Геотермийн цахилгаан станцын турбины зураг төсөл ба хөгжүүлэлт
Геотермаль цахилгаан станцууд нь харьцангуй бага ялгаруулалттай тогтвортой цахилгаан эрчим хүч (суурь ачаалал) нийлүүлж чаддаг тул эрчим хүчний шилжилтийн гол тулгуур юм. Геотермаль цахилгаан станцуудын найдвартай байдлын цаана геотермаль энергийг хэр их үр ашигтайгаар цахилгаан болгон хувиргаж болохыг тодорхойлдог гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох турбин оршино. Уламжлалт дулааны цахилгаан станцуудын уурын турбинуудаас ялгаатай нь геотермаль турбинууд нь өвөрмөц ажлын шингэнтэй тулгардаг: энэ нь ихэвчлэн уур, усны холимог агуулдаг, конденсацлагдаагүй хий агуулдаг бөгөөд зэврэлт, элэгдэл, тунадасжилт (масштаб) үүсгэж болзошгүй ууссан бодисыг агуулдаг. Тиймээс геотермаль турбинуудын зураг төсөл, хөгжил нь термодинамик, шингэний динамик, материал, үйлдвэрлэл, үйл ажиллагааны стратегиудыг нэгтгэсэн олон салбарыг хамарсан арга барилыг шаарддаг.
Геотермаль нөөцийн шинж чанар ба тэдгээрийн турбинуудад үзүүлэх нөлөө
Геотермаль нөөц нь температурын хүрээ болон усан сангийн нөхцөлд харилцан адилгүй байдаг. Өндөр температурт (>200°C) агуулагдах усан сангууд нь салгасны дараа хуурай уур эсвэл уур давамгайлсан шингэн үүсгэдэг бол завсрын температур (150–200°C) нь ихэвчлэн хоёр фазын холимог (уур-ус) үүсгэдэг. Шингэн ус, дусал, хатуу хэсгүүд байгаа нь турбины ирэн дээр элэгдэл үүсэх эрсдлийг нэмэгдүүлдэг. Цаашилбал, геотермаль шингэн нь H₂S, CO₂, хлорид, цахиур, бор агуулсан байж болзошгүй бөгөөд энэ нь турбины эд ангиуд болон тэдгээрийн тулгуур системүүдийн зэврэлт, хальсыг үүсгэж болзошгүй.
Шингэний найрлага болон нөхцөл байдлын хэлбэлзэл нь үйлдвэрийн тохиргоог сонгоход нөлөөлдөг: хуурай уур, гялсхийх уур (дан/давхар гялсхийх), эсвэл хоёртын цикл (ORC/Kalina). Тохиргоо бүр нь өөр өөр турбины төрөл болон оролтын даралт, уурын чанар, массын урсгалын хурд, үр ашгийн зорилтот түвшинд зориулсан тодорхой дизайны стратеги шаарддаг.
Геотермийн цахилгаан станцуудын турбины төрлүүд
1. Хуурай уурын уурын турбин
Худаг харьцангуй хуурай уур гаргах үед ашиглагддаг. Үүний давуу талууд нь энгийн схем болон ерөнхийдөө өндөр үр ашигтай байдал юм. Гол бэрхшээлүүд нь зэврэлтийг хянах (жишээлбэл, H₂S-ээс үүдэлтэй) болон конденсацлах боломжгүй хийн менежмент юм.
2. Гялсгуур уурын уурын турбин
Геотермаль талбайд хамгийн түгээмэл тохиолддог. Геотермаль шингэнийг ялгагчаар ялгадаг; уур нь турбиныг хөдөлгөдөг. Давхар гялбаанд өндөр ба нам даралтын аль алиных нь уурыг гарцыг нэмэгдүүлэхэд ашиглаж болно. Ачааллын хэлбэлзэл, уурын чанар нь оновчтой хэмжээнээс бага, ялгагчаас дусал зөөгдөх магадлал зэргээс шалтгаалан дизайны бэрхшээлүүд нэмэгддэг.
3. Хоёртын циклийн турбин (ORC/Kalina)
Дунд зэргийн температурт эсвэл давсны уусмалыг шууд ууршуулах боломжгүй үед. Турбин нь органик шингэн (жишээлбэл, изобутан, пентан) эсвэл аммиак-усны холимогоор ажилладаг. Энэхүү загвар нь органик Ранкин циклийн турбинтай илүү төстэй боловч аюулгүй байдал, битүүмжлэл, материалын нийцтэй байдалд анхаарал хандуулах шаардлагатай хэвээр байна.
Аэродинамик дизайны зарчим ба турбины үе шатууд
Турбины зураг төсөл нь импульсийн, урвалын эсвэл хосолсон схемийг сонгохоос эхэлдэг. Геотермаль турбинууд нь өндөр даралттай уураас конденсаторын даралт руу аажмаар энерги гаргаж авахын тулд олон үе шаттай тохиргоог ихэвчлэн ашигладаг. Гол параметрүүдэд дараахь зүйлс орно.
