Ako permanentný magnetický generátor PMG zvyšuje účinnosť energového premenovania v projektoch využívania odpadového tepla

V projekte využitia odpadového tepla sa generátor často považuje za poslednú zložku v reťazci: zdroj tepla, výmenník tepla, expandér, generátor, elektrická sieť alebo záťaž. Tento pohľad však vynecháva dôležitý inžiniersky aspekt. Elektrický stroj ovplyvňuje, aká časť užitočnej hriadeľovej práce expandéra skutočne dosiahne zbernicu. Trvalý magnetický generátor (PMG) môže zlepšiť túto poslednú konverznú fázu tým, že sa vyhne stratám vzbudenia rotora, dobre reaguje na meniace sa otáčky a udržiava praktickú účinnosť aj v prípadoch, keď tepelný zdroj nepodporuje stály návrhový stav.

To neznamená, že PMG je univerzálnym riešením pre prípad slabého odpadového tepla. Kvalita tepla, rozdiel teplôt, výkon výmenníka tepla, výber expandéra, výkonová elektronika a parazitné zaťaženia stále určujú horný limit projektu. Avšak tam, kde je tepelno-mechanická časť životaschopná, permanentný magnetický generátor (PMG) poskytuje projektovým tímom užitočnejší spôsob ochrany čistého elektrického výstupu.

Začnite celým reťazcom od tepla na elektrinu

Priemyselné odpadové teplo predstavuje významnú príležitosť, avšak nie je všetko rovnako využiteľné. Podľa hodnotenia U.S. Department of Energy sa približne 20 % až 50 % energie spotrebovanej v priemyselných procesoch nakoniec uvoľní ako odpadové teplo, pričom veľká časť tohto tepla má teplotu nižšiu ako 232 °C. Nízkoteplotné prúdy sú obzvlášť náročné, pretože menší rozdiel teplôt znižuje množstvo užitočnej práce, ktorú môže expandér získať.

Preto by sa generátor mal posudzovať ako súčasť celkovej bilancie systému, nie izolovane podľa údaja o účinnosti na typovom štítku. Relevantnou otázkou je: koľko stabilnej elektrickej energie zostane po odpočítaní tepelných strát, výkonu potrebného na čerpanie, strát expanzéra, usmerňovania alebo pretáčania, strát v kábloch a spotreby riadiaceho zariadenia? Permanentný magnetický generátor (PMG) má hodnotu vtedy, keď zníži vyhnutelné elektrické straty v celom rozsahu prevádzky, ktorý dané miesto skutočne zažije.

Prečo permanentný magnetický generátor (PMG) mení obraz elektrických strát

Žiadna elektrická energia na budenie rotora

V konvenčnom generátore s vinutím na budenie sa elektrická energia používa na vytvorenie magnetického poľa rotora. PMG namiesto toho využíva permanentné magnety. Tým sa odstraňuje trvalá potreba energie na budenie poľa a s ňou spojené straty v rotorovom vinutí. Výhoda je priamočiara: väčšia časť mechanického krútiaceho momentu dodávaného turbínou alebo iným hnacím strojom sa môže premeniť na výstupný elektrický výkon namiesto toho, aby sa spotrebovala na udržanie magnetického poľa.

Veľkosť tohto výhodného efektu závisí od konštrukcie stroja a režimu prevádzky, preto by sa nemala uvádzať ako pevné percento. Napriek tomu je tento mechanizmus dôležitý pri získavaní odpadového tepla, pretože celková výroba je často obmedzená konečným a premenným tepelným zdrojom. Keď každá pomocná záťaž má význam, odstránenie podmagnetovacieho subsystému zjednodušuje bilanciu strát.

Efektívna prevádzka pri meniacich sa rýchlostiach a zaťaženiach

Odpadové teplo zriedka funguje ako laboratórny tepelný zdroj. Prietok výfukových plynov sa mení podľa výrobného plánu, teploty sa počas štartu menia a vonkajšie podmienky ovplyvňujú kondenzačné zariadenia. V dôsledku toho môže organický Rankinov cyklus alebo podobný systém na získavanie energie z odpadového tepla po dobu významných časových úsekov pracovať pod návrhovým výkonom. Dobre prispôsobený trvalý magnetický generátor (PMG) dokáže udržiavať vysokú účinnosť pri prevádzke s premennou rýchlosťou, ak je správne spárovaný s vhodnými usmerňovacími a invertorovými riadiacimi obvodmi.

Toto sa často popisuje príliš všeobecne ako „PMG sú účinnejšie.“ Presnejšie povedané, praktická výhoda môže byť najväčšia vtedy, keď prevádzkový profil strávi čas mimo menovitého zaťaženia. Úlohou pri výbere je preto porovnať mapy účinnosti v očakávaných bodoch krútiaceho momentu a otáčok, nie len porovnať najvyššie uvádzané čísla na dvoch technických listoch.

Priame spojenie môže znížiť počet mechanických rozhraní

Mnoho systémov na získavanie energie využíva expandér s vysokými otáčkami. Ak sa vybraný generátor dá priamo prispôsobiť rýchlosti hriadeľa, návrh môže vyhnúť použitiu prevodovky alebo znížiť mechanickú zložitosť medzi expandérom a generátorom. Menší počet rozhraní môže znamenať menej zdrojov trenia, požiadaviek na mazanie, citlivosti na zosadenie a mechanických strát. Priame spojenie nie je automaticky správne: musí byť overené z hľadiska rýchlosti, ložísk, rotordynamiky, prevádzkových podmienok a požiadaviek na elektrickú frekvenciu. Je to jednoducho jedna z možností systému, ktorú stojí za to skoro na začiatku posúdiť.

