Sut mae systemau dosbarthu ynni geothermol yn gweithio
Mae ynni geothermol yn ffynhonnell ynni adnewyddadwy sy'n defnyddio'r gwres naturiol o fewn y ddaear. Mae llawer o bobl yn adnabod ynni geothermol fel "trydan o'r ddaear," ond y tu ôl iddo mae cyfres hir o brosesau technegol—o archwilio, cynhyrchu, trosi'n drydan neu wres, ac yn olaf, dosbarthu i ddefnyddwyr. Mae'r erthygl hon yn trafod sut mae systemau dosbarthu ynni geothermol yn gweithio: sut mae ynni o gronfeydd geothermol yn cyrraedd cartrefi, diwydiannau a chyfleusterau cyhoeddus yn ddiogel, yn sefydlog ac yn effeithlon.
1. O ynni geothermol i ynni defnyddiadwy
Mae gwres geothermol yn cael ei storio mewn cronfeydd geothermol, sef parthau o graig mandyllog neu wedi'i hollti sy'n cynnwys hylifau (dŵr poeth a/neu stêm) ar dymheredd uchel. Mae'r cronfeydd hyn fel arfer yn gorwedd cannoedd i filoedd o fetrau o ddyfnder. I ddefnyddio'r cronfeydd hyn, mae cwmnïau geothermol yn drilio i ddod â'r hylifau poeth i'r wyneb trwy ffynhonnau cynhyrchu.
Fodd bynnag, mae'n bwysig deall nad yw "dosbarthu" ynni geothermol bob amser yn golygu cyflenwi stêm neu ddŵr poeth yn uniongyrchol i gartrefi. Mewn llawer o wledydd, gan gynnwys Indonesia, y defnydd mwyaf cyffredin yw cynhyrchu trydan mewn gorsafoedd pŵer geothermol (PLTP). Ar ôl i'r trydan gael ei gynhyrchu, caiff ei ddosbarthu trwy'r system drydan genedlaethol (rhwydwaith trosglwyddo a dosbarthu). Mewn rhai rhanbarthau (er enghraifft, yn Ewrop neu Ogledd America), defnyddir ynni geothermol hefyd fel gwres uniongyrchol trwy rwydweithiau gwresogi ardal, lle mae dŵr poeth yn cael ei gyflenwi i gwsmeriaid trwy bibellau wedi'u hinswleiddio.
Felly, gellir rhannu'r system dosbarthu ynni geothermol yn ddwy brif linell:
1) Dosbarthu trydan (mwyaf cyffredin): geothermol → trydan mewn gorsafoedd pŵer geothermol → rhwydwaith trosglwyddo → rhwydwaith dosbarthu → cwsmeriaid.
2) Dosbarthu gwres (defnydd uniongyrchol): geothermol → cyfnewidydd gwres → rhwydwaith pibellau gwres → cwsmer (tŷ/adeilad/diwydiant).
2. Cydrannau allweddol yn y gadwyn gyflenwi geothermol
Er mwyn bod yn glir, dyma'r cydrannau sydd fel arfer yn bresennol o'r i fyny'r afon i'r i lawr yr afon:
– Cronfa ddaearegol: ffynhonnell gwres a hylif.
– Ffynnon gynhyrchu: yn llifo hylif poeth i'r wyneb.
– System gasglu: rhwydwaith o bibellau o sawl ffynnon i gyfleuster prosesu neu gynhyrchu.
– Gwahanydd/tanc fflach neu gyfnewidydd gwres: yn gwahanu stêm neu'n trosglwyddo gwres (yn dibynnu ar y math o dechnoleg).
– Tyrbinau a generaduron (ar gyfer cynhyrchu trydan): yn trosi ynni stêm yn ynni mecanyddol ac yna'n ynni trydanol.
– Cyddwysydd a system oeri: yn oeri'r stêm o'r tyrbin fel ei fod yn troi'n ôl yn ddŵr.
– Ffynnon chwistrellu: yn dychwelyd hylif i'r gronfa ddŵr i gynnal parhad a chynnal pwysau.
– Is-orsaf (iard switsio/is-orsaf): yn cynyddu foltedd trydan o'r generadur fel y gellir ei drosglwyddo'n effeithlon.
– Rhwydwaith trosglwyddo: yn trosglwyddo trydan foltedd uchel dros bellteroedd hir.
– Rhwydwaith dosbarthu: yn lleihau foltedd ac yn ei ddosbarthu i gwsmeriaid.
– Systemau rheoli ac amddiffyn: SCADA, rasys amddiffyn, torwyr cylched, mesur ansawdd pŵer.
