2008年12月21日 星期日

餘熱發電技術的兩難困境 (記者:野澤 哲生)

【記者部落格】餘熱發電技術的兩難困境
DATE 2008/12/22 印刷用網頁

  【日經BP社報導】 首先,請大家看一段並非魔術,而是將熱轉換為聲的視訊演示。只需在我們平常司空見慣的塑膠管中,插入網眼大小為數mm見方的鐵絲網,並加熱。就會開始發出這種聲音。



  這種現象被稱為“熱聲現象”,是被加熱的空氣在通過鐵絲網的細小網眼時,發出聲音的非線形現象。在日本這種現象自古就為人所知,位於日本岡山縣岡山市 的吉備津神社很早以前就舉行過通過這種聲音來占卜吉兇的“鳴釜神事”儀式。但在利用熱能的各種產品中,這種多餘的聲波振動現象只被視為累贅,而幾乎從未被 用於實際用途。

  近年來,隨著對節能及新能源的關注度提高,這種熱聲現象也日益受到關注。例如製作本文開篇視訊的日本同志社大學渡邊好章教授的研究小組,正在 利用這種熱聲現象開發冷卻技術。具體做法是先將熱轉換為聲,再將聲波通過管道傳輸到目的地後轉換成熱能。據渡邊介紹,管中聲波的能量為100W,換算成音 量則是160dB,“飛機引擎正下方的噪音為120dB左右。也就是說,相當於大約100台飛機引擎集合在一起時的聲音”。幸好,聲波完全被封閉在管中, 不會擊穿位於附近的人的耳膜。

  遺憾的是,這種冷卻技術雖然冷卻功能高,但在能量轉換效率上仍存在許多課題。尤其是如果裝置變小,管道的表面積相對於體積增大,聲波在傳輸過程中的損耗也會增大,從而造成效率降低。

  那麼,不採用冷卻的方法而是將聲波的能量轉換為電力又將如何呢?產生這種想法的是幾位美國研究人員。他們的研究是把在管道外部不太能聽到聲音,但實際上音量極大的管道內部放入一種麥克風,將聲波轉換為電力(參閱本站報導)。其中有的研究人員認為,以超過40%的效率產生功率達到數百瓦的電能是可行的。

用蠟燭使LED發光

  請大家再看一張照片,這是將燭火的熱量轉換為電力,讓LED發光的演示。是筆者採訪美國Nextreme Thermal Solutions時拍攝的。“蠟燭的能量多半轉化成了熱量。像這樣利用熱量使LED發光,會比蠟燭本身的火焰更明亮”(該公司)。

  這是一種基於廣為人知的“熱電轉換”原理開發的技術。與本文開頭介紹的熱聲技術不同,該技術沒有像麥克風揚聲器那樣的可動部分,其高耐久性及容易實現小型化的特點最為廠商關注(參閱本站報導)。該技術正在作為日本的國家計劃推進開發,估計在不久的將來會在多個領域實用化。

  這些技術都是旨在將此前作為廢物的餘熱巧妙地轉換為電力的應用。作為有望得到應用的發熱源實例有,蒸汽機及熱水供應管道、汽車廢氣及引擎、IC及微處理器、高速通信設備的信號發送器、太陽以及人體(體溫)等。

延長老式汽車壽命的技術?

  雖然一方面上述每項技術都令我們感興趣、並充滿期待,但另一方面,如果站在技術的角度來看,還有一些令人擔憂之處。這就是,絕大多數情況下, 這些技術存在的理由是因為在那些領域的能量轉換效率較低。也就是說,如果汽車引擎的能量轉換效率提高,產生的熱量很少的話,那麼餘熱發電技術就沒有必要。 筆者在採訪時就聽到過這樣的說明,“即便是汽油車,近年來引擎的小型化及高效化都不斷提高,餘熱的溫度已開始下降”。

  在為餘熱技術而進行的採訪中,筆者發現,汽車廠商中格外熱衷於技術開發的,只有美國通用汽車以及德國寶馬等歐美廠商。通用汽車究竟應該走哪條 道路,是實現高效率熱電轉換技術的實用化,還是開發電動汽車?或者說,我們應通過餘熱利用技術循環利用白熾燈的熱量,還是應全部改用螢光燈及LED照明? 不可否認,餘熱利用技術在提高能量轉換效率的技術競爭中略微處於劣勢。

  儘管如此,餘熱利用技術不會完全無用。因為人不會沒有體溫,太陽也不會停止發射熱量。筆者希望能夠從長計議,耐心培育出餘熱利用技術。(記者:野澤 哲生)

■日文原文
廃熱を電力に変える技術のジレンマ

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