西门子全数字直流调速装置
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西门子直流西门子全数字直流调速装置

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2019-05-14 15:45:28
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产品简介

西门子全数字直流调速装置
代理SIEMENS西门子直流调速器 全数字调速装置/6RA24/6RA70,6RA70直流调速器采用SIMOREG DC-MASTER,SIMOREGK 6RA24系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置,6RA28全数字化通用经济型 ,大量应该于工业环境,受到用户*好评.

详细介绍

西门子全数字直流调速装置

 

代理SIEMENS西门子直流调速器 全数字调速装置/6RA24/6RA70,6RA70直流调速器采用SIMOREG DC-MASTER,SIMOREGK 6RA24系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置,6RA28全数字化通用经济型 ,大量应该于工业环境,受到用户*好评.

西门子直流调速器 全数字调速装置6RA28/70系列目前,随着交流调速技术的发展,交流传动得到了迅猛的发展,但直流传动调速在诸多场合仍有着大量的应用。随着计算机技术的发展,过去的模拟控制系统正在被数字控制系统所代替。在带有微机的通用全数字直流调速装置中,在不改变硬件或改动很少的情况下,依靠软件支持,就可以方便地实现各种调节和控制功能,因而,通用全数字直流调速装置的可靠性和应用的灵活性明显优于模拟控制系统。目前,以德国SIEMENS公司的6RA70系列通用全数字直流调速装置在中国的应用为广泛。

1.1结构及工作方式

SIMOREG 6RA70系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置,其结构紧凑,用于可调速直流电机电枢和励磁供电,装置额定电枢电流范围为15至 2000A,额定励磁3到85A,并可通过并联SIMOREG整流装置进行扩展,并联后输出额定电枢电流可达到12000A。6RA70直流控制器已经广泛应用与各行业,控制器器的核心器件上已经在国内外得到可靠实例的证实,可靠性、安全方面较有保障。

根据不同的应用场合,可选择单象限或四象限工作的装置,装置本身带有参数设定单元,不需要其它的任何阻力。设备即可完成参数的设定。所有的控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现。可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。

SIMOREG 6RA70系列整流装置特点为体积小,结构紧凑。装置的门内装有一个电子箱,箱内装入调节板,电子箱内可装用于技术扩展和串行接口的附加板。各个单元很容易拆装使装置维修服务变得简单、易行。外部信号连接的开关量输入/输出,模拟量输入、输出,脉冲发生器等,通过插接端子排实现。装置软件存放闪(Flash)-EPPOM,使用基本装置的串行接口通过写入可以方便地更换。

1.2功率部分:电枢和励磁回路

电枢回路为三相桥式电路:

(1)单象限工作装置的功率部分电路为三相全控桥B6C。

(2)四象限工作装置的功率部分为两个三相全控桥(B6)A(B6)C。

励磁回路采用单相半控桥B2HZ,额定电流15-800A的装置(交流输入电压400V时,电流至1200A),电枢和励磁回路的功率部分为电绝缘晶闸管模块,所以其散热器不带电。更大电流或输入电压高的装置,电枢回路的功率部分为平板式晶闸管。这时散热器是带电的。功率部分的所有接线端子都在前面。

1.3通讯口

下列串行接口可供使用:

(1)U X300插头是一个串行接口,此接口按RS232或RS485标准执行USS协议,可用于连接选件操作面板0P1S或通过PC调试SMOVIS。

(2)主电子子上的串行接口,RS485双芯线或4芯线用于USS通信协议或装置对装置连接。

(3)在端于扩充板选件端子上的串行接口,RS485双芯线或4芯线,用于USS通信协议或装置对装置连接。

(4)通过附加卡(选件)的PROFIBUS-DP。

(5)经附加卡(选件)SIMOlink与光纤电缆连接。

SIMOREG 6RA70 西门子直流调速器的设计具有紧凑而节省空间的特点。包含闭环控制板的电子箱安装在西门子直流调速器门上。 电子箱同时还具有容纳其它与过程相关扩展功能和串行接口板的空间。这种设计使得维修极为简单,因为单独的部件可容易操作。

