2025年11月13日，中核武汉核电运行技术股份有限公司正高级工程师、副处长蒋庆磊在深圳核博会核技术融合创新论坛发表《新型热电转换材料研究与应用进展》主旨报告。
报告介绍了中核武汉（核动力运行研究所）在核电运行维护领域对热电材料的探索，重点说明其基于温差发电和通电制冷的特性。报告展示了热电材料在核电厂余热利用、自供电无线仪表、设备精准控温和作业环境改善等方面的试点应用，并提到未来还将探索水下电源、工业电源及核电源相关方向。
关键点
1. 机构背景与报告主题（00:00）
报告人来自中核武汉，也称核动力运行研究所或幺零五所。该单位主要从事核设施和核电厂运行维护技术研发与技术支持，工作覆盖电厂建成后的运行、老化管理和退役等阶段。本次分享聚焦热电材料在核电运行维护过程中的作用和试点探索。
2. 热电材料的基本原理（01:11）
热电材料主要基于塞贝克效应：当材料两端存在温差时，内部电子会发生定向流动并产生电能。该效应很早被发现，真正较大规模应用从二十世纪五十年代开始。其反向效应可用于制冷，即通电后产生温差。
3. 热电材料的广泛应用基础（01:55）
热电材料已在国防、工业、汽车等领域应用。航天和国防领域可用于同位素电池发电，汽车领域可用于制冷，工业领域可用于废热回收和利用，这为其进入核电运维场景提供了应用基础。
4. 核电领域的应用需求（02:24）
核电厂存在余热利用、提高经济运行水平、降低温排水温度等需求。同时，在设备可靠性和运行经济性方面，传统加装仪器仪表往往需要布设供电和线缆，尤其在已运行电厂中难度和成本较高。基于热电材料的自发电方案可减少额外供电和线缆布设，并可用于改善设备运行环境和人员作业环境。
5. 近十年的材料与系统研发（03:33）
报告人所在团队围绕热电材料在核电场景中的性能、稳定性、可靠性和适用环境开展了近十年的实验与验证工作。目前材料性能已相对稳定，并在此基础上开展器件和系统研发，包括系统性能调控、生产制造工艺控制以及运行环境管理等。
6. 核电厂典型应用场景（04:32）
目前探索的应用包括部件冷却装置、监测报警装置、作业人员舒适性提升、仪表无线供电、余热发电以及电器柜和控制柜制冷。相关场景围绕温度敏感设备、现场报警、自供电仪表和高温作业环境展开。
7. 自发电无线监测仪表试点（06:25）
团队与行业科研院所和高校合作，开发了适用于核电厂的无线监测仪表，如温振传感器、液位计、温度传感器和温湿度传感器。这些仪表与常规无线仪表的主要区别是安装了热电转换模块，可利用现场温差自供电，减少额外供电需求。
8. 转动设备监测案例（07:20）
在某电厂转动设备上进行了现场安装案例。核电厂中大量电机、风机等转动设备运行时间长后易出现故障，过去通常依靠增加巡检频率或加装监测系统。自发电无线监测方案使部署、安装和监控更简单，并有助于降低成本，后续还在推进更大范围监控系统试点方案。
9. 电气与仪控设备精准控温（08:18）
电气和仪控设备的可靠性、寿命对温度非常敏感，温度异常升高可能导致设备失效，甚至引发机组非计划停运或降功率事件。团队基于热电材料开发了精准控温方案，在电器柜上试点安装，用于对温度敏感元器件进行局部精准控温，弥补传统顶部风扇难以精确控制局部温度的不足。
10. 作业人员防护装备制冷（09:42）
热电材料的制冷原理还可用于核电厂作业人员防护装备。在高放或高温区域，人员穿戴防护装备时可能面临温度较高的问题，通过控制装备内部温度和湿度，可提升作业舒适性并延长工作人员在现场的工作时间。报告提到该方案较轻便，续航时间也较久。
11. 未来探索与国内外进展跟踪（10:18）
报告最后提到，热电材料的应用场景仍然很多，团队正在探索水下电源、工业电源等方向，并跟踪国内外研究进展。中高温热电材料在同位素电池和核电源方面具有典型应用，美国已有较多同位素电池相关应用，国内科研机构也在开展相关工作，报告团队主要关注热电器件方向及核电源相关前期研发。
时间线
00:00 - 报告开场介绍中核武汉及其在核电运行维护、老化管理和退役相关技术支持中的职责，并说明本次分享聚焦热电材料在核电运维中的试点应用。
01:11 - 报告概述热电材料的塞贝克效应、温差发电和通电制冷原理，并说明其在国防、工业、汽车等领域已有较广泛应用。
02:24 - 内容转向核电领域，说明余热利用、降低布线和供电成本、提高设备可靠性、改善人员与设备环境等应用动机。
03:33 - 报告介绍团队围绕材料性能、稳定性、可靠性以及器件和系统研发开展的多年探索，并说明材料性能已相对稳定。
04:32 - 报告梳理核电厂内的主要应用场景，包括部件冷却、现场报警、自供电仪表、余热发电以及人员作业环境改善。
06:25 - 进入具体案例阶段，先介绍自发电无线监测仪表及其在转动设备上的现场安装和后续扩展试点设想。
08:18 - 报告继续展示电气柜和仪控设备精准控温试点，强调对温度敏感元器件进行局部冷却以提升可靠性。
