半导体温差发电在机车能量回收中的应用

利用半导体温差发电技术对电力机车冷却系统散热器中的废热进行回收,并将散热器中所含的低品位能源转化为电能储存在蓄电池中。通过对电力机车冷却系统余热的回收和转换及温差发电性能的分析,建立了温差发电系统模型;并针对温差发电系统的输出电压不稳定问题,设计了稳压电路;通过Matlab/Simulink仿真分析验证了设计的可行性,为此后的蓄电池组储能奠定了基础。     

太阳能温差发电系统热电性能的分析

温差发电技术是利用塞贝克效应直接将热能转化为电能的发电技术,是一种绿色环保的发电方式.本文对半导体温差发电模块的实际传热模型及温差发电系统的热电性能进行分析.探索温差发电系统达到较优性能时与各相关参数的关系,为以后的深入研究提供有价值的理论依据.     

汽车尾气温差发电装置热场数值模拟分析

提出了一种改善温差发电装置的热端和冷端温度分布均匀性的集成结构.基于Fluent软件,针对现有汽车尾气废热温差发电系统试验台架所使用的温差发电转换装置进行热-流-固耦合场的数值模拟,完成了发电装置三大子系统:热交换气箱、热电模块以及散热水箱的热场仿真分析,并进一步通过在温差发电装置中做切面的方法具体分析了子系统间热流的情况.根据分析结果,该温差发电装置各子系统间的热流情况符合理论传热原理,该研究可以为汽车尾气温差发电的进一步研究提供基础和参考.     

太阳能辅助小温差热发电系统的初步研究

太阳能辅助小温差热发电系统以工业废热作为第一级热源、太阳能集热器作为第二级热源,循环工质在热源中蒸发并过热后,在汽轮机中膨胀做功,从而驱动电机发电.分析了该系统的工作原理和循环过程,并在理论分析的基础上,进行了系统的热力计算.理论计算结果表明:在循环工质为R717,循环工质蒸发侧相变温度为60℃,冷凝侧相变温度为27℃的条件下,此太阳能辅助小温差热发电系统的总的发电效率可达7.15%,表明该小温差发电装置具有较好的应用前景.     

基于温差发电的锂电池充电装置的设计与实现

针对工业高温旋转环境下对温度采集仪器的供电比较困难的问题,该文设计了利用温差发电产生的电能作为能量的一种锂离子电池充电装置。分析了温差发电模块的输出电压／输出功率与温差的关系,然后根据温差发电模块输出电压不稳定的特点,设计了稳压电路,并用BQ2057W芯片实现对锂离子电池的智能充电管理。实验结果显示,该装置能够实现对电能的良好管理。     

发动机尾气温差发电装置

为了对发动机尾气中蕴含的高温能量进行回收利用,对基于温差发电的发动机尾气温差发电装置进行试验。首先基于现有发动机台架试验系统增加温度、电压和电流测量系统,在此基础上,通过测量不同内部结构集热器表面温度和排气噪声的变化得到集热器内部结构对温差发电性能的影响规律,通过测量不同冷却方式下温差发电片两端温度以及输出电压和电流的变化,得到散热器冷却方式对温差发电性能的影响规律。结果表明,集热器内部结构采用中空结构时,不同位置表面温度差在6 ℃以内,有利于保持其表面温度的均匀性,有利于电能输出,但是对于降低噪声没有帮助;采用强制风冷方式有助于提高温差发电装置两端温差,相对于自然冷却方式温差大约可提高14 ℃,从而提升输出电能,但是由于风速的提升可以同时增加冷端和热端的表面换热效率,使得较多的热量扩散到环境中,从而产生当风速达到某一数值后温差不变的现象;相比于侧面冷却,正面冷却方式更具有优势,大约将温差发电器两端的温差提升15 ℃,但是只能冷却一面。     

一种发电和CO2捕集相结合的LNG 冷能利用系统

温室效应的加剧使人们的碳捕集意识逐渐提高。针对碳捕集问题,将CO₂超临界朗肯循环和有机朗肯循环相结合,对原有燃气轮机废气发电系统进行改进,提出了一种废气发电与CO₂捕集相结合的LNG冷能梯级利用系统。利用Aspen Plus软件对系统进行热力学模拟计算,详细分析了蒸发压力和蒸发温度对系统热力学性能的影响。结果表明,提高CO₂超临界朗肯循环的蒸发压力和蒸发温度,对系统的净输出功和热效率有积极影响;有机朗肯循环的蒸发温度达到250 ℃后,其余热回收率达到最大值且不再随蒸发压力发生变化;系统净输出功可达251.6 kW,余热回收率为92.00%,㶲效率为57.00%;CO₂液化量达到883.6 kg/h时,可减少CO₂排放量763万t/a。研究成果对保护环境具有重大意义。     

