0我國工業(yè)余熱利用現(xiàn)狀我國工業(yè)余熱利用現(xiàn)狀

應(yīng)余熱8%，可燃廢氣、廢液和廢料余熱7%，高溫產(chǎn)品和爐渣的余熱4%。

從余熱資源品位來看，約46%為400℃及以上的高品質(zhì)余熱資源，其余約54%則為400℃以下的中低品質(zhì)余熱資源。

從余熱量占各行業(yè)燃耗量的比例來看，建材行業(yè)的余熱占燃耗量的比例最大，約占40%，其他各行業(yè)的余熱資源也豐富。各行業(yè)余熱資源在該行業(yè)的燃耗量的比例如下表1-1：

表1-1各行業(yè)余熱占該行業(yè)燃耗量的比例

2.工業(yè)余熱利用技術(shù)

工業(yè)余熱資源來源于工業(yè)生產(chǎn)中各種爐窖、余熱利用裝置和化工過程中的反應(yīng)等。這些余熱能源經(jīng)過肯定的技術(shù)手段加以利用，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成其他機(jī)械能、電能、熱能或冷能等。利用不同的余熱回收技術(shù)回收不同溫度品位的余熱資源對降低企業(yè)能耗,實現(xiàn)我國節(jié)能減排、環(huán)保進(jìn)展戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。

余熱溫度范圍廣、能量載體的形式多樣，又由于所處環(huán)境和工藝流程不同及場地的固有條件的限制，生產(chǎn)生活的需求，設(shè)備型式多樣，如有空氣預(yù)熱器，窯爐蓄熱室，余熱鍋爐，低溫汽輪機(jī)等。依據(jù)佘熱的溫度范圍，可以將目前的工業(yè)余熱技術(shù)分為中高溫余熱回收技術(shù)和低溫回收技術(shù)。中高溫回收技術(shù)主要有三種技術(shù)：余熱鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)、高溫空氣燃燒技術(shù)。低溫回收技術(shù)主要有有機(jī)工質(zhì)空肯循環(huán)發(fā)電、熱泵技術(shù)、熱管技術(shù)、溫差發(fā)電技術(shù)、熱聲技術(shù)。

從目前工業(yè)余熱現(xiàn)狀來看，高溫余熱回收技術(shù)已經(jīng)在我國的鋼鐵、水泥、冶金等行業(yè)廣泛應(yīng)用。但除了高溫余熱外，還有大量的低溫工業(yè)余熱未得到利用，我國我國對于低溫余熱的利用還處于嘗試和進(jìn)展階段,低溫余熱回收技術(shù)不成熟,導(dǎo)致這部分余熱多直接排向環(huán)境，造成了巨大的能源鋪張。因此，本文著重概述低溫余熱回收技術(shù)。

3.有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

3.1有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的原理

有機(jī)朗肯循環(huán)是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的系統(tǒng)，與常規(guī)的蒸汽發(fā)電裝置的熱力循環(huán)原理相像，但有機(jī)工質(zhì)低溫?zé)岚l(fā)電不是用水作工質(zhì)，而是用有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),其工作原理如圖4-1所示。系統(tǒng)由蒸發(fā)器、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部分組成,有機(jī)工質(zhì)在蒸發(fā)器中從低溫?zé)崃髦屑橙崃?生成具肯定壓力和溫度的蒸汽,蒸汽推動透平機(jī)械做功,從而帶動發(fā)電機(jī)或拖動其它動力機(jī)械。從透平機(jī)排出的有機(jī)蒸汽在冷凝器中向冷卻水放熱,凝聚成液態(tài),最終借助工質(zhì)泵重新回到蒸發(fā)器,如此不斷地循環(huán)下去。

圖3-1有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電原理圖

3.1.2有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的特點

有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)采納有機(jī)工質(zhì)（如R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷等）作為循環(huán)工質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)，由于有機(jī)工質(zhì)在較低的溫度下就能氣化產(chǎn)生較高的壓力，推動渦輪機(jī)（透平機(jī)）做功，故有機(jī)工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可以在煙氣溫度200℃左右，水溫在80℃左右實現(xiàn)有利用價值的發(fā)電。

