Геотермаль үүсгүүрийн систем дэх генераторын үр ашиг
Геотермаль цахилгаан станцууд (ГДЦС) буюу геотермаль цахилгаан станцууд нь суурь ачааллын генераторын тогтвортой үйл ажиллагаатай тул найдвартай сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр гэгддэг. Энэхүү тогтвортой байдлын цаана геотермаль дулаанаас турбинуудын механик энерги, дараа нь генератороор дамжуулан цахилгаан энерги хүртэлх урт цуврал эрчим хүч хувиргах үйл явц оршино. Энэ эцсийн шатанд генераторын үүрэг чухал болж байна. Генераторын үр ашиг нь турбины эргэлтээс хэр их цахилгаан энерги "цуглуулж" болохыг тодорхойлохоос гадна ашиглалтын зардал, системийн найдвартай байдал, станцын нийт гүйцэтгэлд нөлөөлдөг.
Геотермаль эрчим хүчний хувиргалтын гинжин хэлхээнд генераторын байр суурь
Ерөнхийдөө геотермаль усан сангаас гаргаж авсан дулааны энергийг уур (эсвэл өөр ажлын шингэн) үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд энэ нь дараа нь турбиныг эргүүлдэг. Турбины гол нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд синхрон генератортой (ихэвчлэн) холбогддог. Энэ үед механик энерги (эргэлт ба эргэлт) нь цахилгаан соронзон индукцийн тусламжтайгаар цахилгаан энерги болж хувирдаг. Генераторын үр ашиг нь дотоод алдагдлыг хассаны дараа голын механик хүчний хэр их хэсгийг цахилгаан гаралт болгон хувиргаж байгааг тодорхойлдог.
Орчин үеийн генераторын үр ашиг нь ерөнхийдөө өндөр байдаг (том төхөөрөмжүүдийн хувьд ихэвчлэн 97-99% байдаг) боловч геотермаль цахилгаан станц гэх мэт 24/7 тасралтгүй үйл ажиллагаанд энэ нөлөө мэдэгдэхүйц байдаг. Ердөө 0,5%-ийн зөрүү нь жилийн хугацаанд эрчим хүчний ихээхэн алдагдалд хүргэж, эцэст нь цахилгаан эрчим хүчний өндөр түвшний өртөг (LCOE) болон нэмэлт хөргөлтийн зардалд хүргэдэг.
Генераторын үр ашгийг тодорхойлох ба хэрхэн хэмжих вэ
Генераторын үр ашгийг ерөнхийдөө дараах байдлаар тодорхойлдог.
η = (P_out / P_in) × 100%
– P_out : генераторын гаралтын чадал (терминал дээр)
– P_in : генераторын босоо ам руу орж буй механик эрчим хүчний оролт (турбинаас)
Гэсэн хэдий ч хээрийн нөхцөлд P_in-ийг шууд хэмжих нь үргэлж амар байдаггүй. Тиймээс үр ашгийг ихэвчлэн ашиглалтын өгөгдөл, үйлдвэрийн хүлээн авах туршилт эсвэл талбайн туршилтад үндэслэн тооцоолсон алдагдлаас тооцоолдог. Геотермийн цахилгаан станцын хувьд үр ашгийн үнэлгээнд ачаалал, чадлын хүчин зүйл, ашиглалтын температур, хөргөлтийн чанар, дулаалгын нөхцөл байдал болон механик тохируулгын хэлбэлзлийг харгалзан үзэх ёстой.
Геотермаль генераторуудын алдагдлын эх үүсвэрүүд
Генераторын үр ашигт янз бүрийн алдагдлууд нөлөөлдөг бөгөөд тэдгээрийг ерөнхийдөө дараах байдлаар бүлэглэж болно:
1. Зэсийн алдагдал
Зэсийн алдагдал нь статор болон роторын ороомгийн гүйдэл нь эсэргүүцлийн (I²R) улмаас дулаан үүсгэдэгтэй холбоотой юм. Өндөр ачааллын үед зэсийн алдагдал мэдэгдэхүйц нэмэгддэг. Геотермийн цахилгаан станцуудад суурь ачааллын ажиллагаа нь тогтвортой гүйдлийг хадгалах хандлагатай байдаг ч чадлын коэффициент болон хүчдэлийн хэлбэлзэл нь гүйдлийн хэмжээг өөрчилж, улмаар зэсийн алдагдлыг өөрчилдөг.
2. Төмөр/Гол алдагдал
Төмрийн алдагдалд соронзон урсгалын өөрчлөлтөөс үүдэлтэй статорын төмрийн цөм дэх гистерезис болон хуйларсан гүйдлийн алдагдал орно. Эдгээр алдагдал нь хүчдэл, давтамж, цөмийн материалын чанартай холбоотой. Генераторууд ерөнхийдөө тогтмол давтамжтай (50/60 Гц) ажилладаг тул төмрийн алдагдал харьцангуй тогтвортой боловч хэт их урсгал үүссэн тохиолдолд (жишээлбэл, тогтмол давтамжтай үед хүчдэл хэт өндөр байвал) нэмэгдэж болно.
