面向低品位余热能源回收再利用的新型热磁发电技术与应用

20241231

能源问题一直是世界各国关注的焦点问题，提高能源利用率是解决二十一世纪能源紧缺的重要途径。据统计，全球总消耗能源中的50%终转换成为余热能源，在工业生产过程中，大量的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。其中，低于200℃的低品位余热占比达66%。近年来，我国工业化发展迅速，但能源利用率低，造成更多的余热能源浪费。同时，余热排放也造成气候破坏和环境污染。因此，研发高效的低品位余热能源回收再利用技术是解决我国面临的能源环境问题、促进双碳目标实现的迫切需求。新型热磁发电技术是一种绿色低品位余热能源回收技术，有望将低品位余热能源转化为高品质易传输的电能，提高我国能源利用率。然而，热磁发电技术中面临的材料种类有限、装置设计单一、发电效率低（远低于理论值）以及服役性能差等问题限制了其在低品位余热能源回收中的应用。为解决以上关键科学问题，本项目开展面向低品位余热能源回收再利用的新型热磁发电技术与应用研究。以典型的磁热材料(如La(Fe, Si)13及Heusler合金)为研究对象，弄清热致磁相变过程中材料温度、组织结构、磁性能的变化规律，找到高性能热磁发电材料的设计方法；设计低品位余热回收的热磁发电新装置，实现热磁材料与发电装置之间的高效匹配，获得温度诱导的大磁通量变化，降低磁杂散场和热滞/磁滞损耗，提升热磁发电的能量转化效率；解决传统磁热材料力学性能差、加工难、换热效率低的技术难题，阐明长周期服役过程中热磁发电性能的衰变规律，获得长周期服役、性能稳定的热磁发电材料及装置；实现面向低品位工业余热回收再利用的热磁发电示范应用，推动余热能源的二次高效利用。本项目按照“材料研发”—“装置设计”—“服役优化”—“示范应用”的逻辑线，进行逐层递进的研究：1)热磁发电材料的相变调控机制和热磁发电性能优化，2)热磁发电装置的高效循环机理及整机架构设计，3)热磁发电的制备成型关键技术及长周期服役性能研究，4面向不同余热场景的热磁发电示范应用关键技术。 本项目的实施有望助力构建新型能源回收利用系统，服务社会各类能源的优化利用，促进能源的可持续发展，并带动相关产业领域的变革和经济增长，促进双碳目标的实现。