对于超过二十年,几乎所有的可再生能源的努力已经将涡轮机械设计的最新进展和涡轮机制造技术在不断发展,努力实现甚至超越公用事业规模的经济性。即使是成熟的涡轮机继续更好的性能,效率和节约能源的增量进行优化。

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实验微曲面旨在在可用时或在沼气上或交替的沼气中的浓缩太阳能热能工作

通过绿色能源技术的广泛和零碎的混合,提供了世界对可再生能源,可持续和环保电力的需求。几乎所有的精致,新的和拟议的技术,用于产生“绿色”电力依赖于涡轮机,压缩机,扩展器,泵和风扇的改进设计,以使其在经济上和环保上可行。太阳能,风力,水电,潮汐,波,地热和生物量能源要求先进的涡轮机械设计,以有效地从低密度流提取电力,并帮助为项目成功所需的价值主张证明了解。

现在,在传统的涡轮机械开发中完善的工程实践现在正在应用于最新一代涡轮绿化设备,几乎纳入了可再生和可持续力量的所有最新技术。这些涡轮机中的一些相对成熟,但继续优化甚至更好的性能,效率和节能,以及新的应用和特殊要求。对每种技术的涡轮机械发挥影响揭示了绩效改进以及潜在的工程突破机会。

风力涡轮机和压缩机

美国在风能生产中引领世界有超过30,000个风力涡轮机,新装置正在迅速增加。公用事业量表商业风电场现在被认为是一种成熟的技术,在经济上竞争(甚至与燃煤发电)选择沿海地点。现在正在开发用于现场发电的微风捕获设计以温和而不一致的风。

具有强大和持续的风的其他地区包括平原状态的平坦(爱荷华州已经生产了风力涡轮机的15%),以及各种山区和沿海岛屿的沿海地区。然而,一些最有利可图的位置是遥控器,目前受到高压传输线基础设施缺乏的限制,或者仅限于实际的海上设施,深度仅为30米。

现在出现了几种完全不同和高效的轴向和径向叶轮设计,将有效地容纳城市和现场安装。为了可行,这些小型风力涡轮机需要更少的初始风(低至5英里/小时)和最佳效率水平。

风力涡轮机涡轮机也正在进一步改进,以减少噪音和鸟类的环境影响。迁移飞行路径内的海上地区特别需要新的鸟类安全刀片形状。在另一个风力循环中,使用风力涡轮机驱动压缩机。存储的压缩空气可用于在需要时驱动涡轮发电机(或其他一些应用)。

太阳能涡轮机

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这三叶片,水平轴涡轮机被部署在水下产生从河流电流清洁,可再生能源。

作为最终可再生和可持续资源,太阳能将继续授权逐步改进(和较低昂贵)的光伏装置,以及激发更有效的太阳能技术。从理论上讲,捕获落在地球群众的阳光下的1/1000次捕获的阳光可能会为所有文明产生今天的总功耗。然而,作为世界领导者,德国从太阳能发电产生了不到1%的电力。

电气和热太阳能供电的能量系统主要专注于工业/商业规模站点的分布式发电。公用事业规模的太阳能电厂将需要更复杂和高效的涡轮机械,以克服几个限制因素,这些因素仅包括太阳能时期的部分可预测性和将产生的功率量。

然而,使用集中的太阳能热更新更好的太阳能技术(在400°F和相当高的),以驱动蒸汽或燃气涡轮机更有效地许诺,高效,实用上利用太阳能用于发电或给功率一些其它热应用如吸收式制冷机。在所有的太阳能技术和应用的覆盖涡轮机的挑战是进一步推进涡轮机和泵的效率,努力减少他们的dollars-每瓦的安装成本。

