利用垃圾發(fā)電的溫差發(fā)電技術(shù)

燕山大學(xué)專業(yè)綜合訓(xùn)練說明書題目：利用垃圾廢熱的溫差發(fā)電技術(shù)學(xué)院（系）： 年級(jí)專業(yè)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 燕山大學(xué)專業(yè)綜合訓(xùn)練說明書利用垃圾廢熱的溫差發(fā)電技術(shù)Useofgarbagewasteheatthermoelectric

powergenerationtechnology摘要：材料與能源是推動(dòng)社會(huì)文明進(jìn)步的車輪，是社會(huì)發(fā)展的重要標(biāo)志。我國(guó)的能源十分短缺，能源利用率較低，節(jié)能降耗是進(jìn)行可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必由之路。據(jù)了解，我國(guó)年產(chǎn)城市生活垃圾約1.5億噸，其中垃圾發(fā)電率還不到10%，迫切需要新型工藝方法，利用垃圾發(fā)電以節(jié)約能源和提高效率。溫差發(fā)電技術(shù)具有較多優(yōu)點(diǎn)，在低品位熱能利用發(fā)面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和良好應(yīng)用前景。應(yīng)大力發(fā)展該技術(shù)并盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。關(guān)鍵詞：廢能利用垃圾發(fā)電溫差發(fā)電Abstract:Materialsandenergyarethewheels,topromotesocialprogressandcivilizationisanimportantindicatorofsocialdevelopment.China'senergyshortage,lowenergyefficiency,energysavingistheonlywaytosustainableandstabledevelopment.ItisunderstoodthatChina'sannualoutputofmunicipalsolidwasteisabout500milliontons,waste-to-energyratioislessthan10%,thereisanurgentneedfornewprocessmethods,garbagepowertosaveenergyandimproveefficiency.Thermoelectricpowergenerationtechnologyhasanumberofadvantages,theuseoflow-gradeheatbakinghasuniqueadvantagesandgoodprospects.Shouldvigorouslydevelopthetechnologyandrealizeindustrializationassoonaspossible.Keywords:wastegarbagepowerthermoelectricpowergeneration節(jié)能與環(huán)保是21世紀(jì)人類面臨的嚴(yán)重問題。在不斷研發(fā)傳統(tǒng)能源節(jié)能技術(shù)的同時(shí)。開發(fā)新能源和充分利用低品位能源，尋求一種新型、清潔、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)，便成為世界各國(guó)的追求目標(biāo)。這使得溫差發(fā)電技術(shù)越來越引人注目，該技術(shù)是一種固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式，利用塞貝克效應(yīng)直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，具有無運(yùn)動(dòng)部件、無噪聲、體積小、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是綠色環(huán)保的發(fā)電方，可以合理利用太陽能、地?zé)崮堋⒐I(yè)余熱等低品位能源。作為一種新型能源利用技術(shù)，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，傳統(tǒng)垃圾處理方式有很大局限性。垃圾發(fā)電在新時(shí)期我國(guó)環(huán)境保護(hù)中起到越來越重要的作用。