Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Die Stromerzeugung aus Wärmequellen mittels Thermoelektrizität wurde in mehreren, theoretischen Arbeiten untersucht und diskutiert (z.B. BFE-Projekt: "Das thermoelektrische Kraftwerk"). Prototypen und Demonstratoren von thermoelektrischen Energiewandlungssystemen wurden hauptsächlich auf Materialebene für die Validierung von Modellen entwickelt und aufgebaut. Aktuell werden international neben anderem primär Systeme für die Abgasnutzung von Kraftfahrzeugen untersucht. Im vorliegen-den Projekt soll ein thermoelektrisches System als Systemdemonstrator gebaut und realisiert werden, mit dem die Vorteile der Thermoelektrizität hervorgehoben, die grundsätzliche Realisierung der Stro-merzeugung aus Niedertemperatur zeigt, auf zukünftige effizientere und billigere Materialien und Mo-dule vorbereitet ist und somit auch als Demonstrationsobjekt eingesetzt werden kann. Die Zielsetzung besteht dabei darin, einen ersten Demonstrator zu bauen, um zu zeigen, dass die Abwärmenutzung von Datacenters und die Nutzung der Wä
rme von Geothermieanlagen möglich ist.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Die Stromerzeugung aus Wärmequellen mittels Thermoelektrizität wurde in mehreren theoretischen Arbeiten untersucht und diskutiert (z.B. BFE-Projekt: „Das thermoelektrische Kraftwerk“). Prototypen und Demonstratoren von thermoelektrischen Energiewandlungssystemen wurden hauptsächlich auf Materialebene für die Validierung von Modellen entwickelt und aufgebaut. Aktuell werden international neben anderem primär Systeme für die Abgasnutzung von Kraftfahrzeugen untersucht. Im vorliegenden Projekt soll ein thermoelektrisches Energieerzeugungssystem entwickelt und realisiert werden, mit dem die Vorteile der Thermoelektrizität hervorgehoben und die grundsätzliche Realisierung der Stromerzeugung aus Niedertemperatur aufgezeigt werden, das auf zukünftige effizientere und billigere Materialien und Module vorbereitet ist und somit auch als Demonstrationsobjekt eingesetzt werden kann. Die Zielsetzung besteht dabei darin, einen ersten Demonstrator zu bauen, um zu zeigen, dass z.B. die Abwärme-Nutzung von Rechenzentren und/oder die Nutzung der Wärme aus geothermischen Quellen möglich sind.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ETH Zürich, EEH - Institut für elektrische Energieübertragung und Hochspannungstechnik
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bitschi,Andreas
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Stromerzeugung aus Wärmequellen mittels Thermoelektrizität wurde in mehreren, theoretischen Arbeiten untersucht und diskutiert (z.B. BFE-Projekt: „Das thermoelektrische Kraftwerk“). Prototypen und Demonstratoren von thermoelektrischen Energiewandlungssystemen wurden bisher hauptsächlich auf Materialebene für die Validierung von Modellen entwickelt und aufgebaut. Im vorliegenden Projekt wurde in zwei Schritten ein thermoelektrisches Energieerzeugungssystem realisiert, mit dem die Vorteile der Thermoelektrizität hervorgehoben und die grundsätzliche Realisierung der Stromerzeugung aus Niedertemperatur aufgezeigt wurde. In einem ersten Schritt wurde eine einzelne thermoelektrische „Stack“ Einheit entwickelt, mit welcher vorangegangene theoretische Arbeiten validiert werden konnten. Auf Basis weiterer Simulationen und Optimierungen wurde ein vollständiges thermoelektrisches Gesamtsystem (konvektive Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr mit Wasser als Arbeitsmedium) aufgebaut und messtechnisch charakterisiert. Die Messungen bei verschiedenen Betriebsweisen ergaben eine maximale generierte Leistung von 215 W (90 Module), eine maximale netto generierte Leistung (generierte Leistung abzüglich Pumpenleistung) von 113 W und einen maximalen Systemwirkungsgrad von 1.68 %. Ein im Rahmen der Optimierung durchgeführtes mechanisches Bearbeitungsverfahren der Module führte nach längerem Betrieb zum Ausfall vieler Module, was weitere Tests und Messungen unmöglich machte. Für die weitere Nutzung des Generators müssten die schadhaften Module mit grossem Aufwand ausgetauscht werden.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ETH Zürich, EEH - Institut für elektrische Energieübertragung und Hochspannungstechnik
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bitschi,Andreas
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The generation of electric energy from thermal energy based on thermoelectricity has been investigated and discussed in previous projects (e.g. BFE-Project: “Das thermoelektrische Kraftwerk”). So far, prototypes and demonstrators have mainly been developed in the field of material science in connection with the validation of theoretical models. In the present project a thermoelectric power generation system, which shows the advantages of thermoelectricity and the principle feasibility of power generation from low temperature heat was realized in two steps. First, a single generator stack unit was created, which permitted the validation of previous theoretical work. Based on further simulations and optimization procedures a total thermoelectric generator system was build up and characterized by measurement. The test reading at several operation modes showed a maximum generated output power of 215 W (90 modules), a maximum net generated output power (generated power less pump power) of 113 W and a maximum system efficiency of 1.68 %. Due to the mechanical processing (grinding) of the modules in connection with an optimization strategy during the generator assembling multiple modules failed after a longer operation period, making further tests and measurements impossible. For a further utilization of the generator the defective modules would have to be replaced at great expense.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ETH Zürich, EEH - Institut für elektrische Energieübertragung und Hochspannungstechnik
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bitschi,Andreas
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Schlussbericht
(Französisch)
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La conversion de chaleur en électricité basée sur l’effet thermoélectrique est l’objet de plusieurs projets précédents (p.ex. le projet OFEN « la centrale thermoélectrique »). Jusqu’ici, des prototypes et des démonstrateurs de générateurs thermoélectriques ont été réalisés pour permettre la validation de modèles théoriques à l’échelle des matériaux. Ce projet est consacré à la réalisation en deux étapes d’un générateur thermoélectrique avec l’objectif d’établir les avantages du principe thermoélectrique et de démontrer la faisabilité de principe de la production d’électricité à partir de sources de chaleur à faible température. Dans un premier temps, un empilement d’éléments thermoélectrique destiné à valider les travaux théoriques a été réalisé. Un système thermoélectrique complet a ensuite été caractérisé sur la base de simulations et d’optimisations, puis réalisé (échange de chaleur avec de l’eau et par convection). Le mesures réalisées dans différents régimes ont permis d’atteindre une puissance électrique maximale de 215 W (pour 90 modules), une puissance nette maximale de 113 W (puissance maximale générée moins consommation des pompes) et un rendement total du système de 1.68%. Le traitement mécanique des modules durant la phase d’optimisation a engendré la défaillance de certains modules et rendu impossible la poursuite des mesures. L’utilisation ultérieure du générateur impliquerait un remplacement onéreux des modules défaillants.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ETH Zürich, EEH - Institut für elektrische Energieübertragung und Hochspannungstechnik
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bitschi,Andreas
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