การเพิ่มประสิทธิภาพของผลลัพธ์การผลิตพลังงานด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร (PMG) สำหรับโครงการกู้คืนความร้อนเสียในภาคอุตสาหกรรม

การเปลี่ยนแปลงเชิงเทอร์โมไดนามิกและความท้าทายในการผลิตไฟฟ้าจากความร้อนที่กู้คืนได้

การติดตั้งระบบเทอร์โมไดนามิกในภาคอุตสาหกรรม เช่น โรงงานผลิตปูนซีเมนต์ โรงงานผลิตแก้ว และโรงกลั่นปิโตรเคมี ปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมากออกสู่บรรยากาศ ที่โรงงานผลิตคลินเกอร์ปูนซีเมนต์ซึ่งใช้ระบบ Organic Rankine Cycle (ORC) แบบสองแรงดัน อุณหภูมิของไอเสียร้อนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องระหว่าง ๑๘๐ ถึง ๓๒๐ องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับอัตราการผ่านวัตถุดิบในเตาเผา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไม่สมมาตรเดิมประสบปัญหาความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าอย่างเรื้อรัง และสูญเสียกำลังจากการเลื่อนของโรเตอร์เมื่อการไหลของมวลก๊าซกระบวนการลดลง ส่งผลให้สูญเสียไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้มากกว่าร้อยละยี่สิบ การรวมเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีค่าความต้านทานการถูกทำลายด้วยสนามแม่เหล็กสูง Permanent magnet generator pmg พารามิเตอร์ไฟฟ้าที่ขั้วปลายคงที่ ทำให้การแปลงพลังงานเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมงสูงสุดในรอบการเปลี่ยนความร้อนที่ไม่เสถียร การกู้คืนความร้อนที่ปล่อยออกมาระดับอุณหภูมิต่ำถึงปานกลางจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์กำเนิดไฟฟ้าที่สามารถรักษาประสิทธิภาพแม่เหล็กไฟฟ้าสูงได้ แม้ในขณะที่ความเร็วของตัวขยายกลไกเปลี่ยนแปลงอย่างไม่สม่ำเสมอ

อุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าแบบดั้งเดิมขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าภายนอกสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก หรือแปรงถ่านที่เชื่อมต่อกับส่วนหมุน ซึ่งก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานโดยไม่จำเป็นและต้องบำรุงรักษาซ้ำ ๆ เมื่อปริมาตรของไอเสียจากกระบวนการเทอร์โมไดนามิกลดลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขดลวดทั่วไปยังคงต้องดึงกระแสไฟฟ้าสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเพื่อรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วออก จึงส่งผลให้ประสิทธิภาพสุทธิของการผลิตไฟฟ้าลดลงอย่างมาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร (PMG) ใช้วัสดุแม่เหล็กเนโอดิเมียมชนิดแร่หายาก ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กถาวรข้ามช่องว่างอากาศโดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าจากภายนอก ดังนั้น กำลังไฟฟ้าที่ผลิตจึงแปรผันตามความเร็วของตัวขยายก๊าซแบบเทอร์ไบน์อย่างสอดคล้องกัน ทำให้สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าสะอาดจากกระแสไอเสียในภาคอุตสาหกรรมที่เคยไม่สามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้

การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า-กลโดยตรงกับตัวขยายก๊าซความเร็วสูง

ต่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไม่สมมาตรที่ต้องอาศัยการเลื่อนของโรเตอร์ (slip) เพื่อสร้างแรงบิด ซึ่ง Permanent magnet generator pmg ผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ซึ่งสัมพันธ์โดยตรงกับความเร็วในการหมุนของเพลา ในตัวขยายแบบไหลเข้าแนวรัศมี (radial inflow expanders) และชุดตัวขยายแบบสกรู (screw expander skids) ความดันไอที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการเร่งและชะลอตัวอย่างฉับพลัน ความไม่มีขดลวดเหนี่ยวนำบนโรเตอร์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร (PMG) ช่วยขจัดความล่าช้าจากการปรับตัวทางแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้สามารถติดตามกำลังงานได้ทันทีในช่วงร้อยละ 20 ถึง 130 ของกำลังงานออกแบบเชิงความร้อนที่กำหนดไว้