垃圾發(fā)電符合國(guó)家所提倡的以解決危害群眾健康和影響可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境問題為重點(diǎn)，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推廣清潔生產(chǎn)，節(jié)約能源資源，依法淘汰落后工藝技術(shù)和生產(chǎn)能力，從源頭上控制環(huán)境污染的環(huán)境治理保護(hù)方針，體現(xiàn)了人與自然相和諧的環(huán)保宗旨。一、垃圾發(fā)電根據(jù)我國(guó)環(huán)境部預(yù)測(cè)，我國(guó)目前各城市居民日均產(chǎn)生垃圾0.8?1.2公斤不等，全世界每年產(chǎn)生4.9億噸垃圾，僅中國(guó)每年就產(chǎn)生近1.52億噸城市垃圾。而且還在以每年8%?10%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，2015年到2020年將達(dá)到2.1億噸。目前中國(guó)城市生活垃圾累積堆存量已達(dá)70億噸，侵占土地面積超過5萬公頃，已有200多個(gè)城市陷入垃圾包圍之中。隨著垃圾回收、處理、運(yùn)輸、綜合利用等各環(huán)節(jié)技術(shù)不斷發(fā)展，工藝日益科學(xué)先進(jìn)，垃圾發(fā)電方式很有可能會(huì)成為最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電技術(shù)之一。從長(zhǎng)遠(yuǎn)效益和綜合指標(biāo)看，將優(yōu)于傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)。面對(duì)垃圾泛濫成災(zāi)的狀況，世界各國(guó)的專家們已不僅限于控制和銷毀垃圾這種被動(dòng)“防守”，而是積極采取有力措施，進(jìn)行科學(xué)合理地綜合處理利用垃圾。我國(guó)有豐富的垃圾資源，其中存在極大的潛在效益?，F(xiàn)在，全國(guó)城市每年因垃圾造成的損失約近300億元（運(yùn)輸費(fèi)、處理費(fèi)等），而將其綜合利用卻能創(chuàng)造2500億元的效益。在發(fā)達(dá)國(guó)家，垃圾處理和資源化利用已經(jīng)成為成熟的產(chǎn)業(yè)，而我國(guó)對(duì)垃圾的利用還非常少，現(xiàn)在主要的垃圾發(fā)電方法主要有以下幾種：1、 垃圾填埋氣發(fā)電垃圾填埋氣發(fā)電是將垃圾填埋場(chǎng)中的有機(jī)物經(jīng)降解后產(chǎn)生的填埋氣（富含甲烷）作為燃料進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)，是一種將垃圾清潔化、資源化處理的利用方式。垃圾填埋氣發(fā)電系統(tǒng)一般由氣體收集系統(tǒng)、凈化加壓系統(tǒng)、燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電及電氣并網(wǎng)系統(tǒng)組成。填埋氣被收集后經(jīng)過氣液分離器初步過濾，除去大液滴和細(xì)粒，然后經(jīng)渦輪增壓器增壓，冷卻器冷卻后送入凝聚過濾器進(jìn)一步過濾，除去較小的液滴和細(xì)粒，再進(jìn)入燃?xì)鈾C(jī)，通過火花塞高壓點(diǎn)火，燃燒膨脹推動(dòng)活塞做功，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使發(fā)電機(jī)送出電能。燃?xì)鈾C(jī)產(chǎn)生的廢氣經(jīng)排氣管、換熱裝置、消音器、煙囪排到室外。2、 垃圾焚燒發(fā)電垃圾焚燒發(fā)電就是將生活垃圾在垃圾貯坑中經(jīng)過2?3天的貯存之后送入焚化爐中燃燒，利用垃圾焚燒放出的余熱加熱給水，產(chǎn)生一定溫度和壓力的過熱蒸汽送往汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。生活垃圾的焚燒，本質(zhì)上與其他燃料是相同的，都是有機(jī)物在高溫下的氧化放熱反應(yīng)，但由于垃圾作為燃料在成份上的特殊性，使得燃料入爐前、燃燒后的處理較為復(fù)雜，這也就形成了垃圾焚燒系統(tǒng)與通常的煤燃燒系統(tǒng)有較大差異的原因。全量焚燒系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)用于不經(jīng)預(yù)處理的混合垃圾焚燒，在發(fā)達(dá)國(guó)家城市垃圾大多采用無預(yù)處理焚燒系統(tǒng)并進(jìn)行余熱利用，該系統(tǒng)利用率達(dá)85%以上。