Zt值又叫做無量綱優值系數,是一種用來量化衡量材料熱電質量的系數,可以理解爲指數越高,熱電材料的效率就越高,就能将更多的熱能轉換成電能。
熱電效應是指熱能和電能之間的相互轉換。熱電效應包括塞貝克(Seebeck)效應、珀爾帖(Peltier)效應、湯姆遜(Thompson)效應。熱電轉換效應的發現,引起了科學界極大的興趣,因爲從宏觀上講,熱電轉換效應意味着熱能與電能之間的直接轉換。
在我們的日常生活中有許多能量以熱能的形式被浪費掉,比如,汽車燃油中有 40%的能量是被尾氣以熱能的形式排到空氣中,工廠鍋爐中大量的能耗也是以熱量的形式流失掉,熱電廠中煤炭發電所産生的大量餘熱也是以熱能形式擴散到大氣中。
在世界能源日趨緊張的今天,化石能源等不可再生資源已日漸瀕臨枯竭,我們每個人都深知能源的可貴。溫室效應緻使世界年均氣溫不斷上升、導緻冰川融化和海岸線逐年提高,一些地區的生态平衡也因此遭到了嚴重的破壞。
如此嚴重的能源和環境問題将會大大的阻礙社會經濟的發展,因此,對于新能源的研究與開發成爲了科學界的熱點。
在衆多新能源材料中,熱電材料憑借其獨特的性能一直以來都備受人們的關注。它是一種可以直接将電能和熱能兩者之間進行轉換的半導體材料,因此,常被應用于低溫制冷和發電等方面。熱電材料以其無污染、無機械振動、安全可靠、無噪音等獨特的優點而被廣泛地應用于航空航天與野外作業等領域。同時,熱電材料因其無振動部件、工作時無噪聲、沒有任何排放物、對于環境沒有任何污染等特點,成爲了一種「一勞永逸」的材料,即安裝運行後可以長時間不需要任何維護措施也能夠穩定運轉,這也是使得熱電材料成爲具有廣泛應用前景的環保材料的主要原因。
熱電效應的實現依托于熱電材料,而不同的熱電材料效率是不一樣的,目前做的比較好的熱電材料也不過是勉強進入了10%這個水準而已,而且還是實驗室級别的。
“已經實現量産了嗎?”王峰問道,畢竟已經商業化的和還沒有商業化的材料差距還是非常大的,畢竟現在發表了幾篇論文,然後就被仍在實驗室裏吃灰的新材料也不少。
“這倒是還沒有,但是已經有工業界對其表示出了興趣,并且開始協商合作的事情,根據我們得到的内部消息,這一種材料是能夠實現商業化生産的,所以首次的私人融資規模已經達到了5億美元。”呂司長介紹道,不過有一點他沒說,王峰也沒問。
那就是既然有現成的材料,爲什麽還要自己開發?原因很簡單,因爲這種東西人家根本沒打算帶着他們一起玩,人家打算自己弄好了然後再賣給你或者收專利費,絕對不可能讓人入股的。
“挺能幹的嘛,不愧是号稱是世界人才收割機,自由世界的燈塔!”王峰感慨的說道,就算是在漫威世界也有很多黑科技大佬,自己可不能掉以輕心啊!
“所以說您到這裏來是希望我?”王峰大概有點明白對方的意思啦,既然短時間内沒有辦法增加煤炭的供應量,那就隻能想辦法提高他的利用效率了。
産能既然已經削減下去了,想要在提升上來就不是一個簡單的事情,尤其是現在動力煤的價格在不斷上漲的情況下;至于考慮進口也是不現實的事情,依照國外的組織能力,根本沒有辦法在這種情況下組織起有效的生産生活。
“所以說我們希望你能夠幫助我們開發一款能夠實現400℃以下廢熱利用的熱電材料,我們并不要求它的效率有多高,隻要能夠達到20%以上,比國外的那一種材料好一些就可以了。”呂司長或者說上面的想法很簡單,既然對方是受到了你的啓發,那麽你這個本尊怎麽着也得比對方玩得溜吧?