目前，對低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)的討論主要集中在以下幾個方面：工質(zhì)的熱力學(xué)特性和環(huán)保性能；混合工質(zhì)的應(yīng)用；熱力循環(huán)的優(yōu)化等。國外有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)主要應(yīng)用于地?zé)岚l(fā)電，但將來可能應(yīng)用于太陽能熱電、工業(yè)余熱、生物質(zhì)能和海洋溫差能等。

目前美國、法國等國的余熱發(fā)電技術(shù)的最低溫度是80℃，我國自主研發(fā)的低溫發(fā)電機(jī)組，通過提升熱電轉(zhuǎn)換介質(zhì)的性能，已經(jīng)實現(xiàn)了最低發(fā)電溫度為60℃能實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電。

3.2有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)國內(nèi)外討論案例

國內(nèi)外對于低溫?zé)崮芾玫挠懻撝饕_頭于20世紀(jì)70年月的石油危機(jī)時期。其中，有機(jī)物朗肯循環(huán)的討論和應(yīng)用最為廣泛。早在1924年，就有人開頭討論采納二苯醚作為工質(zhì)的有機(jī)物朗肯循環(huán)。到目前為止，全世界已有2OOO多套ORC裝置在運行，并且有十幾家生產(chǎn)制造企業(yè)，生產(chǎn)出單機(jī)容量為14000kW的ORC發(fā)電機(jī)組。

有機(jī)工質(zhì)低溫發(fā)電設(shè)備的制造及生產(chǎn)在國內(nèi)還是一個空白。清華高校柯玄齡、梁秀英等在這方面進(jìn)行了深化系統(tǒng)的討論,并研制出產(chǎn)品,應(yīng)用于工程實踐。近年來,浙江高校、上海交通高校習(xí)等主要對有機(jī)工質(zhì)和熱力循環(huán)進(jìn)行了肯定的討論，但總體來說國內(nèi)對有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的討論和應(yīng)用工作較少，所以開展這方面的討論工作是很有意義的。

國內(nèi)外對低溫余熱朗肯循環(huán)系統(tǒng)做了大量的討論，其討論案例見表4.1，

表3.1國內(nèi)外低溫余熱回收有機(jī)介質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的討論案例

從表4.1里可以看出，目前國內(nèi)外對低溫余熱發(fā)電的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的理論討論許多，并且著重在烷烴類工質(zhì)對循環(huán)系統(tǒng)的討論較多，且針對工業(yè)余熱不同溫區(qū)來選擇適于ORC回收工程應(yīng)用的工質(zhì)；混合工質(zhì)有利于提高ORC循環(huán)的效率而得到討論者關(guān)注。

3.3有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)國內(nèi)外應(yīng)用案例

國外ORC系統(tǒng)動力回收討論開展較早，上世紀(jì)初始，美國和日本就開頭將其應(yīng)用于工程實踐。目前,以色列的低溫廢熱發(fā)電技術(shù)居世界領(lǐng)先地位,日本、美國、俄羅斯等在引進(jìn)以色列的廢熱發(fā)電設(shè)備和技術(shù)基礎(chǔ)上,也進(jìn)行了大量的討論工作,并開發(fā)了有機(jī)朗肯循環(huán)余熱鍋爐發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)等,取得了極其明顯的經(jīng)濟(jì)效益。國際上，以色列始終在研發(fā)及制造低溫?zé)嵩吹挠袡C(jī)朗肯循環(huán)(0rganicRankineCycle，簡稱ORC)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及設(shè)備。

國內(nèi)外低溫余熱回收有機(jī)介質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用案例見表4.2，

表3.2國內(nèi)外低溫余熱回收有機(jī)介質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用案例

從表4.2可以看出，國內(nèi)外對余熱發(fā)電的實際應(yīng)用都在相繼綻開。將來余熱發(fā)電是節(jié)能的一個大趨勢。國外ORC技術(shù)已勝利商業(yè)化，涌現(xiàn)出很多ORC設(shè)計與制造廠商，如以色列ORMAT公司、意大利Turboden、德國GMK公司等，GE、三菱等聞名葉輪機(jī)械設(shè)計制造企業(yè)也成立了特地的ORC公司。