國(guó)內(nèi)外垃圾焚燒技術(shù)主要有三大類：層狀燃燒技術(shù)、流化床燃燒技術(shù)、旋轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)（也稱回轉(zhuǎn)窯式）。層狀燃燒技術(shù)發(fā)展較為成熟，且層狀燃燒鍋爐體積小、操作方便，所以很多國(guó)家都采用這種燃燒技術(shù)。流化床燃燒技術(shù)由于其熱強(qiáng)度高，更適宜燃燒發(fā)熱值低、含水分高的燃料。旋轉(zhuǎn)焚燒爐燃燒設(shè)備主要是一個(gè)緩慢旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯，其內(nèi)壁可采用耐火磚砌筑，用以保護(hù)滾筒，也可采用管式水冷壁，水冷壁上開有許多小孔，熱風(fēng)通過小孔吹入燃燒室助燃，回轉(zhuǎn)窯傾斜1?3°放置。混合垃圾通過機(jī)械分選、破碎處理篩選出金屬、玻璃、沙土等不可燃物后，將以可燃物為主體的廢棄物進(jìn)一步粉碎、干燥、成型，制成物理性質(zhì)較均一的垃圾衍生燃料RDF。組合式焚燒系統(tǒng)又稱控制氧化燃燒系統(tǒng)。該焚燒系統(tǒng)焚燒量較小，不適合需要充分?jǐn)噭?dòng)燃燒的垃圾，其單臺(tái)處理能力一般在50t/d左右，它的主要部件為兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化燃燒室，現(xiàn)場(chǎng)組合安裝，因而適于就地焚燒。3、垃圾氣化發(fā)電垃圾氣化發(fā)電是指直接將垃圾制成可燃?xì)怏w作為燃料進(jìn)行發(fā)電。垃圾氣化技術(shù)有熔融氣化、熱解氣化、反火氣化等。氣化所產(chǎn)生的主要?dú)怏w為氫氣及一氧化碳，次要的氣體成分為水分、甲烷及二氧化碳。目前我國(guó)大部分建成的垃圾焚燒發(fā)電廠的焚燒設(shè)備由國(guó)外引進(jìn)，從其建設(shè)和運(yùn)行情況看存在如下問題：1、設(shè)備昂貴、初投資過高。利用國(guó)外關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備建設(shè)的垃圾電廠的每處理1t/h能力投資約為60?70萬元，如上海浦東垃圾焚燒發(fā)電廠利用法國(guó)阿爾斯通公司的設(shè)備和技術(shù)，項(xiàng)目的總投資為6.98億元，上海江橋垃圾焚燒發(fā)電廠利用西格斯公司的設(shè)備，投資也近7億元。這對(duì)于中國(guó)絕大部分城市是難以承受的。2、 垃圾處理效果欠佳。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的焚燒技術(shù)和焚燒設(shè)備都比較成熟，但是，國(guó)外的焚燒爐是根據(jù)國(guó)外的生活垃圾品質(zhì)及燃料特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而我國(guó)垃圾品質(zhì)和燃料特性與國(guó)外垃圾存在著很大差異。由于我國(guó)目前沒有實(shí)行垃圾分類制度，城市生活垃圾的品質(zhì)很低，因而引進(jìn)焚燒設(shè)備尚不能很好地適應(yīng)中國(guó)垃圾的特性，還存在著垃圾焚燒不完全、運(yùn)行不穩(wěn)定、排放不易全部達(dá)標(biāo)等問題。3、 運(yùn)行成本高，缺乏經(jīng)濟(jì)性。目前引進(jìn)的國(guó)外焚燒設(shè)備采用輕柴油為助燃燃料，由于中國(guó)垃圾的熱值較低（3344?5016J/kg）、變化范圍較大，必須加入較多的助燃燃料。同時(shí)，也存在關(guān)鍵高溫部件（如過熱器等）使用壽命短、維修費(fèi)用高等問題。因而，利用國(guó)外設(shè)備焚燒處理生活垃圾的成本較高，一般為120?150元/t。4、 發(fā)電效率低。和常規(guī)火力發(fā)電廠相比，影響垃圾發(fā)電廠的另一個(gè)主要問題是垃圾焚燒伴生氯化氫（HCL）等在受熱面金屬管壁溫度超過350°C時(shí)，對(duì)金屬管壁的腐蝕嚴(yán)重加劇。我國(guó)深圳垃圾發(fā)電廠之所以用1.6MPa、203C參數(shù)的蒸汽發(fā)電，就是因?yàn)檫^熱器在投產(chǎn)100天時(shí)就遭受到嚴(yán)重腐蝕。所以，早期建設(shè)的垃圾發(fā)電廠為了防止這種腐蝕，生產(chǎn)的蒸汽溫度基本上都在300C以下，發(fā)電效率在14%以下，這使得垃圾發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益低下。5、 國(guó)內(nèi)外垃圾的熱值差距很大。國(guó)外的垃圾熱值高，每公斤垃圾燃燒可產(chǎn)生3000千卡的熱量，而中國(guó)的垃圾含水量高達(dá)60%。