西门子直流调速器

SIMOREG 6RA70 西门子直流调速器是全数字化的紧凑型设备,它连接到三相交流电源上。这些西门子直流调速器轮流被用于变速 DC 驱动的转子电路和励磁电路。 额定直流电流范围扩展为 15A 至 3000A,并可通过并联 SIMOREG 西门子直流调速器进行扩展。

单象限西门子直流调速器或四象限西门子直流调速器可适应于各种具体的应用要求 由于西门子直流调速器配有一个集成的参数化面板,它们是自主单元,不需要任何其它的参数化设备。由两个微处理系统来处理所有的开环和闭环控制任务以及监视和辅助功能。 设定值和实际值可使用模拟形式或数字形式。

西门子6RA7075直流调速器

SIMOREG 6RA70 西门子直流调速器的设计具有紧凑而节省空间的特点。包含闭环控制板的电子箱安装在西门子直流调速器门上。 电子箱同时还具有容纳其它与过程相关扩展功能和串行接口板的空间。这种设计使得维修极为简单,因为单独的部件可容易操作。

外部信号(数字量 I/O,模拟量 I/O,脉冲编码器等)由插入式端子连接。 西门子直流调速器软件保存在闪存中。 软件升级包可通过基本单元的串行接口方便下载。

额定直流电流为 125 A 或以下的西门子直流调速器为自冷却,但是额定直流电流为 210 A 或更高的西门子直流调速器须强制空气冷却(风扇装置)。

速度控制器的输出或者作为转矩设定值或者作为电流设定值,这取决于参数化。 在闭环转矩控制方式中,速度控制器输出是通过机器磁通量φ 来加权的,然后作为一个电流设定值传送给电流限制。 转矩控制方式通常是和励磁弱化一起使用的,因此大的电动机转矩可以被限制,但与速度无关。

具有下列功能:

?通过参数独立地设置正/负转矩限制。

?作为一个可参数化的切换速度的函数,通过一个开关量连接器切换转矩限制。

?利用一个连接器,例如,通过一个模拟输入或串行接口来自由输入转矩限制。

低的输入量总是被用作电流转矩限制。 在该转矩限制之后,可以另外添加转矩设定值。

自动反向模块(仅当西门子直流调速器用于四象限驱动时)连同电流控制回路一起作用,去定义把转矩方向反转过来所需要的所有过程的逻辑序列。 必要时,一个转矩方向可以通过参数设置来禁用。

西门子变频器是由德国西门子公司研发、生产、销售的变频器品牌,主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。并以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、过载能力、创新的BiCo(内部功能互联)功能以及灵活性,在变频器市场占据着重要的地位。容 西门子电机性能 西门子电机(SIEMENS电机)西门子公司是的电机制造商,拥有超过100多年的电机制造经验。西门子电机产品涵盖了几乎所有工业领域所能使用的电机,无论您需要驱动何种负载,西门子电机都能满足系统的具体要求。7 较高的效率等级降低了能耗,直接使用户节约成本! 较高的防护等级(IP55),保证客户使用安全可靠! 较高的性价比,客户以较低的价格享受到高品质、良好信誉的*产品,为客户的使用提供了保证,并且为用户间接节省成本。 ——灵活出线:接线盒4*90度方向旋转,客户可任意,只需要在定货时注明即可。 ——牢固的零部件连接:执行西门子电机组装标准,模块化设计,模块化安装,提高零部件连接可靠性,大大降低了安装调试时间,缩短了交货期。 ——高性能防护等级:所有电机均采用IP55防护等级进行设计,他们可用与户外或者含尘潮湿的环境中,用户不需要增加额外装置不影响正常使用。并且还可按照用户要求提供更高的防护等级。路 ——提高绝缘性能,增加了电机使用寿命:所有标准电机均采用F级绝缘系统,并按照B级绝缘进行考核,增加了电机运行的可靠性,提高了电机寿命,并可按照用户要求提供更高的绝缘等级。0 ——优良的转子加工工艺:每个转子加工完成后,都会做好妥善防护,并刷涂防护涂料。 ——选用高性能轴承及润滑油脂:轴承选用厂家,并按照西门子要求定做,油脂选用Esso Unirex N3新型润滑油脂,耐高温不易挥发,保证关键部件连续*可靠的运行