3.4有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

例如某水泥廠余熱發(fā)電站，一條3000噸/天的新型干法水泥生產(chǎn)線，窯頭與窯尾配備有余熱鍋爐，用的是凝汽式汽輪機(jī)，該系統(tǒng)設(shè)計出來效果為每小時的平均發(fā)電總量為3500kW，參照發(fā)電機(jī)組的真實規(guī)格，必需用3000kW的汽輪機(jī)組。某項目的總投資數(shù)額高達(dá)60萬元，一年平均運轉(zhuǎn)300多天，則1年的發(fā)電總量可達(dá)到2270萬kWh。這種狀況下和采納標(biāo)準(zhǔn)煤生產(chǎn)相比，能夠節(jié)省1.3萬噸的煤，削減約2.2萬噸二氧化碳的排放量，然后除掉系統(tǒng)自身耗費電量的10%，則每年供電量能夠達(dá)到1905萬kWh，而1噸熟料的發(fā)電力量能夠達(dá)到26.5kWh。相比之下，應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)來發(fā)電，整個發(fā)電系統(tǒng)一共投資1962萬元，外界購電價格根據(jù)0.5元/kWh進(jìn)行計算，除去余熱電站供電所花費的成本，則每噸熟料的成本大約能下降11.5元，進(jìn)一步降低了水泥工業(yè)生產(chǎn)成本，提升企業(yè)在市場上的競爭力。

以某冷卻塔低溫余熱利用系統(tǒng)用于發(fā)電為例，扣除泵的耗功后，1t熱水的發(fā)電量為1kW.h，每年根據(jù)7000h計算，則年發(fā)電量為70000kW.h，電價按0.5元計算，年經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)35萬元，相當(dāng)于削減CO2排放量650t，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益顯著。

隨著國家節(jié)能減排力度不斷加碼，水泥余熱發(fā)電項目的魅力日益顯著。估計，到2024年，我國余熱余壓發(fā)電要實現(xiàn)新增裝機(jī)2000萬千瓦。根據(jù)每千瓦造價5000元計算，“十二五”期間水泥余熱余壓發(fā)電將形成1000億元投資規(guī)模。

結(jié)論：當(dāng)然純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的投資特別高，但在短短幾年中基本上可收回成本，可以說構(gòu)建出低溫余熱電站，既能變廢為寶，充分利用能源，降低對環(huán)境的污染，又能增加企業(yè)受益，可謂一舉兩得。

4.熱泵技術(shù)

4.1熱泵技術(shù)的原理

熱泵就是在兩個熱源之間工作，消耗肯定的功（W），使低溫?zé)嵩垂?yīng)熱量（Q1），在高溫?zé)嵩刺帿@得熱量（Q2），亦即以消耗少量高質(zhì)能為代價,達(dá)到提高溫位以利于利用。

熱泵也許分兩類：一是蒸汽壓縮式；二是汲取式，后者是熱泵的主流。

壓縮式熱泵由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、節(jié)流裝置及水源、熱水側(cè)管路等部分組成。壓縮式熱泵由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、節(jié)流裝置及水源、熱水側(cè)管路等部分組成。機(jī)械壓縮式熱泵系統(tǒng)的工作過程如下：低佛點工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)器時蒸發(fā)成蒸汽，此時從低溫位處汲取熱量，來自蒸發(fā)器的低溫低壓蒸汽，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后升溫升壓，達(dá)到所需溫度和壓力的蒸汽流經(jīng)冷凝器，在冷凝器中，將從蒸發(fā)器中吸取的熱量和壓縮機(jī)耗功所相當(dāng)?shù)哪遣糠譄崃颗懦觥７懦龅臒崃烤蛡鬟f給高溫?zé)嵩矗蛊錅匚惶岣摺Ｕ羝淠禍睾笞兂梢合啵鹘?jīng)節(jié)流閥膨脹后，壓力連續(xù)下降，低壓液相工質(zhì)流入蒸發(fā)器，由于沸點低，因而很簡單從四周環(huán)境汲取熱量而再蒸發(fā)，又形成低溫低壓蒸汽，依此不斷地進(jìn)行重復(fù)循環(huán)。

