Геотермалдық тиімділікті арттыру үшін салқындату жүйелері
Геотермалдық энергия көбінесе ең сенімді жаңартылатын энергия көздерінің бірі ретінде қарастырылады, себебі ол электр энергиясын тұрақты түрде (базалық жүктеме) қамтамасыз ете алады және ауа райына тәуелсіз. Дегенмен, басқа жылу электр станциялары сияқты, геотермалдық электр станциялары (ЖЭЭС) әлі де үлкен қиындыққа тап болып отыр: жылу энергиясын мүмкіндігінше ең жоғары тиімділікпен электр энергиясына қалай түрлендіру керек. Бұл түрлендірудің өнімділігін анықтайтын ең маңызды факторлардың бірі жүйенің «артқы жағында»: салқындату жүйесінде жатыр. Дұрыс жасалған салқындату жүйесі жабдықтың оңтайлы жағдайларда жұмыс істеуін қамтамасыз етіп қана қоймай, сонымен қатар электр қуатын арттырады, паразиттік тұтынуды азайтады, жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартады және қоршаған орта температурасына байланысты өндірістің төмендеуі қаупін азайтады.
Геотермалдық электр станцияларында салқындату неліктен маңызды?
Қарапайым тілмен айтқанда, геотермалдық электр станциясы (ГЭС) генераторға қосылған турбинаны айналдыру үшін буды немесе геотермалдық сұйықтықты пайдалану арқылы жұмыс істейді. Турбинадан өткеннен кейін, тұйық циклдің тиімді жұмыс істеуін және турбинаның шығатын жеріндегі ең төменгі қысымды (кері қысымды) ұстап тұруын қамтамасыз ету үшін бу қайтадан суға (конденсатқа) айналуы керек. Конденсатор қысымы неғұрлым төмен болса, турбинадағы будың қысым төмендеуі соғұрлым көп болады, бұл механикалық жұмыстың көп болуына әкеледі.
Міне, осы жерде салқындату жүйесінің рөлі шешуші рөл атқарады. Тиімді салқындату конденсатордың төмен температура мен қысымда жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Егер салқындату нашар болса — мысалы, ауа температурасының жоғары болуына, салқындатқыш судың жеткіліксіз болуына немесе салқындатқыш мұнарасының ластануына байланысты — конденсатор қысымы артады, турбина тиімділігі төмендейді және электр қуатын өндіру азаяды. Көптеген геотермалдық электр станцияларында конденсатор вакуумының аздап төмендеуі өнімділіктің экономикалық тұрғыдан айтарлықтай төмендеуіне әкелуі мүмкін.
Геотермалдық электр станциясындағы салқындату жүйесінің негізгі компоненттері
Әрбір геотермалдық өрістің конфигурациясы әртүрлі болғанымен, салқындату жүйесі әдетте мыналардан тұрады:
1. Конденсатор
Турбинадағы жұмсалған буды сұйықтыққа айналдырады. Конденсатор беттік конденсатор (жылу алмастырғыш түтіктері бар) немесе белгілі бір конструкциялардағы тікелей жанасатын конденсатор болуы мүмкін.
2. Салқындату мұнарасы немесе жылуды кетіру жүйесі
Салқындатқыш судан ауаға жылуды булану процесі (булану арқылы салқындату) немесе құрғақ жылу алмастырғыш (құрғақ салқындату) арқылы шығару.
3. Айналым сорғысы және құбырлар
Ол салқындатқыш суды салқындатқыш мұнарадан конденсаторға және кері қарай ағызады. Бұл сорғының электр энергиясын тұтынуы таза қуат шығысына әсер ететін паразиттік жүктеме болып табылады.
4. Вакуумдық жүйе және конденсацияланбайтын газды (NCG) жою
Бумен тасымалданатын CO₂ және H₂S сияқты газдар конденсаторда жиналып, жылу беру коэффициентін төмендетуі мүмкін. Вакуумды ұстап тұру үшін эжектор жүйесі немесе вакуумдық сорғы қажет.
5. Салқындатқыш судың химиялық жүйесі
Жақсы жылу алмасуын және жабдықтың ұзақ қызмет етуін қамтамасыз ету үшін қабыршақтануды, коррозияны, биологиялық ластануды бақылауды және құрама судың сапасын қамтиды.