“甚至我們不要求,一定要比他好,差不多的也可以,暫時來說隻要能用就行。”呂司長特地解釋道,畢竟就是個應急的東西。
“我們唯一的要求就是希望他能夠以最快的速度被研發出來,同時它要能夠符合以下的條件:第一條就是要能夠便于生産,隻要它生産條件不那麽苛刻,我們就能夠快速的組織起足夠的生産力,在市場上進行大規模的鋪貨,對發電廠和冶煉廠進行改造,以便能夠有效地提高發電效率。”
“我們甚至不要求它的使用壽命有多長,隻要一年半載就夠了,它的效率能夠達到20%左右,我們就有把握能夠在全國範圍内提高8~10%的發電能力,這樣的提高已經能夠祝我們度過夏季這個用電難關了。”
“至于已經增長起來的用電缺口,我們正在投入建設的風力發電廠,應該能夠漸漸地滿足要求,在以後清潔能源的發電占比應該會越來越重,這是一個趨勢。”
“第二個我們希望它的材料盡可能的容易獲取,否則的話鍋燒起來了沒有米也是個很大問題,尤其是進口的材料現在幾乎沒可能進來。”
“第三個就是我們希望它的成本能夠盡可能的低廉,畢竟我們的初衷就是希望能夠提高單位成本内的發電能力,否則的話,以我們的工業建設能力,想要再多建一些發電廠,那實在是太容易了。”
呂司長的信心十足,倒不是他盲目自信,而是我們确實有這個底氣來說這句話。目前,國内使用的電能很大一部分是由熱能轉化而來,如火電廠、核電廠以及大規模太陽能發電廠。在這些工業部門中,能量間轉換主要是利用熱能加熱液體或蒸汽以驅動汽輪機發電。
有一句話叫做人類能源的發展曆史,其實就是不斷改進辦法來燒開水的曆史,這句話從某種意義上來說,也确實說的沒錯。但是不可否認的是,燒開水依然是人類能夠想到能源利用率最高的方式。目前最先進的燒開水方式是超超臨界蒸汽渦輪發電機組,效率達到了45%。
但是該能量轉換過程複雜、設備昂貴且易損耗,特别是對環境污染嚴重。我國近 30 年來經濟持續高速的增長消耗了大量的能量,同時也産生了大量的工業熱能、機動車排放熱能、環境熱能等。這些餘熱和廢熱約占總産生能量的 2/3。
這些熱能要是能夠利用起來,那可就了不得了,畢竟基數擺在那裏!不過問題是這些熱量都是廢熱,沒辦法利用起來的那種,這就很遺憾了。
而熱電效應就是用來彌補這種遺憾的,區别于傳統的熱電轉換方法,通過熱電轉換裝置利用餘熱、廢熱直接進行溫差發電不但可以有效地緩解能源短缺問題,也有利于減少環境污染。最初,熱電材料主要應用在太空探索等一些特殊領域。近年來,随着能源供應的急劇短缺和高性能熱電材料研究的顯著進步,利用先進的熱電轉換技術,将大量廢熱回收轉換爲電能的方法,普遍在日本、美國、歐洲等發達國家得到應用和普及。
例如,火力發電廠熱效率一般爲 30%~40%,通過在電站鍋爐爐膛内應用堿金屬熱電轉換器,可提高系統發電效率 5%~7%;小型垃圾焚燒爐一般間歇發電,采用溫差發電方式發電,直接把燃燒熱能轉換成電能,可以省去餘熱鍋爐汽輪發電機以及蒸汽循環所需的附屬設備。一些新興應用研究諸如利用汽車發動機尾氣餘熱進行發電也逐步開始投入應用且效果良好,增強了利用熱電材料發電的競争力。
想到這兒,呂司長就是一陣羨慕:這可都是錢啊!所以說完之後,他就直勾勾地盯着王峰,等待着他的回答。