汲取式熱泵是利用工質(zhì)的汲取循環(huán)實現(xiàn)熱泵功能的一類裝置，它采納熱能直接驅(qū)動，而不是依靠電能、機(jī)械能等其他資源。溴化鋰汲取式熱泵機(jī)組回收利用低溫?zé)嵩?如廢熱水)的熱能，制取所需的工藝或采暖用高溫?zé)崦剑瑢崿F(xiàn)從低溫向高溫輸送熱能的設(shè)備，它以低溫?zé)嵩礊轵?qū)動熱源，在采納低溫冷卻水的條件下，制取比低溫?zé)嵩礈囟雀叩臒崦健Ｋc第一類溴化鋰汲取式熱泵機(jī)組的區(qū)分在于，它不需要更高溫度的熱源來驅(qū)動。但需要較低溫度的冷卻水。

4.2熱泵技術(shù)的特點

我國很多行業(yè)對熱源的需求溫度多集中在75~200℃之間，且存在著低溫余熱大量鋪張的狀況，可以把熱能由低溫位熱源轉(zhuǎn)移到高溫位熱源的中高溫?zé)岜眉夹g(shù)有著巨大的應(yīng)用空

間。對高溫?zé)岜玫挠懻摱嗉性谙嘁斯べ|(zhì)的選擇和制熱效率提高這兩個方面。對高溫?zé)岜玫挠懻摱嗉性谙嘁斯べ|(zhì)的選擇和制熱效率提高這兩個方面。

全世界有超過1.3億臺熱泵機(jī)組在正常運行,總供熱量超過了4.7E+10GJ/年,目前,工業(yè)熱泵主要應(yīng)用在釀造、紡織、木材、食品加工、石油化工、海水淡化、熱電以及冶金等領(lǐng)域。在國外,利用汲取式熱泵系統(tǒng)回收余熱技術(shù)的討論已有多年的進(jìn)展。在溴化鋰汲取式制冷技術(shù)上我國已經(jīng)積累了雄厚的技術(shù)基礎(chǔ),但在汲取式熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)上還比較落后。

4.3熱泵技術(shù)國內(nèi)外的討論案例

早在20世紀(jì)80年月，日本大型節(jié)能技術(shù)討論開發(fā)項目項目就把高溫?zé)岜昧腥肓酥攸c討論方向之一，該項目總的目標(biāo)是將制熱性能系數(shù)（COP）提高到6~8，出口熱水溫度提高到150~300℃。在美國IEA熱泵中心和IIR的熱泵進(jìn)展方案以及歐洲大型熱泵討論方案中，中高溫?zé)岜眉夹g(shù)都是討論的重點。

2024年太原理工高校依據(jù)山西某熱電廠冷凝抽汽工況條件設(shè)計了基于單效汲取式熱泵機(jī)組的新型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。改造后的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)統(tǒng)在原有汽輪機(jī)抽汽量不變的條件下回收汽輪機(jī)冷凝余熱,實現(xiàn)熱網(wǎng)供熱負(fù)荷增大、熱電廠一次能源利用率提高、節(jié)能減排的目標(biāo),實際運行工況良好,經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

大慶石油學(xué)院結(jié)合油田的實際狀況,通過對油田污水熱源和油田用熱要求的分析,探討了采納單效第一類汲取式熱泵為油田的生產(chǎn)過程供熱的可行性、節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。

清華高校2024年提出了基于Co-ah循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方法,其中對熱電廠的冷凝余熱利用雙效汲取熱泵機(jī)組協(xié)作單效汲取熱泵機(jī)組的方式,其設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)依靠熱電廠冷凝乏汽、冷凝余熱及汽輪機(jī)抽汽并以此對熱網(wǎng)回水進(jìn)行升溫。

4.4熱泵技術(shù)國內(nèi)外的應(yīng)用案例

美國B.C.L.(BattdleClumberLabs)與A.C.公司(AdolphcoocCompange)合作,共同研發(fā)出較為完善的汲取式AHT系統(tǒng),1983年已能規(guī)模化生產(chǎn),并將它用于回收煉油廠中汽提塔和蒸館塔塔頂蒸汽的冷凝余熱,以及造紙廠制漿工藝和食品加工過程中泄漏蒸汽的余熱。

1981年以來,日本的三洋公司已為日本和全球各地建立了20套大型汲取熱泵裝置,部分機(jī)組已勝利運行十年以上。同時在日本的千葉工廠,已將汲取式熱泵裝置集成于橡膠裝置中的分散釜頂廢熱的回收系統(tǒng)中,并且取得了良好的效果,據(jù)記載其改造投資回收期只有15年。

