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前言

工業生產過程以及冷卻和燃燒系統中產生的廢熱一直是一種未被充分利用的能源，直到現在依然如此。Orcan Energy公司的ePack余熱發電系統對于從較小體積熱量中捕獲能量而言非常理想，例如由熱電聯產電廠產生的熱能。貝加萊控制技術可以顯著提升ePack系統效能，并允許其無人值守和非滿負荷運行。

全球各地每秒鐘都有大量未利用能源以廢熱形式進入大氣中。燃燒化石燃料的電站、鍋爐和機動車僅能利用所釋放出總能量的三分之一左右。沼氣同樣如此，盡管采用了先進技術，然而其效率仍只有40%左右。其余60%能量作為熱量被排出。到現在為止，這種熱能僅能得到有限程度的利用，例如用于區域供熱網絡。由于缺乏消費者，往往僅有10%的廢熱被用來加熱沼氣系統和農業建筑中的發酵罐。

ePack余熱發電系統被設計為將固定式內燃機中的熱能轉化為電能。通過使用工業標準組件和批量生產工藝，每千瓦時的發電成本可降至極具競爭力的水平。

采用ORC技術的余熱發電系統

將尚未開發的熱能變成有利可圖的資源促使總部位于慕尼黑的Orcan Energy公司開發出了ePack余熱發電系統。“ePack使用ORC技術將熱能轉化為電能。相比于傳統的蒸汽輪機，這種方法可以有效利用低溫余熱，”Orcan Energy公司銷售經理DetlefEissing解釋道。

然而，ORC技術本身并不新鮮。許多不同的德國工廠已經利用有機朗肯循環（ORC）實現余熱發電。不同于傳統的蒸汽輪機，ORC過程不會使用水作為其傳熱介質，而是使用如氨、丁烷和戊烷這些沸點明顯低于水的有機物作為傳熱介質，系統工作溫度則介于80℃~500℃之間。

但ORC發電系統僅被用于少數高度專業化的應用。“事實上，每個發電系統都必須被定制以適應特定的應用要求。這意味著，每次都需要重新設計或開發整個系統或部分系統，”Eissing說道，“雖然這可能幫助我們提升百分之幾的效率，但是卻極大地增加了系統成本，降低了在低溫余熱應用中的成本效益。

利用廢氣和發動機冷卻液余熱發電的ePack余熱發電系統額定輸出功率為20千瓦

標準組件批量生產

在開發ePack的過程中，Orcan決定使用易于修改的現有技術和組件。這意味著，公司不必開發自己的蒸汽輪機，而是依賴大批量生產通常用于制冷的壓縮機。“這使我們能夠顯著降低ORC系統的投資成本。此外，這為我們及我們的客戶提供了組件可靠性保障，不會受到初次遇到的問題困擾，”Eissing強調說。

因此，Orcan在控制技術方面也同樣使用了經過廣泛驗證的產品。ePack將貝加萊Power Panel 65觸摸屏用作控制和顯示。參與ePack開發的機械工程師Jens-Patrick Springer表示，“選擇貝加萊方案的一個關鍵因素是其高品質的Power Panel，它具備最佳應用處理能力。”

利用貝加萊技術節約成本

控制系統通過使用廣泛的X20系統I/O模塊實現與各ePack組件之間的通信。這使得它能夠測量溫度、壓力和熱容積，讀取錯誤消息并調整發電機、冷凝器和給水泵速度。“我們看到的所有潛在方案都能夠測量溫度，”Springer說道，“它們之間的不同之處在于每次測量的成本不同。在這方面貝加萊的確非常突出。”

然而，在最初為了演示和開發而進行的原型建模時，OrcanEnergy仍然在使用其他供應商提供的控制技術，他們擔心更換控制系統可能會延遲ePack的首次展示。“所有疑慮很快就平息了，”Springer回憶道，“在具備了基本的編程技能之后，我們就立即著手工作。Automation Studio開發環境為我們提供了所需要的一切。在貝加萊工程師的培訓和支持下，我們在幾周時間內就開發出了控制軟件的基本結構。”

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Orcan Energy公司的專家使用Automation Studio能夠在短短數周時間內開發出ePack系統的整個基本結構。系統透明性使其能夠快速適應更高層的系統控制，控制系統的持續開發不會受到任何限制。

即使在非滿負荷運行時依然高效

此后，不斷完善的控制系統結合專門設計的Orcan電站技術確保ePack可以在無人干預的情況下適應熱能波動。“許多其它ORC電站無法實現自動化運行；它們需要人員進行操作，而且對熱能波動響應較慢。因此，這些設備在非滿負荷運行時效率低下。”Springer指出。

Eissing解釋了為什么即使供熱減少，ePack的效率依然可以維持在一個恒定范圍內的原因。“如果預期供熱僅有50%，那么我們的設備就會自動切換到非滿負荷模式。即使在這種模式下，ePack仍然能夠恢復幾乎一半的額定輸出。”

這對額定輸出450~500千瓦的熱電聯產電廠和固定式燃機也非常有意義，它們非常適合應用尺寸為2×2×1.2米（長×高×寬）的緊湊型ePack，它可以提供300千瓦熱能和20千瓦電能輸出。

保障發電成本15年

由于投資成本相對較低，即使在非滿負荷運行時依然高效，因此Orcan系統一般在幾年內就能收回成本。“熱電聯產電廠在運行約7,000~8,000小時之后，我們就已經能夠將發電成本降低至5美分/千瓦時，并持續保障15年，”Eissing自豪地說道。

這些數字已經為他們贏得了來自不同行業的客戶。僅在2013年，Orcan就售出了15個ePack系統。“這一成功無疑要歸功于我們的基本原則：以具有競爭力的價格提供合適的設備，”Eissing解釋道。

但是，這對市場營銷負責人來說還不是終點。就中期而言，Orcan公司相信其20千瓦ePack的年銷量可以達到1000臺，而且未來在擴大生產規模之后，還將有更多用戶從中獲益。

貝加萊 - 正確的選擇

Springer指出，貝加萊在Orcan努力使ORC系統變得更經濟、應用范圍更廣的過程中給予了全力支持。“作為一家創新型公司，貝加萊始終緊隨最新發展趨勢并迅速做出響應。我們的用戶可以明顯受益于此。”

這位ORC專家對貝加萊推出的用于連接測量設備的M-Bus通信模塊（X20CS1012）和電能測量模塊（X20AP3131）非常欣喜。

在采用電能測量模塊之前，Orcan需要為集成不同的測量儀器花費額外的時間和成本。現在，電能測量模塊被安裝在DIN導軌上作為控制系統的一部分。“對于Orcan Energy來說，這意味著簡化安裝，減少空間需求，降低總成本，”Springer說道，“這同時也使我們相信，與貝加萊一起攜手工作是我們做出的正確選擇，有助于公司實現改善熱電聯產系統和固定式內燃機能量平衡這一目標。”

摘自《自動化博覽》2016年2月刊