固態(tài)發(fā)酵法白酒生產(chǎn)連續(xù)蒸餾裝置中太陽能驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

吳開濤

摘要：過去，我國在對(duì)固態(tài)發(fā)酵法白酒生產(chǎn)中通常主要采用的是間歇式甑桶蒸餾工藝，這種工藝在實(shí)際中主要就是手工裝甑、出甑，造成輔助操作的時(shí)間比較長以及生產(chǎn)能力小，對(duì)于設(shè)備的應(yīng)用率也很低，固體廢棄物產(chǎn)生量及處理難度大，環(huán)境污染嚴(yán)重，操作條件差，能源利用不經(jīng)濟(jì)等問題的產(chǎn)生。本文主要闡述的是將太陽能驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于固態(tài)發(fā)酵法白酒連續(xù)蒸餾及酒糟連續(xù)干燥裝置，可提高生產(chǎn)過程的機(jī)械化、連續(xù)化、自動(dòng)化和聯(lián)動(dòng)化程度，整個(gè)系統(tǒng)能量源于太陽能，體現(xiàn)了節(jié)能、低碳、環(huán)保等特點(diǎn)，順應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)綠色、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：固態(tài)發(fā)酵法；白酒生產(chǎn)；太陽能驅(qū)動(dòng)技術(shù)；應(yīng)用

1太陽能資源光伏利用發(fā)展現(xiàn)狀分析

迅速發(fā)展的全球經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)了大量的化石能源的消耗，氣候變化、環(huán)境污染及資源短缺問題愈加嚴(yán)重。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，受世界各國高度關(guān)注，被EPIA認(rèn)為是未來世界能源發(fā)展的主題。近年來，世界各國都在關(guān)注以光伏發(fā)電來利用可再生能源的技術(shù)。預(yù)計(jì)2020年，全球太陽能電池產(chǎn)量將超過15GW。分布式光伏發(fā)電和建筑光伏一體化將是我國未來光伏產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》確定的光伏發(fā)電裝機(jī)目標(biāo)為：到2015年達(dá)1000萬kW，到2020年達(dá)5000萬kW。太陽能光伏發(fā)電作為太陽能資源目前最為重要的利用方式，是世界各國能源供應(yīng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵方式。

2白酒生產(chǎn)連續(xù)蒸餾裝置中太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

按照固態(tài)發(fā)酵法白酒連續(xù)蒸餾及酒糟連續(xù)干燥對(duì)電能的需求，應(yīng)用中、小規(guī)模的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要由太陽能光伏陣列、蓄電池組、直流升壓電路、逆變電路、控制保護(hù)電路和負(fù)載等組成。光伏陣列（即太陽能電池板）：將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能或送往蓄電池中存儲(chǔ)，或推動(dòng)負(fù)載工作。蓄電池：鉛酸電池將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存，當(dāng)需要時(shí)可釋放出來?？刂票Ｗo(hù)電路：控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并保護(hù)蓄電池，避免由于過充或過放對(duì)蓄電池造成傷害。逆變電路：將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

3.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有效功率設(shè)計(jì)

連續(xù)蒸餾裝置中，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能主要用于：驅(qū)動(dòng)連續(xù)蒸餾輸送系統(tǒng)頭輪、進(jìn)料葉輪、螺旋出料、自動(dòng)控制系統(tǒng)及測(cè)量裝置的供電，干燥設(shè)備的傳動(dòng)裝置進(jìn)料、出料、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，熱風(fēng)干燥裝置真空泵、螺旋擠壓脫水機(jī)、酒糟干燥廢氣所用風(fēng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)設(shè)備需求。

因?yàn)樘柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)還需對(duì)其他過程供電，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率設(shè)定為30kW。每日按8h計(jì)，所需的電能總量為：30kW×8h=240kWh。

3.2發(fā)電效率設(shè)計(jì)

在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總效率η由電池組件光電轉(zhuǎn)換率、光伏陣列效率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負(fù)載的效率等組成。

