綠色能源應用 | 變廢為寶 能源再生

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(yè)生產(chǎn)中釋放的工業(yè)氣體，但現(xiàn)狀是這些工業(yè)氣體往往被直接排放至大氣中。

“很多工業(yè)流程中使用的工業(yè)氣體都被直接排放至大氣。我們原本的計劃是開發(fā)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(yè)氣體并不是一個全新的創(chuàng)意，我們的創(chuàng)新之處在于采用了一個小巧、緊湊的分散式能量回收系統(tǒng)，即便是5至200千瓦的殘留能量也能被有效轉(zhuǎn)化為電能”。德派GET渦輪發(fā)電機可以應用于任何產(chǎn)生工業(yè)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(lián)合研究計劃。計劃的目標是開發(fā)一種能源再利用的方法。三方已經(jīng)成功將廢熱高效地轉(zhuǎn)化為電能。

▲合作伙伴（DEPRAG/KoKWK/FH/ZET）

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(huán)等閉式回路法使用。在此基礎上，三方開發(fā)了一個ORC循環(huán)測試設施，并且已經(jīng)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(lián)產(chǎn)(KoKWK)，進一步優(yōu)化了系統(tǒng)和德派提供的核心渦輪發(fā)電機組，從而再次大幅提高了轉(zhuǎn)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(fā)布會，對開發(fā)成果進行了展示?；顒赢斕欤c會者現(xiàn)場體驗了ORC循環(huán)測試發(fā)電機，熟悉了具體的流程，對一體式GET渦輪發(fā)電機也有了更深的認識和了解。

德派GET渦輪發(fā)電機

發(fā)電機外形緊湊，包含一臺微膨脹渦輪并安裝有利用氣體發(fā)電的發(fā)電機。不含電氣控制柜時，渦輪發(fā)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(qū)輸送至低壓區(qū)的位置。這種轉(zhuǎn)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(chuàng)新的GET渦輪發(fā)電機可將工藝流體中的能量轉(zhuǎn)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(fā)電機中轉(zhuǎn)化為電能。在這一創(chuàng)新系統(tǒng)中，渦輪機和發(fā)電機共用一個軸，構成了一個緊湊的單元。這樣，當渦輪機轉(zhuǎn)動時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子也同時轉(zhuǎn)動。

德派GET渦輪發(fā)電機提供5 kW、30 kW、60 kW、120 kW和175 kW五種功率等級，可根據(jù)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(fā)電機的設計定義具體的處理參數(shù)：介質(zhì)類型、進口壓力、出口壓力、質(zhì)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(fā)電機（5 kW）

專門開發(fā)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(shù)據(jù)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(jīng)過了測量讀數(shù)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(jīng)過持續(xù)性的調(diào)整和完善，可快速高效地確定性能參數(shù)。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(fā)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(zhì)，例如壓縮空氣、天然氣、二氧化碳、氮氣、環(huán)戊烷或R245fa、R134a以及類似的冷卻劑。例如，在拜羅伊特的ORC循環(huán)測試系統(tǒng)中，硅氧烷組中的六甲基二硅氧烷是被蒸發(fā)掉的。Rolf Pfeiffer博士說：“我們的能量回收系統(tǒng)可直接將工業(yè)氣體轉(zhuǎn)化為能量，也可將我們的GET設備集成至ORC循環(huán)流程中，間接使用余熱。

使用德派渦輪發(fā)電機的能量回收系統(tǒng)可用于眾多不同的應用領域，比如將天然氣輸送至數(shù)千公里之外時，可采納 GET解決方案，實現(xiàn)理想的能量再利用應用選項。其中最大的挑戰(zhàn)之一是滿足防爆保護的高規(guī)格要求，以及多種審批監(jiān)管，這些指令都是2017年首次執(zhí)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(zhuǎn)化時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)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(fā)的熱量被輸送ORC循環(huán)中的熱交換器。余熱一般在熱水經(jīng)另外一個鉆孔回流至地下前饋送至區(qū)域加熱網(wǎng)。

固定應用（CHP、船用發(fā)動機）中的熱源也可用于ORC循環(huán)中?；旧先魏蝺?nèi)燃機的熱量都可在安裝渦輪機后使用。即使非常高效的內(nèi)燃機也只能將燃料的三分之一的能量轉(zhuǎn)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(huán)流程，渦輪發(fā)電機是這一流程中的一個關鍵環(huán)節(jié)?；厥盏碾娔芸晒┢渌哪茉O備使用，從而大幅提高整體能效。