應對氣候變化的措施有很多種,使用可再生能源便是其中之一。另外一種非常重要的手段是回收工業生產中釋放的工業氣體,但現狀是這些工業氣體往往被直接排放至大氣中。
“很多工業流程中使用的工業氣體都被直接排放至大氣。我們原本的計劃是開發一種可以利用這些氣體的方法”,德派首席運營官Rolf Pfeiffer博士說,“回收工業氣體并不是一個全新的創意,我們的創新之處在于采用了一個小巧、緊湊的分散式能量回收系統,即便是5至200千瓦的殘留能量也能被有效轉化為電能”。德派GET渦輪發電機可以應用于任何產生工業廢能的場所。
2011年,拜羅伊特大學、東巴伐利亞技術學院安貝格魏登分院 (OTH) 和德派舒爾茨有限公司共同啟動了一項由巴伐利亞研究基金贊助的聯合研究計劃。計劃的目標是開發一種能源再利用的方法。三方已經成功將廢熱高效地轉化為電能。
如果剩余的勢能以熱量而非壓力形式存在,則只能通過ORC循環等閉式回路法使用。在此基礎上,三方開發了一個ORC循環測試設施,并且已經在拜羅伊特大學能源技術中心完成了安裝和測試。與卓越中心合作的第二個研究項目(2015-2016)主要針對熱電聯產(KoKWK),進一步優化了系統和德派提供的核心渦輪發電機組,從而再次大幅提高了轉化效率。
德派與其它合作方在拜羅伊特大學共同舉辦了一次客戶發布會,對開發成果進行了展示。活動當天,與會者現場體驗了ORC循環測試發電機,熟悉了具體的流程,對一體式GET渦輪發電機也有了更深的認識和了解。
德派GET渦輪發電機
發電機外形緊湊,包含一臺微膨脹渦輪并安裝有利用氣體發電的發電機。不含電氣控制柜時,渦輪發電機的大小相當于一個小型鞋柜,可以安裝在任何將氣體從高壓區輸送至低壓區的位置。這種轉化過程中釋放的壓力能量很少被利用,造成了大量的能源浪費。
創新的GET渦輪發電機可將工藝流體中的能量轉化為電能。氣體進入渦輪后,被噴氣機壓縮、加速,進而接觸渦輪機葉輪,釋放能量。這種動能隨后在發電機中轉化為電能。在這一創新系統中,渦輪機和發電機共用一個軸,構成了一個緊湊的單元。這樣,當渦輪機轉動時,發電機的轉子也同時轉動。
德派GET渦輪發電機提供5 kW、30 kW、60 kW、120 kW和175 kW五種功率等級,可根據具體的工藝要求單獨配置。需要為流體機械布局和每種渦輪發電機的設計定義具體的處理參數:介質類型、進口壓力、出口壓力、質量流以及進出口溫度。德派專家還要求提供有關應用和處理條件的精確描述。

德派GET渦輪發電機(5 kW)
專門開發的渦輪機計算模型可以為結構設計工程師提供輔助。模型與材料數據庫連接,可確定不同操作點處不同工藝流體的流體特性。另外,還在軟件中集成了損耗模型,并且經過了測量讀數的驗證。因此,它可以精確測定流體輸送組件的幾何結構。計算工具經過持續性的調整和完善,可快速高效地確定性能參數。這樣便可以幫助客戶大幅減少時間和成本。渦輪計算模型不僅支持單級軸流式渦輪機的流體機械設計,還可以用于計算雙級軸流式渦輪機,即柯蒂斯汽輪機,以及懸臂渦輪機。
廣泛的應用領域
GET渦輪發電機可同時用于開放式和封閉式流程。它可以設計用于不同的介質,例如壓縮空氣、天然氣、二氧化碳、氮氣、環戊烷或R245fa、R134a以及類似的冷卻劑。例如,在拜羅伊特的ORC循環測試系統中,硅氧烷組中的六甲基二硅氧烷是被蒸發掉的。Rolf Pfeiffer博士說:“我們的能量回收系統可直接將工業氣體轉化為能量,也可將我們的GET設備集成至ORC循環流程中,間接使用余熱。
使用德派渦輪發電機的能量回收系統可用于眾多不同的應用領域,比如將天然氣輸送至數千公里之外時,可采納 GET解決方案,實現理想的能量再利用應用選項。其中最大的挑戰之一是滿足防爆保護的高規格要求,以及多種審批監管,這些指令都是2017年首次執行。因此,GET渦輪可用于公共設施氣體分配站:氣體在通過管線輸送后被壓縮至較低的壓力等級。擴展器將壓力轉化時產生的能量轉化為電能。
熱能也能以自然形式存在(地熱能)。地下深處的熱水(100 – 180°C)散發的熱量被輸送ORC循環中的熱交換器。余熱一般在熱水經另外一個鉆孔回流至地下前饋送至區域加熱網。
固定應用(CHP、船用發動機)中的熱源也可用于ORC循環中。基本上任何內燃機的熱量都可在安裝渦輪機后使用。即使非常高效的內燃機也只能將燃料的三分之一的能量轉化為機械功。剩余60%的能量以廢熱的形式進入廢氣或冷卻水中。利用這些廢熱的方法之一是采用循環流程,渦輪發電機是這一流程中的一個關鍵環節。回收的電能可供其它耗能設備使用,從而大幅提高整體能效。
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