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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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廢熱回收 供電又減排

編輯部

廢熱回收也可以用在手機充電!工研院獲R&D100肯定的「 TEMM熱電材料與模組技術」,可應用在野外求生,將烤火燃燒所產生的「熱」,透過熱電模組轉換成「電」,做為USB電源,供夜間照明亦或手機及衛星導航充電之用。

煉鋼廢熱也能回收發電!工研院與中鋼日前共同發表「TEMM熱電材料與模組技術」應用在中鋼300°C以下低溫廢熱回收成果,整年可提供1,728度發電量,也使現場作業環境由50℃降至30℃;未來中鋼全面應用,預估可直接減廢95G大卡/年,產電1.1億度,相當於減少14萬噸CO2排放(廢+產電),約等於185座大安森林公園。
這項技術在經濟部技術處科技專案支持研發下,2012年7月甫獲「全球百大科技獎」肯定,並已在中鋼公司加熱爐壁建置200W級的小型示範熱電發電系統,在經模組效率提升及系統最佳化設計後,將陸續擴大應用至中鋼其它爐體及廠區。
「TEMM熱電材料與模組技術」材料製程易於量產,具成本競爭力,模組運作無噪音,安全可靠,維護成本極低,除在鋼鐵廠適用外,也將擴大在石化、水泥、陶磁等產業進行廢熱回收應用,提昇相關產業能源使用效率,推動台灣產業節能減碳,邁向新應用階段,強化市場競爭力。

環保節能 提升產業競爭力

工研院材化所所長蘇宗粲表示,近年來二氧化碳減量及節能已成為全球趨勢,加上熱電材料特性與熱電模組發電性能顯著提升,美日歐等國均積極投入工業廢熱及汽車廢熱等回收應用開發,有效將工業廢熱回收,大幅降低二氧碳排放量;全球目前熱電產品應用約有5億美元市場規模,預估2020年達30億美元,是一極具發展潛力的新興市場。

雖然目前已有汽電共生及廢熱鍋爐等高溫工業廢熱回收技術,但占絕大部分的300°C以下工業廢熱卻無有效的回收技術,以二氧化碳排放量較大的汽車、石化、鋼鐵、煉油及水泥等產業來看,雖已盡力進行廢熱回收,仍有相當高比例的低溫廢熱藉由煙道或爐壁排至大氣中。若利用熱電發電技術進行廢熱回收,將可大幅減少台灣碳排放量,還可兼具產生電力及節能功效,對產業競爭力有提昇作用。

蘇宗粲進一步指出,工業廢熱具有在地性,無法類似水或電可以流動聚集回收,往往需要在熱源產生處就地回收。目前鋼鐵、石化、煉油、水泥等產業對於高溫廢熱大多採用空氣預熱、廢熱鍋爐、汽電共生等系統回收,但這些系因體積大,受限於空間及規模,無法在小空間區域進行廢熱回收。

橫跨多重領域創造新興產業

獲全球百大科技獎肯定的「TEMM熱電材料及模組技術」,是一針對低溫廢熱開發的中小型系統,利用模組上下兩端溫差發電,適用於溫度低於300℃之廢熱源回收,可與汽電共生及空氣預熱互補。發電系統規模可由mW、W至KW等級,具有高度彈性、無噪音、維護成本低、安全可靠,適合分散式源供應,且較不受天候影響,可24小時運作,已與中鋼、水泥廠與石化廠進行試安裝運行,已具初步成效。

中鋼公司技術副總王錫欽表示,面對日新月異的節能技術發展,中鋼持續和國外鋼廠進行節能交流,並採用最佳製程的可行技術,進行各項節能措施;在廢熱回收方面,目前年度廢熱回收率約35%,約節省3,697G大卡,與際頂尖鋼廠成效相當。工研院回收中低溫廢熱的熱電技術研發相當領先,中鋼自2009年起,即與工研院在加熱爐壁進行小型應用回收合作,期望透過工研院領先的「TEMM熱電材料與模組技術」,結合中鋼獨特的熱源產業特性及具備材料、熔煉及熱場分析的核心技術,建立中鋼的熱電發電技術,預期使中鋼低溫廢熱回收比例從現階段之0%提高至20%以上,達到節能、減碳與減廢之三重功效。

工研院「TEMM熱電材料與模組技術」採用碲化鉍系列熱電材料,可回收溫度300°C以下的工業廢熱,採用碲化鉍系列熱電材料,運用奈米結構提升特性,在熱端溫度230°C時,轉換效率達6%;且材料製程易於量產,具成本爭力。這項技術未來可拓展至金屬業、石化業、水泥業、造紙業、焚化爐、車輛船舶等廢熱發電應用,創造我國新興產業,同時具減廢、減碳及產電產能之效果。

【 新聞辭典】

熱電材料
特殊合金在有溫差情況下,因材質特性關係,將熱電轉為電能,或將電能轉為熱能;因此熱電晶片有二種效應,一是發電,一是發熱及致冷。工研院「TEMM熱電材料與模組技術」也可應用在野外求生,將烤火燃燒所產生的「熱」,透過熱電模組轉換成「電」,做為USB電源,供夜間照明亦或手機及衛星導航充電之用;或應用在結合食物保溫與紅酒冷藏二合一用途盒上。

空氣預熱
將燃燒後的高溫煙氣回收,用來預熱燃燒所需的空氣,使火焰穩定區域擴大,有助於火焰穩定性提昇,因而提高鍋爐的熱交換性能,降低能量消耗。

汽電共生
一種工業製程技巧,將鍋爐蒸氣先用於發電,用剩的蒸氣熱能再投入某種工業製程,同時發的電也投入工業製程;或將鍋爐蒸氣先用於某種工業製程,用剩的蒸氣熱能再投入發電,同時發的電也投入工業製程。這是利用發電後的廢熱用於工業製造或是利用工業製造的廢熱發電,達到能量最大化利用的目的。

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