主电路由交流阻熔吸收、传动装置、平波电抗器(利旧)、直流快开组成。
交流进线侧装有阻熔吸收电路,用于吸收变压器合闸对传动装置的冲击。
直流侧安装直流快开DS14,用于完成直流侧的保护。
       其数字控制系统为SIEMENS公司的6RA70系列数字控制系统,功率控制系统采用晶闸管元件组成三相全控桥反并联整流系统。采用北京景新制造的西门子控制的混装模块。
装置以成套柜的形式供货,每套装置中安装:
 S7-200PLC:用于完成开机逻辑。
 用于Profibus-DP通讯的CBP2通讯板;下传数据:控制字和速度给定值;上传数据:状态字、故障字和各种运行数据。
 三相励磁主电路包括进线断路器、接触器、熔断器、励磁变压器、直流全数字装置。
测量和显示仪表包括:电枢电流、电枢电压、励磁电流、励磁电压;控制电路中包括:内、外控功能(内控完成调试与检修,外控完成基础自动化控制),配置温度巡检仪用于监测电机的测温元件,配置给电机风机电源和控制,配置给电机防凝露加热器的电源和控制。
 传动装置带有标准的脉冲编码器接口。
传动装置带有急停接口。急停功能分为本地急停和系统急停。本地急停用于调试和巡检;系统急停一般来自现场,由基础自动化供应商确定。急停信号通过硬线连接。
传动装置带有基本操作单元和调试工具的接口,它可以完成运行要求的所有参数的设定、调整及实测值的显示。参数设定也可以由计算机通过数据通讯来完成。装置的高效能处理器承担电枢回路的调节功能、励磁回路的调节功能、参数优化、监控与诊断、保护及通讯功能。装置具有优良的动、静态性能,调试简单,维护容易。每台直流装置均开放S00代码,用于完成速度同步和负荷平衡。

西门子全数字直流装置调试步骤
1.一般控制参数的设定
       按照电路图,将模块外部急停和抱闸等外部控制先满足条件,给模块上控制电,如无问题就恢复工厂值,按照西门子直流调速装置说明书的启动步骤进行系统参数设定(此时电机应为空载):
 恢复工厂值
 设置脉冲编码器
 选择控制方式
 输入输出设定
 给定选择
 保护参数设置
2.优化运行
验证码盘的正确性
进行优化设置 :P83=2 将速度反馈改为编码器,改完后让电机运行一下确保没有其他故障。
进行电流环自优化的验证
P51=25 电流环优化,优化修改电枢与励磁电流环基本参数,可以多做几回观察是否参数相同。
电流环优化改变以下几个参数:P110电枢电阻、P111电枢电感、P112励磁电阻、P155电枢调节器P增益,P156电枢调节器I积分、P255励磁调节器P增益、P256励磁调节器I积分、P826自然换向时间。

3.通讯设置
P918 与PLC 通讯的站地址
P927=7 参数化使能(39主从控制)
U734.1=K32 传给PLC 的*个字,一般为状态字1
U734.2=167 速度
U734.3=117 电枢电流
U734.4=142 转矩
其他需要传送的数据和 PLC 进行商量
复制参数组 P55=112;P57=112
设置远程控制此处只是举例,实际情况需要与 PLC 协商
P648.2=3001 远程控制时,控制字通过PLC *个字
P644.2=3003 远程控制时,速度给定通过第3个字
其他类似
以上为西门子参数的基本设置,其他设置根据具体情况不同更改
4.空载调试和带载调试
      单机测试;电机运行考核,根据用户要求在不同速度下考核电机;机械设备运行考核,根据用户要求在不同速度条件下考核变速箱等机械设备;系统联调;带载调试,联合试车。

