新材料熱電轉化效率翻倍！地熱發(fā)電或迎新發(fā)展

眾所周知，熱電材料可以將熱量轉化為電能，由所謂的塞貝克效應造成，因兩端溫差會產(chǎn)生電壓。然而熱能在轉化為電能過程中會損耗大量能量。

在塞貝克效應中，衡量熱電轉化效率的數(shù)值被稱為ZT值，熱電材料的ZT值越高，其熱電性能就越好。在過去，科學家們研發(fā)出最好的熱電材料ZT值最高只有2.8。而今天來自奧地利維也納大學的科學家已經(jīng)成功地開發(fā)出ZT值為6的熱電新材料，讓熱電轉化率得到重大突破。該新型材料是由硅，鐵，釩，鎢和鋁薄層構成。

維也納大學研究所的恩斯特·鮑爾教授表示，一種好熱電材料必須滿足兩種難以取舍的要求，一方面要盡可能地導電，而另外一方面要盡可能少傳熱量。這款新型材料不但可以應用在熱電轉化領域，還可以用來為傳感器甚至是小型計算機處理器提供能量，未來應用會很廣泛。

在物理學中，電導率一般和導熱率相輔相成，電導率高的材料自然會導熱率高。而恩斯特·鮑爾卻相信肯定會有更好的熱電材料，只不過我們還沒有發(fā)現(xiàn)，為了尋找新一代熱電材料，恩斯特·鮑爾從6年前的2013年就開始研究起各種各樣不同的熱電材料，再經(jīng)過數(shù)千次試驗后，發(fā)現(xiàn)按一定比例的硅，鐵，釩，鎢和鋁組合是最佳的熱電材料。

據(jù)悉，新研究已發(fā)表在《自然》雜志上。新型熱電材料中的鐵原子以嚴格規(guī)則方式排列在所謂的面心立方晶格中，兩個鐵原子之間距離是相同的，不過當它們被涂到硅上時，立刻會發(fā)生一些令人驚訝的變化，兩個鐵原子可能彼此相鄰，這改變了電子結構，意味著電子能在材料中自由移動，獲得非常低的電阻，然后導熱率卻不變。

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快能幫APP訊：100%的能源目標和任務正在以令人眼花繚亂的速度在全美推廣，但在紐約州州長安德魯·科莫的領導下，紐約已成為東海岸的領頭羊。多年來，在紐約改革能源愿景計劃下，該州一直在積極推動能源從化石燃料向可再生能源未來的轉型。現(xiàn)在，隨著氣候領導和社區(qū)保護法的通過和簽署，該州將在2050年前消除溫室氣體凈排放。這一愿景遠遠超出了備受關注的雄心勃勃的太陽能和風能政策，愿景同時還考慮了清潔的地熱能。

地熱-太陽能聯(lián)合發(fā)電示意圖(鄭克棪教授供圖)

凈零的意義不僅僅是將基于碳的電力轉移，它也意味著遠離碳基的供暖和制冷。紐約四分之一的排放物來自住宅和商業(yè)建筑，它們燃燒天然氣或燃油取暖。這些系統(tǒng)需要進行改造，以使用零碳電力或可再生能源地熱能。

為此，該州采取了全美最激進的地熱獎勵措施。地源熱泵(或地熱)系統(tǒng)在地層與建筑物之間傳遞熱能，用以供暖和制冷，而不產(chǎn)生任何有害的排放或額外的燃料。通過地源熱泵補貼計劃，紐約州能源研究和發(fā)展局提供了2650萬美元用于安裝這種領先的可再生能源技術。

同時，房主可以獲得30%的聯(lián)邦稅收抵免，由此可以看出為什么地熱是該州增長最快的可再生能源。另外，公用事業(yè)公司也在支持地源熱泵安裝，ConEd向韋斯切斯特縣的業(yè)主提供高達5000美元的資金，用于購買清潔的地熱系統(tǒng)。

這些激勵措施使地熱價格比以往任何時候都更可負擔，但這并不是最終結果。太陽能是地熱的完美補充，由于對太陽能同樣慷慨的激勵，房主也可以同時使用太陽能以節(jié)省大量資金。

當同時安裝時，地源熱泵與太陽能電池板能很好地配合工作。地源熱泵利用太陽能電池板生產(chǎn)的電能調節(jié)家庭的溫度。這是一個完全綠色的系統(tǒng)，在不排放任何危險的溫室氣體的情況下，照顧家庭的大部分能源使用。地熱能與太陽能不是競爭的關系，而是相輔相成，減少家庭的碳排放。

將太陽能和地熱結合在一起，使房主能夠最大限度地利用這兩種技術的好處，同時也為他們提供了增強能源獨立性的額外好處，此外，還能幫助家庭擺脫不斷上漲的公用事業(yè)費用。當居民找到一家有能力為這些內部裝修提供資金的公司時，他們有能力分期償還投資，并且從第一天就看到節(jié)省的效果。

人們對紐約在地熱市場上為其提供的機會感到興奮。當把地熱能和太陽能機會結合起來，綠色家庭將使紐約的天空格外亮麗。

(編譯/中國地源熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟鄭帆)