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绿色能源应用 | 变废为宝 能源再生

北极星环保网  来源:德派装配科技    2021/6/8 15:54:46  我要投稿  

北极星环保网讯:应对气候变化的措施有很多种,使用可再生能源便是其中之一。另外一种非常重要的手段是回收工业生产中释放的工业气体,但现状是这些工业气体往往被直接排放至大气中。

“很多工业流程中使用的工业气体都被直接排放至大气。我们原本的计划是开发一种可以利用这些气体的方法”,德派首席运营官Rolf Pfeiffer博士说,“回收工业气体并不是一个全新的创意,我们的创新之处在于采用了一个小巧、紧凑的分散式能量回收系统,即便是5至200千瓦的残留能量也能被有效转化为电能”。德派GET涡轮发电机可以应用于任何产生工业废能的场所。

2011年,拜罗伊特大学、东巴伐利亚技术学院安贝格魏登分院 (OTH) 和德派舒尔茨有限公司共同启动了一项由巴伐利亚研究基金赞助的联合研究计划。计划的目标是开发一种能源再利用的方法。三方已经成功将废热高效地转化为电能。

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▲合作伙伴(DEPRAG/KoKWK/FH/ZET)

如果剩余的势能以热量而非压力形式存在,则只能通过ORC循环等闭式回路法使用。在此基础上,三方开发了一个ORC循环测试设施,并且已经在拜罗伊特大学能源技术中心完成了安装和测试。与卓越中心合作的第二个研究项目(2015-2016)主要针对热电联产(KoKWK),进一步优化了系统和德派提供的核心涡轮发电机组,从而再次大幅提高了转化效率。

德派与其它合作方在拜罗伊特大学共同举办了一次客户发布会,对开发成果进行了展示。活动当天,与会者现场体验了ORC循环测试发电机,熟悉了具体的流程,对一体式GET涡轮发电机也有了更深的认识和了解。

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德派GET涡轮发电机

发电机外形紧凑,包含一台微膨胀涡轮并安装有利用气体发电的发电机。不含电气控制柜时,涡轮发电机的大小相当于一个小型鞋柜,可以安装在任何将气体从高压区输送至低压区的位置。这种转化过程中释放的压力能量很少被利用,造成了大量的能源浪费。

创新的GET涡轮发电机可将工艺流体中的能量转化为电能。气体进入涡轮后,被喷气机压缩、加速,进而接触涡轮机叶轮,释放能量。这种动能随后在发电机中转化为电能。在这一创新系统中,涡轮机和发电机共用一个轴,构成了一个紧凑的单元。这样,当涡轮机转动时,发电机的转子也同时转动。

德派GET涡轮发电机提供5 kW、30 kW、60 kW、120 kW和175 kW五种功率等级,可根据具体的工艺要求单独配置。需要为流体机械布局和每种涡轮发电机的设计定义具体的处理参数:介质类型、进口压力、出口压力、质量流以及进出口温度。德派专家还要求提供有关应用和处理条件的精确描述。

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▲德派GET涡轮发电机(5 kW)

专门开发的涡轮机计算模型可以为结构设计工程师提供辅助。模型与材料数据库连接,可确定不同操作点处不同工艺流体的流体特性。另外,还在软件中集成了损耗模型,并且经过了测量读数的验证。因此,它可以精确测定流体输送组件的几何结构。计算工具经过持续性的调整和完善,可快速高效地确定性能参数。这样便可以帮助客户大幅减少时间和成本。涡轮计算模型不仅支持单级轴流式涡轮机的流体机械设计,还可以用于计算双级轴流式涡轮机,即柯蒂斯汽轮机,以及悬臂涡轮机。

广泛的应用领域

GET涡轮发电机可同时用于开放式和封闭式流程。它可以设计用于不同的介质,例如压缩空气、天然气、二氧化碳、氮气、环戊烷或R245fa、R134a以及类似的冷却剂。例如,在拜罗伊特的ORC循环测试系统中,硅氧烷组中的六甲基二硅氧烷是被蒸发掉的。Rolf Pfeiffer博士说:“我们的能量回收系统可直接将工业气体转化为能量,也可将我们的GET设备集成至ORC循环流程中,间接使用余热。

使用德派涡轮发电机的能量回收系统可用于众多不同的应用领域,比如将天然气输送至数千公里之外时,可采纳 GET解决方案,实现理想的能量再利用应用选项。其中最大的挑战之一是满足防爆保护的高规格要求,以及多种审批监管,这些指令都是2017年首次执行。因此,GET涡轮可用于公共设施气体分配站:气体在通过管线输送后被压缩至较低的压力等级。扩展器将压力转化时产生的能量转化为电能。

热能也能以自然形式存在(地热能)。地下深处的热水(100 – 180°C)散发的热量被输送ORC循环中的热交换器。余热一般在热水经另外一个钻孔回流至地下前馈送至区域加热网。

固定应用(CHP、船用发动机)中的热源也可用于ORC循环中。基本上任何内燃机的热量都可在安装涡轮机后使用。即使非常高效的内燃机也只能将燃料的三分之一的能量转化为机械功。剩余60%的能量以废热的形式进入废气或冷却水中。利用这些废热的方法之一是采用循环流程,涡轮发电机是这一流程中的一个关键环节。回收的电能可供其它耗能设备使用,从而大幅提高整体能效。

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