การกำจัดการสูญเสียพลังงานจากกระแสไหลผ่านโรเตอร์ (Joule losses) ออกจากพื้นที่ความร้อน (thermal plenums) อย่างสมบูรณ์

การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใกล้กับวงจรของของไหลเชิงเทอร์โมไดนามิกที่มีอุณหภูมิสูง ส่งผลให้เกิดความร้อนแวดล้อมอย่างรุนแรง ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบมีขดลวดทั่วไป การสูญเสียพลังงานจากความต้านทานของทองแดงภายในโรเตอร์ (I2R) จะทำให้อุณหภูมิของขดลวดภายในสูงขึ้น ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อฉนวนไฟฟ้า และจำเป็นต้องใช้แผงระบายความร้อนขนาดใหญ่ภายนอก Permanent magnet generator pmg ทำงานโดยไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านชุดโรเตอร์เลย โครงสร้างนี้ช่วยลดอุณหภูมิภายในแกนหลักลง 15 ถึง 25 องศาเซลเซียส ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้แม้ติดตั้งอยู่ใกล้กับวงจรน้ำมันความร้อนที่มีอุณหภูมิสูง โดยไม่จำเป็นต้องใช้ระบบระบายความร้อนเพิ่มเติม

การลดการรบกวนคลื่นฮาร์โมนิกทางไฟฟ้าบนบัสบาร์ของไมโครกริด

การส่งออกพลังงานจากความร้อนเสียแบบปรับความเร็วได้เข้าสู่แผงควบคุมไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม จำเป็นต้องใช้คอนเวอร์เตอร์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบสี่ควอดแรนต์แบบกลับด้าน (back-to-back) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแอลเทอร์เนเตอร์แบบดั้งเดิมจะสร้างการบิดเบือนคลื่นฮาร์โมนิกอย่างชัดเจนเมื่อถูกบังคับให้ทำงานที่ความถี่นอกค่าที่กำหนด ซึ่งก่อให้เกิดความร้อนจากคลื่นฮาร์โมนิกภายในหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับจ่ายไฟ ขณะที่แผ่นโลหะสแตตอร์ที่ออกแบบให้เอียงอย่างแม่นยำร่วมกับการกระจายสนามแม่เหล็กแบบไซน์ซึ่งพบในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรขั้นสูง (PMG) จะผลิตคลื่นแรงดันไฟฟ้ารูปไซน์ที่สะอาดปราศจากการรบกวน จึงช่วยปกป้องตัวเก็บประจุแบบ DC-link ที่อยู่ระหว่างกลาง และยืดอายุการใช้งานของเซมิคอนดักเตอร์ในอินเวอร์เตอร์

ความเหนือกว่าด้านวิศวกรรมของโซลูชันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความร้อนเสีย ENNENG

การจับพลังงานจากกระแสความร้อนที่ไม่เสถียรต้องอาศัยแพลตฟอร์มการผลิตไฟฟ้าที่ทนทานและมีประสิทธิภาพสูง โดยออกแบบให้สอดคล้องกับสถาปัตยกรรมตัวขยายพลังงานในภาคอุตสาหกรรมอย่างเฉพาะเจาะจง บริษัท ENNENG ผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรความเร็วต่ำและสูงขั้นสูง ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับงานกู้คืนพลังงานภายใต้สภาวะที่รุนแรง Permanent magnet generator pmg การติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ENNENG จะเพิ่มประสิทธิภาพในการกู้คืนพลังงานเชิงเทอร์โมไดนามิกของระบบ พร้อมทั้งส่งออกไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องโดยไม่หยุดชะงัก แม้ในช่วงวงจรการผลิตที่มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา

เอนเนง (ENNENG) ให้แพลตฟอร์มกำลังไฟฟ้าที่เป็นเอกภาพ ครอบคลุมช่วงตั้งแต่ 5 กิโลวัตต์ ถึง 5 เมกะวัตต์ รองรับความต้องการแรงดันไฟฟ้าอย่างครบถ้วน ตั้งแต่ 110 โวลต์ ถึง 690 โวลต์ สำหรับโครงการพลังงานแบบกระจายที่รวมกังหันลมแกนแนวตั้งเสริม เอนเนง (ENNENG) ให้เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าแบบขับตรงเฉพาะทาง ครอบคลุมช่วง 1 กิโลวัตต์ ถึง 10 กิโลวัตต์ โดยมุ่งเน้นวิศวกรรมเป็นพิเศษสำหรับหน่วยขนาด 3 กิโลวัตต์ 5 กิโลวัตต์ และ 10 กิโลวัตต์