3. Механик алдагдал (салхи ба үрэлт)
Эргэлдэгч эд ангиуд дээрх холхивчийн үрэлт болон салхинаас механик алдагдал үүсдэг. Синхрон хурдаар эргэлддэг том генераторуудад механик алдагдал нь ялангуяа тосолгооны систем эсвэл босоо амны тохируулгатай холбоотой асуудал гарсан тохиолдолд тийм ч чухал биш байж болно.
4. Нэмэлт алдагдал (Тэнэг ачааллын алдагдал)
Нэмэлт алдагдалд гармоник, урсгалын алдагдал, үйлдвэрлэлийн согог болон ачааллын дор үүсдэг бусад цахилгаан соронзон үзэгдлүүдийн нөлөө орно. Эдгээр алдагдлыг тусгаарлахад илүү хэцүү байдаг бөгөөд тооцоолоход тодорхой туршилтын аргууд шаардлагатай байдаг.
5. Өдөөлт ба хөргөлтийн систем дэх алдагдал
Дотоод генераторын алдагдлаас гадна өдөөх систем, сэнс, хөргөлтийн насос эсвэл устөрөгчийн хөргөлтийн системд (тодорхой загварт) эрчим хүчний хэрэглээ байдаг. Заримдаа туслах эрчим хүч гэж тооцогддог боловч үүсгүүрийн системийн үүднээс авч үзвэл эдгээр нь бүгд цэвэр үр ашигт нөлөөлдөг.
Геотермаль орчны онцгой бэрхшээлүүд
Геотермаль цахилгаан станцуудын генераторууд нь уламжлалт дулааны цахилгаан станцуудаас өөр байж болох орчны нөхцөл байдалтай тулгардаг.
1. H2S-ийн агууламж ба идэмхий хийнүүд
Зарим геотермаль талбайнууд нь устөрөгчийн сульфид (H2S) зэрэг идэмхий хий агуулдаг. Хэрэв агааржуулалт болон битүүмжлэлийн систем хангалтгүй бол зэврэлт нь цахилгаан холболт болон терминалын цагираг зэрэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн задралыг хурдасгаж, эцэст нь алдагдал болон тасалдлын эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг.
2. Чийгшил ба бохирдол
Өндөр чийгшил болон болзошгүй бохирдол нь ороомгийн дулаалгыг муутгаж болзошгүй. Дулаалгын элэгдэл нь гүйдэл алдагдахад хүргэдэг, орон нутгийн халаалт үүсгэдэг бөгөөд хэсэгчилсэн цэнэг алдалтын магадлалыг нэмэгдүүлдэг.
3. Уурын нөхцөл ба турбины ачааллын хэлбэлзэл
Геотермаль цахилгаан станц тогтвортой байсан ч уурын үйлдвэрлэл нь масштаб, усан сангийн даралтын өөрчлөлт эсвэл худгийн нөхцөл байдлаас шалтгаалан хэлбэлзэж болно. Эдгээр хэлбэлзэл нь генераторын ачаалал, чадлын хүчин зүйл, ашиглалтын температурт нөлөөлж, үр ашгийн өөрчлөлтөд хувь нэмэр оруулдаг.
Үр ашгийг тодорхойлох үйл ажиллагааны хүчин зүйлс
Үйл ажиллагааны хувьд мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлдэг хэд хэдэн хувьсагч байдаг:
– Ачаалал: Генераторууд нь ихэвчлэн тодорхой ачааллын хүрээнд оновчтой үр ашгийн цэгтэй байдаг. Хэт бага ажиллуулах нь тогтмол алдагдлыг (цөмийн алдагдал, механик алдагдал) давамгайлахад хүргэдэг.
– Чадлын коэффициент: бага чадлын коэффициент нь ижил идэвхтэй чадлын гүйдлийг нэмэгдүүлдэг тул зэсийн алдагдал нэмэгддэг.
– Температур: ороомгийн эсэргүүцэл температуртай хамт нэмэгддэг. Үр ашиггүй хөргөлт нь зэсийн алдагдлыг нэмэгдүүлж, дулаалгын хөгшрөлтийг хурдасгадаг.
– Хүчдэлийн чанар: гармоник гажуудал эсвэл тэнцвэргүй хүчдэл нь нэмэлт алдагдал болон халаалтыг нэмэгдүүлж болзошгүй.
Генераторын үр ашгийг нэмэгдүүлэх, хадгалах стратегиуд
1. Зөв дизайн болон үнэлгээг сонгох
Зураг төслийн үе шатнаас эхлэн генераторын сонголтыг турбины шинж чанар болон геотермаль цахилгаан станцын ашиглалтын профайлд тохируулан хийх ёстой. Хэт их хэмжээ нь хэсэгчилсэн ачааллын давтамжтай ажиллагаанд хүргэж, дундаж үр ашгийг бууруулж болзошгүй. Үүний эсрэгээр, хэмжээ нь дутуу байх нь температур болон зэсийн алдагдлыг нэмэгдүүлдэг.
