燃煤發(fā)電節(jié)能系統(tǒng)

吳昊 肖滟琳 周宇 彭澤海

摘要：隨著科技的發(fā)展，能源的逐步枯竭；對(duì)于能源利用的要求不斷提高。本文就燃煤發(fā)電廠中余能的利用提出相關(guān)的方案，通過(guò)將振動(dòng)電能回收裝置，余熱發(fā)電裝置的融入發(fā)電廠系統(tǒng)。對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)噪聲，煙氣冷卻液中余熱充分利用。并且通過(guò)微電網(wǎng)將其并入到同一網(wǎng)絡(luò)，方便對(duì)其整合充分利用。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)電能回收裝置；余熱發(fā)電裝置

引言

自中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，火力發(fā)電逐步壯大，成為電能供應(yīng)的主要生產(chǎn)源，自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，火力發(fā)電占全國(guó)發(fā)電量的比重為 73.93%。如今，在燃煤發(fā)電場(chǎng)中汽輪機(jī)振動(dòng)勢(shì)能，散熱系統(tǒng)中的余熱，與煙氣中的余熱的利用都成為了可能。

一，電磁式振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)

1，汽輪發(fā)電機(jī)噪音形成與防護(hù)

汽輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部零件振動(dòng)引發(fā)氣體振動(dòng)都是汽輪機(jī)噪聲來(lái)源。并且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械緊密度高單獨(dú)對(duì)某個(gè)部件進(jìn)行降噪處理極為困難。因此常見(jiàn)降噪處理為后期補(bǔ)救降噪，是設(shè)置隔聲罩將汽輪機(jī)進(jìn)行單獨(dú)圍護(hù)。在對(duì)噪聲源的隔離過(guò)程中勢(shì)必會(huì)造成隔聲罩的振動(dòng)，通過(guò)隔聲罩的振動(dòng)帶動(dòng)振動(dòng)電能回收裝置實(shí)現(xiàn)能量回收并且消除隔聲罩的振動(dòng)。

2，振動(dòng)電能回收裝置比較

1）電磁式振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)

電磁式振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理為電磁學(xué)中的法拉第電磁感應(yīng)定律，通過(guò)閉合導(dǎo)體的磁通量變化時(shí)，閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)式。在微振動(dòng)發(fā)電裝置中通常使用永磁體為磁場(chǎng)發(fā)生源，通過(guò)永磁體的振動(dòng)與線圈產(chǎn)生相對(duì)位移。電磁發(fā)電裝置的輸出電壓較低，但電流相對(duì)較大；電磁發(fā)電裝置的輸出功率受其結(jié)構(gòu)尺寸的影響，不適合微小的空間；容易受到外部磁場(chǎng)的干擾；并且電磁式振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)往往需要較大的振動(dòng)幅度，適合在頻率較低的狀態(tài)下工作。

2）壓電式振動(dòng)發(fā)電裝置

壓電式振動(dòng)發(fā)電是通過(guò)利用某些介電質(zhì)在受到某一方向上外力作用發(fā)生形變時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生一定的電勢(shì)，在他兩極上產(chǎn)生相反電荷，當(dāng)作用力反向時(shí)，材料上的電勢(shì)也會(huì)發(fā)生正負(fù)互換，當(dāng)其形變恢復(fù)后，電勢(shì)將會(huì)消失。電壓式振動(dòng)能量收集裝置通常為懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)懸臂梁結(jié)構(gòu)可以有效放大振幅。電壓式振動(dòng)發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換效率更高；對(duì)于環(huán)境要求低，體積微??；能量密度高。但存在電容性，存在非線性效應(yīng)。

3）電磁式與電壓式復(fù)合振動(dòng)發(fā)電裝置

復(fù)合振動(dòng)發(fā)電裝置是通過(guò)對(duì)電磁式振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)與壓電式振動(dòng)發(fā)電裝置在機(jī)械結(jié)構(gòu)上進(jìn)行整合，使其擁有更好的振動(dòng)發(fā)電性能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，制作精度更高。但其在微振動(dòng)發(fā)電性能上更強(qiáng)。因此，在微振動(dòng)發(fā)電領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

4）電能回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了充分利用噪聲說(shuō)產(chǎn)生的聲波能，可以通過(guò)在采取較為輕薄的硬質(zhì)隔音層與底部連接復(fù)合振動(dòng)發(fā)電裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。噪聲聲波在密閉的隔音層內(nèi)產(chǎn)生的連續(xù)高頻的聲壓波動(dòng)，帶動(dòng)硬質(zhì)隔音層振動(dòng)，同時(shí)也引發(fā)復(fù)合振動(dòng)發(fā)電裝置運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置多層次該裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)噪聲的高效利用。最后通過(guò)多個(gè)復(fù)合振動(dòng)發(fā)電裝置串聯(lián)和并聯(lián)提高電壓。

二，燃煤火力發(fā)電廠余熱的利用

燃煤火力發(fā)電廠余熱主要集中在燃燒后的廢氣以及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液中，目前余熱發(fā)電裝置通常為溫差發(fā)電裝置與有機(jī)朗肯循環(huán)裝置，下文將針對(duì)這兩類(lèi)裝置特性以及使用范圍加以闡述。