การกำจัดการสูญเสียจากเกียร์บ็อกซ์แบบไม่จำเป็นในระบบขับเคลื่อนเครื่องขยาย

เครื่องขยายความเร็วต่ำแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องใช้เกียร์บ็อกซ์เพิ่มความเร็วเชิงกลเพื่อเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสี่ขั้วแม่เหล็กมาตรฐาน การส่งผ่านเชิงกลก่อให้เกิดการสูญเสียจากแรงเสียดทาน 3 ถึง 8 เปอร์เซ็นต์ ต้องบำรุงรักษาหล่อลื่นด้วยน้ำมันอย่างต่อเนื่อง และมีความเสี่ยงจากการรั่วของซีลใกล้ท่อระบายไอเสียร้อน เอนเนง (ENNENG) Permanent magnet generator pmg มีสถาปัตยกรรมสแตเตอร์ที่มีจำนวนขั้วสูง ทำให้สามารถเชื่อมต่อทางกลโดยตรงกับเพลาของอุปกรณ์ขยาย (expander) โดยไม่ต้องใช้เกียร์ระหว่างกลาง การตัดระบบเกียร์ออกช่วยลดแรงเสียดทานเชิงกลแบบไม่จำเป็น ป้องกันการปนเปื้อนของน้ำมันหล่อลื่น และเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าสุทธิเข้าสู่ไมโครกริดของสถานที่

ฉนวนกันความร้อนสำหรับงานหนักและมาตรการป้องกันการสูญเสียแม่เหล็ก

สภาพแวดล้อมที่มีความร้อนเสียอุณหภูมิสูงอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการเสื่อมคุณภาพของแม่เหล็กถ้าหากอุปกรณ์ถูกเลือกใช้ไม่เหมาะสม บริษัท ENNENG ใช้ฉนวนชนิด Class H ที่ผ่านกระบวนการ Vacuum Pressure Impregnation (VPI) ร่วมกับแม่เหล็กโลกหายากที่เสริมด้วยธาตุไดสโพรเซียม การทำงานที่มีการเพิ่มอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องไม่เกิน 60 เคลวิน ทำให้แม่เหล็กถาวรทำงานอยู่เหนือจุดหัวเข่า (knee point) ของเส้นโค้งการสูญเสียแม่เหล็ก (B-H demagnetization curve) ซึ่งขึ้นกับอุณหภูมิ จึงรักษาสมบัติแม่เหล็กถาวรไว้ได้ตลอดอายุการใช้งานหลายสิบปี

มาตรฐานที่มีอำนาจและเกณฑ์การเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้า

สถานีผลิตไฟฟ้าที่ใช้ความร้อนเหลือทิ้งจากภาคอุตสาหกรรม ต้องสอดคล้องกับเกณฑ์วิศวกรรมไฟฟ้าและเครื่องกลระดับโลกอย่างเข้มงวด การเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับแผงควบคุมการจ่ายไฟภายในโรงงานและระบบสายส่งไฟฟ้าของหน่วยงานสาธารณูปโภค อยู่ภายใต้ข้อกำหนด IEEE 1547 ซึ่งวางกรอบพารามิเตอร์การควบคุมแรงดันไฟฟ้า ขีดจำกัดความถี่ที่ทำให้ระบบตัดการทำงาน และมาตรการความปลอดภัยเพื่อป้องกันปรากฏการณ์เกาะเดี่ยว (anti-islanding)

