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摘要：随着科技的发展，能源的逐步枯竭；对于能源利用的要求不断提高。本文就燃煤发电厂中余能的利用提出相关的方案，通过将振动电能回收装置，余热发电装置的融入发电厂系统。对发电厂汽轮机噪声，烟气冷却液中余热充分利用。并且通过微电网将其并入到同一网络，方便对其整合充分利用。
关键词：振动电能回收装置；余热发电装置
引言
自中国经济快速发展，火力发电逐步壮大，成为电能供应的主要生产源，自国家统计局数据显示，火力发电占全国发电量的比重为 73.93%。如今，在燃煤发电场中汽轮机振动势能，散热系统中的余热，与烟气中的余热的利用都成为了可能。
一，电磁式振动发电系统
1，汽轮发电机噪音形成与防护
汽轮机高速运转时，内部零件振动引发气体振动都是汽轮机噪声来源。并且其结构复杂，机械紧密度高单独对某个部件进行降噪处理极为困难。因此常见降噪处理为后期补救降噪，是设置隔声罩将汽轮机进行单独围护。在对噪声源的隔离过程中势必会造成隔声罩的振动，通过隔声罩的振动带动振动电能回收装置实现能量回收并且消除隔声罩的振动。
2，振动电能回收装置比较
1）电磁式振动发电系统
电磁式振动发电系统的工作原理为电磁学中的法拉第电磁感应定律，通过闭合导体的磁通量变化时，闭合回路中产生的感应电动式。在微振动发电装置中通常使用永磁体为磁场发生源，通过永磁体的振动与线圈产生相对位移。电磁发电装置的输出电压较低，但电流相对较大；电磁发电装置的输出功率受其结构尺寸的影响，不适合微小的空间；容易受到外部磁场的干扰；并且电磁式振动发电系统往往需要较大的振动幅度，适合在频率较低的状态下工作。
2）压电式振动发电装置
压电式振动发电是通过利用某些介电质在受到某一方向上外力作用发生形变时，内部产生一定的电势，在他两极上产生相反电荷，当作用力反向时，材料上的电势也会发生正负互换，当其形变恢复后，电势将会消失。电压式振动能量收集装置通常为悬臂梁结构，通过悬臂梁结构可以有效放大振幅。电压式振动发电装置能量转换效率更高；对于环境要求低，体积微小；能量密度高。但存在电容性，存在非线性效应。
3）电磁式与电压式复合振动发电装置
复合振动发电装置是通过对电磁式振动发电系统与压电式振动发电装置在机械结构上进行整合，使其拥有更好的振动发电性能。其内部结构更加复杂，制作精度更高。但其在微振动发电性能上更强。因此，在微振动发电领域得到广泛的应用。
4）电能回收系统的设计
为了充分利用噪声说产生的声波能，可以通过在采取较为轻薄的硬质隔音层与底部连接复合振动发电装置来实现。噪声声波在密闭的隔音层内产生的连续高频的声压波动，带动硬质隔音层振动，同时也引发复合振动发电装置运转。可以通过设置多层次该装置来实现噪声的高效利用。最后通过多个复合振动发电装置串联和并联提高电压。
二，燃煤火力发电厂余热的利用
燃煤火力发电厂余热主要集中在燃烧后的废气以及发动机冷却液中，目前余热发电装置通常为温差发电装置与有机朗肯循环装置，下文将针对这两类装置特性以及使用范围加以阐述。
1，温差发电装置
温差发电装置的理论基础为塞贝克效应和帕尔帕效应，由于包括电子在内的物质具有由高浓度向低浓度的扩散的特性。并且，根据研究表明，其扩散的速率与接触面的温度成正比。因此，对于具有不同自由电子密度两端相互接触的半导或金属导体，只需维持不同金属导体之间的温度差，就能保持电子的扩散运动，从而在导体两端形成稳定的电压差。随着材料科学的发展，如今利用半导体材料制作温差发电装置，已经具有明显的优越性能。由于半导体温差发电装置具有可塑性，因此更加适用于散热器。全国燃煤发电厂中，在水资源较为充裕的南方大多利用水冷技术。经过研究发现，燃煤发电厂冷却水具有流量大，总体热能高，温差较低等特点。因此，利用半导体温差发电将能够较为合理的利用，冷却水中存在的热能。
2，有机朗肯循环装置
