1. 简介
不断增长的能源需求、不断上涨的能源价格以及全球变暖等环境问题迫使我们寻找更清洁、更可持续的能源。热能收集是一种很有前途的方法，用于获取自由获得的热量，并将其转化为更有用的形式，如机械或电能。“自由”热主要有两种形式：余热和自然热，据报道，一半以上的能源来自各种可再生和不可再生资源，全世界向环境中排放的能量，大多以废热的形式存在[1]。此外，地热、火山热和太阳能等自然资源是仍未开发的巨大能源。世界各地都有大量这样的热能储备，每一秒就有数千焦耳的能量释放到周围的大气中[2]。表1显示了一些主要的余热源以及温度范围。根据温度，热通常分为三类：高温(649 oC及以上)、中温(232oC至649 oC)和低温(232 oC及以下)[3]。正常情况下，中高热很容易回收,而占总余热50%以上的低温余热则是最难回收的[3]。
表1.主要余热源及其温度范围[4]
以蒸汽朗肯循环为基础的电厂是目前最常用的从热中获得功的技术。传统的蒸汽朗肯循环被推荐为中高档余热回收的最有效的选择[5]。然而，对于低温热能的回收，蒸汽朗肯循环是不符合成本效益的，因为低压低温蒸汽需要更大的设备，并在涡轮叶片上产生凝结水，造成侵蚀[3]。值得注意的是，这些流体大多是有机化合物，因此修改后的热力学循环传统上被称为有机朗肯循环(ORC)。工作原理与传统的朗肯循环相同，只是利用了有机流体而不是蒸汽。与蒸汽朗肯循环相比，ORC具有结构简单、可靠性高、可靠性好等特点，因为它使用的有机液体具有较低的沸腾温度[6,7]。
在过去的几十年里，人们做出了巨大的努力来探索和开发替代技术来捕捉低温热量。目前低温热能收集技术是基于热电效应、热释电效应、热磁效应、热弹性效应(图1)。其中，热电能量收集是目前最流行和研究最广泛的技术。热电发电机(Tegs)是以Seebeck效应为基础产生直流电的。热释电、热磁和热弹性能量收集方法也是古老的概念，但与热电发展相比，这些领域的实际发展相当缓慢，主要是因为它们对温度波动的要求。由于温度的波动，某些材料的电、磁或弹性性质发生变化，这种现象被用来产生机械功或电气功。
图1.相关热能收集技术：热电、热释电、热磁性和热弹性[8]。
2. 热点能量收集