遼河油田曙光采油廠曙五聯(lián)合站采納高溫?zé)岜眉夹g(shù)!以清華高校研發(fā)的HTR01為工質(zhì)，從5640m3/d的含油污水(溫度為71℃)中提取2797KW的熱量,將2355m3/d、53℃的進(jìn)站原油加熱到85℃。機(jī)組自2024年投產(chǎn)以來，運轉(zhuǎn)正常，熱泵機(jī)組總耗電折合人民幣192.37萬元，產(chǎn)生的加熱效果相當(dāng)于以往消耗價值1053萬元燃油或690.74萬元天燃?xì)獾募訜嵝Ч?jīng)濟(jì)效益顯著。

云駕嶺煤礦等就以18~20℃礦井涌水和20~40℃的坑口電廠凝氣冷卻水為熱源，采納高溫?zé)岜煤偷蜏責(zé)岜媒Y(jié)合：高溫?zé)岜卯a(chǎn)生的70~75℃的熱水作為礦區(qū)地面建筑冬季采暖，低溫?zé)岜脛t產(chǎn)生60℃左右的熱水用于井筒保溫柔職工浴室噴淋。采納熱泵技術(shù)以來，礦區(qū)每年節(jié)省煤炭消耗4000~5000t，減排CO212000~14000t,節(jié)能減排效果特別顯著.

5.熱管技術(shù)

5.1熱管技術(shù)的原理

以熱管作為傳熱元件的廢熱鍋爐稱為熱管式廢熱鍋爐，由外筒體、內(nèi)筒體、飽和汽包、熱管四部分組成。工作時廢氣（或工藝氣）由上部進(jìn)入，經(jīng)外筒體和內(nèi)筒體環(huán)隙流淌，經(jīng)熱管換熱后氣體由下部流出；水由內(nèi)筒體下部進(jìn)入，經(jīng)熱管加熱后，進(jìn)汽包，汽水分別后，產(chǎn)

生飽和蒸汽，并網(wǎng)或直接使用。

5.2熱管技術(shù)的特點

熱管的二次間壁換熱特性是實現(xiàn)平安、牢靠及長周期運行的重要保證。熱管的熱流變換及自吹灰特性是防止工業(yè)上換熱設(shè)備露點腐蝕及灰塵堵塞的重要技術(shù)保證。熱管的均溫?zé)崞帘渭胺謩e式熱管技術(shù)的完善,將可能解決化學(xué)反應(yīng)器中溫度分布不勻稱、反應(yīng)過程偏離最佳反應(yīng)溫度的缺陷、石油裂解中由于管壁溫度不勻稱而消失的過熱分解以及核反應(yīng)堆平安殼體的散熱等等問題。液態(tài)金屬熱管的消失及材料價格的下降,可實現(xiàn)在超高溫反應(yīng)設(shè)備中實現(xiàn)連續(xù)取熱。

5.3熱管技術(shù)的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

早在1942年，Gauler就曾提出熱管的原理。1962年，L.Trefethen再次提出類似于Gauler的傳熱元件，但因故未能實施。直到1964年，Grover等人獨立地提出了類似于Gauler的傳熱元件，并且取名熱管，此后吸引了許多的科學(xué)技術(shù)工從事熱管討論，使熱管得到了很快的進(jìn)展。熱管自1964年正式在美國創(chuàng)造問世,至今已有50年的歷史,常作為一種傳熱元件,但作為一項傳熱技術(shù),則仍處于進(jìn)展階段。

我國的熱管技術(shù)開發(fā)討論一開頭有明確為工業(yè)化服務(wù)的目標(biāo),因此重點在于開發(fā)碳鋼-水熱管換熱器。經(jīng)過多年的努力,我國的熱管技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用已處于國際先進(jìn)水平。目前,氣-氣熱管換熱器、熱管蒸汽發(fā)生器等熱管節(jié)能產(chǎn)品已廣泛用于冶金、石油、化工、動力及陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域。