1，溫差發(fā)電裝置

溫差發(fā)電裝置的理論基礎(chǔ)為塞貝克效應(yīng)和帕爾帕效應(yīng)，由于包括電子在內(nèi)的物質(zhì)具有由高濃度向低濃度的擴(kuò)散的特性。并且，根據(jù)研究表明，其擴(kuò)散的速率與接觸面的溫度成正比。因此，對(duì)于具有不同自由電子密度兩端相互接觸的半導(dǎo)或金屬導(dǎo)體，只需維持不同金屬導(dǎo)體之間的溫度差，就能保持電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，從而在導(dǎo)體兩端形成穩(wěn)定的電壓差。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，如今利用半導(dǎo)體材料制作溫差發(fā)電裝置，已經(jīng)具有明顯的優(yōu)越性能。由于半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置具有可塑性，因此更加適用于散熱器。全國(guó)燃煤發(fā)電廠中，在水資源較為充裕的南方大多利用水冷技術(shù)。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，燃煤發(fā)電廠冷卻水具有流量大，總體熱能高，溫差較低等特點(diǎn)。因此，利用半導(dǎo)體溫差發(fā)電將能夠較為合理的利用，冷卻水中存在的熱能。

2，有機(jī)朗肯循環(huán)裝置

有機(jī)朗肯循環(huán)循環(huán)（Organic Rankine Cycle，簡(jiǎn)稱(chēng) ORC）是以具有較低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，主要由余熱鍋爐或換熱器、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部套組成，有機(jī)工質(zhì)在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進(jìn)入透平機(jī)械膨脹做功，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或拖動(dòng)其它動(dòng)力機(jī)械。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結(jié)成液態(tài)，最后借助工質(zhì)泵重新回到換熱器，如此不斷地循環(huán)下去。有機(jī)朗肯循環(huán)使用的發(fā)電機(jī)組不斷地發(fā)展，發(fā)電效率也得到顯著提升。在工質(zhì)冷卻環(huán)境溫度低，廢熱溫度較高的條件下可實(shí)現(xiàn)有機(jī)朗肯系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。但有機(jī)朗肯系統(tǒng)體積較大，并且需要對(duì)有機(jī)工質(zhì)密閉處理。燃煤電廠中，煙氣中的廢熱是主要的能量丟失點(diǎn)，通常燃燒后的廢氣溫度超過(guò)120攝氏度。具有高能量密度，且方便傳輸處理。因此，有機(jī)朗肯循環(huán)循環(huán)對(duì)于燃煤電廠煙氣廢熱的利用更加有效。

三，微電網(wǎng)系統(tǒng)

噪聲波動(dòng)不穩(wěn)定，環(huán)境溫度的隨機(jī)性，造成各個(gè)系統(tǒng)之間不連續(xù)，轉(zhuǎn)化出的電能不在同一量級(jí)，并且在物理上具有一定的距離。對(duì)于此系統(tǒng)可以參考孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)。對(duì)不穩(wěn)定電能采取濾波穩(wěn)壓，DC-DC轉(zhuǎn)換，逆變處理后通過(guò)微電網(wǎng)將清潔能源為低功耗的設(shè)備提供電能。

參考文獻(xiàn)

[1]噪聲發(fā)電研究的展望[J]. 荀華，宋長(zhǎng)忠，韓建春. 能源與環(huán)境. 2010（01）

[2]壓電與壓磁聲電轉(zhuǎn)換材料的研究及應(yīng)用[J]. 李全祿. 壓電與聲光. 1995（02）

[3]亥姆霍茲共鳴器的發(fā)展[J]. 馬大猷. 物理. 1993（08）

[4]分析微電網(wǎng)逆變器自適應(yīng)下垂控制策略[J]. 高孟澤. 科技致富向?qū)? 2015（08）

[5]基于用戶側(cè)微網(wǎng)單相逆變器的控制器設(shè)計(jì)[J]. 匡洪海，曾麗瓊，張曙云，李圣清. 電源學(xué)報(bào). 2016（02）

[6]基于比例積分諧振的微網(wǎng)逆變器電壓均衡控制策略研究[J]. 張夢(mèng)帆，傅明月，陳新. 電源學(xué)報(bào). 2018（02）

[7]基于多微型逆變器的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究（英文）[J]. 來(lái)金鋼，周洪. 新型工業(yè)化. 2014（05）

[8]5kw微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 黃華. 世界電子元器件. 2012（01）

[9]微電網(wǎng)中不同容量逆變器經(jīng)線路并聯(lián)的環(huán)流特性分析和功率分配控制[ J].鄧天成，顏湘武，程云帆，華天琪，張偉超，張也.南方電網(wǎng)技術(shù).2017（01）

[10]基于微電網(wǎng)運(yùn)行模式識(shí)別的逆變器自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)[J]. 蔣聞，李驪，趙晉，唐文左，張程柯，雷霞. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào).

[11]微電網(wǎng)逆變器并/離網(wǎng)切換控制策略[J]. 施凱，焦龍，徐培鳳，葉海涵. 信息技術(shù). 2018（10）

（作者單位：西華大學(xué) 電氣與電子信息學(xué)院）