基于溶液浓度变化的“热-电”转换循环特性基础研究

The technology of power generated directly from low-degrade heat by the solution concentration changing is a novel generation technology powered by low-degrade heat. The cycle of this technology can be called as the solution concentration difference ‘heat–electricity’ conversion cycle. Its basic working principle is that the low-degrade heat is firstly converted to the chemical potential of working solution by heat separation mode, and then, the chemical potential is converted to electrical energy by reverse electrodialysis mode. The objective of this technology is to solve the problem that a large number of the temperature below 120℃ low-grade heat is hard to effective use. The project research contents include that: 1) the basic scientific problems involved in that low-grade heat is converted efficiently into the chemical potential of solutions; 2) the basic scientific problems involved in that the chemical potential of solutions is converted efficiently into electricity; and 3) the basic scientific problems involved in the efficiency and characteristics of the ‘heat–electricity’ conversion cycle. Through the study for this project, the transformation relationships between energy and mass and the key factors influencing the conversion efficiency can be revealed during the process of concentration gradient generation driven by low-grade heat. The research results can lay the foundation for further research on the ‘heat-electricity’ conversion technology.

基于溶液浓差变化的低品位热能直接发电技术是一项新的低品位热能有效利用技术,其所构成的循环可称为溶液浓差“热-电”转换循环。其基本工作原理是：采用热分离法将低品位热能先转换成溶液化学势（浓差）能，然后利用逆电渗析(Reverse Electro-Dialysis, RED)法将溶液化学势能转换成电能。其研究目的是要解决目前大量温度低于120℃的低品位热能难以得到有效利用的问题。项目主要研究内容包括：1）低品位热能高效转换成溶液浓差能所涉及的相关基础科学问题；2）溶液浓差能高效转换成电能所涉及的相关基础科学问题；3）影响溶液浓差“热-电”转换循环效率及工作特性所涉及的相关基础科学问题。通过对本项目的研究，揭示由低品位热能驱动的溶液浓差发电过程能量与质量之间的转换关系以及影响因素，为溶液浓差“热-电”转换技术的进一步研究奠定基础。

工业生产过程会有大量低品位热排出。如何有效利用低品位热能，对降低常规能源消耗和大气污染有着积极的作用，也是当前世界各国竞相研究的重要课题之一。但因技术和经济方面的原因，目前对于温度低于120℃的低品位热能的利用率并不高，仍有大量的低品位热能被废弃。基于溶液浓度差变化的低品位热能直接发电技术（化学热机）是一项新的低品位热能发电技术。其基本工作原理是：先通过溶液热分离方法将低品位热能转换成工作溶液的化学势（浓度差）能，然后利用逆电渗析电堆或反应器再将溶液的化学势能转换成电能、氢能、有机废水水处理能等其它形式的能量。本项技术的目的是要解决当前大量的温度在50℃～120℃之间的低品位热能难以得到有效利用的问题。项目主要研究内容包括：1）研究热-电转换过程中各种能量相互间的转换关系及其影响因素；2）研究与热-电转换循环相适应的RED电堆或反应器工作特性及其影响因素；3）研究热能参数变化对热-电循环工作特性以及能量转换效率的影响。通过对本项目的研究，揭示低品位热能驱动的溶液浓差发电、制氢、有机废水处理过程各种能量之间的转换关系以及影响转换效率的关键因素。研究结果发现，低品位热能可以通过热分离方法将其转换为工作溶液的浓差能，然后通过逆电渗析电堆和反应器再将溶液浓差能转换成电能、氢能和水处理能。在能量转换过程中，不可逆损失主要在于低品位热能转换成浓差能过程。