6.半導(dǎo)體溫差發(fā)電

6.1半導(dǎo)體溫差發(fā)電原理

溫差發(fā)電器是一種基于塞貝克效應(yīng)，直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的熱電轉(zhuǎn)換器件。1982年，德國物理學(xué)家塞貝克發(fā)覺了溫差電流現(xiàn)象，即兩種不同金屬構(gòu)成的回路中，若兩種金屬結(jié)點溫度不同，該回路中就會產(chǎn)生一個溫差電動勢。由于材料的限制，熱電能量轉(zhuǎn)換的效率很低，所以很少能在工程技術(shù)上得到實際應(yīng)用。20世紀(jì)五十年月以后，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速進(jìn)展，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)引起了世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注。

圖6-1溫差電池示意圖

如圖6-1所示，將端置于高溫，處于低溫端的就可得到電動勢

式中：為賽貝拉系數(shù)，其單位是V/K。是由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)打算的。

6.2半導(dǎo)體溫差發(fā)電的特點

半導(dǎo)體溫差發(fā)電是一種新型的發(fā)電方式，具有體積小，無噪音和有害物質(zhì)排放，壽命長，牢靠性高，性能穩(wěn)定，平安無污染等一系列優(yōu)點，符合綠色環(huán)保的要求。而且溫差發(fā)電不受溫度的限制，有溫差存在就能發(fā)電，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。特殊適合低品位熱源的回收利用。溫差發(fā)電作為一種熱—電能量直接轉(zhuǎn)換方式，與現(xiàn)行的機(jī)—電變換系統(tǒng)相比，轉(zhuǎn)換過程中不需要機(jī)械運動部件，不需要附加的驅(qū)動、傳動結(jié)構(gòu)，沒有震驚和噪聲。

但是由于受到熱點轉(zhuǎn)換效率的制約（目前一般不超過14%，遠(yuǎn)低于一般發(fā)電機(jī)40%的效率）和成本的限制，溫差電技術(shù)除了在航天和軍事等尖端技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用外，很少用于工業(yè)和民間。

目前國內(nèi)外對半導(dǎo)體溫差發(fā)電的討論主要在半導(dǎo)體熱點材料、熱點轉(zhuǎn)換效率的提高等方面。主要在太陽能、汽車尾氣、低溫冷能利用方面有所應(yīng)用。相信半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)會在將來有更廣泛的應(yīng)用。

6.3半導(dǎo)體溫差發(fā)電的國內(nèi)外討論案例

最早的溫差發(fā)電機(jī)于1942年由前蘇聯(lián)研制勝利，發(fā)電效率為1.5%～2%。從20世紀(jì)六十年月開頭間續(xù)有一批溫差發(fā)電機(jī)勝利用于航天軍事等領(lǐng)域。近年隨著技術(shù)的進(jìn)展，半導(dǎo)體

河南省科學(xué)院能源討論所從不行逆過程熱力學(xué)的角度動身，推導(dǎo)出了穩(wěn)態(tài)條件下的半導(dǎo)體溫差發(fā)電性能的基本表述方程，并進(jìn)一步分析推導(dǎo)了循環(huán)效率與材料優(yōu)值系數(shù)ZT之間的函數(shù)關(guān)系及其影響。首次得到了低溫半導(dǎo)體熱電堆內(nèi)部溫度場在發(fā)電循環(huán)建立后能夠達(dá)到平衡狀態(tài)的時間域（6～10秒），以及冷端溫度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

哈爾濱工業(yè)高校胥大川針對溫差電轉(zhuǎn)換效率低這個問題，爭論了如何改進(jìn)熱點摸塊的設(shè)計，以提高溫差發(fā)電器的性能，促進(jìn)溫差發(fā)電器在實際中的應(yīng)用。

西安交通高校陳浩在國內(nèi)首次討論了半導(dǎo)體熱電堆的發(fā)電堆的發(fā)點問題，提出了求解的方法和分析的公式，為國內(nèi)溫差發(fā)電的設(shè)計供應(yīng)了理論和試驗依據(jù)。

6.4半導(dǎo)體溫差發(fā)電的國內(nèi)外應(yīng)用案例

廈門納米克熱電電子有限公司自2024年起開頭自主研發(fā)半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)，經(jīng)過三年多的努力，勝利研發(fā)出擁有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的模塊產(chǎn)品。其耐溫性能、疲憊性能、輸出功率等均達(dá)到國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，而制造成本僅為國外同類廠商的的20%。