經(jīng)過一定處理每公斤燃燒產(chǎn)生的熱值只能達(dá)到900-1000千卡，就是說經(jīng)過處理的垃圾的發(fā)熱量還不及國(guó)外的1/3。中國(guó)許多城市垃圾的可燃物極少，多為廚房垃圾，不適合用于焚燒發(fā)電。國(guó)外2噸垃圾相當(dāng)于1噸煤炭，而中國(guó)的垃圾要6噸才能頂1噸煤炭。二、溫差發(fā)電器的研究由于垃圾焚燒發(fā)電等發(fā)電方式存在很多缺陷，我們研究使用一種新型半導(dǎo)體模塊，利用對(duì)垃圾處理產(chǎn)生的熱能造成溫差，使用半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置將熱能直接轉(zhuǎn)化成熱能，從而實(shí)現(xiàn)利用垃圾發(fā)電。1、溫差發(fā)電器的原理半導(dǎo)體溫差發(fā)電器是一種通過半導(dǎo)體熱電器件把熱能轉(zhuǎn)換為電能的電源裝置。這種電源裝置具有體積小、能量密度大、壽命長(zhǎng)、無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、高度可靠等優(yōu)點(diǎn)，它能夠勝任一些普通電源無法勝任的工作。人們很早就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了由于溫差而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的塞貝克熱電效應(yīng)，但由于材料的限制，熱電能量轉(zhuǎn)換的效率很低，一直以來除了將其用于熱電偶測(cè)溫外，很少能在工程技術(shù)上得到實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)50年代以后，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展和各種優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體材料的不斷問世，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)已引起了世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注。溫差發(fā)電與塞貝克效應(yīng)、帕爾帖效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)直接相關(guān)?；谶@三個(gè)效應(yīng)?？梢灾圃斐鰧?shí)現(xiàn)熱能與電能之間相互轉(zhuǎn)換的溫差電器件。目前對(duì)半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)的研究基本都是利用地?zé)?、太陽能、海洋能等熱能方面，而利用垃圾熱能的?bào)導(dǎo)幾乎沒有。半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊是利用半導(dǎo)體材料制作的塞貝克效應(yīng)模塊將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏鵁o須任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)。圖1所示的是半導(dǎo)體溫差發(fā)電器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。它通常是由P、N兩種類型不同的半導(dǎo)體溫差發(fā)電材料經(jīng)電導(dǎo)率教高的導(dǎo)流片串聯(lián)并將導(dǎo)流片固定與兩端的陶瓷片上而制成。當(dāng)在器件的兩端建立一個(gè)溫差，使高溫端保持Th（熱端），低高溫端保持T（冷端），根據(jù)塞貝克效應(yīng)由于高溫端的熱激發(fā)作用較強(qiáng)，空穴和電子濃度也比低溫端高，在這種載流子濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下，空穴和電子向低溫端擴(kuò)散，從而在低溫開路端形成電勢(shì)差A(yù)V；如果將許多對(duì)P型和N型熱電轉(zhuǎn)換材料連接起來組成模塊，就可得到足夠高的電壓。若將回路中接入負(fù)載電阻，則將有電流流過形成一個(gè)溫差發(fā)電機(jī)。電壓△▼與熱冷兩端的溫度差A(yù)T成正比，即AV=kAT=k（T-T）

