Jak permanentní magnet generátor (PMG) zvyšuje účinnost přeměny energie v projektech využití odpadního tepla

V projektu využití odpadního tepla je generátor často považován za poslední komponentu řetězce: zdroj tepla, výměník tepla, expandér, generátor, rozvodná síť nebo zátěž. Tento pohled však vynechává důležitý inženýrský aspekt. Elektrický stroj ovlivňuje, jaká část užitečné hřídelové práce expandéru skutečně dosáhne sběrnice. Stálý magnetický generátor (PMG) může tuto poslední konverzní fázi zlepšit tím, že eliminuje ztráty buzení rotoru, dobře reaguje na změny otáček a udržuje praktickou účinnost i tehdy, když tepelný zdroj nepodporuje ustálený návrhový stav.

To neznamená, že PMG je univerzálním řešením pro případ slabého odpadního tepla. Kvalita tepla, rozdíl teplot, výkon výměníku tepla, výběr expandéru, výkonová elektronika a parazitní zátěž stále určují horní hranici projektu. Pokud je však tepelná část přeměny na mechanickou energii životaschopná, trvalý magnetický generátor (PMG) poskytuje projektovým týmům užitečnější způsob, jak chránit čistý elektrický výstup.

Začněte s celým řetězcem přeměny tepla na elektřinu

Odpadní průmyslové teplo představuje významnou příležitost, avšak není všechno stejně využitelné. Podle hodnocení amerického ministerstva energetiky (U.S. Department of Energy) se přibližně 20 až 50 % energie spotřebované v průmyslových procesech nakonec uvolní ve formě odpadního tepla, přičemž většina tohoto tepla má teplotu pod 232 °C. Nízkoteplotní proudy jsou zvláště náročné, protože menší rozdíl teplot snižuje množství užitečné práce, kterou lze získat pomocí expandéru.

Proto by měl být generátor posuzován jako součást celkové bilance systému, nikoli jako izolované číslo účinnosti uvedené na typovém štítku. Klíčovou otázkou je: kolik stabilní elektrické energie zůstane po odečtení tepelných ztrát, výkonu potřebného k čerpání, ztrát expandéru, usměrnění nebo převodu (invertoru), ztrát v kabelech a spotřeby řídicího systému? Trvalý magnetický generátor (PMG) má hodnotu tehdy, pokud snižuje nepotřebné elektrické ztráty v celém provozním rozsahu, který dané místo skutečně zažije.

Proč trvalý magnetický generátor (PMG) mění obraz elektrických ztrát

Žádný výkon pro budicí pole rotoru

V konvenčním generátoru s vinutým polem se elektrický výkon používá k vytvoření magnetického pole rotoru. PMG místo toho využívá trvalé magnety. Tím se odstraňuje neustálá potřeba výkonu pro budicí pole a související ztráty ve vinutí rotoru. Výhoda je zřejmá: větší část mechanického krouticího momentu dodávaného turbínou nebo jiným hnacím strojem lze převést na užitečný výstup, místo aby byla spotřebována na udržení magnetického pole.

Velikost tohoto přínosu závisí na konstrukci stroje a provozním cyklu, proto by neměla být uváděna jako pevné procento. Přesto je tento mechanismus důležitý pro využití odpadního tepla, neboť celková výroba je často omezena konečným a proměnným tepelným zdrojem. Když každá pomocná zátěž počítá, odstranění budicího subsystému zjednodušuje bilanci ztrát.

Efektivní provoz při měnící se rychlosti a zátěži

Odpadní teplo se zřídka chová jako laboratorní tepelný zdroj. Průtok výfukových plynů se mění podle výrobních plánů, teploty se během startu mění a okolní podmínky ovlivňují kondenzační zařízení. V důsledku toho může organický Rankinův cyklus nebo podobný systém využití odpadního tepla po významné doby pracovat pod návrhovým výkonem. Dobře přizpůsobený trvalý magnetický generátor (PMG) může udržovat vysokou účinnost i při provozu s proměnnou rychlostí, pokud je kombinován s vhodnými usměrňovacími a invertorovými řídicími systémy.

Toto se často popisuje příliš obecně jako „PMG jsou účinnější.“ Přesněji řečeno může být praktická výhoda nejvýraznější, pokud provozní profil zahrnuje i provoz mimo jmenovitý výkon. Úkolem výběru je proto porovnat mapy účinnosti v očekávaných bodech točivého momentu a otáček, nikoli pouze porovnat nejvyšší uváděné hodnoty na dvou technických listech.

Přímé spojení může snížit počet mechanických rozhraní

Mnoho systémů pro využití odpadní energie využívá expandér s vysokými otáčkami. Pokud lze vybraný generátor přímo přizpůsobit otáčkám hřídele, může konstrukce vyhnout převodovce nebo snížit mechanickou složitost mezi expandérem a generátorem. Menší počet rozhraní může znamenat menší počet zdrojů tření, požadavků na mazání, citlivosti na seřízení polohy a mechanických ztrát. Přímé spojení není automaticky správné: musí být ověřeno vzhledem k požadavkům na otáčky, ložiska, rotordynamiku, provozní podmínky a elektrickou frekvenci. Je to prostě jedna z možností systému, kterou stojí za to vyhodnotit již v rané fázi.