09:42 - 随后介绍基于热电制冷的作业防护装备，用于改善高温或特殊作业区域中人员的舒适性和工作时长。
10:18 - 结尾部分总结热电材料仍有更多应用前景，并展望水下电源、工业电源、同位素电池和核电源等方向的跟踪与探索。
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热电材料加速走向核电运维一线，自供电监测与精准控温应用取得试点进展
中核武汉核电运行技术股份有限公司正高级工程师、副处长蒋庆磊围绕“新型热电转换材料研究与应用进展”作报告，重点介绍了热电材料在核电运行维护领域的探索。中核武汉又称核动力运行研究所，简称“105所”，长期承担核设施和核电厂运行维护技术研发与技术支持工作，相关业务覆盖核电厂投运后的运行前期、中后期老化管理、延寿以及退役等全寿期阶段。此次报告聚焦核电厂运行维护中的实际需求，展示了热电材料在设备监测、精准控温、人员防护和余热利用等方面的潜在价值与试点成果。
热电材料的核心原理来自塞贝克效应，即材料两端存在温差时，内部载流子发生定向运动，从而产生电势，实现热能向电能的转换。同时，热电材料也具有逆效应，通电后可形成温差，因此既可用于发电，也可用于制冷和精准控温。虽然塞贝克效应早在19世纪就已被发现，但热电材料的大规模应用主要始于20世纪50年代，此后在航天、国防、汽车和工业废热回收等领域逐步发展，例如用于同位素电池、特殊电源系统、车辆温控以及工业余热利用等场景。
在核电领域，热电材料的应用需求主要来自余热利用、设备可靠性提升以及运行作业环境改善。核电厂运行过程中存在一定余热资源，热电转换技术可探索部分废热回收路径，并为降低温排水影响、改善电厂热排放管理提供新的技术思路。与此同时，已投运核电厂在后期加装仪器仪表时，往往面临施工难度高、布线复杂、改造成本高等问题。若利用热电材料的自发电能力，可为无线监测仪表提供现场自供电，减少供电线缆敷设，提升设备部署灵活性。在温控方面，热电材料还可针对敏感电气、仪控设备实施局部制冷和精准控温，降低温度异常引发设备失效、寿命缩短甚至机组非计划停运的风险。
105所围绕核电应用环境，已开展近十年的热电材料性能、稳定性、可靠性和适用条件研究，目前材料性能已相对稳定。在材料研发基础上，团队进一步面向核电厂实际应用场景开展器件和系统研制，重点解决系统性能调控、生产制造工艺控制以及运行环境适应性管理等问题，推动热电技术从材料层面走向工程化应用。
自供电无线监测仪表是目前较具代表性的应用方向之一。105所已开发出面向核电厂常见设备状态监测的无线仪表，包括温振传感器、液位计、温度传感器和温湿度传感器等。这类仪表集成热电转换模块，可利用现场温差实现自供电，无需额外布设供电线缆。相关产品已在某核电厂转动设备上安装应用，用于设备状态监测，有助于减少人员巡检频率，降低监测系统部署成本，并提高转动设备、电机、风机等设备故障监测的便利性。
在电气与仪控设备精准控温方面，热电材料同样展现出较强适用性。核电机组中的电气设备和仪控设备对温度较为敏感，传统电气柜通常采用顶部风扇冷却，难以对局部敏感元器件进行定点温控。基于热电材料制冷特性的精准控温方案，可直接面向柜内温度敏感部件实施局部冷却。报告显示，相关技术已在电气柜上开展现场试点，控温前后效果对比表明应用效果较好，为提升电气和仪控设备可靠性提供了新的工程手段。
热电制冷技术还可用于人员防护装备温控。核电厂部分作业环境具有高温、高辐射或特殊防护要求，工作人员穿戴气衣或类似防护服装后容易出现热舒适性问题，影响作业效率和持续时间。通过在防护装备中引入热电制冷模块，可对内部局部区域温度和舒适度进行实时控制，在兼顾轻便性和较长续航时间的前提下，提升人员作业舒适性并延长现场工作时间。
此外，热电材料还可用于部件冷却装置、现场报警装置、仪表电源替代、余热发电以及控制柜制冷等多类场景。对于温度敏感的电气设备、电子设备和关键部件，热电制冷可在局部温度异常升高时实现精准温度控制，提升设备可靠性和使用寿命。对于现场报警装置，热电自供电能力可支持就地安装，减少额外供电电缆需求。在部分改造项目中，热电材料还可作为仪表自供电电源，替代传统有线供电方式，降低改造复杂度。面向余热发电和控制柜制冷，热电材料则有望在辅助能源利用和局部温度管理中发挥作用。
面向未来，105所将继续围绕核电运行维护实际需求，拓展热电材料在更多场景中的应用边界，重点关注水下电源、工业电源等特殊供电方向。同时，团队也在持续跟踪国内外中高温热电材料发展。中高温热电材料在同位素电池和核电源领域具有重要潜力，国外尤其是美国已较多将其用于同位素电池，为深空探测等任务提供长期稳定电源；国内多家科研机构和院所也在积极开展相关研究。随着材料性能、器件可靠性和系统集成水平持续提升，热电材料有望在核电运维中形成更多可复制、可推广的应用方案，为核电厂降本增效、设备可靠运行和作业环境改善提供新的技术支撑。