在我國的西氣東輸工程中，直徑超過3m的輸氣管道總長度達(dá)到6000km。為此我國研制以自然?氣為燃料的熱電發(fā)電器，它將作為輸氣管道陰極愛護(hù)電源應(yīng)用在西氣東輸工程。

7.熱聲技術(shù)

7.1熱聲技術(shù)的原理

熱聲效應(yīng)是由熱在彈性介質(zhì)（常為高壓惰性氣體）中引起聲學(xué)自激振蕩的物理現(xiàn)象。熱聲效應(yīng)可分為兩類：一類用熱能來產(chǎn)生聲波，即熱致聲效應(yīng)；另一種是用聲波來產(chǎn)生制冷效應(yīng)，即聲致冷效應(yīng)。

7.2熱聲技術(shù)的特點

熱聲技術(shù)應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，將來會給整個能源工業(yè)帶來很大的影響，它的簡潔、環(huán)保、節(jié)能高效的特性符合當(dāng)今時代的需求。熱聲技術(shù)近十幾年來的討論已經(jīng)取得了飛速進(jìn)展作為發(fā)動機(jī)，其轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到30%以上，完全可以同內(nèi)燃機(jī)（轉(zhuǎn)換效率在25%～40%之間）相媲美；作為制冷劑，完全無運動部件的熱聲驅(qū)動脈沖管制冷機(jī)已達(dá)到液氫溫度以下（低于20K），而熱聲驅(qū)動的室溫行波熱聲制冷機(jī)則在-20℃獲得了300W以上的制冷量，顯示了熱機(jī)制冷技術(shù)子啊室溫以及深低溫制冷領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力。

但是就現(xiàn)在的狀況而言，由于設(shè)計水平?jīng)]有達(dá)到優(yōu)化的程度，材料的選擇和制造技術(shù)都在完善之中，并且制造的成本會高于一般的現(xiàn)有技術(shù)，這也是行業(yè)討論的主要方向。

7.3熱聲技術(shù)的國內(nèi)外討論案例

南京高校聲學(xué)討論所的韓飛等人對Rijke管內(nèi)的非線性效應(yīng)進(jìn)行了比較深化的討論。指出了Rijke管內(nèi)引起非線性效應(yīng)的兩個因素，并通過計算聲波的增長率和試驗分析聲波的頻譜，發(fā)覺非線性效應(yīng)限制了管內(nèi)聲波振幅的增長，并且導(dǎo)致了二次高階諧波的產(chǎn)生。

西安交通高校的劉繼平討論管受熱氣體層流流淌時發(fā)覺：由于氣體密度隨溫度增加而削減，動力粘度和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度增加而增加，在肯定的加熱條件下，加熱管內(nèi)會形成壓力與流量關(guān)系的奇異性，產(chǎn)生不穩(wěn)定性。認(rèn)為這是Rijke管震蕩的緣由所在。

中國科學(xué)院理化所的李青老師對熱聲發(fā)動機(jī)起振的非線性飽和過程進(jìn)行了討論，認(rèn)為熱聲熱機(jī)其回?zé)崞鲗嶋H就是一個由聲感和流容構(gòu)成的儲能部件—諧振器，聲感對于維持系統(tǒng)起振起到了舉足輕重的作用，聲感是實現(xiàn)并維持熱聲轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵的時變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。提出了定量推斷系統(tǒng)工作力量的指標(biāo)調(diào)制度。

中南高校制冷與低溫討論所的劉益才經(jīng)過計算表明，與環(huán)境溫度溫差為250K的余熱或者廢熱，采納熱聲技術(shù)的效率可以接近30%，接近了內(nèi)燃機(jī)的熱轉(zhuǎn)換效率。

8.其他

8.1斯特林熱氣機(jī)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

斯特林熱氣機(jī)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是利用低溫余熱發(fā)電的廢熱回收裝置，可回收100℃至300℃的廢熱，能達(dá)到20%的發(fā)電效率。從數(shù)據(jù)來看，其發(fā)電效率優(yōu)于目前市場的低溫蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，該裝置在100℃的廢熱條件下發(fā)電效率達(dá)7.3%，150℃的條件下發(fā)電效率達(dá)13.7%，200℃的條件下發(fā)電效率達(dá)18.4%，250℃的條件下發(fā)電效率達(dá)2