其中X是塞貝克參數(shù)，由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)決定的。半導(dǎo)體由于具備優(yōu)異的熱電性能，成為制作賽貝爾效應(yīng)模塊的首選材料。從應(yīng)用的角度講，決定一種半導(dǎo)體熱電材料的優(yōu)劣不能僅憑其塞貝克參數(shù)的大小，還必須綜合考慮其電導(dǎo)率，熱導(dǎo)率等諸多因素。由此我們進(jìn)行以下討論：設(shè)一塊發(fā)電器件包含M對(duì)P-N半導(dǎo)體材料的電臂，器件的工作電流為I，R、R分別為N型和P型電臂的電阻，L、L分別為N型和P型電臂的長(zhǎng)度，A、A分別為N型和P型電臂的橫截面積，"人為N型和P型電臂的導(dǎo)熱系數(shù)：整個(gè)器件的厚度為L(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)在不同的溫度段內(nèi)冷熱段溫差不超過80C，考慮到元件尺寸及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由此可以得到溫差發(fā)電器件穩(wěn)定工作的熱傳導(dǎo)方程：dx L.邊界條件：邊界條件：T（0）=T（0）=TN P C令Sh=S—SLSC=S—SC，PN PN的總電阻：R=R+R解得： NPT（L）=T（L）=T分別表示器件熱端和冷端的塞貝克系數(shù)，器件，湯姆遜系數(shù)：T=Tp-氣，熱傳導(dǎo)系數(shù)：K=KnP=（Sf,ThT上式為輸出功率表達(dá)式，右端第一項(xiàng)為帕爾貼熱，第二項(xiàng)為湯姆遜熱，第三項(xiàng)為焦耳熱，溫差發(fā)電器件的效率為：毋=三= 生 心ShT.I+KAT一!『X一：HAT令L=L=L表小電臂長(zhǎng)度，則L=2l+L，由上面的式子可以得到發(fā)電器件的等效導(dǎo)熱系數(shù)為：_2Lo+Lb2L# XEnA<+m）若在器件內(nèi)電臂之間的空隙內(nèi)填充低導(dǎo)熱系數(shù)（設(shè)為人、）的物質(zhì)，可以減少在低溫及大溫差條件下對(duì)流及輻射的影響，提高發(fā)電性能，此時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)的表達(dá)式可以改寫為：1_ 2—u+ _24t M, —扁M（A/+44）+?！狹An- ）4「2、溫差發(fā)電器的分類按照熱端工作溫度的高低，溫差發(fā)電器可分為以下3類：1） 高溫發(fā)電器（700oc以上），所用溫差電材料主要是硅鍺合金：2） 中溫發(fā)電器（400-7000C），所用溫差電材料主要是碲化鉛；3） 低溫發(fā)電器（4000C以下），所用溫差電材料主要是碲化鉍。按所使用的熱源種類，溫差發(fā)電器可分文以下4類：1） 放射性同位素溫差發(fā)電器，它將放射性同位素的衰變熱直接轉(zhuǎn)換成電能；2） 核反應(yīng)堆溫差發(fā)電器，它將反應(yīng)堆中核燃料裂變產(chǎn)生的熱量直接轉(zhuǎn)化成電能；3） 烴燃料溫差發(fā)電器，主要包括使用天然氣、液化石油氣、水煤氣等氣體燃料的發(fā)電器和使用煤油、汽油等液體燃料的發(fā)電器；4） 低級(jí)熱溫差發(fā)電器，將各種形式可利用的低級(jí)熱能（如余熱、廢熱）直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。本論文主要研究低?jí)溫差發(fā)電器（低級(jí)熱溫差發(fā)電器）3、 溫差發(fā)電器的特征溫差發(fā)電具有以下其他發(fā)電方式所沒有的特征：1） 利用有易于環(huán)境的清潔能源，不依賴化石燃料和放射性同位素元素，僅靠溫度差便可發(fā)電。2） 可從地球上所有的熱源中獲取能量：在自然界中的所有熱源（太陽熱?海洋熱?地?zé)?人體熱等）；人工熱源（工業(yè)廢熱、汽車廢熱和燃燒垃圾的廢熱等）。3） 比較小的溫度差就可獲取能量（只要有數(shù)十度的溫度差就可發(fā)電）。4） 長(zhǎng)壽命，沒有機(jī)械的驅(qū)動(dòng)部分，不易發(fā)生個(gè)零件的損耗和劣化。熱電材料是一種將”熱”和”電”直接轉(zhuǎn)換的功能材料。其上作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子（或空穴）激發(fā)特征，當(dāng)熱電材料兩端存在溫差時(shí)，材料兩端電子或空穴激發(fā)數(shù)量的差異將形成電勢(shì)差（電壓）。熱電材料具有長(zhǎng)久的研究歷史。20世紀(jì)上半葉對(duì)熱電材料的研究奠定了近代半導(dǎo)體學(xué)科的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的許多著名學(xué)者都是在上世紀(jì)五十年代后期開始從熱電材料轉(zhuǎn)向以硅為代表的微電子半導(dǎo)體材料研究的。