อัตราการทนความร้อนและการทนแรงดันของเครื่องจักรหมุน ต้องเป็นไปตามข้อกำหนด IEC 60034-1 ค่าความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าแบบฮาร์โมนิกโดยรวม (THD) ที่ป้อนเข้าสู่เครือข่ายไฟฟ้า ต้องสอดคล้องกับมาตรฐาน IEEE 519 ซึ่งกำหนดให้ค่าความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้า ต้องต่ำกว่าร้อยละ 5 อย่างเคร่งครัด ที่จุดเชื่อมต่อร่วม (point of common coupling) สมดุล Permanent magnet generator pmg การดำเนินงานด้วยตัวแปลงที่ใช้งานอยู่อย่างต่อเนื่องสามารถตอบสนองเกณฑ์ความถี่สูงเหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ การติดตั้งระบบไฟฟ้าจะต้องสอดคล้องกับข้อกำหนดของรหัสมาตรฐานไฟฟ้าแห่งชาติ NFPA 70 ว่าด้วยการป้องกันกระแสเกิน การต่อสายดิน และขนาดของตัวนำ เสียงรบกวนจากการทำงานในห้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องสอดคล้องกับข้อบังคับ OSHA 1910.95 ซึ่งกำหนดระดับเสียงที่เป็นเหตุให้ต้องดำเนินการไว้ที่ 85 เดซิเบลเอ

คู่มือการตรวจรับรองระบบอย่างครบถ้วนและการบำรุงรักษาภาคสนาม

การเพิ่มผลลัพธ์ของการกู้คืนพลังงานความร้อนให้สูงสุดจำเป็นต้องใช้วินัยทางวิศวกรรมอย่างเข้มงวดในระหว่างการผสานรวมเชิงกลและการตรวจรับรองระบบไฟฟ้า

การจับคู่แหล่งความร้อนและการจัดแนวตัวขยาย

ก่อนสรุปการเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ให้ประเมินเส้นโค้งเอนธาลปีตามฤดูกาลและอัตราการไหลของมวลจากแหล่งความร้อนที่สูญเสียไป จับคู่ Permanent magnet generator pmg ด้วยตัวแปลงกำลังด้านหน้าแบบแอคทีฟที่มีอันดับการรับพลังงานสูงสุดตามความเร็วสูงสุดที่ไม่สามารถควบคุมได้ของตัวขยายแรงดัน ตรวจสอบการจัดแนวเชิงกลระหว่างเพลาของตัวขยายแรงดันกับโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้เครื่องมือเลเซอร์แบบความแม่นยำสูง โดยให้ค่าความคลาดเคลื่อนเชิงมุมและเชิงขนานอยู่ต่ำกว่า 0.03 มิลลิเมตร เพื่อป้องกันตลับลูกปืนจากการสึกหรอแบบรับแรงเหวี่ยงซ้ำๆ

การปรับแต่งตัวแปลงกำลังและการจำกัดแรงดัน

เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร (PMG) ผลิตกระแสสลับที่มีความถี่แปรผันตามความเร็วที่เปลี่ยนแปลงของตัวขยายแรงดัน จึงต้องเขียนโปรแกรมอินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าให้ทำงานในโหมดควบคุมเวกเตอร์แบบกำหนดสนามแม่เหล็ก (field-oriented vector control) ตั้งค่าเกณฑ์การป้องกันแรงดันเกินบนสายเชื่อมตรงกลาง (DC-link) ให้อยู่สูงกว่าแรงดันย้อนกลับสูงสุด (back-EMF) ที่เกิดขึ้นเมื่อตัวขยายแรงดันหมุนเร็วเกินควบคุมอย่างปลอดภัย รวมถึงติดตั้งวงจรเบรกแบบไดนามิก (dynamic braking choppers) พร้อมชุดต้านทานภายนอก เพื่อปล่อยพลังงานจลน์ส่วนเกินออกอย่างปลอดภัยในกรณีที่ตัดวงจรไมโครกริดอย่างฉับพลัน

การเฝ้าสังเกตการณ์เพื่อวินิจฉัยและการทดสอบฉนวน

ดำเนินการวิเคราะห์สเปกตรัมการสั่นสะเทือนทุกไตรมาส ตามแนวทาง ISO 10816-3 โดยรักษาระดับความเร็วการสั่นสะเทือนให้ต่ำกว่า 1.4 มิลลิเมตรต่อวินาที เอ็มเอส (RMS) ดำเนินการวัดค่าความต้านทานฉนวนของขดลวดทุกปี โดยใช้มีโกฮ์มมิเตอร์กระแสตรง 1000 โวลต์ เพื่อตรวจจับความชื้นหรือสารปนเปื้อนจากไอระเหยทางเคมี เนื่องจากเครื่องจักรแบบไดรฟ์โดยตรงไม่มีกล่องเกียร์เชิงกล จึงลดขั้นตอนการบำรุงรักษาให้เหลือเพียงการเติมจาระบีสำหรับตลับลูกปืนเท่านั้น ซึ่งช่วยให้โครงการสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องสูงสุด