– Даралтын харьцаа ба энтальпийн уналт: үе шатуудын тоо болон ирний хэмжээг тодорхойлно.
– Тодорхой хурд: турбины төрөл (тэнхлэгийн ба радиаль) болон үе шатны геометрийг сонгоход чиглүүлдэг.
– Уурын чанар ба чийглэгийн фракц: эцсийн шатанд уур чийглэг байх тусам элэгдэлд орох эрсдэл өндөр бөгөөд алдагдлын улмаас үр ашиг буурна.
Орчин үеийн хөгжил нь ирний профайл, оролт/гаралтын өнцгийг оновчтой болгох, урсгалын тусгаарлалт болон турбулент байдлаас үүдэлтэй алдагдлыг багасгахын тулд CFD (Тооцооллын шингэний динамик) симуляцид ихээхэн тулгуурладаг. Цаашилбал, 3 хэмжээст шинжилгээ нь дизайнеруудад ирний үзүүр болон төвийн бүс дэх хоёрдогч урсгалын алдагдлыг бууруулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь ихэвчлэн том турбинуудад мэдэгдэхүйц байдаг.
Тусгай сорилтууд: Элэгдэл, зэврэлт ба масштабжилт
Геотермаль турбинууд хоорондоо холбоотой гурван үндсэн "дайсан"-тай тулгардаг:
1. Дусал болон бөөмсийн улмаас үүссэн элэгдэл
Бага даралттай үед уур нь усны дусал болж конденсацлах хандлагатай байдаг. Өндөр хурдтай дуслууд нь ирний урд ирмэгийг элэгдэлд оруулж болзошгүй. Бууруулах загварт ус зайлуулах ховил, конденсаторын температурын хяналт, элэгдэлд тэсвэртэй материал, бүрхүүл сонгох зэрэг орно.
2. Химийн зэврэлт
H₂S, CO₂ болон хлорид нь нүх сүвний зэврэлт болон стрессийн зэврэлтээс хагарал үүсгэдэг. Тиймээс материалын сонголт (жишээлбэл, зарим хайлшин ган, зэвэрдэггүй ган эсвэл гадаргуугийн хамгаалалттай материал) нь маш чухал юм. Дизайн нь дискний ирний үндэс, боолт, битүүмжлэл зэрэг эмзэг хэсгүүдийг харгалзан үзэх ёстой.
3. Хэмжээжилт/тунадасжилт
Цахиурын давхар исэл болон бусад эрдэс бодисууд нь хошуу, ир эсвэл урсгалын зам дээр хуримтлагдаж, геометрийг өөрчилж, үр ашгийг бууруулдаг. Хяналтын стратегид ихэвчлэн давсны уусмалын агааржуулалт, химийн хяналт, зөв ялгагч дизайн, үечилсэн цэвэрлэгээний журам орно.
Материал, үйлдвэрлэл, бүрэх технологи
Геотермийн турбины материалын сонголт нь зөвхөн механик бат бөх чанарт төдийгүй химийн эсэргүүцэлд анхаарлаа хандуулдаг. Ротор болон ирний хувьд бат бөх чанар, ядралын эсэргүүцэл, зэврэлтээс хамгаалах чадварын хослол чухал юм. Практикт үйлдвэрлэгчид дараахь зүйлийг хэрэгжүүлж болно:
– Ууртай шууд харьцдаг эд ангиудад зориулсан тусгай боловсруулалттай зэвэрдэггүй ган эсвэл хайлшин ган.
– Ирний эцсийн шатанд элэгдэл/зэврэлтээс хамгаалах бүрхүүл түрхсэн.
– Дусал цохиулж буй хэсгүүдэд гадаргуугийн хатуурал.
Үйлдвэрлэлийн үүднээс авч үзвэл ирний геометрийн нарийвчлал нь үр ашгийг тодорхойлдог. 5 тэнхлэгтэй CNC боловсруулалт, CMM шалгалт, өндөр хурдны роторын тэнцвэржүүлэлт нь стандарт юм. Зарим хөгжүүлэлтэд нарийн төвөгтэй эд ангиудад нэмэлт үйлдвэрлэлийг судалж байгаа боловч чухал эргэлдэгч эд ангиудад хэрэглэхэд нарийн баталгаажуулалт шаардлагатай хэвээр байна.