目前采用鉍碲組分和雜質(zhì)，運(yùn)用品體培養(yǎng)土藝進(jìn)行生產(chǎn)的半導(dǎo)品體材料是性能最好、使用最廣泛的室溫型熱電材料，將其制備成納米管，可進(jìn)一步提高其熱電性能，具有熱電性能優(yōu)異，穩(wěn)定性高和可加工性佳的特點(diǎn)。鉍碲不僅是目前已知的室溫附近性能最好的熱電材料，而且是原子量最大的穩(wěn)定二元化合物，是一種窄禁帶半導(dǎo)體，是一種準(zhǔn)層狀晶體結(jié)構(gòu)化合物。這些特性使得鉍碲納米管在熱電材料以外的其他研究領(lǐng)域也具有潛在的理論研究和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。然而，半導(dǎo)體發(fā)電模塊的耐高溫性能很大程度上取決于焊接材料的耐-高溫性能，普通的焊接材料在高溫下熔化，使焊點(diǎn)脫落，造成模塊斷路。目前研發(fā)的高溫焊接材料在250°C下長(zhǎng)期工作時(shí)，仍保持穩(wěn)定。因此，為了提高耐高溫性能，必需進(jìn)一步改善焊接材料的配方。4、 溫差發(fā)電的應(yīng)用據(jù)介紹，溫差電技術(shù)研究始于20世紀(jì)40年代，于20世紀(jì)60年代達(dá)到高峰，并成功地在航天器上實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)發(fā)電。當(dāng)時(shí)美國(guó)能源部的空間與防御動(dòng)力系統(tǒng)辦公室給出鑒定稱，”溫差發(fā)電己被證明為性能可靠、維修少、可在極端惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作的動(dòng)力技術(shù)”。近幾年來，溫差發(fā)電機(jī)不僅在軍事和高科技方面，而且在民用方面也表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。在遠(yuǎn)程空間探索方面，人們從上個(gè)世紀(jì)中葉以來不斷將目標(biāo)投向更遠(yuǎn)的星球、甚至是太陽系以外的遠(yuǎn)程空間，這些環(huán)境中太陽能電池很難發(fā)揮作用，而熱源穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、壽命長(zhǎng)的放射性同位素溫差發(fā)電系統(tǒng)則成為理想的選擇。因?yàn)橐幻队矌糯笮〉姆派湫酝凰責(zé)嵩矗湍艿慕M成部分一無線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)供電。1999年，美國(guó)能源部又啟動(dòng)了”能源收獲科學(xué)與技術(shù)項(xiàng)目”，研究利用溫差發(fā)電模塊，將士兵的體熱收集起來用于電池充電。在工業(yè)余熱、廢熱和低品位熱溫差發(fā)電方面的潛在應(yīng)用。美國(guó)能源部于2003年11月12日公布一個(gè)”工業(yè)廢熱溫差發(fā)電用先進(jìn)熱電材料”資助項(xiàng)目，主要應(yīng)用對(duì)象是利用冶金爐等工業(yè)高溫爐的廢熱發(fā)電以降低能耗。今年3月又發(fā)布了項(xiàng)目指南，計(jì)劃開展汽車發(fā)動(dòng)機(jī)余熱溫差發(fā)電的研究。歐洲20余個(gè)研究機(jī)構(gòu)也己聯(lián)合進(jìn)行了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)余熱發(fā)電方面的預(yù)研，并正在組織”納瓦到兆瓦熱電能量轉(zhuǎn)換”大型科研項(xiàng)目。此外，體積小、重量輕、無振動(dòng)、無噪音的優(yōu)點(diǎn)還使溫差發(fā)電機(jī)非常適合用作小于5W的小功率電源，用于各種無人監(jiān)視的傳感器、微小短程通訊裝置以及醫(yī)學(xué)和生理學(xué)研究?jī)x器一目前，相關(guān)產(chǎn)品已進(jìn)入實(shí)用階段。最近，基于熱電轉(zhuǎn)換材料的寒貝克（Seeheck）效應(yīng)，科學(xué)家還研制成功許多新型的溫差電傳感器，用十低溫溫度測(cè)量、單像素紅外線和X射線探測(cè)、氫氣和其他可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè)等。雖然半導(dǎo)體溫差發(fā)電已有諸多應(yīng)用，但長(zhǎng)久以來受熱電轉(zhuǎn)換效率和較大成本的限制，溫差電技術(shù)向工業(yè)和民用產(chǎn)業(yè)的普及受到很大制約。