微功率半导体温差发电电能采集与利用(3)

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1.1.2 地热温差发电系统文献综述

地热能是来自地球深处的可再生能源，是由地壳抽取的天然热能，储存于地球内部、来自于地球深处的高温熔融体或地球内部的放射性元素衰变而释放的热量。其储量非常大，且属于清洁能源。地球内部的温度高达7000℃，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1200℃[12]。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些被加热了的水最终会渗出地面。目前运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。目前，地热发电是地热利用的最重要方式[13]。

地热温差发电系统主要分为温差发电系统和电力转换系统，其中温差发电系统分为3个子部分：地热流部分（即温差发热端）、循环冷却水部分（即温差发电冷端）、电力生产部分（即温差发电装置）。将地热水从生产井泵入温差发电系统，组成温差发电的热端，循环水进入系统组成冷端，再通过温差发电器件生成电能，最后经过电力转换系统向用户提供合格的电力能源[14]。

1.1.3 工业余热温差发电系统

自工业开始，随着社会工业化的发展，各种各样大型的工厂在生产过程中产生的废气、废水、废液将成倍增加，这些废气、废水、废液的温度一般都远远高于环境温度，如果直接将它们排放到大气或者河流中，不仅会造成能量的大量浪费，而且会对周围环境造成一定程度甚至非常严重的破坏。因此，利用半导体温差发电系统对工业废气、废水、废热进行回收利用，可以提高工业燃料利用率、优化能源利用和保护环境，为企业带来巨大的经济效益，节能和环保等方面也可有较大的提高和改善[15]。

国内在工业余热温差发电方面的研究起步相对较晚，主要集中在理论和热电材料的制备等方面的研究。目前则处于刚刚导入的阶段，实际应用还处于空白状态[16]。

1.2 小规模温差发电系统

1.2.1 汽车尾气温差发电系统

在我国乃至全世界范围内，随着汽车数量的增加，车辆消耗的能源与日俱增，车辆的节能减排问题也越来越受到社会各界人士的广泛关注。然而，以现有的内燃机指标评测来看，燃油中百分之六十左右的能量没有得到有效利用，而其中绝大部分以余热的形式排放到大气中，造成了严重的环境污染和巨大的经济损失。因此，利用发动机余热发电是一个很好的节能减排途径[17]。

汽车尾气废热温差发电装置主要包括废气通道箱体、热电模块和冷却水箱体等。其基本原理是将半导体温差材料制成的热电模块布置在连接发动机排气管的冷却水箱体和废气通道箱体之间，在模块的两端产生热源和冷源，通过两端的温度差产生电能。温差发电的效率与热电模块的性能、冷热两端的温度差及其在废气通道箱体上的布置形式有关[18]。目前，温差发电需要解决的关键问题之一就是冷端的散热问题。热能在模块的冷端积聚，热量无法迅速地散失，导致模块冷端的温度上升。而良好的散热方式能够使模块冷端的温度基本保持恒定，目前的可用形式之一是在冷端加装散热片[19]。

1.2.2 生物质温差发电系统

生物质是最早被利用的能源之一，特别是在乡村地区其通常是唯一可方便利用的一种能源。相比其他的可再生能源如风能、太阳能，生物质更容易储存因为它本身就是储存在生物体内的能源[20]。它被普遍认为是家用烹饪炉的传统燃料，在第一世界发达国家，乡村地区的生物质能占了整个乡村能源供应的90%。生物质燃烧满足了乡村家庭做饭和取暖以及传统产业加热过程的基本能源需求[21]。