3太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1太陽能電池方陣

3.1.1太陽能電池方陣傾角確定。應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)太陽能電池方陣傾角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在最佳傾角時(shí)冬天和夏天輻射量的差異應(yīng)盡可能小，而全年總輻射量應(yīng)盡可能大，使發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)低。

3.1.2太陽能方陣平面上輻射量的設(shè)計(jì)。太陽能電池方陣面上的輻射量比水平面輻射量高5%～15%；緯度越高，傾斜面比水平面增加的輻射量越大，最后將輻射量換算成每日峰值日照時(shí)數(shù)。

3.1.3系統(tǒng)直流電壓的設(shè)計(jì)。按照負(fù)載功率及當(dāng)?shù)刂绷麟妷旱臉?biāo)準(zhǔn)等級(jí)確定直流電壓，選擇時(shí)，應(yīng)盡量提高系統(tǒng)電壓（但上限不超過300V），以減小線路損失，以便選擇元器件和充電電源。按照電機(jī)及蓄電池、逆變器等參數(shù)實(shí)際范圍選擇直流電壓為48V直流。

3.2最大功率跟蹤型（MPPT）控制器設(shè)計(jì)

3.2.1控制芯片設(shè)計(jì)。應(yīng)用PWM控制芯片CS51221提供不同占空比的控制波形，提供軟啟動(dòng)、可調(diào)節(jié)逐脈沖限流、欠/過壓鎖定、熱關(guān)斷等保護(hù)特性，并且提供輔助輸入端，用于遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控。通過改變PWM波形的占空比來調(diào)節(jié)光伏陣列的等效負(fù)載，以確保光伏電池的輸出工作在最大功率點(diǎn)附近，避免應(yīng)用價(jià)格昂貴的微控制器（MCU），且方案簡單易行。

3.2.2波形的占空比的控制。為了確保穩(wěn)壓輸出，需要在輸出端獲取反饋電壓，并與芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。按照光伏陣列的輸出應(yīng)用電流限制電路實(shí)時(shí)地設(shè)定電流限制，對(duì)電流進(jìn)行取樣，并與電流限制作比較，以調(diào)節(jié)PWM控制波形的占空比大小。

3.3逆變器設(shè)計(jì)

輸入電路：主要作用就是為主逆變電路提供可確保其正常工作的直流工作電壓。

主逆變電路：主逆變電路是逆變電路的核心，它的主要作用是通過半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷完成逆變。

輸出電路：輸出電路主要是對(duì)主逆變電路輸出的交流電的波形、頻率、電壓、電流的幅值相位等進(jìn)行修正、補(bǔ)償、調(diào)理，使之能滿足應(yīng)用需求。

控制電路：控制電路主要是為主逆變電路提供一系列的脈沖來控制逆變開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，配合主逆變電路完成逆變功能。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展新型的光伏逆變器電路都應(yīng)用高頻開關(guān)技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高功率密度的多級(jí)逆變，將低壓直流電經(jīng)過高頻逆變后變成高頻高壓交流電，又經(jīng)過高頻整流濾波電路后得到高壓直流電，再通過工頻逆變電路實(shí)現(xiàn)逆變到220V或380V的交流電。整個(gè)系統(tǒng)的逆變效率可達(dá)到90%以上，目前大多數(shù)正弦波光伏逆變器的都是應(yīng)用這種三級(jí)的電路結(jié)構(gòu)。

3.4蓄電池設(shè)計(jì)

為了提供持續(xù)的能量，必須應(yīng)用儲(chǔ)能裝置。獨(dú)立的中、小功率系統(tǒng)，一般以鉛酸蓄電池作。常用的有開口鉛酸蓄電池、閥控鉛酸蓄電池及鎳鈣、鎳氫、鎘鎳蓄電池等，其中閥控鉛酸蓄電池容量大、價(jià)格低、自放電率低、結(jié)構(gòu)緊湊、不存在鎘鎳電池的“記憶效應(yīng)”、壽命長、基本免維護(hù)。

結(jié)語

綜上所述，白酒連續(xù)蒸餾及酒糟連續(xù)干燥應(yīng)用太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、供熱，具有綠色、低碳、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的生產(chǎn)方式。

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