Tam, kde je zisk účinnosti nejvíce relevantní

Trvalý magnetický generátor (PMG) je obvykle nejvíce výhodný, pokud projekt má proměnný tepelný vstup, vysoký počet provozních hodin, omezené místo pro pomocné zařízení nebo jasnou potřebu minimalizovat celkovou parazitní spotřebu. Typické aplikace zahrnují rekuperaci tepla z výfukových plynů spalovacích motorů a turbín, procesní teplo z pecí nebo troub a vzdálená nebo distribuovaná energetická zařízení, kde rekuperovaný elektrický výkon kompenzuje místní zátěž.

Pro týmy, které také posuzují Motoru s trvalými magnety (PMSM) v čerpadlech, ventilátorech nebo procesních pohonech, platí stejný systémový přístup. Vysokou účinnost má pohon, který snižuje elektrickou poptávku v továrně, zatímco PMG přeměňuje rekuperovaný hřídelový výkon na použitelnou elektrickou energii. Jedná se o různé stroje s různými úkoly, avšak oba by měly být posuzovány na základě skutečného profilu zátěže, nikoli pouze na základě jejich jmenovitých hodnot.

Praktický postup výběru pro projekty využívající odpadní teplo

• Charakterizujte zdroj tepla. Zaznamenejte teplotu, průtok, proměnlivost, kontaminanty, provozní dobu a plánované změny výroby. Tím zjistíte, zda je dostupné teplo schopno spolehlivě pohánět cyklus získávání tepla.
• Vytvořte model čistého výstupu. Zahrňte ztráty přenosu tepla, výkon expandéru, účinnost generátoru v několika bodech, ztráty měniče, zátěž chlazení nebo čerpání a ztráty transformátoru nebo kabelů. Modelujte roční energii, nikoli pouze špičkový výkon ve watech.
• Přizpůsobte otáčky, kroutící moment a napětí. Potvrďte rozsah otáček hřídele expandéru a jeho přechodové chování, poté vyberte počet pólů trvalého magnetického generátoru (PMG), vinutí, třídu izolace, uspořádání chlazení a topologii výkonové elektroniky.
• Zkontrolujte mapu částečného zatížení. Požádejte o informace o účinnosti v předpokládaných provozních bodech. Vysoká jmenovitá účinnost nemusí zajistit nejvyšší roční výnos, pokud tepelný zdroj udržuje systém na nižší části jmenovitého výkonu.
• Plánování integrace a ochrany. Před finalizací zařízení definujte požadavky na nápravu, řízení měniče, připojení k síti nebo správu zátěže, ochranu proti nadměrné rychlosti, zpracování poruch, uzemnění a limity harmonických složek.
• Uvedení do provozu na základě naměřených podmínek. Porovnejte skutečné teploty, otáčky hřídele, elektrický výkon a spotřebu pomocných zařízení s návrhovým modelem. Tím zjistíte, zda jsou ztráty v generátoru, tepelném okruhu, řídicích systémech nebo rozhraní s lokalitou.

Běžné chyby snižující využitou energii

Co se zeptat dodavatele trvalého magnetického generátoru (PMG) ještě před závazkem

Žádejte více než jen jmenovitý výkon. Užitečná technická diskuze zahrnuje spojitý a přechodový rozsah otáček, charakteristiku točivého momentu, mapu účinnosti, způsob chlazení, požadavky na izolaci a krytí, uspořádání ložisek, povolené okolní podmínky, kompatibilitu s usměrňovačem nebo měničem a strategii ochrany. Mělo by se také jasně určit, kdo má odpovědnost za integrační rozhraní mezi expandérem, generátorem a řídicím systémem.

U individuálních projektů může vlastní návrhová a vinutí schopnost umožnit přímější komunikaci, protože konfigurace vinutí, napětí a mechanické rozhraní lze posoudit ve vztahu k dané aplikaci místo toho, aby byly nuceny do obecného katalogového rámce. Technickým cílem není dosáhnout nejvyšší možné hodnoty výkonu PMG, ale získat předvídatelný celkový výkon v kWh v reálném tepelném provozním cyklu na daném místě.

Pokud posuzujete komerční trvalé magnetické motory k prodeji a potřebujete technicky navržené řídicí řešení, které zaručuje účinnost a dlouhou životnost, je ENNENG vaším důvěryhodným partnerem. Kontaktujte ENNENG ještě dnes .Promluvte si s naším technickým inženýrským týmem, abyste obdrželi přizpůsobený návrh řídicího systému.

• WhatsApp:+86 18562780228
• E-mail: [email protected]
• Telefon:  +86 532 66000559