2. Хөргөлтийн системийн оновчлол
Сайн хөргөлт нь гол түлхүүр юм. Дулаан солилцуурыг цэвэрлэх, хөргөлтийн шингэний урсгалыг хянах, ороомгийн температурыг хянах (RTD эсвэл дулааны мэдрэгчээр дамжуулан) нь бага эсэргүүцлийг хадгалж, халуун цэгээс урьдчилан сэргийлэхэд тусалдаг.
3. Урьдчилан сэргийлэх болон урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээ
Хүчтэй засвар үйлчилгээний хөтөлбөр нь үр ашгийн бууралтаас урьдчилан сэргийлж чадна, жишээлбэл:
– холхивч болон тосолгооны системийн үзлэг,
– тусгаарлах туршилт (IR/PI), бор өнгийн дельта болон хэсэгчилсэн цэнэг алдалт,
– роторын тэнцвэржүүлэлт болон тохируулгын шалгалт,
– агааржуулалтад саад учруулж болзошгүй тоос/тоосонцрыг дотор талаас нь цэвэрлэх.
4. Чадлын хүчин зүйлийн хяналт ба өдөөлтийн систем
Өдөөлтийн зөв зохицуулалт нь системийн шаардлагын дагуу хүчдэл болон чадлын коэффициентийг хадгалахад тусалдаг. Хэт бага чадлын коэффициентоор ажиллахаас зайлсхийх нь статорын гүйдэл болон I²R алдагдлыг бууруулна. Реактив чадлын дэмжлэг шаарддаг сүлжээнд гадаад нөхөн олговрын стратеги (жишээлбэл, конденсатор эсвэл STATCOM) нь заримдаа генераторыг халаалтыг нэмэгдүүлдэг нөхцөлд ажиллуулахаас илүү үр дүнтэй байдаг.
5. Онлайн хяналт ба өгөгдлийн шинжилгээ
Олон тооны геотермаль цахилгаан станцууд (PLTP) одоогоор чичиргээ, температур, гүйдэл/хүчдэл, чиг хандлагын шинжилгээ зэрэг онлайн нөхцөл байдлын хяналтыг хэрэгжүүлж байна. Өгөгдөлд суурилсан арга барилаар үр ашгийн бууралтыг эрт илрүүлж болно - жишээлбэл, ижил ачаалалтай үед статорын температурыг нэмэгдүүлэх эсвэл агаарын сувгийн бөглөрлөөс үүдэлтэй агааржуулалтын алдагдлын өөрчлөлтөөр.
Генераторын үр ашгийн геотермаль цахилгаан станцын гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөө
Генераторын үр ашиг хэд хэдэн чухал хүчин зүйлд нөлөөлдөг:
– Цэвэр цахилгаан гаралт: генераторын алдагдал өндөр байх тусам сүлжээнд бага цахилгаан зарагддаг.
– Хөргөлтийн шаардлага болон туслах ачаалал: алдагдлыг зайлуулах ёстой дулаан болгон хувиргаж, хөргөлтийн системийн ажиллагааг нэмэгдүүлдэг.
– Найдвартай байдал болон хөрөнгийн ашиглалтын хугацаа: өндөр алдагдал нь өндөр температур гэсэн үг бөгөөд энэ нь дулаалгын элэгдлийг хурдасгаж, эвдрэлийн эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг.
– Төслийн эдийн засаг: суурь ачааллын ажиллагааны хувьд үр ашгийн бага зэрэг сайжруулалт ч гэсэн жилд их хэмжээний эрчим хүчний нэмэлт зардал гаргаж, орлого нэмэгдэж, кВт.ц тутамд ногдох зардлыг бууруулж чадна.
Хаах
Геотермаль цахилгаан станцад генератор нь эрчим хүчний хувиргалтын төгсгөлийн цэг бөгөөд турбины эргэлтийн хүчийг цахилгаан болгон хэрхэн үр дүнтэй хувиргахыг тодорхойлдог. Генераторын үр ашиг ерөнхийдөө өндөр байдаг ч зэсийн алдагдал, төмрийн алдагдал, механик алдагдал, мөн геотермаль орчинд тулгардаг бэрхшээлүүд нь цаг хугацааны явцад гүйцэтгэлийг бууруулж болзошгүй юм. Геотермаль цахилгаан станцууд тасралтгүй ажилладаг тул зохих дизайн, оновчтой хөргөлт, эрчим хүчний хүчин зүйлийг хянах, өгөгдөлд суурилсан засвар үйлчилгээ, хяналтаар дамжуулан генераторын үр ашгийг хадгалах нь олон давуу талыг бий болгоно: цэвэр эрчим хүчийг нэмэгдүүлэх, ашиглалтын зардлыг бууруулах, тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг уртасгах.
Хэрэв та хүсвэл би энгийн тооцооллын жишээ нэмж болно (жишээлбэл, 55 МВт-ын геотермаль цахилгаан станцын жилийн эрчим хүчний үйлдвэрлэлд үр ашгийн 0,5%-ийн зөрүүний нөлөө), эсвэл шаардлагатай бол энэ өгүүллийг сэтгүүлийн бүтэцтэй (товчлол-арга-хэлэлцүүлэг-дүгнэлт) хамт бүтээж болно.
