米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）、物理测量标准研究部、应用电工标准研究组、天谷康孝研究组、地圈资源与环境研究部、地下水研究组、国立大学法人研究所高级首席研究员井川丽夫、茨城大学研究生院理工学研究科、一之濑绫助理教授共同，泉水之间的温差进行“泉水温差发电”。并且气氛是可能的。利用产生的电力，我们成功地在没有电池的情况下测量泉水的温度，并通过无线通信自动收集数据。这项技术是固体中热和电的相互转化热电发电，因此不需要水轮机等运动部件，即使在没有水流的渠道中也可以发电。它还可以在阳光无法到达的阴凉处甚至夜间持续发电。利用该技术，可以以较低的维护成本进行连续的环境测量，并且可以在早期检测到人类活动引起的泉水变化。这样，通过利用泉水的热能作为电力来创造多方面的价值，有望为泉水这一区域资源的保护和可持续利用做出贡献。
这项技术的详细内容可以参见Elsevier出版的学术期刊《》能量转换与管理''。
从地下流到地表的泉水是支持当地生活方式、文化和土著信仰（例如水圣地）的宝贵来源。位于以丰富的地下水而闻名的松本盆地中心长野县松本市地下水丰富，以松本城下町泉群为代表，通过井水道为当地文化和生活增添色彩，至今仍是宝贵的旅游资源。另一方面，由于供水范围的扩大导致井数减少，以及道路扩建导致水道变成涵洞（地下水道），这种水边环境正在消失。但近年来有人提出TNFD是啊自然积极的角度来看，人们的注意力集中在通过公共和私人伙伴关系保护和可持续利用当地自然资源（生物多样性、空气、水、土壤、矿物质）。如果松本市的泉水能够创造新的利用价值，作为宝贵的当地资源，预计将比以往任何时候都为该地区的发展做出更大的贡献。
9745_9799热电材料/模块等的绩效评估，我们开发了满足社会需求的解决方案。产业技术研究院地圈资源环境研究部一直致力于解决环境问题所必需的水文学和水文地质研究以及地下开发利用相关技术的研究和开发。与此同时，茨城大学理工学院研究生院一直在以长野县松本市的泉水等当地资源为中心，对设计方法进行研究。此次，两家机构以创造泉水新价值为目标，共同研发利用泉水热能的发电技术。
这项研究和开发得到了独立行政机构日本学术振兴会科学研究补助金 (C) 的支持，“评估能量收集的设计问题以在水边空间创造价值以及如何引入它的实证研究”（2022-2025 年）（研究代表 Aya Ichinose）。
泉水的温度不受地表温度变化的影响，全年、昼夜几乎恒定，因此大气和泉水之间存在自然温差。利用将温差转化为电能的温差发电，我们设计了只需将其浸入泉水中即可发电的“泉水温差发电”，并开发了可以提供稳定电力供应的泉水温差发电装置。此外，通过将开发的发电装置实际安装在泉水中并发电，我们证明了无需电池即可测量水温并通过无线通信自动收集数据。
图1(a)示出了泉水温差发电装置。利用一侧浸入泉水中的圆柱形铜棒将热量引导到热电模块所在的表面，在夏季泉水温度低于大气时对热电模块的一侧进行冷却，在冬季当泉水温度高于大气时对热电模块的一侧进行加热。换句话说，夏季热能从大气流向泉水，冬季热能从泉水流向大气。另一方面，在热电模块的另一侧，与地面附近的外部空气进行有效的热交换。散热器已粘贴。该装置采用可弯曲的柔性热电模块，通过使圆柱形铜棒和热电模块紧密接触，我们设计了一种促进铜棒和热电模块之间热传递的方法。此外，散热器的翅片平行于重力方向安装，使得散热器能够通过对流有效地传递来自大气的热量。
这里假设泉水与大气温差较小的环境下，热电模块的输出电压约为几百mV，因此将输出电压升压至温度记录仪工作的电压直流-直流转换器是必须的。另外，为保证供电稳定，电容器与热电模块结合。温度记录仪使用具有液晶显示功能的无线温度记录仪（T&D TR42A）。
图1(a)开发的泉水温差发电装置(b)从上方观察的泉水温差发电装置的剖面图及放大图
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。
