温差能发电的现状及前景课件

温差发电现状及前景温差发电现状及前景 温差发电现状及前景121研究背景 温差能发电概念温差能发电概念2国内外温差发电技术的研究进展状况国内外温差发电技术的研究进展状况3温差发电的利用温差发电的利用4结语结语5致谢致谢6温差能发电现状及前景温差能发电现状及前景1研究背景 温差能发电概念2国内外温差发电技术的研究进展状况2 2项目背景项目背景 随着世界能源危机、环境污染的日益加剧、随着世界能源危机、环境污染的日益加剧、人口的迅猛增长，人类对能源的需求日益增加，人口的迅猛增长，人类对能源的需求日益增加，迫切需要一种新型能源来替代传统能源。迫切需要一种新型能源来替代传统能源。随着科技的进步更多的新型能源得以发现研究和发展随着科技的进步更多的新型能源得以发现研究和发展温差发电技术是一种绿色环保发电方式，它可以合理利用太阳温差发电技术是一种绿色环保发电方式，它可以合理利用太阳能、地热能、海洋热能、工业余热等低品位能源转化成电能。能、地热能、海洋热能、工业余热等低品位能源转化成电能。项目背景 随着世界能源危机、环境污染的日益加剧、34温差能发电温差能发电 温差发电是一种新型的发电方式，它是利用塞贝温差发电是一种新型的发电方式，它是利用塞贝克效应将热能直接转换为电能，当两种不同金克效应将热能直接转换为电能，当两种不同金属（或半导体）连接成一个闭合回路，将它们属（或半导体）连接成一个闭合回路，将它们的接点放到两个温度不同的地方，则总的热电的接点放到两个温度不同的地方，则总的热电效应（又称温差电效应）将同时发生的四种不效应（又称温差电效应）将同时发生的四种不同效应：塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效同效应：塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应（应（Thomson effectThomson effect）、焦耳效应（）、焦耳效应（Joule Joule effecteffect）。其中，前三种效应是电和热可以相）。其中，前三种效应是电和热可以相互转换的可逆效应。而另外一种效应即焦耳效互转换的可逆效应。而另外一种效应即焦耳效应则是不可逆效应。这四种效应构成了温差电应则是不可逆效应。这四种效应构成了温差电研究的理论基础。研究的理论基础。温差能发电 温差发电是一种新型的发电方式，它是利用塞贝克效4 45温差发电温差发电原理原理n n最基本的半导体温差发电器最基本的半导体温差发电器件是由件是由P P、N N两种类型不同的两种类型不同的半导体温差电材料经电导率半导体温差电材料经电导率较高的导流片串联并将导流较高的导流片串联并将导流片固定于导热系数较小的陶片固定于导热系数较小的陶瓷片上而成。下图所示的是瓷片上而成。下图所示的是一个最简单、最基本的温差一个最简单、最基本的温差电器件。当在器件的两端建电器件。当在器件的两端建立一个温差，根据塞贝克效立一个温差，根据塞贝克效应，将产生一个电压，若将应，将产生一个电压，若将回路中接入负载电阻，则将回路中接入负载电阻，则将有电流流过有电流流过,电流方向在电流方向在N N极极中由冷端流向热端，中由冷端流向热端，P P极中由极中由热端流向冷端。整个过程中热端流向冷端。整个过程中还伴随着其它可逆的热电应还伴随着其它可逆的热电应和不可逆的热效应。和不可逆的热效应。温差发电原理最基本的半导体温差发电器件是由P、N两种类型不同5 561转换过程中不需要机械运动部件，不需要附加的驱动、传动系统，因而结构紧凑，没有震动和噪声2 在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能，通过选择合适的半导体材料类别，可以在很宽的温度范围内(300K1400K)利用热能。3安装、使用简便，控制和维护方便，可长期免维护工作。体积小，重量轻，使得携带、运输、保养便利4 安全无污染。热电材料无气态或液态介质存在，而且在能量转变过程中没有废水、废气等污染物的排出，是一种对环境近乎零排放的能源材料，这对于保护环境、改善人类生存与可持续发展具有重要的意义。优点优点1转换过程中不需要机械运动部件，不需要附加的驱动、传动系统，6 67温差发电效率低，目前一般都不高于百分之十四温差能利用的最大困难是温差太小，能量密度太低。温差能转换的关键是强化传热传质技术缺点温差发电效率低，目前一般都不高于百分之十四温差能利用的最大困7 78国内国内分部分部技术分布现状技术分布现状国内研究国内研究进展国内在温差展国内在温差发电方面的研究起步相方面的研究起步相对较晚，主要集中在理晚，主要集中在理论和和热电材料的制材料的制备等方面的等方面的研究。研究。陈金金灿课题组从从20世世纪80年代开始年代开始对温差温差发电器的基器的基础理理论进行研究，行研究，对温差温差发电器的性能器的性能进行行优化分析，得到很多有意化分析，得到很多有意义的成果。屈健等研究的成果。屈健等研究了不可逆情况下了不可逆情况下发电器的器的输出功率和效率随外部条出功率和效率随外部条件的性能件的性能变化化规律。李玉律。李玉东等提出从火用的角度等提出从火用的角度对低温差下低温差下发电器的工作性能器的工作性能进行分析。行分析。