冷能温差发电技术及材料研究进展

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1、44冷能温差发电技术及材料研究进展冷能温差发电技术及材料研究进展3胡放戚学贵王学生任超代晶晶(华东理工大学机械与动力工程学院)摘要温差发电技术是一种直接利用热电材料完成热能到电能转换的能源利用技术。介绍近年来关于温差发电的实验和理论研究的国内外现状以及各种热电材料的研究进展和制备状况。关键词温差发电LNG冷能热电材料热导率磁控溅射40前言2007年福建已经以每年260×10t的规模进口[5]LNG,华南理工大学为其设计了“超低温冷能的21世纪的能源短缺促使各国展开多种形式的火用分析和火用经济价值估算通过冷媒循环

2、利用LNG开源节流,并促使了全球能源体系的重大调整。展冷能系统”以及“LNG冷能用于空分和中低温冷望我国从目前到2050年能源需求与保障供应的可4用户的集成方案”,可以冷却290×10t空气,相能性,煤的份额将由目前的约70%减少至2050年3当于60000m/h的氧气制备规模,即一套特大型的约40%,天然气、水电、核电份额将有所增长,常规空气分离装置的规模,其大致可以生产11000还有约15%的缺口要靠大规模发展非水能的可再333[1]m/h的液氧、47000m/h的氧气、80000m/h左生能源来补足。理论

3、上只要存在冷、热温差,3右的液氮和氮气,以及1800m/h左右的氩气。就可转化得到可供利用的能源,故可称为冷、热温另外一例国内LNG接收站冷能利用以深圳大差资源为温差能源。开发利用温差能源,国内外已[6]鹏湾接受终端,如不采用LNG的冷能综合利用进行了相当多的探索和应用,且工作主要集中于热9[2～4]技术,每年排入附近海域的冷量将达到215×10电转换材料的温差发电。MJ。因此,研究LNG冷能的综合利用技术不仅有1LNG冷能利用现状利于节约能源,发展循环经济,而且能最大程度减少LNG终端站对附近海域的影响,保证

4、该湾区甚LNG(liquifiednaturalgas)是天然气经过脱酸、至全部沿海地区的可持续发展。脱水处理,通过低温工艺冷冻液化而成的低温在国内,LNG低温电能利用尚处于实验室研(-162℃)液体混合物。每生产1tLNG的动力及究阶段。目前所提出的LNG冷能发电主要是利用公用设施耗电量约为850kW·h;而在LNG接收LNG的低温冷能使发电装置中循环工质液化,而站,一般又需将LNG通过气化器气化后使用,气后工质经加热气化再在气轮机中膨胀作功带动发电化时放出很大的冷量,其值大约为830kJ/kg(包括机发电。

5、全静态的热电材料温差发电方式具有简液态天然气的气化潜热和气态天然气从储存温度复单、无运动部件、组合方便等很多优点,因此它是热到环境温度的显热)。我国将在沿海地区相继建一种实现LNG低温冷能温差发电的颇具前景的途成十几个LNG接收站,每年将进口数以千万吨计[5]径。的LNG,同时携带着巨额冷量。在高能源价格[7]北京化工大学的Lu、Wang两人设计开发了下,液化天然气的巨大能耗和汽化天然气的冷能浪直接利用LNG冷能的朗肯循环,以氨水—水作为费使LNG的冷能利用成为热电转换中的新兴领域。3胡放,女,1986年7月生

6、,硕士研究生。上海市,200237。《化工装备技术》第30卷第6期2009年452工作流体,并以气体膨胀为动力循环的级串联发电Z=ασ/к系统,建立了系统中各设备的能量公式和作功公式中α———材料的热电势率,即材料的Seebeck式。以朗肯循环的冷凝温度,进、出口透平机的压系数力及开放式LNG循环的进、出口压力为关键参数,σ———材料的电导率改变朗肯循环热交换器的热端温度、布雷登循环热к———材料的导热系数交换器热出水与冷进口最低温度差、开放式LNGZT又称为材料的功率因子,它决定了材料的循环泵与朗肯循环泵的压

7、力比以及开放式LNG循电学性能。由Z的表达式可以看出,要提高材料环系统透平机气压比,以获得最佳经济效应。的热电转换效率,应选用同时具有较大功率因子和[8]西安交通大学的NiuXing等人设计了一个低热导率的热电材料。但事实上由于决定Z值的3基于平行板换热器商用热电模块的温差发电器。该个因子是相互关联的参数,都是载流子浓度的函[11]实验检验了温差发电中的主要操作条件,如冷热流数,不可能同时使它们得到优化,这是目前热体进、出口温度,流速,延程阻力,所对应的动力电材料性能不高的主要原因。[12]输出和功率系数;并参

8、考前人数据模拟了一个专门陈则韶等人对低温冷能热电材料温差发电用于低温废热利用的计算机温差发电模块,证实了系统进行了较为深入的实验与理论研究,结果表明低温废热利用温差发电的可行性。常用半导体热电材料在低温下的性能欠佳。[9]Rodriguez等人设计了一个计算机模拟系统以模拟温差发电器的热电性能表现。模拟系统输入作为温度函数和边界条件的热电参数,输出为热电参数,如功率、功率因子、电压以及