此外,用于存储太阳能热电和电能产生的改进技术很有希望在更多地区制造太阳能实用和经济上可行的。电气和热储存的重大突破可以从次要的绿色能量的主要贡献者推动太阳能。

水力涡轮机

在许多地区,河流和溪流的渔获物用于水力发电的流动是一种环境灾害。因此,在美国将允许新的水电坝,排除防洪,灌溉和导航水坝。

仍然有可能改善大多数现有水电涡轮机的“水线”效率,对环境没有进一步的负面影响。并且,新的水力系统也可以提供来自各种低头低功率水流的连续和可预测的功率的巨大潜力 - 而无需水坝,可能也可能在位置或季节急剧变化。能量密度大于风850倍,甚至缓慢流动的水也可以是高效的水动力学涡轮机的有效能源。

目前和计划的水肝技术试图从流和河流(低至四到五节)中提取最大能量,而无需水坝。这些系统逐步实现的较高效率最终将决定可行应用的程度。这些同样的涡轮绿化技术也计划有效地在地下溪流和落水的低流动中运行。海洋河口的水下流是一种特别可靠的能源资源,用于驱动水力涡轮机。

潮流和波形压缩机涡轮机

在自然(和国家)能源的混合中,重复海浪和潮流的巨大潜力现在正在通过几种涡轮绿色技术来解决,这提出了最有效地提取能量而不影响流动或环境。由于所有水流和波浪动力系统在相对严苛的环境中运行,因此必须设计涡轮机器,以便在各种条件下以峰值效率运行,并针对可靠性和耐用性进行优化。

一个有前途的技术是潮流电流涡轮机,设计用于利用各种海洋电流的能量。独特的高利型垂直轴潮流涡轮机使用螺旋绕轴螺旋地放置的水膜叶片,随着潮汐进出而双向操作。水下潮汐涡轮机农场将像离岸风电场一样运作,除了涉及相对骚扰水下环境的复杂性。

另一个涡轮绿色溶液使用一个振荡水柱(OWC),以捕获和转换海洋波能量转换成压缩空气来驱动的空气涡轮发电机。升序和降序波交替压缩和抽空空气的腔室内部,以驱动空气turbine-供能的发电机。核心技术采用了专利的高效率的,可变间距涡轮机,其中机电桨叶桨距控制,能够在相同的方向旋转,而不管OWC系统的双向气流。

地热泵和涡轮机

使用二进制循环系统的较新的地热电力电厂能够在约225至360°F的相对低温下有效地操作(与干蒸汽或抽吸液植物相比)。然而,为了进一步降低每个千瓦的高资本成本产生,在这种有机rankin周期(ORC)中的涡轮机器中有很大的动力,试图实现最大的潜在效果,以降低每千瓦的高资本成本产生的力量。

在典型的地热兽人循环中,泵将热地热盐水从生产井转移到蒸发器,其中流体的热量转移到有机制冷​​剂中。然后将冷却的盐水泵入再升压。在第二回路中,泵将蒸发的制冷剂循环以供电涡轮发电机。然后将制冷剂冷凝并泵回预热器,再次在由热地热流体加热的未通过锅炉中蒸发。

为了获得有意义的改进,这些涡轮机系统需要更高效的泵和涡轮机。一种这样的重力头能量系统(GHES)使用在井筒内安装深紧凑且高效率的涡轮膨胀机泵。这种高度先进的涡轮绿色设计显著增加至少20%,最高达到30%,整体循环效率。

生物质蒸汽涡轮机

一种木芯片燃烧锅炉可在950°F产生的加压蒸汽驱动的蒸汽涡轮机,并且根据需要生物质发电厂可以操作24/7或呼叫。虽然蒸汽涡轮机技术的生物质循环被认为是相当成熟的,在涡轮机设计先进的功能将现在允许甚至更高的效率,更清洁的排放,并减少开支。

蒸汽轮机长期以来一直是现场CHP工厂的天然绿色能源选择,可以访问附近的低成本生物质燃料。上实用规模的,生物质为燃料的蒸汽涡轮机设备仅由可再生“木篮子” 30-或40英里半径范围内的可用大小的限制。在庞大的树木繁茂的地区,燃煤电厂的几个运营商正在转换为燃烧更清洁的生物量木屑 - 这种趋势正在增加。

