面向中低温地热资源的模块化热伏发电系统设计及性能分析

龙西亭; 李书恒; 谢和平; 孙立成; 皋天一; 夏恩通; 李彪; 王俊; 李存宝; 莫政宇; 杜敏

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.7.20

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (6) : 215 -223. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.7.20

地热开发利用技术

面向中低温地热资源的模块化热伏发电系统设计及性能分析

龙西亭 ¹^,² ,
李书恒 ¹^,² ,
谢和平 ¹^,²^,³ ,
孙立成 ³ ,
皋天一 ¹^,²^,³^,^* ,
夏恩通 ¹^,²^,³ ,
李彪 ¹^,²^,³ ,
王俊 ¹^,² ,
李存宝 ¹^,² ,
莫政宇 ³ ,
杜敏 ³

作者信息 +

System design and performance analysis of a modular thermoelectric generator for low- and medium-temperature geothermal resource

Xiting LONG ¹^,² ,
Shuheng LI ¹^,² ,
Heping XIE ¹^,²^,³ ,
Licheng SUN ³ ,
Tianyi GAO ¹^,²^,³^,^* ,
Entong XIA ¹^,²^,³ ,
Biao LI ¹^,²^,³ ,
Jun WANG ¹^,² ,
Cunbao LI ¹^,² ,
Zhengyu MO ³ ,
Min DU ³

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摘要

地热能具有绿色清洁、稳定可靠的优势,具备大比例接替传统化石能源的潜力。我国地热资源储量丰富,分布广泛,但地热发电利用远落后于世界先进水平。热伏发电技术在中低温地热开发与利用方面具有较高的应用潜能和价值,但其规模化应用仍极具挑战。采用模块化设计提升热伏发电机装机容量是切实可行的。本文提出了一种镜像布置的模块化热伏发电机设计方案,可依据不同的热源形式,灵活调整发电单元数量;换热器采用紧凑式设计,有助于提升系统的体积功率密度。团队据此设计研制了热伏发电样机,并在深圳大学中低温地热热伏发电系统测试平台上对其性能进行了综合测试。结果表明,在冷却水流量3.3 m³/h、温度20 ℃和加热功率9 kW运行条件下,热伏发电机最大输出功率达到了136.5 W,体积功率密度可达26.9 kW/m³,系统发电效率能够达到理论最大热电转换效率的82.5%。鉴于目前热电模块的热电优值(ZT)仅约为0.5,若ZT值达到1~2,在同等条件下,热伏发电机最大输出功率可达1.69~2.63 kW,体积功率密度可达338.3~518.8 kW/m³,最大热电转换效率为10.5%,可达理论最大转换效率的92.8%。此时,本文提出的热伏发电机模块化设计方案将更具推广应用价值。