6RA70系列主从应用
1、系统描述        
    两台或多台SIMOREG DCmaster直流装置在不同工艺应用中的相关使用。
    在多电机传动系统中,有一些应用将电机轴通过齿轮、链条或传送带等相互耦合在一起,而电机也要用多台驱动装置来驱动,这种情况下,就要用到传动装置的主/从功能。正是由于这些主从功能,负载可以均匀地分配在各传动单元之间。对于主从控制,有以下几个功能要实现:
 主机控制从机的起动/停止和复位信号;
 主机给定从机的给定信号;
 主机监控从机的状态显示信号;
主机显示从机的实际值信号。        
2、驱动电机之间硬性连接
2.1 应用
 两台或多台电机之间硬性连接,主机工作在速度控制模式
 从机工作在电流或者转矩控制模式
 从机接收主机的控制字1作为控制源
 从机接收主机的转矩给定信号
 从机接收主机的速度实际值信号
2.2 硬件线路配置

西门子直流调速装置调试方法控制系统组成主电路由交流阻熔吸收、传动装置、平波电抗器(利旧)、直流快开组成。交流进线侧装有阻熔吸收电路,用于吸收变压器合闸对传动装置的冲击。直流侧安装直流快开DS14,用于完成直流侧的保护。?????? 其数字控制系统为SIEMENS公司的6RA70系列数字控制系统,功率控制系统采用晶闸管元件组成三相全控桥反并联整流系统。采用北京景新制造的西门子控制的混装模块。装置以成套柜的形式供货,每套装置中安装:? S7-200PLC:用于完成开机逻辑。? 用于Profibus-DP通讯的CBP2通讯板;下传数据:控制字和速度给定值;上传数据:状态字、故障字和各种运行数据。? 三相励磁主电路包括进线断路器、接触器、熔断器、励磁变压器、直流全数字装置。? 测量和显示仪表包括:电枢电流、电枢电压、励磁电流、励磁电压;控制电路中包括:内、外控功能(内控完成调试与检修,外控完成基础自动化控制),配置温度巡检仪用于监测电机的测温元件,配置给电机风机电源和控制,配置给电机防凝露加热器的电源和控制。? 传动装置带有标准的脉冲编码器接口。? 传动装置带有急停接口。急停功能分为本地急停和系统急停。本地急停用于调试和巡检;系统急停一般来自现场,由基础自动化供应商确定。急停信号通过硬线连接。? 传动装置带有基本操作单元和调试工具的接口,它可以完成运行要求的所有参数的设定、调整及实测值的显示。参数设定也可以由计算机通过数据通讯来完成。装置的高效能处理器承担电枢回路的调节功能、励磁回路的调节功能、参数优化、监控与诊断、保护及通讯功能。装置具有优良的动、静态性能,调试简单,维护容易。每台直流装置均开放S00代码,用于完成速度同步和负荷平衡。西门子全数字直流装置调试步骤1.一般控制参数的设定?????? 按照电路图,将模块外部急停和抱闸等外部控制先满足条件,给模块上控制电,如无问题就恢复工厂值,按照西门子直流调速装置说明书的启动步骤进行系统参数设定(此时电机应为空载):? 恢复工厂值 设置脉冲编码器? 选择控制方式? 输入输出设定? 给定选择?? 保护参数设置2.优化运行验证码盘的正确性进行优化设置 :P83=2 将速度反馈改为编码器,改完后让电机运行一下确保没有其他故障。进行电流环自优化的验证P51=25 电流环优化,优化修改电枢与励磁电流环基本参数,可以多做几回观察是否参数相同。电流环优化改变以下几个参数:P110电枢电阻、P111电枢电感、P112励磁电阻、P155电枢调节器P增益,P156电枢调节器I积分、P255励磁调节器P增益、P256励磁调节器I积分、P826自然换向时间。电流环响应曲线:?????????? 上图为电流环自由化过后手动阶跃的实验图,绿色为设定,红色为实际值。可以看出电流的响应比较快而且没有超调。对速度环进行优化并验证?????? P51=26 速度环优化,主要修改速度环PI值:P225速度环增益、P226速度环积分时间、P228速度给定的滤波时间。速度环响应曲线如上图黄色为速度实际值、红色为电流实际值、蓝色速度设定值。此特性即为无超调。上图红色为电机速度实际值,蓝色为设定值;可以看出速度超调比较大,但响应比较快。速度环的特性,根据现场电机特性要求调节PI参数让电机达到控制要求。弱磁优化P51=27,主要绘制模块弱磁曲线:P81=1 将模块改为有弱磁。弱磁优化完成后对弱磁进行验证需要做以下几点:? 对电机进行升速控制,主要观察电机在进入弱磁区后,直流电枢电压是否升高,励磁电流是否降低? 对电机进行满速控制,观察电机励磁电流,电枢电流,直流电压是否稳定受控。? 利用计算机对各波形观察并记录。弱磁升速曲线????? 上图为弱磁后验证波形,黄色为励磁电流,红色为电机实际速度,绿色为EMF 电压。可以看出在电机由恒磁区进入到弱磁区后,电枢电压和励磁电流都基本比较稳定,弱磁比较成功。3.通讯设置P918 与PLC 通讯的站地址P927=7 参数化使能(39主从控制)U734.1=K32 传给PLC 的*个字,一般为状态字1U734.2=167 速度U734.3=117 电枢电流U734.4=142 转矩其他需要传送的数据和 PLC 进行商量复制参数组 P55=112;P57=112设置远程控制此处只是举例,实际情况需要与 PLC 协商P648.2=3001 远程控制时,控制字通过PLC *个字P644.2=3003 远程控制时,速度给定通过第3个字其他类似以上为西门子参数的基本设置,其他设置根据具体情况不同更改4.空载调试和带载调试????? 单机测试;电机运行考核,根据用户要求在不同速度下考核电机;机械设

