦耳效應(yīng)（Jouleeffect）。其中，前三種效應(yīng)是電和熱可以相互轉(zhuǎn)換的可逆效應(yīng)。而另外一種效應(yīng)即焦耳效應(yīng)則是不可逆效應(yīng)。這四種效應(yīng)構(gòu)成了溫差電研究的理論基礎(chǔ)。溫差發(fā)電原理最基本的半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件是由P、N兩種類型不同的半導(dǎo)體溫差電材料經(jīng)電導(dǎo)率較高的導(dǎo)流片串聯(lián)并將導(dǎo)流片固定于導(dǎo)熱系數(shù)較小的陶瓷片上而成。下圖所示的是一個(gè)最簡單、最基本的溫差電器件。當(dāng)在器件的兩端建立一個(gè)溫差，根據(jù)塞貝克效應(yīng)，將產(chǎn)生一個(gè)電壓，若將回路中接入負(fù)載電阻，則將有電流流過,電流方向在N極中由冷端流向熱端，P極中由熱端流向冷端。整個(gè)過程中還伴隨著其它可逆的熱電應(yīng)和不可逆的熱效應(yīng)。1轉(zhuǎn)換過程中不需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，不需要附加的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)，因而結(jié)構(gòu)緊湊，沒有震動(dòng)和噪聲2在有微小溫差存在的條件下就能將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，通過選擇合適的半導(dǎo)體材料類別，可以在很寬的溫度范圍內(nèi)(300K—1400K)利用熱能。3安裝、使用簡便，控制和維護(hù)方便，可長期免維護(hù)工作。體積小，重量輕，使得攜帶、運(yùn)輸、保養(yǎng)便利4安全無污染。熱電材料無氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)存在，而且在能量轉(zhuǎn)變過程中沒有廢水、廢氣等污染物的排出，是一種對(duì)環(huán)境近乎零排放的能源材料，這對(duì)于保護(hù)環(huán)境、改善人類生存與可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。優(yōu)點(diǎn)溫差發(fā)電效率低，目前一般都不高于百分之十四溫差能利用的最大困難是溫差太小，能量密度太低。溫差能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)技術(shù)缺點(diǎn)國內(nèi)分部技術(shù)分布現(xiàn)狀國內(nèi)研究進(jìn)展國內(nèi)在溫差發(fā)電方面的研究起步相對(duì)較晚，主要集中在理論和熱電材料的制備等方面的研究。陳金燦課題組從20世紀(jì)80年代開始對(duì)溫差發(fā)電器的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，對(duì)溫差發(fā)電器的性能進(jìn)行優(yōu)化分析，得到很多有意義的成果。屈健等研究了不可逆情況下發(fā)電器的輸出功率和效率隨外部條件的性能變化規(guī)律。李玉東等提出從火用的角度對(duì)低溫差下發(fā)電器的工作性能進(jìn)行分析。賈磊等提出低溫及大溫差工況下湯姆遜熱對(duì)輸出功率的影響不可忽略的觀點(diǎn)。賈陽等建立溫差發(fā)電器熱電耦合分析模型,以數(shù)值計(jì)算的方法分析了熱電材料物性參數(shù)及其變化對(duì)發(fā)電器工作特性的影響等等。國外分部技術(shù)分布現(xiàn)狀1821年Seebeck發(fā)現(xiàn)塞貝克效應(yīng)以來，國外對(duì)溫差發(fā)電進(jìn)行了大量的研究，1947年，第一臺(tái)溫差發(fā)電器問世效率綜述僅為1.5%，在隨后的幾十年中溫差發(fā)電機(jī)成功用于航天飛機(jī)、軍事和遠(yuǎn)洋探索上，20世紀(jì)80年代初，美國又完成500～1000W軍用溫差發(fā)電機(jī)的研制同時(shí)日本武裝部隊(duì)開展了一列以“固體廢物燃燒能源回收研究計(jì)劃”為題的政府計(jì)劃，研究用于固體廢物焚燒爐的廢熱發(fā)電技術(shù)，將透平機(jī)和溫差發(fā)電機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)模垃圾焚燒熱的最大利用。2006年，BSST的科學(xué)家和BMW聯(lián)合宣布，商用的汽車溫差發(fā)電器將于2013年投入使用。Douglas等針對(duì)熱源動(dòng)態(tài)變化情況，設(shè)計(jì)出多模塊交互回路溫差發(fā)電器，在相同熱源下，輸出功率最大提高25%。技術(shù)進(jìn)步將大幅度降低發(fā)電成本，增加其競爭能力。日本、法國、比利時(shí)等國已經(jīng)建成一些海水溫差發(fā)電站，功率從100千瓦至10000千瓦不等。1海洋溫差能的利用

溫差能在航空軍事上的利用2邊遠(yuǎn)地區(qū)供電3火力發(fā)電廠效率的提高4垃圾焚燒工業(yè)余熱溫差發(fā)電5其他方面的應(yīng)用6溫差發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用利用現(xiàn)狀

法國的ArsenedArsonval于1881年首次提出海洋溫度差發(fā)電的構(gòu)想。即發(fā)明利用海水表層（熱源）和深層（冷源）之間的溫度差發(fā)電的電站。于是1930年Claude在古巴的近海，首次利用海洋溫度差能量發(fā)電成功。2據(jù)計(jì)算，從南緯20度到北緯20度的區(qū)間海洋洋面，只要把其中一半用來發(fā)電，海水水溫僅平均下降l℃，就能獲得600億千瓦的電能，相當(dāng)于目前全世界所產(chǎn)生的全部電能。專家們估計(jì)，單在美國的東部海岸由墨西哥灣流出的暖流中，就可獲得美國在1980年需用電量的75倍。1中國臺(tái)灣紅柴海水溫差發(fā)電站

美國海洋溫差發(fā)電站放射性同位素發(fā)電裝置圖2為已經(jīng)商業(yè)化得新型手表，它利用人體所提供的熱量作為電影，利用熱電微器件發(fā)電系統(tǒng)將熱能轉(zhuǎn)為電能。利用熱電發(fā)電系統(tǒng)作為能源的新型手表圖為已經(jīng)商業(yè)化得新型手表，它利用人體所提供的熱量作為電源，利用熱電微器件發(fā)電系統(tǒng)將熱能轉(zhuǎn)為電能

研究方向通過模擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)溫差發(fā)電器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化使溫差發(fā)電在最匹配條件下工作提高效率2進(jìn)一步研究熱電材料的微觀結(jié)構(gòu)和制造工藝對(duì)熱電性能的影響,開發(fā)新型的超晶格熱電材料和納米熱電材料提高材料的熱電能。31

用傳統(tǒng)半導(dǎo)體理論和現(xiàn)代理論,對(duì)具有不同晶體結(jié)構(gòu)的材料進(jìn)行塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的計(jì)算,以求能在更大范圍找熱電優(yōu)值更高材料展望由于獨(dú)特的優(yōu)勢，溫差發(fā)電技術(shù)在航天、軍用領(lǐng)域展示了很好的應(yīng)用前景同時(shí)作為一