Системийн интеграци: Конденсатор, NCG болон Үйлдлийн удирдлага
Турбинууд нь бие даасан бүрэлдэхүүн хэсэг биш юм. Турбины үр ашиг нь конденсаторын яндангийн даралтаас ихээхэн хамаардаг. Геотермийн цахилгаан станцуудад CO₂ зэрэг конденсацлах боломжгүй хийнүүд (NCGs) нь хийн олборлолтын систем хангалтгүй байвал конденсаторын даралтыг нэмэгдүүлж болох бөгөөд энэ нь турбины чадлыг бууруулдаг шууд нөлөө юм. Тиймээс турбины загварыг дараахь зүйлстэй нэгтгэх ёстой.
– Конденсаторын систем (шууд холбоо барих эсвэл гадаргуугийн конденсатор)
– Вакуум болон хий зайлуулах систем (уурын сэнс, шингэн цагирагтай вакуум насос эсвэл хосолсон)
– Давтамжийн тогтвортой байдал болон ачааллын зохицуулалтын гол хавхлагын хяналт ба зохицуулагч
– Шилжилтийн үед шингэн турбин руу орохгүйн тулд усны индукцийн хамгаалалт
Сүүлийн үеийн хөгжил нь чичиргээ, холхивчийн температур, даралт болон үр ашгийг хянах дижитал багаж хэрэгслийг онцолж байна. Түүхэн өгөгдлийн тусламжтайгаар операторууд зогсолтын хугацааг багасгахын тулд урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээг хэрэгжүүлж чадна.
Найдвартай байдлын загвар: Чичиргээ, холхивч болон битүүмжлэл
Турбинууд нь өндөр эргэлтийн хурдаар ажилладаг бөгөөд мөчлөгийн дулааны болон механик ачааллыг мэдэрдэг. Ашиглалтын хүрээнд хортой резонанс үүсэхгүй байхыг баталгаажуулахын тулд ротординамик шинжилгээ хийх шаардлагатай. Холхивч (жорлонгийн болон түлхэлтийн холхивч) нь роторын тогтвортой байдлыг хадгалахын зэрэгцээ даралтын зөрүүнээс үүдэлтэй тэнхлэгийн ачааллыг даах чадвартай байх ёстой.
Уурын алдагдал нь үр ашгийг бууруулж, бохирдуулагч бодис оруулж болзошгүй тул битүүмжлэл нь бас чухал юм. Лабиринт битүүмжлэлийг өргөн ашигладаг боловч тэдгээрийн загварыг тунадас орохоос сэргийлж, элэгдэлд тэсвэртэй болгохын тулд тохируулга хийх шаардлагатай.
Геотермаль турбин хөгжүүлэх чиглэл
Геотермаль турбины инноваци хэд хэдэн гол чиглэлд хөгжиж байна. Нэгдүгээрт, 3 хэмжээст аэродинамик оновчлол, эцсийн шатны сайжруулалт, дотоод алдагдлыг бууруулах замаар үр ашгийг сайжруулах. Хоёрдугаарт, шинэ материал, илүү бат бөх бүрхүүл, нойтон уурыг илүү тэсвэртэй дизайнаар дамжуулан бат бөх чанарыг сайжруулах. Гуравдугаарт, бодит цагийн мэдрэгч, гүйцэтгэлийн аналитик, янз бүрийн худгийн нөхцөлд дасан зохицдог хяналтын системээр дамжуулан үйл ажиллагааг дижиталчлах.
Цаашилбал, дунд зэргийн температурын эх үүсвэрийг ашиглах хандлага нь илүү авсаархан, үр ашигтай ORC турбинуудыг хөгжүүлэхэд түлхэц болж байна. Нөгөөтэйгүүр, эрлийз геотермаль концепцууд - жишээлбэл, үйлдвэрлэлийн хаягдлын дулаан эсвэл дулааны хадгалах системтэй нэгтгэх нь ачааллын хэлбэлзэлд уян хатан турбинуудын хэрэгцээг нээж өгч байна.
Хаах
Геотермаль цахилгаан станцын турбинуудын зураг төсөл, хөгжил нь эрчим хүчний үр ашиг, зэврэлт болон элэгдэлд тэсвэртэй шингэн орчинд тэсвэртэй байдал, урт хугацааны үйл ажиллагааны найдвартай байдлыг тэнцвэржүүлдэг нарийн төвөгтэй үйл явц юм. Геотермаль турбины амжилт нь зөвхөн ирний хэлбэр эсвэл үе шатны тоогоор төдийгүй тусгаарлагч систем, конденсатор, NCG хяналт, материалын стратеги, үйл ажиллагааны менежментийн нэгдлээр тодорхойлогддог. CFD, материалын технологи, дижитал хяналт зэрэг салбарын дэвшлийн ачаар геотермаль турбинууд илүү үр ашигтай, бат бөх, хэмнэлттэй болж хөгжсөөр байгаа нь геотермаль эрчим хүчний ирээдүйд найдвартай, цэвэр цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр болох үүргийг дэмжиж байна.