接触热阻对相变耦合温差发电系统的影响

在汽车尾气温差发电系统中, 热量在传递的过程中通常要经过若干个接触界面。而界面间的接触热阻影响 着热量的传递效率和热电器件冷热两侧的实际温差, 进而影响到系统的发电性能。利用工业热风机模拟汽车运行实 际工况, 使用装载有相变材料(phase change material, PCM) 的温差发电系统, 通过涂抹不同导热系数的导热硅脂来 调节热电器件与系统间的接触热阻, 研究了接触热阻对PCM 以及系统输出电压的影响。研究发现, 同时减小热电 器件两侧与系统间的接触热阻会削弱PCM 的储热能力; 相较于减小热电器件热面与系统间的接触热阻, 减小热电 器件冷面与冷端换热器间接触热阻, 对温差发电系统输出电压的提升效果更为显著。     

温差电组件串并联连接的热阻解析模型

为了选择合适的温差电组件和外部换热器,根据非平衡态热力学理论和牛顿冷却定律,对温差电组件采用串并联连接方式的温差发电系统进行了研究,导出了系统输出功率的热阻解析模型,探讨了温差电组件总数量、并联组件数量、热电模块及其热端和冷端的热阻等对系统性能的影响.结果表明,系统电阻与负载电阻、热电模块热阻与其热端和冷端的热阻之间存在匹配关系,能使系统获得最大的输出功率;随着并联组件数量的增加,最大输出功率和回路电流得到了提高,但系统的输出电压却降低了.研究结果为温差发电系统的合理装配及性能优化提供了理论参考.     

石灰回转窑余热发电ORC装置有机工质选择

新型石灰回转窑竖式预热器出口处废气温度在250℃左右,采用以水为工质的郎肯循环回收烟气余热存在发电功率低、热效率低、项目投资回收期长等问题.针对石灰窑废气余热,采用循环热水和有机工质双工质系统对余热进行回收发电,研究了分别采用R21,R123,R245ca,R245fa 4种有机工质系统余热发电的各项性能指标.结果表明,R123在较小的窄点温差和120~170℃的蒸发温度下,发电功率最高.为保证换热过程的高效并获得尽可能高的余热利用率,R123和R21系统适合采用小窄点温差;R245ca和R245fa适合采用大窄点温差;从发电功率来看,几种工质相差不大,但考虑价格因素,选用R123工质.     

太阳能温差发电系统的性能

建立太阳能温差发电系统的数学模型,利用温差发电技术将太阳能直接转化为电能.考虑冷却系统的功耗,分析聚焦倍率以及冷却水流量对太阳能温差发电系统的净输出功率与净发电效率的影响.结果表明,存在最优的冷却水流量及最优的聚焦倍率,使得系统发电性能最大,最大净输出功率与净发电效率分别为15.86 W和5.61%;对温差发电器热端进行必要的保温,能够提高系统的发电性能.     

嵌入式相变材料对热电发电器件性能的影响

热电器件(thermoelectric generator, TEG)能够直接将热能转化为电能,且具有体积小,无运动部件,寿命高,运行成本低等优点。相变材料(phase change material, PCM)在相变时能够恒温吸收、释放大量热量,因此被广泛应用于热电发电领域以稳定热端温度。设计了一种嵌入式的相变-热电(PCM-TEG)系统,探究了热源停止供热后的一段时间内,相同体积不同长度的PCM对TEG发电性能的影响。结果表明,被PCM包裹的长度与总长度的比值为40%时, PCM-TEG系统产生的电能最多,与不使用PCM相比,热电发电器件的输出电能增加了76.06%。PCM的使用能够提高热电发电系统对热能的利用率,且在使用的PCM的体积一定时,需要优化PCM包裹热电臂的长度以提升热电发电器件的输出热能。     