3. Sut mae dosbarthu'n gweithio mewn cynllun cynhyrchu pŵer (PLTP)
a) Cynhyrchu a chasglu hylifau
Mae hylif poeth o sawl ffynnon gynhyrchu yn llifo trwy bibell gasglu i'r orsaf bŵer. Ar y cam hwn, mae dylunio pibellau yn hanfodol oherwydd gall yr hylif fod yn gyrydol, cynnwys mwynau toddedig, a bod o dan bwysau a thymheredd uchel. Er mwyn lleihau colli gwres a chynnal sefydlogrwydd llif, mae'r bibell wedi'i chynllunio gyda deunyddiau ac inswleiddio priodol, ac mae wedi'i chyfarparu â falfiau diogelwch.
b) Trosi gwres yn drydan: tair technoleg gyffredin
1. Stêm sych: mae stêm sych yn cylchdroi'r tyrbin yn uniongyrchol.
2. Stêm fflach: mae dŵr poeth dan bwysau yn cael ei "fflachio" yn stêm pan fydd ei bwysau'n cael ei leihau mewn gwahanydd. Mae'r stêm yn troi tyrbin, tra gellir ail-chwistrellu'r dŵr sy'n weddill.
3. Cylchred ddeuaidd: Mae gwres o'r hylif geothermol yn cael ei drosglwyddo i hylif gweithio eilaidd (e.e., isobutan) trwy gyfnewidydd gwres. Mae'r hylif eilaidd yn anweddu ac yn troi tyrbin. Manteision: allyriadau is ac addas ar gyfer tymereddau cronfa ddŵr cymedrol.
Ar ôl i'r tyrbin droi'r generadur, cynhyrchir trydan ar foltedd canolig (fel arfer ychydig kV i ddegau o kV, yn dibynnu ar ddyluniad y gwaith). Nid yw'r trydan hwn yn effeithlon eto ar gyfer trosglwyddo pellter hir, felly mae angen cam pellach.
c) Iard switsio a thrawsnewidydd: man cychwyn y dosbarthiad
Yn yr iard switsio, mae trydan o'r generadur yn mynd trwy system amddiffyn a mesur, yna'n mynd i mewn i drawsnewidydd camu i fyny i gael ei gynyddu i foltedd uwch (e.e., 70 kV, 150 kV, 275 kV, neu 500 kV). Mae'r egwyddor yn syml: po uchaf yw'r foltedd, yr isaf yw'r cerrynt ar gyfer yr un pŵer, gan arwain at golledion is (I²R) yn y llinellau trosglwyddo.
d) Trosglwyddo: trosglwyddo pŵer o leoliadau geothermol i ganolfannau llwyth
Mae llawer o feysydd geothermol wedi'u lleoli mewn ardaloedd mynyddig ymhell o ddinasoedd, gan wneud y rhwydwaith trosglwyddo yn asgwrn cefn y dosbarthu. Mae'r prif heriau ar y cam hwn yn cynnwys:
– Topograffeg anodd (mynediad i dyrau trosglwyddo, risg tirlithriad).
– Dibynadwyedd mewn tywydd eithafol.
– Cydlynu amddiffyn fel nad yw aflonyddwch ar un adeg yn diffodd ardal eang.
Mae'r system drosglwyddo yn gweithredu ar grid, gan ganiatáu i bŵer o orsafoedd pŵer geothermol lifo i ardaloedd lle mae ei angen, nid dim ond i'r rhanbarth agosaf. Mae canolfannau dosbarthu yn monitro amledd, foltedd a llif pŵer i gynnal sefydlogrwydd y system.
e) Dosbarthu: o is-orsaf i gwsmeriaid
Ger canolfannau defnydd, mae trydan yn mynd i mewn i is-orsaf cam-i-lawr. Mae'r foltedd yn cael ei ostwng i lefel ddosbarthu ganolradd (e.e., 20 kV neu 13,8 kV) ac yna'n cael ei ddosbarthu trwy'r rhwydwaith dosbarthu. Ger ardaloedd preswyl, mae trawsnewidyddion dosbarthu yn ei ostwng ymhellach i foltedd is (e.e., 220/380 V) ar gyfer cartrefi a busnesau bach, neu'n cynnal y lefel ganolradd ar gyfer rhai cwsmeriaid diwydiannol.
Felly, mae "dosbarthiad ynni geothermol" mewn cynlluniau trydan bron yr un fath â gorsafoedd pŵer eraill: ar ôl ei drawsnewid yn drydan, mae'n dilyn seilwaith y grid. Mae'r gwahaniaethau'n gorwedd yn y broses i fyny'r afon (cynhyrchu geothermol) a natur gweithrediadau'r orsaf.
4. Dosbarthu mewn cynllun defnyddio gwres uniongyrchol
Mewn rhai ardaloedd, defnyddir ynni geothermol hefyd ar gyfer gwresogi gofod, dŵr poeth domestig, sychu amaethyddol, tai gwydr, a hyd yn oed prosesau diwydiannol. Mae'r cynllun fel a ganlyn:
1. Mae hylif poeth o'r ffynnon gynhyrchu yn cael ei lifo i'r cyfleuster arwyneb.
2. Mae'r gwres yn cael ei drosglwyddo drwy gyfnewidydd gwres i ddŵr glân (dolen gaeedig) i gynnal ansawdd dŵr y cwsmer a lleihau'r risg o gyrydiad/graddfa.
