在工业生产过程中，常常伴随有大量的废（余）热产生，其能量采用常规的手段难以得到高效、方便地回收。半导体温差发电技术，作为一种全固态的能量转换方式，在废热、余热利用方面具有其独特的优点，正逐渐受到关注。然而，目前对温差发电系统所涉及的多个不可逆过程尚缺乏完整、清晰的认识。另外，在实际应用中，低品位热源的参数常常会不断变化，使得温差发电装置的效率与输出功率也会随之波动，严重影响电能的利用或蓄积。充分认识中、低温温差发电系统的动态特性是开发高效余热回收温差发电系统的前提。　　在工业生产过程中，一些高温环境采用温差发电系统亦具有较广泛的前景，甚至可将其与常规（高温）热力设备结合以提高系统总的效率。然而，由于材料制备等方面的原因，目前针对高温温差发电技术的研究甚少，已有的研究大多仅关注系统整体的输出性能，对温差发电系统本身在高温热源下全面的工作特性尚不清楚。研究高温热源下温差发电系统的动、静态特性，在探寻能源高效利用方面具有重要的意义。　　为此，本文以低品位热能利用温差发电和高温热源直接温差发电的设备及系统为研究对象，通过理论分析、数值仿真和实验研究的手段，对温差发电系统在高低温工况下的动、静态特性进行分析，并探索提升系统性能的有效方法。　　具体工作及成果分述如下：　　（1）通过详细分析温差发电器的工作过程，在考虑半导体热电偶臂与周围环境对流散热的基础上，对温差发电器常用的性能计算模型进行了修正，推导出了温差发电器性能计算修正模型。基于修正模型，采用热力学第二定律分析方法（?分析），对温差发电器所涉及的各种内部不可逆过程进行了研究，揭示了温差发电技术在低品位废（余）热利用中的热力学规律。　　（2）根据温差发电的基本理论，建立了温差发电系统的动、静态模型，用于系统特性的分析。基于静态模型，对影响系统输出性能的各种因素进行了分析，结果显示，对中低温热源温差发电系统，其冷端的换热受不可逆因素影响较大，是制约系统性能提升的瓶颈。基于动态模型，研究了冷、热端工况突变后系统性能的动态变化过程，分析发现，当热源温度发生快速变化时，系统输出功率将产生急剧的变化，并出现较大的瞬时峰值。因此，为了保护用电设备，在系统设计与装置运行中需避免或减弱因热源波动而引起的输出功率的急剧变化。针对该问题，本文引入了一种“热开关”的思想，并对整合了热开关技术的温差发电系统进行了建模分析，分析表明，采用热开关的方法不但可以有效地提高温差发电系统的总发电效率，还能有效地保护相关设备。　　（3）搭建了一个温差发电静态性能分析实验装置，以及一套动态性能分析实验系统。通过实验验证了所建系统模型的正确性，并结合模型进一步研究温差发电系统的工作特性。研究发现，为了获得尽量大的输出功率，应当使负载电阻值尽可能地接近匹配电阻值，尤其不能使负载电阻值过小而导致输出功率急剧下降。此外，当利用温差发电器给蓄电池充电时，考虑到温差发电器自身内阻较大的特性，需根据实际情况提高温差发电器的开路电压，以避免因蓄电池接入电压过低（远小于温差发电器开路电压）而导致的充电失败。　　（4）设计制造了两种用于常规化石燃料燃烧装置的实用化温差发电器样机，研究了高温下温差发电系统的各种特性。通过改造商用燃气采暖/热水锅炉，构建了一个基于温差发电技术的自供电小型燃气采暖/热水锅炉。通过多种对比测试与建模热阻分析表明，高温工况下提升温差发电器性能的关键是如何有效地强化热端换热。采用天然气催化无焰燃烧为温差发电器提供热源的方式，构建了一个用于输气管道现场电子器件供电的温差发电装置。通过测试，对装置的燃烧与传热特性进行了分析，并提出了实用化的系统改进建议。