低档木材通常收获的生物质燃料主要是从林业管理废料超过40年的增长周期。然而,生物质资源预期作为第二代生物燃料是从年度玉米和柳枝收获产生的显着增加。而一种新型的具有高燃烧值树和3年的生长周期现在被遗传专门针对生物质工程。

沼气涡轮机

甲烷气体和其他沼气废物是对老化垃圾填埋场的环境有害的副产品,市政废水处理加工和农场消化器可以经济地燃料燃烧燃烧燃气轮机,该燃烧燃气轮机可在效率和率接近或与效用的速率提供连续电力。当涡轮机产生的电力和热量都可以在CHP应用中使用时,组合效率特别有利(接近90%)。

今天的第二代和第三代MicroCurn inn现在正在采用先进的和精致的涡轮机械设计,允许在更高的温度下运行以实现更好的效率和清洁排放。新的涡轮机设计正在开发中,对于多型混合循环,可能在一个情况下,当太阳能热能不可用时,可以在沼气燃料上操作。

目前操作上沼气reciprocating-引擎发电机许多网站都进行现场电力改造微型燃气轮机,因为最新的涡轮机技术提供显著降低排放,更好的可靠性,更长的时间间隔,并减少维护。现在微型燃气轮机发展的重点是设计进步和技术突破,最终可能增长近一倍的电流效率。

其它涡轮机械绿

核电站。Considering that nuclear fuel releases a million times (projected up to 50 million times) more energy per unit than fossil fuels, with zero harmful emissions, this alternative energy technology is gaining renewed interest for refinement — but not for application in the U.S. If nuclear generating capabilities are to be expanded in the U.S., what you can expect for future plants (and their turbomachinery systems) is one standardized design to dramatically confine costs. Variations to accommodate some variables will be developed and supplied by capable vendors.

燃料电池。尽管燃料电池和涡轮机 - 压缩机组合循环导致了非凡的电效率,但闭环系统,涡轮机械开发目前专注于未来的燃料电池供应管线压缩机。目前正在使用的往复式压缩机依靠可以渗入圆柱体并污染氢气的润滑剂。离心式压缩机避免这种污染,并允许相同的占空比更高的压缩效率。

一个大型的离心式压缩机现在被设计用于氢气管线传输预期服务于通过采用实际燃料电池动力装置和汽车的创建一个未来的需求。的8000马力,六级压缩机将每天在压力高达1200磅移动240000公斤氢气,是相当小的(1/4尺寸),比目前使用的氢管道压缩机更有效。

储能。为分布式发电和供应智能电网提供的绿色能源技术的迅速推进和接受,要求可再生能源与储能配对。除了电池系统外,所有其他存储方法都取决于各种涡轮机的效率,用于泵送流体和压缩气体。

近期值得关注的是新一代采用多吨级碳纤维纺转子在真空磁轴承飞轮。各飞轮预计存储多达备用电源的数兆瓦从间歇性能源(如风能和太阳能)或缓冲功率波动来稳定功率用于改变负载。在一个系统中,搭载绿色能源的马达加速飞轮连接至终端的速度,则转子保持其惯性能量“无限期”,直到通过反转处理和使用该马达作为发电机释放。

在广泛的条件下运行的高效和可持续的涡轮绿化机的成功通常取决于由高度专业化的CAE和CAM软件系统促进的涡轮机械设计和制造中的进步和突破。为了满足最佳的性能目标,许多涡轮绿色叶轮设计将利用薄,高型雕刻和紧密间隔的叶片形状。但要与化石燃料发电具有成本竞争力,但这些优雅的解决方案必须补充精致的刀具路径程序,用于准确,经济的5轴铣削。

本文是由NREC,白河交界处,VT概念的贡献。有关更多信息,请单击在这里


美国宇航局yabovip16.com科技简报杂志

本文首先出现在2013年5月期刊上美国宇航局yabovip16.com技术简报杂志。

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