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的方案，通過將振動電能回收裝置，余熱發(fā)電裝置的融入發(fā)電廠系統(tǒng)。對發(fā)電廠汽輪機噪聲，煙氣冷卻液中余熱充分利用。并且通過微電網(wǎng)將其并入到同一網(wǎng)絡，方便對其整合充分利用。

關鍵詞：振動電能回收裝置；余熱發(fā)電裝置

引言

自中國經(jīng)濟快速發(fā)展，火力發(fā)電逐步壯大，成為電能供應的主要生產(chǎn)源，自國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，火力發(fā)電占全國發(fā)電量的比重為 73.93%。如今，在燃煤發(fā)電場中汽輪機振動勢能，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，電磁式振動發(fā)電系統(tǒng)

1，汽輪發(fā)電機噪音形成與防護

汽輪機高速運轉(zhuǎn)時，內(nèi)部零件振動引發(fā)氣體振動都是汽輪機噪聲來源。并且其結(jié)構(gòu)復雜，機械緊密度高單獨對某個部件進行降噪處理極為困難。因此常見降噪處理為后期補救降噪，是設置隔聲罩將汽輪機進行單獨圍護。在對噪聲源的隔離過程中勢必會造成隔聲罩的振動，通過隔聲罩的振動帶動振動電能回收裝置實現(xiàn)能量回收并且消除隔聲罩的振動。

2，振動電能回收裝置比較

1）電磁式振動發(fā)電系統(tǒng)

電磁式振動發(fā)電系統(tǒng)的工作原理為電磁學中的法拉第電磁感應定律，通過閉合導體的磁通量變化時，閉合回路中產(chǎn)生的感應電動式。在微振動發(fā)電裝置中通常使用永磁體為磁場發(fā)生源，通過永磁體的振動與線圈產(chǎn)生相對位移。電磁發(fā)電裝置的輸出電壓較低，但電流相對較大；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；容易受到外部磁場的干擾；并且電磁式振動發(fā)電系統(tǒng)往往需要較大的振動幅度，適合在頻率較低的狀態(tài)下工作。

2）壓電式振動發(fā)電裝置

壓電式振動發(fā)電是通過利用某些介電質(zhì)在受到某一方向上外力作用發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生一定的電勢，在他兩極上產(chǎn)生相反電荷，當作用力反向時，材料上的電勢也會發(fā)生正負互換，當其形變恢復后，電勢將會消失。電壓式振動能量收集裝置通常為懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過懸臂梁結(jié)構(gòu)可以有效放大振幅。電壓式振動發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換效率更高；對于環(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。

3）電磁式與電壓式復合振動發(fā)電裝置

復合振動發(fā)電裝置是通過對電磁式振動發(fā)電系統(tǒng)與壓電式振動發(fā)電裝置在機械結(jié)構(gòu)上進行整合，使其擁有更好的振動發(fā)電性能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復雜，制作精度更高。但其在微振動發(fā)電性能上更強。因此，在微振動發(fā)電領域得到廣泛的應用。

4）電能回收系統(tǒng)的設計

為了充分利用噪聲說產(chǎn)生的聲波能，可以通過在采取較為輕薄的硬質(zhì)隔音層與底部連接復合振動發(fā)電裝置來實現(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，帶動硬質(zhì)隔音層振動，同時也引發(fā)復合振動發(fā)電裝置運轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^設置多層次該裝置來實現(xiàn)噪聲的高效利用。最后通過多個復合振動發(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)動機冷卻液中，目前余熱發(fā)電裝置通常為溫差發(fā)電裝置與有機朗肯循環(huán)裝置，下文將針對這兩類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)電裝置的理論基礎為塞貝克效應和帕爾帕效應，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散的特性。并且，根據(jù)研究表明，其擴散的速率與接觸面的溫度成正比。因此，對于具有不同自由電子密度兩端相互接觸的半導或金屬導體，只需維持不同金屬導體之間的溫度差，就能保持電子的擴散運動，從而在導體兩端形成穩(wěn)定的電壓差。隨著材料科學的發(fā)展，如今利用半導體材料制作溫差發(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。經(jīng)過研究發(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。因此，利用半導體溫差發(fā)電將能夠較為合理的利用，冷卻水中存在的熱能。

2，有機朗肯循環(huán)裝置

有機朗肯循環(huán)循環(huán)（Organic Rankine Cycle，簡稱 ORC）是以具有較低沸點有機物為工質(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，蒸汽進入透平機械膨脹做功，從而帶動發(fā)電機或拖動其它動力機械。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。有機朗肯循環(huán)使用的發(fā)電機組不斷地發(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現(xiàn)有機朗肯系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)。但有機朗肯系統(tǒng)體積較大，并且需要對有機工質(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，通常燃燒后的廢氣溫度超過120攝氏度。具有高能量密度，且方便傳輸處理。因此，有機朗肯循環(huán)循環(huán)對于燃煤電廠煙氣廢熱的利用更加有效。

三，微電網(wǎng)系統(tǒng)

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

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（作者單位：西華大學 電氣與電子信息學院）