 

直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。

三、直流调速器工作原理简单介绍:

直流调速器就是调节直流电动机速度的设备,上端和交流电源连接,下端和直流电动机连接,直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源,一路输入给直流电机砺磁(定子),一路输入给直流电机电枢(转子),直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流,调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况,必要时修正电枢电压输出,以此来再次调节电机的转速。

四、直流电机的调速方案一般有下列3种方式:1、改变电枢电压;2、改变激磁绕组电压;3、改变电枢回路电阻。 较常用的是调压调速系统,即1(改变电枢电压).

五、一种模块式直流电机调速器,集电源、控制、驱动电路于一体,采用立体结构布局,控制电路采用微功耗元件,用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换,电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻,可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机,可具有调速器所应有的一切功能。

六、现代工业自动化的高速发展也给直流电机的控制与调速提供了大范围的应用与更新:如远程信号传输,远距离调速,高温环境的遥控调速与控制,手动自动集成等。

说明

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1.Z2系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部JB1104-68部颁标准所规定的标准系列小型直流电机

2.Z2系列小型直流电机共分11个机座号,每个机座号有两种铁心长度,制造有直流电动机、直流发电机、直流调压发电机三种,适用于一般正常的工作环境。电动机作一般传动用,发电机作为一般直流电源用,调压发电机作蓄电池组充电用。

3.励磁方式:电动机为带有少量稳定绕组的并激或他激励磁。发电机为复激或他激励磁(额定电压为230伏的发电机),调压发电机为并激励磁(不带串激绕组)。电机的他激励磁电压制成有110伏或220伏二种。电动机额定电压110伏的仅有他励电压110伏一种。

4.Z2系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾性能的湿热带型(TH)直流电机。

5.型号含义:Z表示“直”流,2表示第二次全国定型设计,横线后数字表示机座号与铁心长短,例如Z2-11前一个1代表1号机座,后一个1代表短铁心,而Z2-112中11代表11号机座,2代表长铁心。

结构型式

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1.直流发电机或直流调压发电机仅制造卧式,机座带底脚的一种。

