关于利用热电技术回收废热的潜力

《Energy, Sustainability and Society》：On the potential of waste heat recovery by means of thermoelectricity

　　

摘要

背景

废热是所有发电和工业过程的副产物，也是目前可获得的最廉价、清洁且无需燃料的最大能源来源之一。热电发电机是一种有前景的技术，可直接将废热转化为更高价值的电能。其优势包括无运动部件或工作流体、易于扩展、维护成本低、可在非连续工况下运行以及使用寿命长。本研究提出了一种利用碲化铋基热电模块进行辐射废热回收的新型系统。研究重点在于设计一种能够在高耗能行业典型恶劣条件下稳定运行，同时优化功率输出的弹性能源回收系统。该设计得到了数值和解析计算模型的支持。实验数据和高温试验台测试及模拟中获得的数据被用于计算平准化度电成本。

结果

根据测量数据确定并经计算模型验证，使用单个尺寸为40×40 mm²的热电模块时，热电发电机产生的电功率为4.68 W。假设填充因子为64%，将系统扩展至一平方米时，输出功率将达到1.87 kW，对应的平准化度电成本范围为13.7至22.1 ct/kWh。

结论

本工作展示了一种面向中高温范围的样机热电发电机。虽然实验室测试显示其性能优异，但仍需进一步评估其在工业条件下的耐久性。当前正在进行的工作包括通过延长现场测试来确定热电模块的使用寿命，同时扩展系统规模并确保不干扰工业生产过程。尽管平准化能源成本计算反映了该技术的经济可行性及其具有竞争力的能源成本，但要与可再生能源竞争，仍需要进一步的技术进步和成本降低。