我们在长野县松本市（北纬3623°，东经13797°）的水道中安装温差发电装置进行了发电实验。松本市市区有丰富的水井和水道。在选择发电试验地点时，我们利用了产业技术研究院地质调查中心研究出版的日本水文地质图和地下水研究组的研究成果。此外，我们在当地居民的配合下，对全市分散的水道、水井的宽度、水温、深度等热环境进行了调查，并确定了安装位置（图2）。
图2 将泉水与大气之间的温差产生的电力提供给温度记录仪，以测量流经通道的泉水的温度
泉水温差发电是利用大气与泉水之间的温差进行发电。泉水的温度全年大致恒定在15摄氏度左右，但另一方面，温度会根据季节而变化，发电量也会相应变化。发电测试分不同季节进行：2022年5月、2022年8月、2022年11月、2023年1月（2月）（图3（a）至（d））。 5月日均发电量为31 mW，8月为42 mW，11月为11 mW，1月为145 mW。事实证明，除了泉水温度与大气温度相等的时段外，可以获得足够的电力来使无线温度记录仪全年稳定运行。特别是，我们在一月份气温低于冰点时发电效率最高。这是因为此时是泉水与大气温差最大的季节。另外，由于晚上有温差，我们白天和晚上都可以发电。
我们还进行了一项实验，其中使用 2022 年 5 月产生的电力为温度记录仪供电。泉水温度全天稳定在15℃左右。另一方面，由于测试期间天气多为晴天，白天大气温度达到30摄氏度，夜间降至17摄氏度。无线温度记录仪没有电池，但当设备放置在水道中时，电容器开始充电，当达到预定的充电电压时，它启动并成功测量水温。测量数据也可以无线传输到智能手机（图 4(a)）。最后，我们展示了由泉水温差发电装置供电的温度记录仪获得的水温测量结果（图4（b））。尽管由于阳光的热量，泉水的温度在白天略有上升，但我们能够成功测量到夜间温度保持恒定。该结果也与使用配备电池的温度记录仪获得的结果一致。这样，通过将其与电容器结合，我们证明即使泉水和大气之间的温差变小，电容器中充电的额外电力也可以使温度记录仪连续运行并通过无线通信收集数据。而且，由于利用泉水的热能作为电能，只要泉水与大气之间存在温差，就不必担心电池耗尽。利用该技术，不仅可以测量泉水的温度和气温，还可以测量湿度和压力等各种环境测量。连续的环境测量有助于及早发现人类活动引起的泉水变化。这样，通过展示泉水的多方面价值，就有可能重新获得当地居民的兴趣，从而有望促进当地资源的保护和可持续利用，包括恢复当地濒临丧失的滨水环境。
图3 泉水温差发电电量的季节波动 (a) 2022年5月 (b) 2022年8月 (c) 2022年11月 (d) 2023年1月和2月
*原始论文中的数字被引用或修改。
图 4 (a) 如何通过热电模块对电容器充电。充电测试当天（2022 年 5 月 5 日）的泉水和大气温度也显示在同一图表的第二轴上。 (b)用泉水温差发电装置驱动的温度记录仪测量泉水温度。作为参考，还显示了用电池供电的温度记录仪测量的泉水温度。
*原始论文中的数字被引用或修改。
地下水的存在，即泉水的来源，对于这项技术很重要，不仅限于上面提到的TNFD和Nature Positive，还包括它于2014年实施的事实水循环基本定律，国家和地方政府有义务努力收集、分析和分析地下水管理信息，以维持健康的水循环。确保地下水保护和管理的预算和人员长期以来一直是各国政府面临的一个问题，但如果可以发展这一系统，并建立一个包括水位和水质等其他项目的无电池远程监测系统，就有可能减轻一直以来存在的人力和财政负担。此外，我们希望通过对居民的调查，对如何利用微电进行综合分析，并对考虑景观的发电设备设计进行基础研究，提高泉水作为当地资源的价值。
已出版的杂志：能量转换和管理
论文标题：使用柔性热电发电机从泉水中收集热能
作者：天谷泰隆†，一之濑绫†、Reo Ikawa、Moeno Sakamoto、Takumi Ogiya、Momoe Konishi、Kenjiro Okawa、Norihiko Sakamoto 和 Nobu-Hisa Kaneko
†两位作者都是本研究的共同主要作者
DOI：doiorg/101016/jenconman2024118605