Салхин турбины генераторууд ба тэдгээр нь цахилгаан үйлдвэрлэхэд хэрхэн ажилладаг вэ
Салхины эрчим хүч нь элбэг дэлбэг, харьцангуй цэвэр бөгөөд жижиг, том хэмжээний аль алинд нь ашиглаж болох тул янз бүрийн улс орнуудад хамгийн өргөн хөгжсөн сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн нэг юм. Салхин турбины энгийн мэт эргэлддэг ирний ард нарийн төвөгтэй цахилгаан механик систем оршдог бөгөөд түүний хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг нь генератор юм. Салхин турбины генератор нь роторын эргэлтээс үүссэн механик энергийг айл өрх, аж үйлдвэр, тэр ч байтугай цахилгаан сүлжээнд түгээх боломжтой цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Энэ нийтлэлд салхин турбины генератор гэж юу болох, түүний төрлүүд, цахилгаан үйлдвэрлэхэд хэрхэн ажилладаг талаар авч үзэх болно.
1. Салхин турбин дахь генераторын үүрэг
Салхин турбинууд нь үндсэндээ аажмаар эрчим хүч хувиргах зарчим дээр ажилладаг:
1. Салхины кинетик энерги нь ирийг түлхэж, ротор эргэлддэг.
2. Роторын эргэлтийг босоо ам болон дамжуулах системд дамжуулдаг (хурдны хайрцагтай эсвэл хурдны хайрцаггүй байж болно).
3. Генератор нь цахилгаан соронзон индукцийн зарчмаар босоо амны эргэлтийн механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг.
4. Үүсгэсэн цахилгаан эрчим хүчийг цахилгаан эрчим хүчний электроникийн систем ашиглан хүчдэл болон давтамжийн стандартад нийцүүлэн ашиглаж, сүлжээнд түгээдэг.
Генераторгүйгээр салхин турбин нь зүгээр л эргэлддэг механик төхөөрөмж байх болно. Генератор нь салхины энергийг ашиглах боломжтой цахилгаан болгон хувиргадаг гол гүүр юм.
2. Генераторын ажиллах үндсэн зарчим: Цахилгаан соронзон индукц
Салхин турбин генераторууд нь Фарадейгийн Цахилгаан соронзон индукцийн хууль дээр үндэслэн ажилладаг. Үндсэндээ ороомгийн соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд цахилгаан хүчдэл үүсдэг. Ерөнхийдөө генератор нь хоёр үндсэн хэсэгтэй:
– Ротор: ихэвчлэн байнгын соронз эсвэл талбайн ороомогтой эргэлддэг хэсэг.
– Статор: өдөөгдсөн хүчдэл үүсдэг ороомгийг агуулсан хөдөлгөөнгүй хэсэг.
Ротор эргэлдэх үед түүний соронзон орон нь статорын ороомгийг "тасалж", хувьсах гүйдэл (AC) үүсгэдэг. Дараа нь энэ хувьсах гүйдлийг ашиглахын өмнө зохицуулж, тохируулдаг.
3. Салхин турбины генераторыг дэмждэг системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Генераторыг салхин турбинд оновчтой ажиллуулахын тулд хэд хэдэн үндсэн туслах бүрэлдэхүүн хэсгүүд байдаг.
1. Роторын ир ба зангилаа: салхины энергийг цуглуулна.
2. Гол босоо ам (гол босоо ам): роторын эргэлтийг дамжуулдаг.
3. Хурдны хайрцаг (тодорхой төрлүүд дээр): генераторын хэрэгцээнд тохируулан роторын эргэлтийг харьцангуй удаанаас хурдан болгон нэмэгдүүлдэг.
4. Генератор: эргэлтийг цахилгаан болгон хувиргадаг.
5. Хөрвүүлэгч/Хөрвүүлэгч: цахилгааны шинж чанарыг (хүчдэл/давтамж) тогтвортой, сүлжээнд нийцүүлэн өөрчилдөг.
6. Трансформатор: хүчдэлийг үр ашигтай дамжуулахын тулд нэмэгдүүлдэг.
7. Удирдлагын систем: турбины чиглэл (хазайлт), ирний өнцөг, эргэлтийн хурд болон хамгаалалтыг зохицуулдаг.
Салхин турбины цахилгаан гаралт нь салхины хурд өөрчлөгдөхөөс шалтгаалан хэлбэлздэг гэдгийг тэмдэглэх нь чухал юм. Тиймээс цахилгаан эрчим хүчний тогтвортой үйлдвэрлэлд цахилгаан электроник болон хяналтын системүүд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
4. Салхин турбин дахь генераторуудын төрлүүд
Салхин цахилгаан станцуудад түгээмэл хэрэглэгддэг хэд хэдэн төрлийн генератор байдаг. Генераторын төрлийг сонгоход турбины хэмжээ, үр ашгийн шаардлага, өртөг, засвар үйлчилгээний нарийн төвөгтэй байдал нөлөөлдөг.
a) Индукцийн генератор (Асинхрон генератор)
Индукцийн генераторуудыг эрт үеийн салхин турбины суурилуулалт болон энгийн байдлыг онцолсон зарим концепцуудад өргөн ашигладаг.