Салқындату жүйелерінің түрлері және олардың тиімділігіне әсері
1. Ылғалды салқындату
Ең көп таралған жүйе - салқындату мұнарасы бар ылғалды салқындату. Ылғал салқындатудың артықшылығы - ол ылғалды шам температурасына жақын салқындатқыш су температурасын шығара алады, бұл конденсатор температурасын тиімді түрде төмендетеді. Нәтижесінде турбина кері қысымының төмендеуі және электр энергиясын өндірудің артуы байқалады.
Дегенмен, ылғалды салқындату үшін булану, дрейф және үрлеу арқылы судың жоғалуына байланысты салыстырмалы түрде көп мөлшерде қосымша су қажет. Сумен жабдықтау шектеулі аймақтарда шығындар мен қоршаған ортаға әсер артуы мүмкін. Сонымен қатар, қақ пен коррозияның өнімділікке әсер етуіне жол бермеу үшін судың сапасын сақтау қажет.
2. Құрғақ салқындату
Құрғақ салқындату ауа-ауа жылу алмастырғышын (ACC - ауамен салқындатылатын конденсатор) пайдаланады. Негізгі артықшылығы - суға деген қажеттіліктің айтарлықтай төмендігі - құрғақ аймақтар немесе суды қатаң реттеу ережелері бар жерлер үшін өте қолайлы. Кемшілігі - өнімділікке қоршаған ауа температурасы (құрғақ шам) қатты әсер етеді. Ыстық күндері конденсатор қысымы артады, бұл турбина қуатын төмендетеді. Сонымен қатар, үлкен желдеткіштер паразиттік жүктемелерді арттырып, шуды арттыруы мүмкін.
3. Гибридті жүйе (дымқыл-құрғақ)
Гибридті жүйелер ылғалды және құрғақ салқындатудың артықшылықтарын біріктіреді. Қалыпты жағдайда жүйе суды үнемдеу үшін құрғақ жұмыс істей алады, содан кейін өнімділікті сақтау үшін жоғары температура кезінде ішінара ылғалды режимге ауыса алады. Гибридті жүйелер көбінесе тиімділікті, суды тұтынуды және маусымдық жұмыс икемділігін теңестіру үшін таңдалады.
Салқындатуды оңтайландыру арқылы тиімділікті арттыру стратегиясы
Конденсация температурасын және турбинаның артқы қысымын төмендетеді
Салқындатуды оңтайландырудың негізгі мақсаты - вакуумды арттыру үшін конденсатор температурасын төмендету. Бұған салқындату мұнарасының сыйымдылығын арттыру, судың таралуын жақсарту, толтыру мен форсунканың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ету және ауа ағынын оңтайландыру арқылы қол жеткізуге болады. ACC жүйесінде оңтайландыру желдеткіш жылдамдығын басқару, қанаттарды тазалау және ыстық ауаның қайта айналымын азайту арқылы жүзеге асырылады.
Паразиттік жүктемені азайту
Геотермалдық электр станциясының тиімділігін тек жалпы өнімнен ғана емес, таза өнімнен де қарау керек. Айналым сорғылары, салқындатқыш мұнара желдеткіштері және вакуумдық жүйелер электр энергиясын айтарлықтай мөлшерде тұтынады. Сорғылар мен желдеткіштерде айнымалы жиілік жетектерін (АЖЖ) пайдалану жүктеме азайған кезде немесе қоршаған орта жағдайлары қолайлы болған кезде энергия шығынын азайтуға мүмкіндік береді. Жақсы құбыр гидравликалық дизайны (басым шығынын азайту) да көмектеседі.
Конденсацияланбайтын газдарды (NCG) басқару
Геотермалдық будағы NCG мөлшері айтарлықтай болуы мүмкін. Бұл газ жылу берілуін тежейді және вакуумды азайтады. Салқындату жүйесін жақсарту көбінесе NCG шығару жүйесін оңтайландыруды қажет етеді: дұрыс эжекторды таңдау, сұйық сақиналы вакуумдық сорғының жұмысын сақтау, ауаның кіруін азайту және газды сору нүктелерін реттеу. Жақсы басқарылатын NCG кезінде конденсаторлар тиімдірек болады және турбина тиімділігі артады.
Қабыршақтануды, коррозияны және биологиялық ластануды азайтады
Жылу алмастырғыш беттеріндегі қабыршақтану, құбыр коррозиясы немесе салқындату мұнараларында биологиялық ластану салдарынан салқындату жүйесінің өнімділігі біртіндеп төмендеуі мүмкін. рН бақылауын, коррозия ингибиторларын, диспергаторларды, биоцидтерді және үрлеуді басқаруды қамтитын тиісті химиялық бағдарлама жоғары жылу беру коэффициентін сақтайды. Үнемі тексерулер және жоспарлы тазалау тәжірибелері (онлайн және өшіру кезінде) да өте маңызды.