3. Mae dŵr poeth glân yn cael ei ddosbarthu trwy bibellau wedi'u hinswleiddio i gwsmeriaid (cartrefi/adeiladau/diwydiant).
4. Ar ôl defnyddio'r gwres, caiff y dŵr dychwelyd ei ddychwelyd i'r ganolfan i'w ailgynhesu, tra bod yr hylif geothermol fel arfer yn cael ei chwistrellu yn ôl i'r gronfa ddŵr.
Mantais y model hwn yw effeithlonrwydd ynni uchel oherwydd ei fod yn osgoi trosi gwres yn drydan. Fodd bynnag, mae ei bellter dosbarthu fel arfer yn gyfyngedig oherwydd bod costau pibellau a cholled gwres yn cynyddu gyda phellter.
5. System chwistrellu: rhan hanfodol o gynaliadwyedd
Un o nodweddion cadwyn ynni geothermol yw presenoldeb ffynhonnau chwistrellu. Ar ôl i stêm basio trwy dyrbin a chyddwyso, neu ar ôl i wres gael ei echdynnu mewn cyfnewidydd gwres, mae'r hylif fel arfer yn cael ei ddychwelyd i'r ddaear. Mae chwistrellu yn helpu:
– Cynnal pwysau’r gronfa ddŵr i gadw cynhyrchiant yn sefydlog.
– Yn lleihau ymsuddiant tir.
– Lleihau gollyngiadau hylif i'r amgylchedd.
Rhaid cynllunio lleoliad ffynhonnau chwistrellu yn ofalus er mwyn peidio ag oeri'r ardal gynhyrchu yn rhy gyflym (toriad thermol) a pheidio ag achosi aflonyddwch gweithredol.
6. Rheoli, diogelu ac ansawdd ynni
Er mwyn sicrhau dosbarthiad dibynadwy, mae'r system geothermol wedi'i chyfarparu â:
– SCADA a DCS i fonitro tymheredd, pwysedd, cyfradd llif, dirgryniad tyrbin, a statws offer trydanol.
– Relay amddiffyn i ganfod cylched fer, nam daear, amledd gor/tan, foltedd gor/tan.
– Rheolaeth adweithiol (rheolaeth gyffroi cynhwysydd, adweithydd, neu generadur) i gynnal foltedd sefydlog.
– Rheoleiddio llwyth fel bod allbwn y generadur yn cyd-fynd â gofynion y grid.
Mae gorsafoedd pŵer geothermol yn aml yn gweithredu fel generaduron llwyth sylfaenol (cyflwr cyson) oherwydd bod ynni geothermol ar gael 24/7. Mae hyn yn cyfrannu at sefydlogrwydd y system ddosbarthu, yn enwedig pan gaiff ei gyfuno â gorsafoedd pŵer ysbeidiol fel solar a gwynt.
7. Heriau dosbarthu ynni geothermol
Er eu bod yn ddibynadwy, mae yna rai heriau nodweddiadol:
– Mae lleoliad anghysbell yr orsaf bŵer yn gwneud adeiladu trawsyrru yn ddrud ac mae angen trwyddedau tir.
– Gall hylifau geothermol achosi cyrydiad/graddfa ar bibellau ac offer arwyneb.
– Mae angen monitro a rheoli risgiau daearegol (e.e. gweithgaredd micro-seismig sy'n gysylltiedig â chwistrelliadau).
– Mae integreiddio i'r grid yn gofyn am astudiaethau sefydlogrwydd da a chydlynu amddiffyniad.
Casgliad
Mae'r ffordd y mae system dosbarthu ynni geothermol yn gweithio yn dibynnu ar y ffurf y mae'r ynni'n cael ei gyflenwi. Pan gaiff ei ddefnyddio ar gyfer cynhyrchu pŵer, caiff ynni geothermol ei drawsnewid yn drydan mewn gorsaf bŵer geothermol (PLTP), yna ei ddosbarthu trwy iardiau switsio, trawsnewidyddion, llinellau trosglwyddo, a rhwydweithiau dosbarthu i gwsmeriaid. Pan gaiff ei ddefnyddio ar gyfer gwres uniongyrchol, caiff yr ynni thermol ei ddosbarthu trwy rwydwaith pibellau wedi'u hinswleiddio gyda chyfnewidwyr gwres a chylchrediad caeedig. Mae'r ddau angen dylunio technegol trylwyr, systemau rheoli a diogelu dibynadwy, ac arferion chwistrellu i gynnal cynaliadwyedd cronfeydd dŵr. Gyda rheolaeth briodol, gall ynni geothermol ddod yn asgwrn cefn cyflenwad ynni glân sefydlog a dibynadwy.
Os dymunwch, gallaf ychwanegu darluniau siart llif neu greu fersiwn o'r erthygl sy'n canolbwyntio mwy ar y cyd-destun yn Indonesia (PLTP, rhwydwaith trosglwyddo PLN, ac enghreifftiau o feysydd geothermol).
