革新的な技術で廃熱からエネルギーを回収

燃料を使わず、排出ガスを出さない発電機は、ディーゼル発電機からの低級廃熱を電力に変換します。

2014 年、アラスカのアリューシャン列島の遠隔地にあるダッチ ハーバー発電所の 3 台のディーゼル発電機からの廃熱を電力に変えるために、3 台の有機ランキン サイクル (ORC) 発電機が設置されました。 この発電機は、2 台の Wärtsilä W12V32 ディーゼル エンジンと 2 台の Caterpillar C280-16 ディーゼル エンジンのジャケット水から 170F という低い温度で廃熱を捕捉します。

この低い廃熱温度でも、発電機はサイトに約 75 kW の総電力を供給します。 生成された電力は送電網に直接送られますが、家庭用の電力コストは 0.50 ドル/kWh と高く、これは北米で最も高く、米国の全国平均である 0.12 ドル/kWh の 4 倍です。

1. POWER+ GENERATOR 4400 は最大 75 kW を生成し、低流量廃熱に最適です。 このイメージでは、オペレーターがマンマシンインターフェースを使用してユニットの動作を監視しています。 提供: エレクトラサーム

ウナラスカ市とアラスカ州エネルギー庁は、発電所の未利用の既存廃熱資源を利用するために 3 台の発電機 (図 1) を購入し、年間数万ドルの燃料費を節約できる可能性を認識しました。 設置によりディーゼルエンジンに必要なラジエーター冷却作業が軽減されるため、冷却負荷の軽減も追加の利点となります。 3 つの ORC 発電機はすべて、平均入力温度が 45°F の海水によって提供される 1 つの冷却ループを利用しています。

発電機は ElectraTherm によって提供され、必要な制御および監視機能をすべて提供する AutomationDirect プログラマブル ロジック コントローラー (PLC) によって制御されます。 AutomationDirect によってヒューマン マシン インターフェイス (HMI) も提供され、オペレーターが必要に応じて操作を表示および調整できるようになります。

一般的な定置式ディーゼル、天然ガス、またはバイオガスを動力源とするレシプロ エンジンでは、適用された燃料エネルギー (燃焼) の約 33% のみが動力に変換され、残りのエネルギーは廃熱として失われます。 主な低温損失には、ラジエーターの熱による 27% の損失と摩擦による 5% の損失が含まれます。 さらに 35% が排気ガス中の高温熱として失われます。

このレベルの廃熱はレシプロ エンジンでは一般的です。 さらに、オーブン、窯、炉、焼却炉、熱酸化剤、ボイラーの燃焼に使用される燃焼プロセスなど、事実上すべての燃焼プロセスからの高温の排気ガスには、消費された燃料の元のエネルギーの大部分が含まれています。 この熱が回収されて電気に変換されると、プラント全体の効率が向上します。

以前は、この種の廃熱を電力に変換する実証済みの商用製品があまりなかったため、事業者は大気中への熱損失を受け入れる以外に選択肢がほとんどありませんでした。 現在、ElectraTherm は世界中で 70 台以上のユニットを展開し、累積 120 万時間以上のフリート経験を積んでおり、その過程で顧客は数百万ドルを節約しています。

POWER+ GENERATOR 設計とそれに関連する独自技術により、170°F ～ 270°F の範囲の低温熱源からの発電が可能になります。 この廃熱発電技術は、内燃機関、小型地熱、バイオマス、集光された太陽光、プロセス熱によって生成される廃熱など、さまざまなエネルギー源を電力に変換します。

主な用途は、定置式内燃エンジンからの廃熱を動力に変換することです。 典型的な設置場所には、遠隔地、島嶼、発展途上国の主要な発電所が含まれます。 埋め立て地および廃水処理プラントを含むバイオガス発生装置。 天然ガス圧縮ステーション。 そして再生可能なバイオ燃料。

ElectraTherm は、蒸気エンジンで使用されるものと同様のプロセスである ORC テクノロジー (図 2) を使用します。 ORC テクノロジーとの主な違いは、蒸気エンジンで使用される水が沸点のはるかに低い流体に置き換えられることです。 ORC プロセスは、熱流を利用して電力を生成する、逆回転する冷蔵庫のようなものです。