Эрчим хүч үйлдвэрлэх систем дэх хийн турбинууд
Хийн турбинууд нь орчин үеийн эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн гол технологи юм. Тэдгээрийн давуу талууд нь хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх замаар их хэмжээний эрчим хүч үйлдвэрлэх, өөрчлөгдөж буй ачаалалд дасан зохицох уян хатан байдал, үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд бусад технологитой нэгтгэх чадвартай байдагт оршино. Цахилгаан эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээ байнга нэмэгдэж байгаа нөхцөлд хийн турбинууд нь оргил үедээ хүрч буй цахилгаан станцууд болон янз бүрийн улс орны цахилгаан эрчим хүчний системд байгалийн хийд суурилсан цахилгаан станцуудын гол тулгуур болж чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Хийн турбины тодорхойлолт ба ажиллах зарчим
Хийн турбин нь түлшний химийн энергийг босоо амны эргэлтийн хэлбэрээр механик энерги болгон хувиргадаг эргэлдэгч дотоод шаталтын хөдөлгүүр бөгөөд дараа нь генератороор дамжуулан цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг термодинамик цикл бол Брэйтоны цикл юм. Энгийнээр хэлбэл, энэ үйл явц нь гурван үндсэн үе шатаас бүрдэнэ: агаарын шахалт, шаталт, халуун хийг турбинаар дамжуулан тэлэх.
Нэгдүгээрт, орчны агаарыг компрессороор соруулж шахаж, даралтыг нь нэмэгдүүлдэг. Хоёрдугаарт, энэхүү шахсан агаарыг шаталтын камер руу чиглүүлж, түлштэй хольдог - ихэвчлэн байгалийн хий боловч дизель болон бусад шингэн түлшийг ашиглаж болно. Дараа нь хольцыг шатааж, халуун, өндөр даралттай хий үүсгэдэг. Гуравдугаарт, халуун хий нь турбины ирээр урсаж, тэлж, турбиныг эргүүлдэг. Турбины энэ эргэлт нь компрессорыг (ихэвчлэн нэг гол дээр) хөдөлгөж, генераторыг ажиллуулахад ашигладаг цэвэр эрчим хүчийг үүсгэдэг.
Турбины зарим хүчин чадлыг компрессорыг ажиллуулахад ашигладаг тул эд ангийн загвар болон компрессорын үр ашиг нь хийн турбины нийт гүйцэтгэлийг тодорхойлоход чухал хүчин зүйл болдог.
Хийн турбин генераторын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Хийн турбины цахилгаан станц (PLTG)-д хэд хэдэн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг нь нэгдсэн байдлаар ажилладаг:
1. Агаар нэвтрүүлэх систем: компрессор болон турбины ирийг элэгдэлд оруулж болзошгүй тоос шороо, хэсгүүдээс ангид байлгахын тулд орж ирж буй агаарыг шүүдэг.
2. Компрессор: агаарын даралтыг нэмэгдүүлдэг. Ерөнхийдөө олон шатлалт тэнхлэгийн компрессор ашигладаг.
3. Шаталтын камер: хийн температурыг нэмэгдүүлэхийн тулд шаталт явагддаг. Шаталтын тогтвортой байдал болон ялгаруулалт нь гол анхаарал татсан асуудал юм.
4. Турбин: халуун хийн энергийг эргэлдэгч механик энерги болгон хувиргадаг. Турбины ирний материал нь өндөр температурыг тэсвэрлэх чадвартай байх ёстой.
5. Генератор: механик энергийг цахилгаан болгон хувиргадаг бөгөөд шууд эсвэл хурдны хайрцгаар холбогддог.
6. Хяналт ба хамгаалалтын систем: үйл ажиллагааны найдвартай байдлыг хадгалж, ачааллыг хянаж, төхөөрөмжийг хэвийн бус нөхцөл байдлаас хамгаална.
7. Түлшний систем: аюулгүй байдлын системийг оролцуулан түлшний даралт, урсгал болон чанарыг зохицуулах.
8. Яндан болон дулаан сэргээх (заавал биш): яндан хийг шууд ялгаруулах эсвэл хосолсон циклийн тохиргоонд HRSG (Дулаан сэргээх уурын генератор)-т уур үүсгэхэд ашиглаж болно.
