Как постояннотоковият генератор (PMG) подобрява ефективността на преобразуването на енергия в проекти за рекуперация на топлинна енергия от отпадъчни потоци

В проект за рекуперация на топлинна енергия генераторът често се разглежда като последния компонент в веригата: източник на топлина, топлообменник, експанзор, генератор, електрическа мрежа или товар. Този поглед пропуска важен инженерен аспект. Електрическата машина влияе върху това колко от полезната механична работа на вала на експанзора действително достига до електрическата шина. Генератор с постоянни магнити (PMG) може да подобри тази последна стъпка от преобразуването, като избягва загубите от възбуждане на ротора, реагира добре на промени в скоростта и запазва практически ефективност, дори когато топлинният източник не осигурява постоянни условия, съответстващи на проектните параметри.

Това не превръща постояннотоковия генератор (PMG) в универсално средство за справяне със слабия случай на отпадно топлинно използване. Качеството на топлината, температурната разлика, ефективността на топлообменника, изборът на разширител, силовата електроника и паразитните натоварвания все още определят максималния потенциал на проекта. Но където термично-механическата част е жизнеспособна, постояннотоковият генератор (PMG) предоставя на проектните екипи по-ефективен начин за защита на нетната електрическа мощност.

Започнете с цялата верига от топлина към електричество

Промишленото отпадно топлинно използване представлява значителна възможност, но не всичко от него е еднакво възстановимо. Според оценка на Министерството на енергетиката на САЩ приблизително 20 % до 50 % от енергията, използвана в промишлени процеси, в крайна сметка се отделя като отпадна топлина, като голяма част от тази топлина е под 232 °C. Нискотемпературните потоци са особено предизвикателни, тъй като по-малката температурна разлика намалява количеството полезна работа, която може да бъде извлечена от разширителя.

Затова генераторът трябва да се оценява като част от баланса на цялата система, а не като изолирана стойност за ефективността по табелката. Ключовият въпрос е: след термичните загуби, мощността за помпене, загубите в разширителя, корекцията или инверсията, загубите в кабелите и потреблението на контролния блок, колко стабилна електрическа енергия остава? Постоянният магнитен генератор (PMG) има стойност, когато намалява избегаемите електрически загуби в целия диапазон на работа, който обектът всъщност ще изпита.

Защо постоянните магнитни генератори (PMG) променят картината на електрическите загуби

Без електрическа мощност за възбуждане на роторното магнитно поле

В конвенционален генератор с навита възбудителна намотка се използва електрическа мощност за създаване на магнитното поле на ротора. PMG-ът използва постоянни магнити вместо това. Това елиминира постоянната необходимост от възбуждане и свързаните с нея загуби в роторната намотка. Предимството е очевидно: по-голяма част от механичния въртящ момент, доставен от турбината или другия първичен двигател, може да се преобразува в изходна мощност, вместо да се изразходва за поддържане на магнитното поле.

Големината на тази предимност зависи от конструкцията на машината и цикъла на натоварване, затова не трябва да се представя като фиксиран процент. Въпреки това механизмът има значение за рекуперацията на топлинните загуби, тъй като нетното производство често е ограничено от крайно и променливо топлинно ресурс. Когато всяко допълнително натоварване има значение, елиминирането на подсистемата за възбуждане опростява бюджета на загубите.

Ефективна работа при променящи се скорост и натоварване

Топлинните загуби рядко се държат като лабораторен топлинен източник. Потокът от изпускателните газове се променя според производствения график, температурите се колебаят по време на пускане, а атмосферните условия влияят върху кондензиращото оборудване. В резултат на това органичен Ренкинов цикъл или подобна система за рекуперация може да работи с изходна мощност под проектната в продължение на значими периоди. Добре подбран постоянен магнитен генератор (PMG) може да поддържа висока ефективност при променлива скорост, когато е комбиниран с подходящи устройства за изправяне и инвертиране.

Това често се описва твърде общо като „ПМГ са по-ефективни“. По-точно казано, практическият предимство може да е най-силно, когато работният режим включва периоди извън номиналната товарна мощност. Задачата при избора е следователно да се сравняват карти на ефективността в очакваните точки по въртящ момент и скорост, а не просто да се сравняват най-високите показатели от две технически спецификации.

