Геотермаль эрчим хүчний түгээлтийн системийг хэрхэн тохируулах вэ
Геотермаль энерги нь нар, салхи шиг цаг агаараас хамаардаггүй тул тогтвортой сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр юм. Гэсэн хэдий ч түүний амжилттай ашиглалт нь зөвхөн цахилгаан эсвэл дулаан үйлдвэрлэх чадвараас гадна уг энергийг хэрэглэгчдэд хэрхэн аюулгүй, үр ашигтай, найдвартай түгээж байгаагаас хамаарна. Геотермаль түгээлтийн системд геотермаль станцаас сүлжээнд цахилгаан түгээх, эсвэл дүүргийн халаалт, хөдөө аж ахуйн хатаалт, үйлдвэрлэлийн процесс, аквакультур зэрэг хэрэглээнд шууд дулаан түгээх зэрэг орно. Энэ нийтлэлд бүтэцлэгдсэн геотермаль эрчим хүчний түгээлтийн системийг зохион байгуулах зайлшгүй алхамууд болон техникийн зарчмуудыг авч үзэх болно.
1. Ачааллын эх үүсвэрийн шинж чанар болон шаардлагуудыг ойлгох
Түгээлтийг удирдах эхний алхам бол хоёр үндсэн зүйлийг ойлгох явдал юм: газрын гүний дулааны эх үүсвэрийн шинж чанар болон хэрэглэгчийн эрчим хүчний эрэлтийн профайл. Геотермийн эх үүсвэрүүд нь усан сангийн температур, даралт, шингэний урсгалын хурд, эрдэс бодисын агууламж, зэврэлт болон царцдас үүсэх магадлал зэрэг гол параметрүүдтэй байдаг. Эдгээр параметрүүд нь систем нь цахилгаан үйлдвэрлэхэд (жишээлбэл, гялгар уур эсвэл хоёртын циклээр) эсвэл шууд дулаан ашиглахад илүү тохиромжтой эсэхийг тодорхойлно.
Хэрэглэгчийн талаас шаардлагатай өгөгдөлд ачааллын хэмжээ (кВт эсвэл МВт), өдөр тутмын/улирлын ачааллын хэлбэлзэл, шаардлагатай найдвартай байдал (жишээ нь, 24 цагийн үйлдвэрлэлийн ажиллагаа), шаардлагатай эрчим хүчний чанар (тодорхой хүчдэлийн стандартад цахилгаан эсвэл тодорхой температурт дулаан) орно. Энэхүү зураглал нь түгээлтийн сүлжээний зураг төсөл, хоолой эсвэл сувгийн хүчин чадал, нөөцлөлтийн стратегиудыг тодорхойлоход тусалдаг.
2. Түгээлтийн схемийг тодорхойлох: Цахилгаан, Шууд халаалт эсвэл Холимог
Ерөнхийдөө гурван хуваарилалтын схем байдаг:
1. Цахилгаан түгээлт: Геотермаль энергийг цахилгаан станцад цахилгаан болгон хувиргаж, дараа нь цахилгаан дамжуулах, түгээх системээр дамжуулан түгээдэг. Энэ нь өргөн хүрээг хамарсан, уян хатан хэрэглээнд тохиромжтой.
2. Дулааны шууд хуваарилалт (төвлөрсөн халаалт/үйлдвэрийн дулаан): халуун шингэн эсвэл халаалтын орчин (жишээлбэл, хоёрдогч халуун ус)-ийг хоолойн сүлжээгээр дамжуулан хэрэглэгчдэд түгээдэг. Энэ схем нь эх үүсвэртэй ойрхон газарт хамгийн үр дүнтэй байдаг.
3. Холимог (цуврал хэрэглээ): газрын гүний дулааны энергийг үе шаттайгаар ашигладаг. Жишээлбэл, өндөр температурыг цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашигладаг бол үлдэгдэл дулааныг хүлэмж, хуурай дулаан эсвэл загасны цөөрөмд халаахад ашигладаг. Энэ загвар нь нийт эрчим хүчний үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
Схемийг сонгохдоо эх үүсвэрээс ачаалал хүртэлх зай, эрчим хүчний эдийн засгийн үнэ цэнэ, үлдэгдэл дулааныг ашиглах боломжийг харгалзан үзэх хэрэгтэй.
3. Зөв түгээлтийн дэд бүтцийг зохион бүтээх
а. Шууд халаалтын хоолойн сүлжээ
Хэрэв тархалт нь дулаан бол системийн гол тулгуур нь хоолойн сүлжээ юм. Зохицуулах шаардлагатай хүчин зүйлсэд дараахь зүйлс орно.
– Хоолойн материал: температур, даралт болон зэврэлтэнд тэсвэртэй байх ёстой. Шингэний химийн найрлагаас хамааран дотор хамгаалалттай/доторлогоотой нүүрстөрөгчийн ган эсвэл зэвэрдэггүй ган ашиглаж болно.