Генераторын үр ашиг ба тохиргоо
Ерөнхийдөө энгийн циклийн тохиргоотой хийн турбинууд нь хосолсон циклийн үйлдвэрүүдээс бага үр ашигтай байдаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн давуу талууд нь илүү энгийн бүтэц, харьцангуй хурдан хөрөнгө оруулалтын зардал, хурдан эхлүүлэх чадвар зэрэг орно.
Энгийн мөчлөгт утааны хийн дулааны ихэнх хэсэг нь агаар мандалд алдагддаг. Ердийн үр ашиг нь хөдөлгүүрийн ангилал, турбины оролтын температур, ашиглалтын нөхцлөөс хамааран хэдэн арван хувьтай байдаг.
Үүний зэрэгцээ, хосолсон циклийн цахилгаан станц (PLTGU)-д яндангийн хийн дулааныг HRSG-д усыг халааж, уур гаргаж, дараа нь уурын турбиныг эргүүлэхэд ашигладаг. Өмнө нь үрэгдэж байсан эрчим хүчийг ашигласнаар системийн үр ашгийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой. Хосолсон циклийн тохиргоо нь байгалийн хийгээр ажилладаг станцуудад маш их алдартай бөгөөд учир нь энэ нь олон чулуужсан түлшээр ажилладаг станцуудтай харьцуулахад өндөр үр ашигтай, кВт.ц тутамд бага ялгаруулалттай байдаг.
Түүнчлэн, хаягдал дулааныг үйлдвэрлэлийн процесс эсвэл дүүргийн халаалтад ашигладаг когенерация буюу CHP (хосолсон дулаан ба эрчим хүч) тохиргоо байдаг. Энэ схемд дулаан ба цахилгааны хэрэгцээг нэгэн зэрэг хангасан тохиолдолд эрчим хүчний хэрэглээ хамгийн оновчтой байж болно.
Цахилгаан систем дэх хийн турбины үүрэг
Хийн турбинууд нь уян хатан шинж чанартай тул цахилгаан эрчим хүчний системийн үйл ажиллагаанд стратегийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээр үүргүүдийн зарим нь:
– Оргил ачааллын станц: хийн турбинууд харьцангуй богино хугацаанд тодорхой ачаалалд хүрч чаддаг тул оргил ачааллын үед цахилгаан эрчим хүчний эрэлтийн огцом өсөлтийг хангахад тохиромжтой.
– Ачааллын дараа генератор: чадлыг хурдан нэмэгдүүлэх, бууруулах чадвар нь давтамж болон хүчдэлийн тогтвортой байдлыг хадгалахад тусалдаг.
– Сэргээгдэх эрчим хүчний хамтрагч: завсарлагатай нарны болон салхины цахилгаан станцуудын нэвтрэлт нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан нар бүдэг эсвэл салхи сул үед цахилгаан эрчим хүчний хомсдолыг нөхөхийн тулд хийн турбинуудыг нөөц генератор болгон ашигладаг.
– Алсын системд зориулсан генераторууд: Том сүлжээнд холбогдоогүй байгаа газруудад түлшний хангамж боломжтой бөгөөд эрчим хүчний хэрэгцээ хангалттай их байвал хийн турбинууд сонголт байж болно.
Энэхүү уян хатан байдал нь хийн турбинуудыг эрчим хүчний шилжилтийн үед, ялангуяа сэргээгдэх эрчим хүч нь томоохон хэмжээний хадгалах байгууламжийн дэмжлэггүйгээр тасралтгүй эрчим хүчээр хангах боломжгүй үе шатанд чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болгодог.
Түлш болон ялгаруулалтын талууд
Хамгийн түгээмэл хийн турбины түлш бол байгалийн хий юм, учир нь энэ нь нүүрс эсвэл хүнд тосноос харьцангуй цэвэр шатдаг. Удирдах шаардлагатай гол ялгаралтад NOx (азотын исэл), CO (нүүрстөрөгчийн дутуу исэл), CO₂ орно. NOx ялгарлыг тодорхой нөхцөлд хуурай бага NOx (DLN) эсвэл уур/ус шахах зэрэг технологи ашиглан бууруулж болох боловч арга бүр нь үр ашиг, үйл ажиллагааны нарийн төвөгтэй байдалд нөлөөлдөг.
