Kögelhof – 感測器監控沼氣廠中的超音波分解
自然能源有效使用
Kögelhof 農場位於 Ravensburg 區。這是一座家族農場，自 2004 年以來，致力於生產可轉換為能源的沼氣。在 180 公頃的耕地上，農場主人 Hermann Müller 自己種植所需的原料。所生產的能源不僅足以供應農場自身所需，還能提供其他 1,400 戶家庭的用電。而廢熱則用來為當地學校建築提供熱能。
為周圍社區提供永續能源與熱能
Hermann Müller 將沼氣廠的功能與牛胃運作方式做比較，他對後者非常了解，畢竟，Kögelhof 過去飼養過奶牛。「就像發酵槽中的攪拌機一樣，牛的肌肉會移動有機物質。它在溫暖且密閉的環境中被微生物分解，產生沼氣。」在 Kögelhof 沼氣廠中，在耦合發電機的協助下發電的 5 台引擎，透过沼氣運作，每年可產生高達 450 萬 kW 的電力。這些能源會送進電網中，供應周圍 1,400 戶家庭使用。
而發電產生的廢熱也有特別的用途：當地公用事業公司安裝了 1.4 公里長的供熱管線，連接至學校中心。現在，學校建築和游泳館都是以生物永續的方式供熱，省下了每年 8 萬公升的供暖用油。而未來，鄰近新開發區域也將會使用沼氣供暖。由於 Kögelhof 農場的能源生產為需求導向，因此產量上，冬天會大於夏天。「這無可避免地增加生物質的產出量，目前為止，尚無法充分利用這項能源的潛力。」Hermann Müller 表示，「隨著產量的增加，生物質的最終產物，即所謂的發酵基質中始終存在著一定量的殘餘能量。為此，我們在尋找能真正永續生產，並從生物質中獲得幾乎全部能量的解決方案。」而 Hermann Müller 在 Weber Entec 公司找到正確的解決方案。
照片 1： Kögelhof 概覽。照片 2：在超音波分解設備中處理生物質，以獲得最大能源產率。
超音波分解
Weber Entec 專精於環境技術領域中以超音波應用為基礎的廠房建設，尤其是超音波分解 – 以超音波的方式處理生物物質。此流程能增加發酵基質的表面區域 – 專業術語稱為「消化」。表面區域增加能加速有機分解流程，並提高能量產率。
在超音波分解中，由發電機產生的電子振動，會透過轉換器轉換為機械振動 (聲音感測器)。這些振動接著會透過所謂的聲極傳送到周圍介質。在這裡，它們按照超音波頻率的節奏，交替產生超壓和欠壓，具體視感測器是膨脹還是收縮而定。在欠壓階段，在超音波作用液體中會產生微小氣泡，而在隨後的超壓階段，這些氣泡會內爆。這個過程稱為氣穴現象。內爆會產生高壓和高溫，進一步在生物質中傳播分解流程。
照片 1：ifm 壓力感測器 PM1604 配有耐用的陶瓷電感式壓力測量元件，非常適合用於泵監控。照片 2：IO-Link主站可連接數個 IO-Link 感測器和執行器。主站亦可作為閘道，透過 PROFINET 與設備控制器進行通信。
泵的壓力監控
Weber Entec 依賴 ifm 提供的感測器與 IO-Link 主站，監控該工廠的分解流程。舉例來說，在主要發酵罐中的泵，發酵基質吸入超音波系統後，再次回到罐中。感測器會測量吸入與排出的壓力，來監控泵。當管線壓力流失過高時，它們會保護超音波產生並控制流量。
PM1604 齊平式壓力感測器擁有堅固的陶瓷電感式壓力測量元件，非常適合這項應用。測量元件能抵抗介質中的粒子，而齊平式製程連接可避免測量元件上產生堆積。
IO-Link 帶來的附加值
感測器透過 IO-Link 連線至控制器。具體說來，這意味著：感測器透過 IO-Link 與 IO-Link 主站通信。主站可連接數個感測器，並透過現場總線，此案例中為 Profinet，將信號捆綁後，與控制器進行通信。因此，配線的複雜度大幅降低。這種端到端數位化的通信路徑不僅可以無損傳輸測量值，而且還可以，例如，使用 IO-Link 讀取感測器傳輸的最大與最小值，進而提供資訊，了解短期間可能的重要壓力峰值。感測器的狀態可隨時透過診斷資料檢查。而除了測量值外，所有這些資料都能幫助避免系統計劃外的故障。PM1604 的參數同樣也透過 IO-Link 設定。例如，測量範圍可以在限值內自由縮放，調整為最適合應用的範圍。Weber Entec GmbH & Co. KG 總經理 Christian Eichhorst 作出了以下總結：「感測器非常精準且可靠。特別是 IO-Link 讓我們能夠顯著改進我們的控制器。IO-Link 具有非常大的優勢，例如降低配線複雜性或直接讀取各種參數，例如峰值壓力。」