Жылуды кетіруді ақылды пайдалану
Кейбір жерлерде қалдық жылуды ауылшаруашылық өнімдерін кептіру, жылыжайларды жылыту немесе төмен температуралы өнеркәсіптік процестер сияқты басқа мақсаттарда пайдалануға болады. Бұл каскадты пайдалану тұжырымдамасына жақын болғанымен, қалдық жылуды кешенді басқару жүйенің жалпы тиімділігін арттыра алады, сонымен қатар электр энергиясын сатудан тыс экономикалық құндылық қосады.
Сайт жағдайларына негізделген жобалау мәселелері
Геотермалдық электр станциялары үшін бірыңғай салқындату шешімі жоқ. Дизайнға мыналар әсер етеді:
– Климат: ылғалды және құрғақ температуралар салқындату мұнарасының немесе ACC мүмкіндігін анықтайды.
– Судың қолжетімділігі: ылғалды, құрғақ немесе аралас суды таңдауды анықтайды.
– NCG құрамы: конденсатор мен вакуум жүйесінің өлшеміне әсер етеді.
– Топография және биіктік: ауа тығыздығына, желдеткіштің жұмысына және жұмыс қысымына әсер етеді.
– Су сапасы: өңдеудің күрделілігін және техникалық қызмет көрсету жиілігін анықтайды.
– Қоршаған орта шектеулері: салқындату мұнарасының түтін шығарындысы, желдеткіштің шуы, дрейф және шығару газдарының үрленуіне қатысты ережелер.
Техникалық талдау әдетте термодинамикалық модельдеу (мысалы, екілік қондырғыларға арналған Ранкин/ORC циклдік модельдері) және конденсатор-салқындату мұнарасының жүктеме мен маусымдық ауытқулар кезіндегі өнімділігін талдау арқылы жүзеге асырылады. Нәтижелер қуаттылықты таңдау, басқару стратегиялары және шығын-пайда есептеулері үшін негіз болып табылады.
Барған сайын өзекті болып келе жатқан технологиялар мен үрдістер
Қазіргі уақытта кеңінен енгізілген кейбір жақсартуларға мыналар жатады:
– Деректерге негізделген интеллектуалды басқару: температура, вакуум, ағын және су сапасының сенсорлары желдеткіштерді/сорғыларды нақты уақыт режимінде реттеу үшін оңтайландыру алгоритмдерімен өңделеді.
– Коррозияға төзімді материалдар мен жабындар: әсіресе H₂S және хлоридтер бар орталарда.
– Толтыру және дрейфті жою құралын жаңарту: салқындату мұнарасының тиімділігін арттыру және су шығынын азайту.
– Конденсаторды жаңарту және онлайн тазалау: ұзақ уақыт жұмыс істемей жұмысын сақтау.
– Модульдік гибридті жүйе: қажет болған жағдайда біртіндеп кеңейту мүмкіндігін ұсынады.
Қорытынды
Салқындату жүйесі тек қосымша ғана емес, сонымен қатар геотермалдық электр станцияларының тиімділігі мен сенімділігінің негізгі анықтаушысы болып табылады. Тиімді салқындату конденсация температурасын төмендетеді, конденсатор вакуумын жақсартады және турбина қуатын арттырады. Сонымен қатар, оңтайландыру кезінде паразиттік жүктемелер, NCG басқаруы және қабыршақтану мен коррозияның алдын алу үшін химиялық бақылау тәртібі ескерілуі керек. Ылғалды, құрғақ немесе гибридті жүйелер арасындағы таңдау климатқа, судың қолжетімділігіне, ережелерге және су қоймасының сипаттамаларына бейімделуі керек.
Тиісті жобалау және деректерге негізделген жұмыс кезінде салқындату жүйесін жақсарту өнімділікті «көбейткіш» ретінде әрекет ете алады: электр энергиясын өндіруді арттыру, маусымдар бойынша жұмысты тұрақтандыру және геотермалдық жобалардың жалпы экономикасын жақсарту. Энергияға ауысу жағдайында салқындатуды оңтайландыру геотермалдықтың бәсекеге қабілетті, таза және тұрақты болып қалуын қамтамасыз етудің ең практикалық тәсілдерінің бірі болып табылады.