有机朗肯循环循环（Organic Rankine Cycle，简称 ORC）是以具有较低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉或换热器、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成，有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械。从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。有机朗肯循环使用的发电机组不断地发展，发电效率也得到显著提升。在工质冷却环境温度低，废热温度较高的条件下可实现有机朗肯系统的高效运转。但有机朗肯系统体积较大，并且需要对有机工质密闭处理。燃煤电厂中，烟气中的废热是主要的能量丢失点，通常燃烧后的废气温度超过120摄氏度。具有高能量密度，且方便传输处理。因此，有机朗肯循环循环对于燃煤电厂烟气废热的利用更加有效。
三，微电网系统
噪声波动不稳定，环境温度的随机性，造成各个系统之间不连续，转化出的电能不在同一量级，并且在物理上具有一定的距离。对于此系统可以参考孤岛微电网系统。对不稳定电能采取滤波稳压，DC-DC转换，逆变处理后通过微电网将清洁能源为低功耗的设备提供电能。
参考文献
[1]噪声发电研究的展望[J]. 荀华，宋长忠，韩建春. 能源与环境. 2010（01）
[2]压电与压磁声电转换材料的研究及应用[J]. 李全禄. 压电与声光. 1995（02）
[3]亥姆霍兹共鸣器的发展[J]. 马大猷. 物理. 1993（08）
[4]分析微电网逆變器自适应下垂控制策略[J]. 高孟泽. 科技致富向导. 2015（08）
[5]基于用户侧微网单相逆变器的控制器设计[J]. 匡洪海，曾丽琼，张曙云，李圣清. 电源学报. 2016（02）
[6]基于比例积分谐振的微网逆变器电压均衡控制策略研究[J]. 张梦帆，傅明月，陈新. 电源学报. 2018（02）
[7]基于多微型逆变器的并网实验研究（英文）[J]. 来金钢，周洪. 新型工业化. 2014（05）
[8]5kw微网逆变器系统设计[J]. 黄华. 世界电子元器件. 2012（01）
[9]微电网中不同容量逆变器经线路并联的环流特性分析和功率分配控制[ J].邓天成，颜湘武，程云帆，华天琪，张伟超，张也.南方电网技术.2017（01）
[10]基于微电网运行模式识别的逆变器自适应控制结构[J]. 蒋闻，李骊，赵晋，唐文左，张程柯，雷霞. 电力系统及其自动化学报.
[11]微电网逆变器并/离网切换控制策略[J]. 施凯，焦龙，徐培凤，叶海涵. 信息技术. 2018（10）
（作者单位：西华大学 电气与电子信息学院）
关键词：振动电能回收装置；余热发电装置
引言
自中国经济快速发展，火力发电逐步壮大，成为电能供应的主要生产源，自国家统计局数据显示，火力发电占全国发电量的比重为 73.93%。如今，在燃煤发电场中汽轮机振动势能，散热系统中的余热，与烟气中的余热的利用都成为了可能。
一，电磁式振动发电系统
1，汽轮发电机噪音形成与防护
汽轮机高速运转时，内部零件振动引发气体振动都是汽轮机噪声来源。并且其结构复杂，机械紧密度高单独对某个部件进行降噪处理极为困难。因此常见降噪处理为后期补救降噪，是设置隔声罩将汽轮机进行单独围护。在对噪声源的隔离过程中势必会造成隔声罩的振动，通过隔声罩的振动带动振动电能回收装置实现能量回收并且消除隔声罩的振动。
2，振动电能回收装置比较
1）电磁式振动发电系统
电磁式振动发电系统的工作原理为电磁学中的法拉第电磁感应定律，通过闭合导体的磁通量变化时，闭合回路中产生的感应电动式。在微振动发电装置中通常使用永磁体为磁场发生源，通过永磁体的振动与线圈产生相对位移。电磁发电装置的输出电压较低，但电流相对较大；电磁发电装置的输出功率受其结构尺寸的影响，不适合微小的空间；容易受到外部磁场的干扰；并且电磁式振动发电系统往往需要较大的振动幅度，适合在频率较低的状态下工作。
2）压电式振动发电装置
压电式振动发电是通过利用某些介电质在受到某一方向上外力作用发生形变时，内部产生一定的电势，在他两极上产生相反电荷，当作用力反向时，材料上的电势也会发生正负互换，当其形变恢复后，电势将会消失。电压式振动能量收集装置通常为悬臂梁结构，通过悬臂梁结构可以有效放大振幅。电压式振动发电装置能量转换效率更高；对于环境要求低，体积微小；能量密度高。但存在电容性，存在非线性效应。
3）电磁式与电压式复合振动发电装置
复合振动发电装置是通过对电磁式振动发电系统与压电式振动发电装置在机械结构上进行整合，使其拥有更好的振动发电性能。其内部结构更加复杂，制作精度更高。但其在微振动发电性能上更强。因此，在微振动发电领域得到广泛的应用。