Илүүдэл:
- Энгийн бөгөөд бат бөх бүтэцтэй
- Харьцангуй хялбар засвар үйлчилгээ
– Бага зардал
Дутмаг:
– Реактив хүч шаарддаг (ихэвчлэн сүлжээнээс эсвэл конденсатороос)
- Нэмэлт системгүйгээр хурдны хяналт нь уян хатан бус байдаг
– Хувьсах хурдны нөхцөлд үр ашиг бага байж болно
Орчин үеийн технологи нь хувьсах хурдны шийдлүүд рүү улам бүр шилжиж байгаа ч индукцийн генераторууд нь бага төвөгтэй удирдлагатай сүлжээнд холбогдсон системд тохиромжтой.
б) Давхар тэжээлтэй индукцийн генератор (DFIG)
DFIG нь хэрэглээний хэмжээний (том) салхин турбинуудад индукцийн генераторын маш түгээмэл хувилбар юм, учир нь энэ нь хөрвүүлэгч нь 100% чадлыг зохицуулах шаардлагагүйгээр хувьсах хурдтай ажиллах боломжийг олгодог.
DFIG-д статор нь сүлжээнд шууд холбогдсон бол ротор нь хөрвүүлэгчтэй (гулсах цагираг ашиглан) холбогдсон байдаг. Хөрвүүлэгч нь гаралтын хүчдэл болон давтамжийг хянахын тулд роторын гүйдлийг зохицуулдаг.
Илүүдэл:
– Хувьсах хурдтай ажиллагаа (салхины эрчим хүчийг илүү үр ашигтайгаар барих)
– Хөрвүүлэгчийн хэмжээ нь бүрэн хөрвүүлэгч системээс бага байна.
– Идэвхтэй болон реактив чадлын хяналтыг сайжруулах
Дутмаг:
– Гулсах цагираг ашиглах (илүү өндөр засвар үйлчилгээ шаарддаг)
- Системийн хувьд илүү төвөгтэй
DFIG нь өртөг болон гүйцэтгэлийн хооронд сайн тохиролцоонд хүрдэг тул түгээмэл сонголт болж байна.
в) Синхрон генератор (Синхрон генератор)
Синхрон генераторууд нь байнгын соронзон генератор (PMSG) эсвэл хээрийн ороомог ашиглаж болно. PMSG-ийг орчин үеийн загварт, ялангуяа хурдны хайрцаггүй (шууд хөтлөгчтэй) турбинуудад өргөн ашигладаг.
Илүүдэл:
– Өндөр үр ашиг, ялангуяа PMSG
- Бага хурдтай үед сайн ажиллах боломжтой
– Шууд хөтлөлтөд тохиромжтой тул механик эд ангиудыг багасгадаг
Дутмаг:
– Цахилгаан хувиргагч шаардлагатай (ихэвчлэн бүрэн хувиргагч)
– Байнгын соронз нь өртөгийг нэмэгдүүлдэг бөгөөд материалаас хамааралтай байдаг.
– Илүү нарийн төвөгтэй хяналтын системүүд болон цахилгаан электроникууд
PMSG-тэй шууд хөтлөгчтэй турбинууд нь илүү чимээгүй ажиллах хандлагатай бөгөөд хурдны хайрцгийн засвар үйлчилгээ бага шаарддаг боловч анхны зардал нь илүү өндөр байж болно.
5. Салхин турбины генератор цахилгаан үйлдвэрлэхэд хэрхэн ажилладаг вэ (Алхам алхмаар)
Илүү тодорхой болгохын тулд салхин турбины салхинаас цахилгаан руу шилжих ажлын урсгалыг энд харуулав.
1. Салхи ирийг эргүүлдэг
Ирний аэродинамик хэлбэр нь өргөлтийг бий болгодог бөгөөд энэ нь роторыг эргүүлэхэд хүргэдэг. Алхамын систем нь хамгийн оновчтой аюулгүй байдлыг хангахын тулд ирний өнцгийг тохируулдаг.
2. Эргэлтийг босоо ам руу дамжуулдаг
Ротор нь гол гол тэнхлэгийг хөдөлгөдөг. Роторын эргэлтийн хурд нь ихэвчлэн бага байдаг (жишээлбэл, том турбинуудад 10-20 эрг/мин).
3. Хурдны хайрцаг нь rpm-ийг нэмэгдүүлдэг (хэрэв байгаа бол)
Олон турбинууд тодорхой генератортой тохирохын тулд хурдыг хэдэн зуун эсвэл бүр хэдэн мянган эрг/мин хүртэл нэмэгдүүлэхийн тулд хурдны хайрцгийг ашигладаг. Шууд хөтлөгчтэй турбинуудад энэ алхамыг орхигдуулдаг.
