低碳圈

继生物质之后，高能耗型产业用途的废热利用系统也很多。特别是在水泥工厂的采用实例较多。可利用窑炉及熟料冷却器排出的废气。JFE工程公司向罗马尼亚的水泥工厂提供了换热器。


        该公司还进入了北美市场。第1项业务是在加拿大利用燃气轮机发电的废热。在Trans Gas公司的压气站内设置了1000千瓦的系统，已经于2010年年底投入运营。可以算作小型联合循环系统。


        太阳热是JFE工程首先开展业务的领域，在澳大利亚的珀斯进行了实证试验。2010年设置了实机。通过与夏威夷太阳热发电公司SOPOJI的系统组合，接到了用于太阳热发电的第1个订单。另外，Turboden和PWPS的系统最近还被加利福尼亚州向企业引进节能设备提供的补贴选为对象设备。


许多企业相继涉足日本国内市场


        日本国内设置二进制发电设备此前仅有12例。目前正在运转的设备有住友金属工业公司的鹿岛钢铁厂（3800千瓦）、九州电力公司的八丁原发电站（2000千瓦）、富士石油公司的袖浦炼油厂（4000千瓦）及雾岛国际宾馆（220千瓦）四处。


        不过，在讨论采用可再生能源固定价格收购制度（FIT）的过程中，许多企业相继进入二进制发电领域。川崎重工、神户制钢所、JFE工程、富士电机、三菱重工、第一实业、Xenesys、爱发科理工等公司相继公布了产品开发及实证业务的相关信息。接下来，介绍领先一步的川崎重工和神户制钢的相关产品及业务。


川崎重工从利用工厂废热起步


        川崎重工以输出250千瓦级的系统为主力，发掘废热发电需求。目前正在确认与输出5000千瓦级高效燃气机的配套运转。并通过与九州电力、大阪燃气共同进行实证实验，在2013年度确立技术，与利用垃圾焚化站的废热、地热发电所生成的热水组合进行发电。除了产业废热之外，还将在可再生能源领域扩大范围。


        川崎重工目前开发出了小规模二进制系统“绿色二进制涡轮机”（250千瓦），以利用工厂内废热为主要用途。在该公司的神户工厂，启动了250千瓦的二进制发电系统，利用的是该公司5000千瓦高效（发电效率为49％）燃气机发电的废热，已经对其有效性进行了确认。


        通过使发电机和涡轮机直接相连，无需使用减速器，可实现小型化，同时还易于优化旋转控制。另外还在发电机转子和定子之间插入了名为“Can”的圆筒，可防止介质泄漏。进行换热的蒸发器采用的是降膜式（管壳式），可打开进行检查。此外还易于利用温泉及工厂废热等有污物的热源，有助于实现介质使用量的最小化。这方面的专有技术是通过吸收式制冷机积累的。


        作为低沸点介质，采用的是热回收效率较高的氟里昂替代物氢氟醚（hydro fluoro ether，HFE）。氢氟醚具备不燃性，无毒，臭氧层破坏系数（ODP）为零，温室效应系数（GWP）较小。川崎重工曾向住友金属的钢铁厂供应了3台利用特定氟里昂CFC11的废热发电系统，拥有专有技术。提供的设备可在20分钟内达到额定功率。还可进行DSS运转（Daily Start and Stop），即每天反复进行启动和停止，能够灵活应对工厂等的作业时间。


大阪市利用垃圾焚烧设施废热


        大阪燃气公司、大阪市和大阪府共同进行着利用垃圾焚烧发电的废热再进行发电的实证试验。大阪市的大正工厂（垃圾焚烧设施）平均每天收集600吨普通废弃物，发电输出功率达到3000千瓦。利用其废热，通过250千瓦的二进制发电系统再次进行发电，同时还在工厂内进行能源管理。


        该业务已被选为日本经济产业省智能社区实证补贴业务。大阪燃气将剩余的废热储存在特殊材质的蓄热槽中，用拖车等运送到远处（30公里方圆内）的需求方那里，以求提高焚烧热量的利用效率，同时探寻最佳运输方法。通过利用甜味剂赤藓糖醇（Erythritol）的潜热（固体、液体间进行变化时所需的热量）进行蓄热，与相同容量的水对比，可实现大约3倍的蓄热。该公司力争通过该业务将综合能源效率提高25％以上。实证期预定为自2011年起3年。


神户制钢从温泉发电入手


        2009年10月，为了将处于世界顶级水平的压缩机产品的螺杆转子技术应用于二进制发电，神户制钢启动了一个项目。首先着眼于小规模的温泉及地热发电，将因法律上的限制以及采用成本问题而迟迟得不到普及的500千瓦以下小规模、用于温泉区的发电设备作为目标。该技术也可用于工厂排放的热水等。


        该公司的“微型二进制”就体现了这一概念的新产品，2011年10月开始销售，向汤布院的温泉旅馆供应了第1台产品（参照上一篇）。其最大发电端输出功率为70千瓦，是首台日本国产的100千瓦以下级别的产品。并且，在全球首次采用了半密闭型螺旋涡轮机方式，利用70～95度的热水以及可转换为热水的废液及气体等作为热源。而且以70千瓦发电单元作为基本模块，可进行符合热源条件及设置环境的最佳系统设计。价格方面，通过应用冷冻机、热泵等的量产技术，以及部件的通用化，使主体单元实现了2500万日元的低价。


        继这种热水热源二进制发电系统实现商品化之后，该公司正着手进行以130度以下蒸汽为热源的120千瓦级蒸汽热源二进制发电系统的开发，力争2012年秋季开始销售。


        不能否认，日本的二进制发电给人以起步较晚的印象。然而，该技术直接关系到节能以及热能的高效利用，并且不分城市及地方都能提供分散型系统，因而，这是极富节约精神的日本人所喜爱的领域。作为剩余的一个有发展前途的领域，可以预想日本国内将会有旺盛的需求。