4）电能回收系统的设计
为了充分利用噪声说产生的声波能，可以通过在采取较为轻薄的硬质隔音层与底部连接复合振动发电装置来实现。噪声声波在密闭的隔音层内产生的连续高频的声压波动，带动硬质隔音层振动，同时也引发复合振动发电装置运转。可以通过设置多层次该装置来实现噪声的高效利用。最后通过多个复合振动发电装置串联和并联提高电压。
二，燃煤火力发电厂余热的利用
燃煤火力发电厂余热主要集中在燃烧后的废气以及发动机冷却液中，目前余热发电装置通常为温差发电装置与有机朗肯循环装置，下文将针对这两类装置特性以及使用范围加以阐述。
1，温差发电装置
温差发电装置的理论基础为塞贝克效应和帕尔帕效应，由于包括电子在内的物质具有由高浓度向低浓度的扩散的特性。并且，根据研究表明，其扩散的速率与接触面的温度成正比。因此，对于具有不同自由电子密度两端相互接触的半导或金属导体，只需维持不同金属导体之间的温度差，就能保持电子的扩散运动，从而在导体两端形成稳定的电压差。随着材料科学的发展，如今利用半导体材料制作温差发电装置，已经具有明显的优越性能。由于半导体温差发电装置具有可塑性，因此更加适用于散热器。全国燃煤发电厂中，在水资源较为充裕的南方大多利用水冷技术。经过研究发现，燃煤发电厂冷却水具有流量大，总体热能高，温差较低等特点。因此，利用半导体温差发电将能够较为合理的利用，冷却水中存在的热能。
2，有机朗肯循环装置
有机朗肯循环循环（Organic Rankine Cycle，简称 ORC）是以具有较低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉或换热器、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成，有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械。从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。有机朗肯循环使用的发电机组不断地发展，发电效率也得到显著提升。在工质冷却环境温度低，废热温度较高的条件下可实现有机朗肯系统的高效运转。但有机朗肯系统体积较大，并且需要对有机工质密闭处理。燃煤电厂中，烟气中的废热是主要的能量丢失点，通常燃烧后的废气温度超过120摄氏度。具有高能量密度，且方便传输处理。因此，有机朗肯循环循环对于燃煤电厂烟气废热的利用更加有效。
三，微电网系统
噪声波动不稳定，环境温度的随机性，造成各个系统之间不连续，转化出的电能不在同一量级，并且在物理上具有一定的距离。对于此系统可以参考孤岛微电网系统。对不稳定电能采取滤波稳压，DC-DC转换，逆变处理后通过微电网将清洁能源为低功耗的设备提供电能。
参考文献
[1]噪声发电研究的展望[J]. 荀华，宋长忠，韩建春. 能源与环境. 2010（01）
[2]压电与压磁声电转换材料的研究及应用[J]. 李全禄. 压电与声光. 1995（02）
[3]亥姆霍兹共鸣器的发展[J]. 马大猷. 物理. 1993（08）
[4]分析微电网逆變器自适应下垂控制策略[J]. 高孟泽. 科技致富向导. 2015（08）
[5]基于用户侧微网单相逆变器的控制器设计[J]. 匡洪海，曾丽琼，张曙云，李圣清. 电源学报. 2016（02）
[6]基于比例积分谐振的微网逆变器电压均衡控制策略研究[J]. 张梦帆，傅明月，陈新. 电源学报. 2018（02）
[7]基于多微型逆变器的并网实验研究（英文）[J]. 来金钢，周洪. 新型工业化. 2014（05）
[8]5kw微网逆变器系统设计[J]. 黄华. 世界电子元器件. 2012（01）
[9]微电网中不同容量逆变器经线路并联的环流特性分析和功率分配控制[ J].邓天成，颜湘武，程云帆，华天琪，张伟超，张也.南方电网技术.2017（01）
[10]基于微电网运行模式识别的逆变器自适应控制结构[J]. 蒋闻，李骊，赵晋，唐文左，张程柯，雷霞. 电力系统及其自动化学报.
[11]微电网逆变器并/离网切换控制策略[J]. 施凯，焦龙，徐培凤，叶海涵. 信息技术. 2018（10）
（作者单位：西华大学 电气与电子信息学院）