固態發酵法白酒生產連續蒸餾裝置中太陽能驅動技術的應用

吳開濤

摘要：過去，我國在對固態發酵法白酒生產中通常主要采用的是間歇式甑桶蒸餾工藝，這種工藝在實際中主要就是手工裝甑、出甑，造成輔助操作的時間比較長以及生產能力小，對于設備的應用率也很低，固體廢棄物產生量及處理難度大，環境污染嚴重，操作條件差，能源利用不經濟等問題的產生。本文主要闡述的是將太陽能驅動技術應用于固態發酵法白酒連續蒸餾及酒糟連續干燥裝置，可提高生產過程的機械化、連續化、自動化和聯動化程度，整個系統能量源于太陽能，體現了節能、低碳、環保等特點，順應了現代工業綠色、經濟、可持續的發展趨勢。

關鍵詞：固態發酵法；白酒生產；太陽能驅動技術；應用

1太陽能資源光伏利用發展現狀分析

迅速發展的全球經濟帶動了大量的化石能源的消耗，氣候變化、環境污染及資源短缺問題愈加嚴重。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，受世界各國高度關注，被EPIA認為是未來世界能源發展的主題。近年來，世界各國都在關注以光伏發電來利用可再生能源的技術。預計2020年，全球太陽能電池產量將超過15GW。分布式光伏發電和建筑光伏一體化將是我國未來光伏產業的重要發展方向，《可再生能源發展“十二五”規劃》確定的光伏發電裝機目標為：到2015年達1000萬kW，到2020年達5000萬kW。太陽能光伏發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轉變的關鍵方式。

2白酒生產連續蒸餾裝置中太陽能光伏發電系統的組成

按照固態發酵法白酒連續蒸餾及酒糟連續干燥對電能的需求，應用中、小規模的太陽能光伏發電系統，主要由太陽能光伏陣列、蓄電池組、直流升壓電路、逆變電路、控制保護電路和負載等組成。光伏陣列（即太陽能電池板）：將太陽的輻射能轉換為電能或送往蓄電池中存儲，或推動負載工作。蓄電池：鉛酸電池將太陽能電池板所發出的電能儲存，當需要時可釋放出來。控制保護電路：控制系統的工作狀態，并保護蓄電池，避免由于過充或過放對蓄電池造成傷害。逆變電路：將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能。

3系統設計方法

3.1驅動系統有效功率設計

連續蒸餾裝置中，太陽能光伏發電系統所產生的電能主要用于：驅動連續蒸餾輸送系統頭輪、進料葉輪、螺旋出料、自動控制系統及測量裝置的供電，干燥設備的傳動裝置進料、出料、傳動機構，熱風干燥裝置真空泵、螺旋擠壓脫水機、酒糟干燥廢氣所用風機等驅動設備需求。

因為太陽能光伏發電系統還需對其他過程供電，驅動系統的功率設定為30kW。每日按8h計，所需的電能總量為：30kW×8h=240kWh。

3.2發電效率設計

在太陽能發電系統中，系統的總效率η由電池組件光電轉換率、光伏陣列效率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。

3太陽能獨立光伏發電系統設計

3.1太陽能電池方陣

3.1.1太陽能電池方陣傾角確定。應用計算機對太陽能電池方陣傾角進行優化設計，在最佳傾角時冬天和夏天輻射量的差異應盡可能小，而全年總輻射量應盡可能大，使發電系統造價低。

3.1.2太陽能方陣平面上輻射量的設計。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數。

3.1.3系統直流電壓的設計。按照負載功率及當地直流電壓的標準等級確定直流電壓，選擇時，應盡量提高系統電壓（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。按照電機及蓄電池、逆變器等參數實際范圍選擇直流電壓為48V直流。

3.2最大功率跟蹤型（MPPT）控制器設計

3.2.1控制芯片設計。應用PWM控制芯片CS51221提供不同占空比的控制波形，提供軟啟動、可調節逐脈沖限流、欠/過壓鎖定、熱關斷等保護特性，并且提供輔助輸入端，用于遠程傳輸和監控。通過改變PWM波形的占空比來調節光伏陣列的等效負載，以確保光伏電池的輸出工作在最大功率點附近，避免應用價格昂貴的微控制器（MCU），且方案簡單易行。

3.2.2波形的占空比的控制。為了確保穩壓輸出，需要在輸出端獲取反饋電壓，并與芯片內部的基準電壓進行比較。按照光伏陣列的輸出應用電流限制電路實時地設定電流限制，對電流進行取樣，并與電流限制作比較，以調節PWM控制波形的占空比大小。

3.3逆變器設計

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體開關器件的導通和關斷完成逆變。

輸出電路：輸出電路主要是對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行修正、補償、調理，使之能滿足應用需求。

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器件的導通和關斷，配合主逆變電路完成逆變功能。

隨著電子技術的發展新型的光伏逆變器電路都應用高頻開關技術和軟開關技術實現高功率密度的多級逆變，將低壓直流電經過高頻逆變后變成高頻高壓交流電，又經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現逆變到220V或380V的交流電。整個系統的逆變效率可達到90%以上，目前大多數正弦波光伏逆變器的都是應用這種三級的電路結構。

3.4蓄電池設計

為了提供持續的能量，必須應用儲能裝置。獨立的中、小功率系統，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、價格低、自放電率低、結構緊湊、不存在鎘鎳電池的“記憶效應”、壽命長、基本免維護。

結語

綜上所述，白酒連續蒸餾及酒糟連續干燥應用太陽能獨立光伏發電系統驅動、供熱，具有綠色、低碳、環保等優勢，符合可持續發展戰略的生產方式。

參考文獻：

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