4. Генератор нь механик энергийг хувьсах гүйдлийн цахилгаан болгон хувиргадаг.
Генераторын ротор эргэлдэж, статор дахь соронзон урсгалын өөрчлөлтийг бий болгож, улмаар хувьсах гүйдлийн хүчдэл үүсдэг.
5. Цахилгаан электроник нь цахилгааныг тогтворжуулдаг
Турбины хурд өөрчлөгдөхөд генераторын гаралтын давтамж болон хүчдэл мөн өөрчлөгддөг. Хөрвүүлэгч/инвертер нь үүнийг зохих шинж чанартай (жишээлбэл, 50 Гц эсвэл 60 Гц ба тодорхой хүчдэл) цахилгаан болгон хувиргадаг.
6. Трансформатор нь хүчдэлийг нэмэгдүүлдэг
Дамжуулах явцад цахилгаан алдагдлыг бууруулахын тулд хүчдэлийг нэмэгдүүлдэг. Дараа нь цахилгааныг сүлжээнд хуваарилах эсвэл орон нутагт ашигладаг.
7. Хяналт болон хамгаалалт нь үйл ажиллагааг аюулгүй байлгадаг
Салхи хэт хүчтэй болоход систем нь аюулгүй байдлын үүднээс хүчийг бууруулж (давхарга) эсвэл турбиныг зогсооно (унтраана). Мөн систем нь хүчдэлийн хэт огцом өсөлт, тэнцвэргүй байдал, сүлжээний тасалдалаас хамгаалдаг.
6. Генераторын гүйцэтгэлд нөлөөлөх үр ашиг ба хүчин зүйлс
Салхин турбины генераторын гүйцэтгэлд олон хүчин зүйл нөлөөлдөг бөгөөд үүнд дараахь зүйлс орно.
– Салхины хурд: салхины хүч нь салхины хурдны кубтай пропорциональ байдлаар нэмэгддэг тул жижиг өөрчлөлтүүд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг.
– Турбины загвар (алхам, роторын диаметр): хэр их салхины энергийг барьж болохыг тодорхойлно.
– Генераторын төрөл ба удирдлага: орчин үеийн хөрвүүлэгчтэй хувьсах хурдны системүүд нь салхины янз бүрийн нөхцөлд илүү үр ашигтай байдаг.
– Механик алдагдал: жишээлбэл, хурдны хайрцаг, холхивч болон шүүрч авах хэсэгт.
– Цахилгааны алдагдал: ороомог дахь зэсийн алдагдал, цөм дэх соронзон алдагдал, хөрвүүлэгч дэх алдагдал.
– Температур ба тусламж үйлчилгээний чанар: хэт халалт нь үр ашгийг бууруулж, эд ангийн задралыг хурдасгадаг.
Практикт бүх салхины эрчим хүчийг цахилгаан болгон хувиргаж чадахгүй. Бетцийн хязгаар гэж нэрлэгддэг онолын хязгаар байдаг бөгөөд энэ нь салхины эрчим хүчний дээд тал нь 59,3% -ийг ротор барьж чадна гэж заасан байдаг. Үлдсэн хэсэг нь турбулент болон агаарын урсгал хэлбэрээр алдагддаг бөгөөд энэ нь турбины хажуугаар өнгөрөх ёстой.
7. Дүгнэлт
Салхин турбины генератор нь цахилгаан соронзон индукцийн тусламжтайгаар механик эргэлтийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Индукцээс эхлээд DFIG хүртэл байнгын соронзон синхрон хүртэл янз бүрийн төрлийн генераторуудыг үр ашиг, өртөг, засвар үйлчилгээний хялбар байдал, хяналтын шаардлагын хоорондох буулт дээр үндэслэн сонгодог. Орчин үеийн салхин цахилгаан станцуудад генератор нь салхины нөхцөл өөрчлөгдөж байгаа ч тогтвортой цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд хурдны хайрцаг (эсвэл шууд хөтлөгч), удирдлагын систем, цахилгаан электрониктой хамтран ажилладаг. Материалын технологи, цахилгаан электроник, хяналтын системийн дэвшлийн ачаар салхин турбины генераторууд улам бүр үр ашигтай, найдвартай болж, салхин эрчим хүчний цэвэр, илүү тогтвортой эрчим хүчний ирээдүйн гол шийдэл болох үүргийг улам бүр нэмэгдүүлж байна.
Хэрэв та хүсвэл би энэ өгүүллийг сургууль/коллежийн өгүүллийн хэв маягт тохируулан бичиж, урсгалын диаграмм нэмж эсвэл жижиг хэмжээний (сүлжээнээс гадуурх) салхин турбины талаар тусгай хэсэг нэмж болно.