Tam, kde je zvýšenie účinnosti najviac významné

Trvalý magnetický generátor (PMG) je zvyčajne najvýhodnejší v prípade projektov s premenným tepelným vstupom, vysokým počtom prevádzkových hodín, obmedzeným miestom pre pomocné zariadenia alebo jasnou potrebou minimalizovať celkovú parazitnú spotrebu. Typické aplikácie zahŕňajú odber odpadového tepla z motorov a turbín, procesné teplo z pecí alebo pecí na vypaľovanie a diaľkové alebo distribuované energetické miesta, kde sa obnovenej elektrickej energie využíva na pokrytie lokálnych zaťažení.

Pre tímy, ktoré tiež posudzujú Motor s permanentnými magnetmi (PMSM) v čerpadlách, ventilátoroch alebo procesných pohonných zariadeniach, platí rovnaký systémový prístup. Vysokoúčinný pohonný systém môže znížiť elektrickú spotrebu v závode, zatiaľ čo PMG premení získaný výkon na hriadeli na využiteľnú elektrickú energiu. Ide o rozdielne stroje s rozdielnymi úlohami, avšak oba by mali byť posudzované na základe skutočného profilu zaťaženia, nie len na základe ich hodnôt pri menovitom bode.

Praktický pracovný postup pre výber riešení pre projekty využívajúce odpadové teplo

• Charakterizujte zdroj tepla. Zaznamenajte teplotu, prietok, premennosť, kontaminanty, prevádzkové hodiny a plánované zmeny výroby. Tým sa zistí, či je dostupné teplo schopné spoľahlivo poháňať cyklus rekuperácie.
• Vytvorte model čistého výstupu. Zahrňte straty prenosu tepla, výkon expandéra, účinnosť generátora v niekoľkých bodoch, straty meniča, chladiace alebo čerpadlové zaťaženie a straty transformátora alebo kábla. Modelujte ročnú energiu, nie iba špičkový výkon v kW.
• Zabezpečte zhodu rýchlosti, krútiaceho momentu a napätia. Potvrďte rozsah otáčok hriadeľa expandéra a jeho prechodné správanie, potom príslušne vyberte počet pólov trvalého magnetického generátora (PMG), vinutie, triedu izolácie, usporiadanie chladenia a topológiu výkonových elektronických komponentov.
• Skontrolujte mapu čiastkového zaťaženia. Požiadajte o informácie o účinnosti v predpokladaných prevádzkových bodoch. Vysoká menovitá účinnosť nemusí zaručiť najvyšší ročný výnos, ak tepelný zdroj udržiava systém v nižšej časti menovitého výkonu.
• Plánovať integráciu a ochranu. Pred finalizáciou zariadenia definovať požiadavky na korekciu, riadenie meniča, pripojenie k sieti alebo riadenie zaťaženia, ochranu proti prekrúteniu, odstraňovanie porúch, uzemnenie a obmedzenia harmonických zložiek.
• Uvedenie do prevádzky na základe nameraných podmienok. Porovnať skutočné teploty, rýchlosť hriadeľa, elektrický výkon a spotrebu pomocných zariadení so výpočtovým modelom. Tým sa odhalí, či straty vznikajú v generátore, tepelnom cykle, riadiacom systéme alebo na rozhraní s miestom inštalácie.

Bežné chyby, ktoré znížia využitú energiu

Čo sa opýtať dodávateľa trvalého magnetického generátora (PMG), kým sa zaviazete

Požiadajte nielen o hodnotu menovitého výkonu. Užitočná technická diskusia zahŕňa nepretržitý a prechodný rozsah otáčok, krútiaci moment, mapu účinnosti, spôsob chladenia, požiadavky na izoláciu a kryt, usporiadanie ložísk, povolené okolité podmienky, kompatibilitu s usmerňovačom alebo meničom a stratégiu ochrany. Mala by tiež jasne určiť, kto má zodpovednosť za integračné rozhranie medzi expandérom, generátorom a riadením.

Pre individuálne projekty vlastná schopnosť návrhu a vinutia umožňuje priamejšiu komunikáciu, pretože konfigurácia vinutia, napätie a mechanické rozhrania je možné posúdiť vzhľadom na konkrétnu aplikáciu namiesto toho, aby sa nútilo do všeobecného katalógového rámca. Inžiniersky cieľ nie je dosiahnuť najvyššie možné hodnotenie PMG; ide o získanie predvídateľného celkového množstva kWh na mieste v reálnom tepelnom prevádzkovom cykle.

Ak hodnotíte komerčné trvalé magnetické motory na predaj a potrebujete technicky navrhnuté pohonné riešenie, ktoré zaručuje účinnosť a dlhú životnosť, ENNENG je váš dôveryhodný partner. Kontaktujte ENNENG už dnes .Porozprávajte sa s naším technickým inžinierskym tímom, aby ste dostali prispôsobený návrh pohonnej sústavy.

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