燃气冷却式温差发电烤炉的实验研究

能源问题和环境问题已经成为各国不得不面对的社会问题,基于塞贝克效应设计了一种温差发电燃气烤炉,将余热转换成电能,利用燃气的冷能维持温差发电芯片冷热端温差,同时预热了燃气。搭建实验平台测试了温差发电燃气烤炉的温差发电模块温度曲线、电能输出特性和预热对烤炉热效率的提升,该温差发电烤炉可输出功率为2.9 W,燃气经预热后烤架温度平均上升31.9℃,结果表明所设计的温差发电烤炉系统较好地利用温差发电芯片的热电转化能力,可维持用电器正常运转,达到使用要求。     

光伏热电耦合器件中热电模块负载对整体性能的影响

搭建了包含恒温冷却装置的电学测试系统,测量了热电模块(TEG)负载不同电阻值时耦合器件中光伏电池(PV)及TEG两部分各自的输出变化,以探究负载电阻在光伏热电耦合系统整体工作状态中所起的作用。结果表明TEG负载不同电阻时,不仅TEG输出性能受到影响, PV及耦合器件整体输出性能也将随之发生变化。然而,这种影响将随着光强的提升而逐渐降低。     

基于PLC的风光互补发电控制系统设计

基于PLC对风光互补发电系统的控制系统进行了设计,依据最大功率点跟踪控制理论（MPPT）分别对风力发电和光伏发电的控制系统进行了设计,实现最大限度的利用风能发电和太阳能发电的互补性能,提高系统的运行效率,增加系统的输出功率。试验结果表明该控制系统基本实现光伏发电和风力发电的最大功率点跟踪控制,同时满足蓄电池充电及过充、过放保护的要求,为风光互补发电系统的进一步应用提供理论参考。     

Study on the performance of TEG with heat transfer enhancement using graphene-water nanofluid for a TEG cooling system

Improvement of the heat transfer effect of cold side of a thermoelectric generator(TEG) is one of the approaches to enhance the performance of the TEG systems.As a new type of heat transfer media,nanofluids can enhance the heat transfer performance of working liquid significantly.In this study,the performance of a commercial TEG with graphene-water(GW) nanofluid as coolants in a minichannel heat exchanger is investigated experimentally at low temperatures.The results show that the output power of TEG increases with the flow rate under 950 mL/min.However,the fluid flow rate has no influence on the output power of TEG with higher flow rate(larger than 950 mL/min) when the heat transfer dynamic balance state of the system is reached.The optimal concentration and flow rate of nanofluid are 0.1 wt%and 950 mL/min,respectively.At the optimal conditions,the improved voltage,output power and conversion efficiency with GW nanofluid applied in the cooling system are increased by11.29%,21.55%and 3.5%in comparison with those with only water applied,respectively.     

热电发电机换热面积最优分配

考虑实际多热电单元发电机,在总传热面积一定的条件下,研究最优功率、效率时传热面积的最优分配,并分析了各种参数对最优性能的影响, 所得结果对实际热电发电机性能分析与优化有一定的指导作用。     

月球原位能源支撑技术探索构想

随着探月工程规模的不断扩大,仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素电源将难以为月基活动提供充足持续的能源供应,研发月球原位能源供给技术是各类月基活动的关键基础。本文基于月壤和月岩恒温层与月球表面存在巨大温差的特性,提出了利用该温差进行发电的月基原位能源支撑技术构想,设计了月球温差热电材料热伏发电技术和月球温差磁悬浮发电技术及实施构想。月球温差热电材料热伏发电系统直接利用热电材料实现昼夜连续工作的热电转换,将月表辐射能（白天）以及月壤的热能（夜晚）连续转化为电能;月球温差磁悬浮发电系统和技术利用氨-铝热虹吸管取热和磁悬浮透平发电机发电的方案将月球表面与月球月岩恒温层之间的温差转换为电能。两类月基温差发电技术具有无机械摩擦、效率高、寿命长、质量轻的优点,可为探月活动原位能源供给提供相关技术支撑。     

风光互补发电实验教学平台的搭建和研究

介绍了一种用于教学的风光互补发电实验平台. 在该实验教学平台中,太阳能和风能互补发电,通过控制器将电能储存在蓄电池中,再向负载提供电能,还可通过风光互补发电监测系统对实验平台进行访问和控制,实现能量控制和远程监控. 该风光互补发电实验平台是一种小型微电网,可从教学投入到实际使用,具有实用价值.