2.直流电动机可制成下表所示的结构型式。结 构 型 式 代号 电机型号卧式机座带有底脚 B3(D2)Z2-11~112。 卧式机座带底脚,端盖有凸缘 B35(D2/T2)Z2-11~82 <br>卧式机座不带底脚,端盖有凸缘 B5(T2)Z2-11~62 。立式机座不带底脚,端盖有凸缘(轴伸向下) V1(L3)Z2-11~112 。立式机座带有底脚,端盖有凸缘(轴伸向下)V15(L3/D2) Z2-11~82

在发电和输配电领域,氢的重要性必将不断提升。它不仅能用来储存过剩的风电和太阳能电能,而且可作为汽车燃料。此外,它还能结合可再生二氧化碳,用来制造用于塑料生产的原料。

这多么浪费!在德国北部,大风呼啸而过,而附近风电场的许多风力发电机却静止不动。西门子电解业务部的产品专家Erik Wolf指出:“北海沿岸的风电场在长达20%的时间里必须停机,否则就会产能过剩。这是可再生能源面临的主要挑战——因天气条件变化而带来生产波动。换句话说,供应并非像传统发电厂一样基于需求。”德国联邦网络管理局发布的监测报告称,风电以每年增加数百万千瓦的速度发展,已令德国电网不堪重负。2009年,德国风力发电量为7,400万度;2010年,这个数字增至12,700万度,2011年为42,000万度,2012年为38,500万度。

这就是风力发电机经常在大风天停转,二氧化碳排放量大的传统燃煤电厂在无风天重新并网的原因所在。随着德国越来越多地利用风能和太阳能,这种情况越来越显著。德国联邦政府表示,该国的目标是到2030年利用可再生能源满足其50%的电力需求,到2050年满足其80%的电力需求。这些目标如果没有大规模的储能系统将无法实现。这些储能系统能储存风能产生的过剩电力并在需求高峰时将其重新馈送至电网。德国联邦环境部议会国务秘书Katherina Reiche表示:“为了迎接可再生能源系统的未来挑战,我们需要不同的储能技术,以满足从几秒钟、几小时到数天或数周的储能需求。”当然,并非只有德国存在这种情况。许多其他正在扩大利用可再生能源的国家也需要为其电网配备储能系统。Wolf补充道:“我们在丹麦、美国等许多地方就此参与详细的探讨。”

对于储存过剩电能,电解技术必将扮演一个关键角色。水在电流的作用下分解成氧和氢。在200巴压力下,氢气的能量密度堪比锂离子电池。大量的氢气可储存在天然气储气盐穴中,或者可储存在现有的天然气管道中,天然气管道可轻松地容纳5%的氢气。从纯粹数学意义上而言,单就后者就可储存以氢气形式存在的1,300亿度电能,这差不多相当于德国年耗电量的四分之一。

地下储存

在无风天或阴天,氢气可从盐穴中抽出,比如输送给联合循环电厂进行发电。当然,目前还没有轮机能燃烧纯氢——但从2018年起,这项技术将成为现实。西门子正在研发能利用纯氢作为燃料的燃气轮机。尽管有大约一半的电能会在电解和燃气轮机发电过程中损失,但是风电场不会再因为产能过剩而停机。

此外,发电波动问题也可得以解决。Wolf说:“在德国,取决于未来耗电情况,我们将需要多400个氢气储气穴,每个储气穴的容量为50万立方米。目前,我们已经有了200个可以使用的天然气储气穴。这400个洞穴多可储能600亿度,大约相当于德国年度电力需求的10%。这足以应对较长时间的风能或太阳能发电波动。英国和美国的两个小型氢气储气穴已经运行多年,充分表明这种储能形式是安全的。专家预计一套典型氢气储能设施的成本在1,000万欧元至3,000万欧元之间。电力公司还需要投资通常成本在5,000万欧元至7亿欧元之间的燃气发电以及电解设施。