贾磊等提出磊等提出低温及大温差工况下低温及大温差工况下汤姆姆逊热对输出功率的影响不出功率的影响不可忽略的可忽略的观点。点。贾阳等建立温差阳等建立温差发电器器热电耦合分耦合分析模型析模型,以数以数值计算的方法分析了算的方法分析了热电材料物性参数材料物性参数及其及其变化化对发电器工作特性的影响等等。器工作特性的影响等等。国内技术分布现状国内研究进展国内在温差发电方面的研究起步相对8 89国外国外分部分部技术分布现状技术分布现状1821年Seebeck发现塞贝克效应以来，国外对温差发电进行了大量的研究，1947年，第一台温差发电器问世效率综述仅为1.5%，在随后的几十年中温差发电机成功用于航天飞机、军事和远洋探索上，20世纪80年代初，美国又完成5001000W军用温差发电机的研制同时日本武装部队开展了一列以“固体废物燃烧能源回收研究计划”为题的政府计划，研究用于固体废物焚烧炉的废热发电技术，将透平机和温差发电机结合，实现不同规模垃圾焚烧热的最大利用。2006年，BSST的科学家和BMW联合宣布，商用的汽车温差发电器将于2013年投入使用。Douglas等针对热源动态变化情况，设计出多模块交互回路温差发电器，在相同热源下，输出功率最大提高25%。技术进步将大幅度降低发电成本，增加其竞争能力。日本、法国、比利时等国已经建成一些海水温差发电站，功率从100千瓦至10000千瓦不等。国外技术分布现状1821年Seebeck发现塞贝克效应以来，9 9101海洋温差能的利用海洋温差能的利用温差能在航空军事上的利用温差能在航空军事上的利用2边远地区供电边远地区供电3火力发电厂效率的提高火力发电厂效率的提高4垃圾焚烧工业余热温差发电垃圾焚烧工业余热温差发电5其他方面的应用其他方面的应用6温差发电技术的应用温差发电技术的应用1海洋温差能的利用温差能在航空军事上的利用2边远地区供电101011利用现状法国的法国的Arsened Arsonval于于1881年首次年首次提出海洋温度差发电的提出海洋温度差发电的构想。即发明利用海水构想。即发明利用海水表层（热源）和深层表层（热源）和深层（冷源）之间的温度差（冷源）之间的温度差发电的电站。于是发电的电站。于是1930年年Claude在古巴的近海，在古巴的近海，首次利用海洋温度差能首次利用海洋温度差能量发电成功。量发电成功。2据计算，从南纬据计算，从南纬2020度度到北纬到北纬2020度的区间海洋度的区间海洋洋面，只要把其中一半洋面，只要把其中一半用来发电，海水水温仅用来发电，海水水温仅平均下降平均下降ll，就能获，就能获得得600600亿千瓦的电能，亿千瓦的电能，相当于目前全世界所产相当于目前全世界所产生的全部电能。专家们生的全部电能。专家们估计，单在美国的东部估计，单在美国的东部海岸由墨西哥湾流出的海岸由墨西哥湾流出的暖流中，就可获得美国暖流中，就可获得美国在在19801980年需用电量的年需用电量的7575倍。倍。1利用现状法国的Arsened Arsonval于1881年111112中国台湾红柴海水温差发电站中国台湾红柴海水温差发电站中国台湾红柴海水温差发电站121213美国海洋温差发电站美国海洋温差发电站美国海洋温差发电站131314放射性同位素发电装置放射性同位素发电装置放射性同位素发电装置141415图图2 2为已经商业化得新型手表，它利用人体所提供的热量为已经商业化得新型手表，它利用人体所提供的热量作为电影，利用热电微器件发电系统将热能转为电能。作为电影，利用热电微器件发电系统将热能转为电能。利用热电发电系统作为能源的新型手表图为已经商业化得新图为已经商业化得新型手表，它利用人体型手表，它利用人体所提供的热量作为所提供的热量作为电电源源，利用热电微器件，利用热电微器件发电系统将热能转为发电系统将热能转为电能电能图2为已经商业化得新型手表，它利用人体所提供的热量利用热电发151516温差能发电的现状及前景课件1616 研究研究方向方向通过模拟仿真实验对温差发电器参数进行优化使温差发电在最匹配条件下工作提高效率2进一步研究进一步研究热电材料的热电材料的微观结构和微观结构和制造工艺对制造工艺对热电性能的热电性能的影响影响,开发新开发新型的超晶格型的超晶格热电材料和热电材料和纳米热电材纳米热电材料提高材料料提高材料的热电能。的热电能。31 用传统半导体理论和现代理论,对具有不同晶体结构的材料进行塞贝克系数、电导率和热导率的计算,以求能在更大范围 找热电优值更高材料 研究通过模拟1718展望展望n n由由于于独独特特的的优优势势，温温差差发发电电技技术术在在航航天天、军军用用领领域域展展示示了了很很好好的的应应用用前前景景同同时时作作为为一一种种绿绿色色环环保保的的发发电电方方式式，近近年年来来民民用用领领域域的的应应用用同同样样发发展展迅迅速速。尽尽管管目目前前温温差差发发电电的的效效率率普普遍遍低低于于百百分分之之十十四四，但但随随着着新新型型高高性性能能热热电电材材料料以以及及性性能能可可靠靠的的温温差差发发电电器器的的研研究究与与开开发发，温温差差发发电电技技术术将将会会更更大大地地发发挥挥其其在在低低品品位位能能源源利利用方面的优势。用方面的优势。展望由于独特的优势，温差发电技术在航天、军用领域展示了很好的181819谢谢指导THANK YOU！谢谢指导1919