マルチに基づく廃熱利用システムの制御手法に関する研究

Oct 20, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11497 (2022) この記事を引用

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低品質の廃熱の回収はエネルギー利用における大きな問題です。 研究グループは、この問題を解決し、エネルギー利用を向上させるために、ルーツ発電機を核とした低品質廃熱発電装置を設計した。 しかし、回転速度の調整能力が低く、安定して発電することが難しい。 根本的な理由は、システムには多くの変数と強い結合があるためです。 実際の使用条件によると、装置の電力は 10 kW で、変動範囲は ± 7% 以内である必要があります。 ハードウェアによって改善できる一方で、ソフトウェアの設計も非常に重要です。 現在、制御システムに関する国内外の研究調査を通じて、システムの安定性は徐々に改善されていることがわかっていますが、変数間の強い結合の問題は効果的に解決されていません。 そこで研究グループは、システム内の変数をモデル化し、連成モデルを取得しました。 研究グループは、カップルモデルに基づいて、非線形マルチモデル適応閉ループデカップリング制御を導入し、制御システムを設計した。 シミュレーション結果は、制御システムの最大オーバーシュートが3.9%であり、調整時間も短縮され、低品質の廃熱回収装置でも安定していることを示しています。 実験結果は、システムの制御下で、ルーツモーターの回転速度が安定に維持でき、最大偏差が21.4 r/min以下で、変動範囲が±7%以内であり、指標の要件を満たしていることを示しています。 。 これにより、系統連系発電の追跡調査の基礎が築かれました。

社会の急速な発展に伴い、人々のエネルギー需要も増大しています。 現在、世界のクリーン エネルギー利用は 18% 未満であり、一次エネルギー、特に化石エネルギーの大規模利用が依然として現在の産業発展の主要なエネルギー ライフラインとなっています。 化石エネルギーを使用する過程で、一方では汚染や環境破壊を引き起こします。 一方で、効率の問題により、エネルギーの大部分が熱の形で周囲環境に失われます。 失われた廃熱のうち、一部は温度が高いため回収しやすくなります。 現在、鉄鋼業における焼結廃熱回収技術や鉄鋼スラグ廃熱回収技術など、多くの産業がすでに回収方法を工業化しています。 コークス産業におけるスクリュー拡張発電機発電技術。 しかし、温度160℃以下、圧力0.8MPa以下の低品質な廃熱を回収して利用する場合、上記の方法では実現が困難である。効率的に回収するため、低品質の廃熱のかなりの部分が無駄になります。

産業廃熱資源は、鉄鋼、冶金、建材、非鉄金属、石油化学、軽工業などの多くの産業に広く分布しています。現在、最も広範囲に分布し、最も大きな応用可能性を持つリサイクル可能な資源です。鉱工業生産。 産業廃熱は二次エネルギーの一種です。 一次エネルギーの工業生産過程で失われる熱です。 一般に、排ガス、廃ガス、廃水の形で外部環境に排出されます1。 統計によると、冶金、建材、化学産業における廃熱資源の総量は比較的多く、約 80% に達しています。 中低質廃熱資源が約54％を占め、年間利用率は標準石炭約270万トン2です。 図1に示すように、高温廃熱は40%、中温廃熱は26%、低温廃熱は34%を占めていますが、二次利用率は大きく異なります。 このうち中・低温廃熱は広く流通していますが、その質が低いため回収率が高温廃熱に比べて著しく低く、産業廃熱全体の利用率の更なる向上には限界があります3。 低品質廃熱回収技術の研究は、資源の包括的な保全と効率的な利用、低炭素サイクルの発展の促進、エネルギー革命の推進、エネルギー技術革新の加速、クリーン、低炭素、安全で安全な社会の構築に役立ちます。効率的な現代のエネルギー システム。 省エネ、排出削減、環境保護は、将来の経済発展の重要な部分となります。