– Дулаан тусгаарлагч: аяллын үед дулааны алдагдлыг багасгахад зайлшгүй шаардлагатай. Дулаалгын сонголт (жишээлбэл, полиуретан хөөс, эрдэс хөвөн) нь ашиглалтын температур болон орчны нөхцөл байдлаас хамаарна.
– Диаметр ба ажиллах даралт: урсгалын хурд болон зорилтот даралтын уналтаар тодорхойлогдоно. Шахуургыг хэт ажиллуулахаас сэргийлэхийн тулд гидравлик тооцоолол шаардлагатай.
– Дулааны тэлэлтийн систем: хоолойнууд халахад тэлдэг. Тиймээс хэт их ачааллаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд тэлэлтийн гогцоо эсвэл тэлэлтийн холбоос шаардлагатай.
– Хавхлага болон аюулгүйн төхөөрөмжүүд: засвар үйлчилгээний явцад сегментүүдийг тусгаарлах хөнгөвчлөх хавхлага, шалгах хавхлага, салгах систем орно.
b. Генераторын гаралтын цахилгаан сүлжээ
Цахилгаан түгээлтийн хувьд дараахь чухал зүйлс байна.
– Цахилгаан станцуудад хүчдэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд шаталсан трансформаторууд нь дамжуулалтын явцад цахилгаан алдагдлыг багасгадаг.
– Өргөн тархсан эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэх зориулалттай унтраалга болон хамгаалалт (реле, хэлхээний таслуур).
– Сүлжээний холболт: цахилгаан эрчим хүчний чанарын (давтамж, хүчдэл, гармоник) талаарх хэрэглээний стандартыг хангасан байх ёстой.
– Бодит цагийн хяналт болон алсын удирдлагатай SCADA систем.
4. Хяналт ба хяналтын стратеги боловсруулах
Шингэний шинж чанар цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөж болох тул геотермаль түгээлтийн системд болгоомжтой хяналт шаардлагатай. Хяналтын ердийн тохиргоонд дараахь зүйлс орно.
– Температур болон урсгалын хурдны хяналт: хэрэглэгчийн хэрэгцээнд нийцүүлэн хүлээн авсан энергийг хадгалахын тулд температур мэдрэгч, урсгал хэмжигч, хяналтын хавхлагыг ашиглана.
– Даралтын хяналт: хоолойд чичиргээ, усны алх болон эвдрэл үүсгэж болзошгүй анивчих (фазын гэнэтийн өөрчлөлт)-өөс урьдчилан сэргийлэхэд чухал ач холбогдолтой.
– Шингэний чанарын хяналт: цахиурын давхар исэл, хлорид болон ууссан хийн агууламжийг хянаж байх шаардлагатай, учир нь тэдгээр нь хальслах/зэврэлтэд нөлөөлдөг.
– Алдагдал илрүүлэх: тодорхой сүлжээнд даралтын хяналт, массын тэнцвэр эсвэл дуут мэдрэгч ашиглан хийж болно.
SCADA буюу үйлдвэрлэлийн IoT системийг үйл ажиллагааны өгөгдөл, дохиолол, гүйцэтгэлийн чиг хандлага, засвар үйлчилгээний тайланг нэгтгэхэд өргөн ашигладаг.
5. Түгээлтийн сүлжээнд масштабжилт болон зэврэлтийг удирдах нь
Геотермаль системийн сонгодог асуудлууд нь царцдас (цахиур эсвэл кальцит зэрэг эрдэс бодисын тунадасжилт) болон зэврэлт (түрэмгий шингэний улмаас үүсдэг) юм. Хэрэв үүнийг зохицуулахгүй орхивол үр дүнтэй хоолойн диаметр нарийсч, даралтын алдагдал нэмэгдэж, үр ашиг буурдаг.
Ерөнхий тохиргооны алхамууд:
– Шингэнийг дахин шахах: шингэнийг усан сан руу буцаах нь тогтвортой байдлыг хангаж, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулдаг.
– Химийн ангижруулагч: тодорхой цэгүүдэд зэврэлт/өнгөжилтийн дарангуйлагч хэрэглэх (тунгийн тооцоололтой).
– Материалын сонголт: шингэнтэй нийцтэй хоолой, жийргэвч, хавхлагыг сонгоно уу.
– Үе үе гагнуурын цэвэрлэгээ эсвэл цэвэрлэгээний хөтөлбөр: хэрэв сүлжээний загвар зөвшөөрвөл.
– Даралт/температурын хэт их уналтаас зайлсхий: эдгээр өөрчлөлтүүд нь эрдэс хур тунадасыг хурдасгахад хүргэдэг.
6. Найдвартай байдал ба нөөцийн схемийг боловсруулах
Ялангуяа геотермаль энергийг үйлдвэрлэлийн процесс эсвэл дүүргийн халаалтад ашиглаж байгаа бол түгээлтийн найдвартай байдал маш чухал юм. Зарим аргад дараахь зүйлс орно.
– Нэг шахуурга ажиллахаа больсон үед систем үргэлжлүүлэн ажиллахын тулд шахуургын нөөц (N+1).