เพื่อตรวจสอบข้อมูลจำเพาะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดและแบบแปลนโครงสร้างอย่างสมบูรณ์ โปรดเข้าชมเว็บไซต์ แคตตาล็อกผลิตภัณฑ์ ENNENG และสำรวจตัวเลือกระบบผ่าน ENNENG Waste Heat Solutions .

สำหรับคำถามเชิงเทคนิคเกี่ยวกับการเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร (PMG) หรือพารามิเตอร์การรวมระบบ ORC โปรดติดต่อ ENNENG:

• วอตส์แอป: +86 18562780228
• อีเมล: [email protected]
• โทรศัพท์: +86 532 66000559

คำถามที่พบบ่อย

คำถาม: ทำไมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร (PMG) จึงสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากความร้อนเสียได้มากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำ?

A:กระแสความร้อนที่สูญเสียไปมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องทั้งในด้านพลังงานความร้อนและอัตราการไหลของมวล ทำให้เครื่องขยาย (expander) ต้องทำงานที่ความเร็วแปรผันได้ ขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไม่สมมาตร (asynchronous alternator) จะสูญเสียประสิทธิภาพอย่างรวดเร็วเมื่อทำงานนอกความถี่ที่กำหนด และยังต้องใช้พลังงานแม่เหล็กเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่อง Permanent magnet generator pmg เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวร (PMG) รักษาประสิทธิภาพไว้ได้ระหว่าง 94 ถึง 97 เปอร์เซ็นต์ ตลอดช่วงการใช้งานกว้างตั้งแต่ 25 ถึง 120 เปอร์เซ็นต์ โดยไม่ต้องใช้พลังงานแม่เหล็กเหนี่ยวนำที่โรเตอร์เลย ส่งผลให้ได้พลังงานสุทธิเป็นเมกะวัตต์-ชั่วโมงต่อปีสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

คำถาม: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวร (PMG) สามารถทนต่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงใกล้ท่อไอเสียได้หรือไม่

A:ได้ค่ะ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรคุณภาพสูงใช้แม่เหล็กนีโอดิเมียมชนิดหายากที่มีคุณสมบัติทนต่อการลดลงของแรงแม่เหล็กจากความร้อน (high thermal coercivity) โดยออกแบบมาเพื่อต้านการสูญเสียสมบัติแม่เหล็กจากความร้อนได้จนถึงอุณหภูมิ 150 หรือ 180 องศาเซลเซียส พร้อมกับฉนวนระดับคลาส H และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิขณะทำงานต่ำกว่า 60 เคลวิน จึงทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังคงรักษาความมั่นคงของสนามแม่เหล็กได้แม้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง

คำถาม: การเชื่อมต่อแบบไดรฟ์โดยตรง (direct-drive coupling) ให้ประโยชน์อย่างไรต่อชุดเครื่องขยายวงจรออร์แกนิกแรนคิน (organic Rankine cycle expander skids)

A:การติดตั้งแบบเชื่อมตรง (direct-drive coupling) ยึดใบพัดขยาย (expander impeller) โดยตรงเข้ากับส่วนยื่นของเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator shaft extension) หรือเชื่อมต่อกันผ่านข้อต่อแผ่นยืดหยุ่น (flexible disc couplings) วิธีนี้ช่วยตัดกล่องเกียร์กลไกระหว่างกลางออก ทำให้สูญเสียพลังงานจากแรงเสียดทานเชิงกลลดลง 3 ถึง 8 เปอร์เซ็นต์ กำจัดความเสี่ยงจากการปนเปื้อนน้ำมันเกียร์ และเลิกต้องเปลี่ยนซีลกล่องเกียร์ภายในวงจรของของไหลความร้อนที่มีอันตราย