雖然最近幾年隨著能源與環(huán)境危機(jī)的日漸突出，以及一批高性能熱電轉(zhuǎn)換材料的開發(fā)成功，溫差電技術(shù)的研究又重新成為熱點(diǎn)，但突破的希望還是在于轉(zhuǎn)換效率的穩(wěn)定提高。目前開發(fā)的溫差發(fā)電機(jī)，效率一也普遍處于6%—11%之間，這大大限制其使用范圍。這種情況下，通過對(duì)熱電轉(zhuǎn)換材料的深入研究和新材料的開發(fā)，不斷提高熱電性能，爭(zhēng)取在熱源不變的情況下提高電輸出功率已成為溫差電技術(shù)研究的核心內(nèi)容。成本方面，通過半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換材料將熱能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電效率低、成本較大、體積較大，因此也很大地制約了溫差發(fā)電技術(shù)向工業(yè)和民用產(chǎn)業(yè)的普及。三、半導(dǎo)體溫差發(fā)電實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)儀器：半導(dǎo)體溫差電裝置；伏特表；0-500c精密水銀溫度計(jì)；0-1000C精密水銀溫度計(jì)；電磁爐；鐵架臺(tái)；冰塊。圖2半導(dǎo)體溫差電裝置實(shí)驗(yàn)步驟：1、 把伏特表的正極接到半導(dǎo)體溫差電裝置的正極，伏特表的負(fù)極接到半導(dǎo)體溫差電裝置的負(fù)極。2、 把兩支水銀溫度計(jì)固定在鐵架臺(tái)上，讓0-50oc精密水銀溫度計(jì)靠近半導(dǎo)體溫差電裝置的冷端，。-1000C精密水銀溫度計(jì)靠近半導(dǎo)體溫差電裝置的熱端。3、 先把冰塊放入半導(dǎo)體溫差電裝置的冷端，同時(shí)加入一定量的冷水；再把燒開的熱水加入半導(dǎo)體溫差電裝置的熱端。4、 現(xiàn)在可以開始測(cè)量，記錄冷端和熱端的溫度，讀出伏特表上的電壓。數(shù)據(jù)處理1、列出規(guī)范的數(shù)據(jù)表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。次數(shù)Trcr）（冷端）端）AZ（V）（溫差）E(mV)]2.085.083.0385.024.585.080.5372.535.480.074.6335.044375.070.7307.553.170.066.9292.567.770.0623275.075.860.054,2225.0&7.955.047,1190.0910,()50.()4().0155.0104S40,035J125.0114.135.030.9!00.0124730.025390,02、用作圖法處理數(shù)據(jù)，以溫差電動(dòng)勢(shì)（E）為縱坐標(biāo)，溫度差Mt）為橫坐標(biāo)，繪出E-AT圖線，并由該圖線求出直線斜率，即溫差電系數(shù)a。圖3電壓與溫度關(guān)系圖3、數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面的數(shù)據(jù)采用最小二乘法進(jìn)行處理，把數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算后的，得到以下結(jié)果：二=5.58±0.114、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)以上的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，可以知道溫差電動(dòng)勢(shì)(E)與溫度差(△T)成線性關(guān)系，即它們之間滿足以下關(guān)系：AE=aAT5、 總結(jié)本實(shí)驗(yàn)裝置中只用了一塊半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，根據(jù)其發(fā)電量我們可以猜想。如果把多塊半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊串聯(lián)起來，那將得到幾倍、幾十倍或成百上千倍的電壓，這樣我們就可以根據(jù)自己所需要的電壓來串聯(lián)半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊。由于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊只要兩端存在溫差就可以發(fā)電，因此，我們?cè)谌粘Ｉ钪锌梢苑浅Ｈ菀资褂?，為在日常生活中有太多的熱量被浪費(fèi)了，如:燒煤