Сүүлийн үеийн хөгжилд олон турбин үйлдвэрлэгчид нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулахын тулд байгалийн хийд устөрөгчийн хольцыг шатаах чадвар руу шилжиж байна. Хэдийгээр ирээдүйтэй ч устөрөгчийг хамт шатаах нь устөрөгчийн дөлний өөр өөр шинж чанар, түүний дотор флэшбэкийн эрсдэл болон тодорхой материалын хэрэгцээ зэргээс шалтгаалан шаталтын системд тохируулга хийх шаардлагатай болдог.
Хийн турбины давуу болон сул талууд
Хийн турбины давуу талууд нь дараахь зүйлийг агуулдаг.
– Хурдан асаалт болон өндөр ачаалалд хариу үйлдэл үзүүлэх.
- Харьцангуй авсаархан хэмжээтэй тул өндөр хүчин чадалтай.
– Хөрөнгө оруулалтын зардал болон барилгын хугацаа нь нүүрс эсвэл цөмийн цахилгаан станцуудаас ерөнхийдөө богино байдаг.
– Байгалийн хий ашиглах үед тоосонцор болон хүхрийн ялгаруулалт бага байдаг.
Гэсэн хэдий ч зарим хязгаарлалтууд байдаг:
– Орчны температурт мэдрэмтгий: агаарын өндөр температурт агаарын нягтрал буурч, гаралтын чадал буурдаг.
– Энгийн мөчлөгийн үр ашиг нь хосолсон мөчлөгөөс бага байна.
– Хийн түлшний хангамж болон дэд бүтцээс (хоолой, шингэрүүлсэн байгалийн хий, эсвэл шахалт) хамааралтай байх.
– Өндөр температурт эд ангийн задрал нь тогтмол засвар үйлчилгээ, дэвшилтэт материал шаарддаг.
Ашиглалт, засвар үйлчилгээ, найдвартай байдал
Хийн турбины найдвартай байдал нь оролтын агаарын чанар, түлшний чанар, засвар үйлчилгээний арга барилаас ихээхэн хамаардаг. Тоос шороо эсвэл аэрозолоос үүдэлтэй компрессорын бохирдол нь үр ашиг болон цахилгаан гаралтыг бууруулж болзошгүй. Тиймээс агаар шүүх систем, компрессорын цэвэрлэгээ (онлайн/офлайн), үечилсэн үзлэг хийх нь зайлшгүй шаардлагатай арга хэмжээ юм.
Засвар үйлчилгээг ерөнхийдөө жижиг үзлэг, халуун хэсгийн үзлэг, томоохон засвар гэж хуваадаг. Шаталтын камер болон эрт үеийн турбины ир зэрэг халуун хэсгүүд нь хамгийн их дулааны ачааллыг мэдэрдэг тул үзлэгийн интервал нь илүү хатуу байдаг. Мэдрэгч дээр суурилсан нөхцөл байдлын хяналттай бол операторууд болзошгүй эвдрэлийг урьдчилан таамаглаж, зогсолтын хугацааг багасгаж чадна.
Дүгнэлт
Хийн турбинууд нь үйл ажиллагааны уян хатан байдал, хурдан эхлүүлэх чадвар, энгийн цикл, хосолсон цикл, когенерация зэрэг янз бүрийн үйлдвэрлэлийн схемүүдтэй нийцдэг тул эрчим хүч үйлдвэрлэх системд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Эрчим хүчний шилжилтийн эрин үед хийн турбинууд нь сэргээгдэх эрчим хүчний интеграцчлал нэмэгдэхийн хэрээр цахилгаан эрчим хүчний найдвартай хангамжийг хангах "гүүр" болж үйлчилдэг. Үр ашиг, ялгаруулалт, түлшний хамааралтай холбоотой бэрхшээлүүд нь хаягдал дулааныг оновчтой ашиглах, устөрөгч зэрэг бага нүүрстөрөгчийн түлшийг ашиглах зэрэг инновацийг үргэлжлүүлэн хөгжүүлсээр байна. Зохих дизайн, зохистой ашиглалт, засвар үйлчилгээний стратегитай бол хийн турбинууд нь өнөөгийн болон ирээдүйн эрчим хүчний салбарт хамааралтай, стратегийн технологи хэвээр байна.