电力公司看到了氢气技术的巨大潜力。德国RWE电力公司研究部的Sebastian Bohnes博士表示:“我们希望实现大幅度的二氧化碳减排。因此,我们正在开发全新的高效电厂技术,并运营越来越多的风电场。如今,风力发电机由于电网瓶颈而被迫时常停机。随着可再生能源利用规模的扩大,产能过剩问题必将日益突出。电解技术提供了一种有趣的以氢气形式储存过剩电能的方式。”这就要求利用电能来生产富能气体的电解槽能够迅速响应波动的电能。迄今为止,响应时间长达数分钟的现有系统都太慢。

灵活的氢气工厂

为此,多年来,西门子*研究院的研究人员一直在研究一种更为灵活的替代性电解技术。在这种电解槽中,质子交换膜(PEM)将两个分别分解产生氧和氢的电极隔离开来——这与传统的碱性电解技术正好相反。“我们的PEM电解槽可在几毫秒内作出响应,并可短时运行于三倍于其额定功率的功率水平下。换句话说,即使发电量突然大增,它都可轻松储存过剩的电能。”

现在,西门子的PEM技术已经足够成熟,能走出实验室投入实际应用。在额定功率为10千瓦(kW)的实验性电解槽和峰值功率在300 kW左右的初步试验设施成功基础上,电解技术团队目前正在研制第二代产品——额定功率为1,250千瓦、峰值功率为2,100千瓦的压力电解槽。2015年7月,三个总输出功率高达6,000千瓦的电解系统将在德国美因茨开展的研究项目中投入使用。它们利用可再生能源发电而生产出的氢气,将作为蓄能介质成为电网的组成部分。这些氢气还可用于工业生产,以及供应给燃料电池汽车的加氢站。这样一来,便不*液罐车将氢气运送至加氢站,直接在现场生产即可。

得益于这种新一代电解槽,每千瓦装机负载的氢气生产成本将从过去10,000欧元以上,降至大大低于每千瓦2,000欧元。迟至2018年,通过在设计上的进一步优化,每千瓦成本可降至大大低于900欧元。到那时,第三代西门子电解槽有望能够容纳10万千瓦电能,将大量的风能剩余电力转换成储能氢气。一套6-9万千瓦的电解槽就足以转化一家大型风电场的过剩电能。

这凸显了氢的一大优势:多用途。它可重新转化为电能,可用于驱动汽车,或者进行“甲烷化”——氢与二氧化碳作用形成天然气主要成分甲烷。氢气中的能量因此可储存在现有的天然气分配基础设施中。但它还可用于采暖或驱动天然气汽车。西门子专家Wolf指出:“甲烷化从原则上而言是个好主意。但是即使氢和二氧化碳来自可再生能源,比如生物质工厂,该过程也仅仅实现了碳中和。不要忘了将氢气转化成甲烷也需要能量,因此,就能量角度而言,直接利用氢气更有意义。”

气体梦之队

氢不仅是很好的能量载体,而且是化工行业重要的原材料——目前主要来自天然气。一方面,必须使利用可再生能源剩余电力生产氢气的成本接近于利用天然气生产氢气。另一方面,希望有朝一日氢气能与温室气体二氧化碳组成一个真正的“梦之队”。二氧化碳如何结合可再生能源用于化工生产是西门子、RWE、拜耳科技服务、拜耳材料科技和其他10个合作伙伴自2010年来共同开展的一个研究项目的主题。这个被称之为CO2RRECT(利用可再生能源和催化技术实现二氧化碳反应)的项目总投资1800万欧元,其中1100万来自德国联邦教育研究部。

CO2RRECT项目的基本理念是,作为化工行业重要中间产品的一氧化碳(CO)过去取自矿物能源,现在可取而代之利用二氧化碳和氢气制备。这个过程只产生废水。CO2RRECT项目*经理、来自拜耳公司的Daniel Wichmann说:“这种反应需要利用拜耳正与科技界合作伙伴联手开发的特殊催化剂。利用不同的催化剂,还可生产甲酸,这也是一种重要的基本有机化工原料。

西门子全数字直流调速装置

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