– Хэрэв нэг хэсэг гэмтсэн бол хангамжийг өөр чиглэлд шилжүүлэх боломжтой байхаар дүүргийн халаалтын сүлжээг тойрог хэлбэрээр байрлуулна.
– Оргил ачааллыг тогтворжуулахын тулд том халуун усны сав гэх мэт дулааны хадгалалт (дулааны хадгалалт).
– Онцгой байдлын үед эсвэл худаг/генераторын засвар үйлчилгээний үед нөөц бойлер эсвэл бусад эх үүсвэр (заавал биш).
Найдвартай байдлын зохицуулалт нь хөрөнгө оруулалтын зардлыг үйлчилгээ тасалдахтай холбоотой зардлаас хамааруулан авч үзэх ёстой.
7. Аюулгүй байдал, байгаль орчин болон тусгай зөвшөөрлийн асуудлыг зохицуулах
Геотермаль тархалтад даралттай шингэн, өндөр температур, заримдаа H₂S зэрэг хийнүүд орно. Тиймээс аюулгүй байдлын талуудад дараахь зүйлс орно.
– Асаах, зогсоох болон онцгой байдлын үед ашиглах стандарт үйл ажиллагааны журам (SOP).
– Тодорхой газарт агааржуулалт болон хий илрүүлэх систем.
– Дамжуулах хоолой болон цахилгаан станцын операторуудад зориулсан K3 сургалт.
– Журамд заасны дагуу хог хаягдлын менежмент (хавдар хуримтлал, конденсат).
Байгаль орчны үүднээс авч үзвэл, дахин шахах болон ялгаруулалтын хяналт нь усан сангийн тогтвортой байдлыг хадгалах, хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөөллийг багасгах гол түлхүүр юм. Цаашилбал, геотермаль төслүүд нь ихэвчлэн газар ашиглалтын зөвшөөрөл, сүлжээ барих, цахилгааны системийн холболтын зөвшөөрөл шаарддаг.
8. Ашиглалт ба засвар үйлчилгээний (O&M) төлөвлөгөө гаргах
Сайн түгээлтийн систем нь тодорхой ашиглалт, засвар үйлчилгээний төлөвлөгөөтэй байх ёстой, жишээлбэл:
– Хоолой болон дулаалгын тогтмол үзлэг.
– Мэдрэгч болон урсгал хэмжигчийг тохируулах.
– Даралтын уналтын чиг хандлагыг хянахын тулд масштабыг илрүүлэх.
– Хавхлага, насос, дулаан солилцуурын засвар үйлчилгээний хуваарь.
– Чухал сэлбэг хэрэгслийн менежмент болон алдааг олж засварлах.
Түүхийн үйл ажиллагааны өгөгдөл нь урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээ хийхэд маш их тустай тул томоохон тасалдал болохоос өмнө эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэх боломжтой.
9. Гүйцэтгэлийн үнэлгээ ба эдийн засгийн оновчлол
Эцэст нь, түгээлтийн зохицуулалтыг дараах гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүдээр хэмжих хэрэгтэй.
– Түгээлтийн үр ашиг (дулаан алдагдал/цахилгаан алдагдал).
– Сүлжээний бэлэн байдал болон зогсолтын хугацаа.
– Нийлүүлсэн эрчим хүчний нэгжид ногдох үйл ажиллагааны зардал.
– Үйлчлүүлэгчийн сэтгэл ханамж (нийлүүлэлтийн тогтвортой байдал, үйлчилгээний чанар).
Оновчлолыг дулаалгыг нэмэгдүүлэх, урсгалын хурдыг хянах стратегийг өөрчлөх, дулаан хадгалах чадварыг нэмэгдүүлэх эсвэл температурын түвшин бүрийг хамгийн их ашиглахын тулд каскадын хэрэглээний загварыг хэрэгжүүлэх замаар хийж болно.
Хаах
Геотермаль эрчим хүчний түгээлтийн системийг удирдах нь олон салбарыг хамарсан ажил юм: усан сангийн инженерчлэл, механик инженерчлэл (хоолой ба шахуурга), цахилгааны инженерчлэл (сүлжээ ба хамгаалалт), хяналт ба багаж хэрэгсэл, байгаль орчин ба аюулгүй байдлын талууд. Амжилтын түлхүүр нь эрчим хүчний хэрэгцээг зураглах, зөв хуваарилалтын схемийг сонгох, геотермаль шингэний нөхцөлд тэсвэртэй дэд бүтцийг төлөвлөх, ухаалаг үйл ажиллагааны хяналт, сахилга баттай засвар үйлчилгээ хийхэд оршино. Зөв төлөвлөлттэй бол геотермаль эрчим хүч нь зөвхөн цэвэр эрчим хүчний эх үүсвэр төдийгүй орон нутаг, үйлдвэрлэлийн найдвартай, үр ашигтай эрчим хүчний хангамжийн гол тулгуур болж чадна.