Непосредственото свързване може да намали броя на механичните интерфейси

Много системи за възстановяване на енергия използват високоскоростен разширител. Ако избраният генератор може да се съгласува директно с оборотите на вала, проектът може да избегне употребата на редуктор или да намали механичната сложност между разширителя и генератора. По-малко интерфейси означават по-малко източници на триене, по-ниски изисквания към смазването, по-голяма чувствителност към подравняването и по-ниски механични загуби. Непосредственото свързване не е автоматично правилно решение: то трябва да се провери спрямо изискванията към скоростта, лагерите, роторната динамика, експлоатационните условия и честотата на изходния електрически сигнал. То е просто един от възможните системни варианти, който заслужава ранна оценка.

Където ефективностното подобрение е най-съществено

Постоянномагнитният генератор (PMG) обикновено е най-привлекателен, когато проектът има променливо топлинно въвеждане, високи часове на работа, ограничено място за допълнително оборудване или ясна необходимост от минимизиране на нетното паразитно потребление. Типични приложения включват възстановяване на топлина от изпускателните газове на двигатели и турбини, технологична топлина от пещи или фурни и отдалечени или разпределени енергийни обекти, където възстановената електроенергия компенсира местните натоварвания.

За екипи, които също оценяват Двигател с постоянни магнити (PMSM) в помпи, вентилатори или технологични предавки, прилага се същата дисциплина на системно ниво. Високоэффективната предавка може да намали електрическото търсене на предприятието, докато PMG-ът преобразува възстановената мощност от вала в употребяема електрическа енергия. Това са различни машини с различни функции, но и двете трябва да се оценяват спрямо действителния профил на натоварването, а не само спрямо техните номинални стойности.

Практична работна последователност за проекти по утилизация на отпадъчна топлина

• Опишете източника на топлина. Запишете температурата, дебита, променливостта, замърсяващите вещества, работните часове и планираните промени в производството. Това установява дали наличната топлина може да задвижи цикъл за възстановяване надеждно.
• Създайте модел за нето-изход. Включете загубите при пренос на топлина, ефективността на експандера, ефективността на генератора при множество работни точки, загубите в преобразувателя, натоварването от охлаждане или помпене, както и загубите в трансформатора или кабелите. Моделирайте годишната енергия, а не само пиковата мощност в kW.
• Съгласувайте скоростта, въртящия момент и напрежението. Потвърдете диапазона на скоростта на вала на експандера и неговото поведение при преходни режими, след което изберете броя на полюсите на постояннотоковия генератор (PMG), намотката, класа на изолацията, системата за охлаждане и топологията на силовата електроника съответно.
• Проверете картата на частичната натовареност. Поискайте информация за ефективността при очакваните работни точки. Висока номинална ефективност може да не осигури най-високата годишна продукция, ако топлинният източник поддържа системата при по-ниска част от номиналната ѝ мощност.
• Планиране на интеграция и защита. Определяне на изискванията за корекция, управление на инвертора, свързване с мрежата или управление на натоварването, защита при прекалено висока скорост, обработка на повреди, заземяване и граници за хармоници преди окончателното определяне на оборудването.
• Пускане в експлоатация спрямо измерени условия. Сравняване на действителните температури, скорост на вала, електрическия изход и допълнителното потребление с проектния модел. Това разкрива дали загубите са в генератора, топлинната верига, системата за управление или интерфейса с обекта.

Чести грешки, които намаляват възстановената енергия

Какво да попитате доставчика на постояннотокови генератори (PMG), преди да вземете решение

Искайте повече от номиналната изходна мощност. Полезно техническо обсъждане включва непрекъснатия и преходния диапазон на скоростите, кривата на въртящия момент, картата на ефективността, метода на охлаждане, изискванията към изолацията и корпуса, подредбата на лагерите, допустимите условия на околна среда, съвместимостта с изправител или инвертор и стратегията за защита. Трябва също така да се уточни кой е отговорен за граничната зона на интеграция между експандера, генератора и системата за управление.

За персонализирани проекти възможността за вътрешно проектиране и навиване може да направи този диалог по-непосредствен, тъй като конфигурацията на навиването, напрежението и механичните интерфейси могат да се анализират във връзка с приложението, а не да се налагат в рамките на обобщен каталог. Инженерната цел не е да се посочи най-голямата възможна мощност на постояннотоковия генератор (PMG), а да се получи предвидима нетна енергия в киловатчасове (kWh) за целия обект в реалния му термичен работен цикъл.

Ако оценявате търговски постоянни магнитни двигатели за продан и имате нужда от инженерно проектирано задвижване, което гарантира ефективност и дълготрайност, ENNENG е вашият доверен партньор. Свържете се с ENNENG днес .Поговорете с нашия технически инженерен екип, за да получите персонализирано предложение за задвижване.

• Уотсап: +86 18562780228
• Имейл:  [email protected]
• Телефон:  +86 532 66000559