Геотермийн цахилгаан станцууд: Тэдгээрийн ажиллах зарчим ба тэдгээрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Геотермаль цахилгаан станц нь геотермаль дулааныг ашиглан цахилгаан үүсгэдэг байгууламж юм. Нүүрс, газрын тос, хий түлдэг чулуужсан түлшээр ажилладаг цахилгаан станцуудаас ялгаатай нь геотермаль цахилгаан станцууд нь дэлхийн доторх байгалийн дулаанаас хамаардаг. Энэ дулаан нь геологийн үйл ажиллагаанаас, ялангуяа галт уулын дэлбэрэлт эсвэл тектоник хавтангийн хил хязгаарын ойролцоох газруудаас үүсдэг. Геотермаль дулаан бэлэн байдаг тул геотермаль цахилгаан станцууд нь уламжлалт цахилгаан станцуудтай харьцуулахад харьцангуй бага нүүрстөрөгчийн ялгаруулалттай тогтвортой цахилгаан (суурь ачаалал) өгдөг гэдгээрээ алдартай.
Индонез нь Номхон далайн галын цагирагт байрладаг тул геотермаль эрчим хүчний томоохон нөөцтэй улс юм. Энэхүү нөөц нь эрчим хүчний шилжилт, цахилгаан эрчим хүчний аюулгүй байдлыг бэхжүүлэх, чулуужсан түлшнээс хараат байдлыг бууруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэж чадна. Геотермаль эрчим хүчийг яагаад стратегийн ач холбогдолтой гэж үздэгийг ойлгохын тулд геотермаль цахилгаан станцууд хэрхэн ажилладаг, тэдгээрийн гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ойлгох нь чухал юм.
Үндсэн зарчим: Гадаргуугийн доороос дулааныг хураах
Дэлхийн гадаргын доор өндөр температурт халуун шингэн (халуун ус ба/эсвэл уур) агуулсан сүвэрхэг чулуулгийн бүс болох геотермаль усан сан байрладаг. Эдгээр усан сангууд нь дулааны эх үүсвэр (магма эсвэл халуун чулуулаг), усан сангийн чулуулаг, шингэний урсгалын зам зэргээс шалтгаалан байгалийн жамаар үүсч болно. Геотермаль цахилгаан станцууд нь эдгээр халуун шингэнийг үйлдвэрлэлийн худгуудаар дамжуулан гадаргуу руу чиглүүлж, тэдгээрийн энергийг ашиглан генератортой холбогдсон турбиныг эргүүлж, дараа нь системийн тогтвортой байдлыг хадгалахын тулд үлдсэн шингэнийг шахах худгуудаар дамжуулан дэлхий рүү буцаан оруулдаг.
Энгийнээр хэлбэл, урсгал нь: усан сан → үйлдвэрлэлийн худаг → тусгаарлах/дулаан солилцуур → турбин → генератор → конденсатор/хөргөлт → дахин шахах.
Геотермийн цахилгаан үйлдвэрлэх системийн төрлүүд
Шингэний шинж чанар болон усан сангийн температураас хамааран сонгогдсон гурван үндсэн тохиргоог түгээмэл ашигладаг:
1. Хуурай уур
Энэ систем нь турбиныг ажиллуулахын тулд усан сангаас хуурай уурыг шууд ашигладаг. Энэ нь голчлон уур үүсгэдэг усан санг шаарддаг тул энэ төрөл харьцангуй ховор байдаг.
2. Флаш уур
Энэ нь өндөр температурт хамгийн түгээмэл төрөл юм. Үйлдвэрлэлийн худгаас гарч буй халуун, даралттай шингэнийг ялгагч руу нийлүүлдэг. Даралт буурахад усны зарим хэсэг нь уур болж "гэрэлддэг". Энэ уур нь дараа нь турбиныг эргүүлдэг. Үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд нэг болон хоёр үе шаттай ялгах хувилбарууд байдаг.
3. Хоёртын цикл
Дунд зэргийн температурт тохиромжтой. Геотермаль шингэн нь турбин руу шууд ордоггүй, харин дулаан солилцогчоор дамжуулан хоёрдогч ажлын шингэнийг (жишээлбэл, изобутан эсвэл пентан) халаадаг. Буцалгах температур багатай хоёрдогч шингэн нь ууршиж, турбиныг эргүүлж, дараа нь конденсацид орж, хаалттай циклээр дахин эргэлддэг. Давуу талууд нь маш бага ялгаруулалт, геотермаль шингэн нь турбинаар дамждаггүй тул тоног төхөөрөмжийг зэврэлт/хавдар үүсэхээс илүү сайн хамгаалдаг зэрэг орно.
Геотермаль эрчим хүч хэрхэн ажилладаг вэ (Алхам алхмаар)
1) Усан сангийн хайгуул ба баталгаажуулалт
Барилга угсралтын өмнө геологийн, геохимийн болон геофизикийн судалгааг хийж, гадаргын илрэл (халуун рашаан, фумарол) зэрэг геотермаль шинж тэмдгүүдийг тодорхойлж, газар доорх байгууламжийн зураглалыг гаргадаг. Ирээдүйтэй хэтийн төлөвийг тодорхойлсны дараа температур, даралт, нэвчилт, шингэний урсгалын хурдыг хэмжих зорилгоор хайгуулын худгуудыг өрөмддөг. Энэхүү өгөгдөл нь цахилгаан станцын эдийн засгийн боломжит байдал, дизайныг тодорхойлдог.
2) Үйлдвэрлэлийн худгуудаар дамжуулан халуун шингэн үйлдвэрлэх
Хэрэв усан сан тохиромжтой бол хэд хэдэн үйлдвэрлэлийн худаг барина. Эдгээр худгууд нь халуун шингэнийг гадаргуу дээр гаргадаг. Худгийн эхэнд аюулгүйн хавхлага болон багаж хэрэгсэл нь даралт болон урсгалын хурдыг хянадаг. Шингэн нь маш их идэмхий бөгөөд ууссан эрдэс бодисыг тээвэрлэж чаддаг тул хоолойн материал болон ашиглалтын зураг төсөлд зэврэлт болон царцдас үүсэх магадлалыг харгалзан үзэх ёстой.
3) Уур ба усыг ялгах эсвэл дулаан дамжуулалт
– Гялсгуур ууранд шингэн нь тусгаарлагч руу ордог. Уурыг ус/давсны уусмалаас тусгаарладаг. Цэвэр уурыг турбин руу чиглүүлдэг бол давсны уусмалыг дахин гялсгуураар (давхар гялсгуураар) эсвэл шууд шахах руу нийлүүлж болно.
– Хоёртын системд геотермаль шингэн нь хоёрдогч ажлын шингэнийг холихгүйгээр халаахын тулд дулаан солилцуурт ордог.
Энэ үе шат нь уурын чанар, турбины үр ашиг, тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг тодорхойлдог тул маш чухал юм.
4) Эрчим хүчний хувиргалт: Турбин нь генераторыг эргүүлдэг
Уур (эсвэл хоёртын төхөөрөмж дэх хоёрдогч шингэний уур) нь турбины ирийг хөдөлгөж, дулаан болон даралтын энергийг босоо амыг эргэлдүүлдэг механик энерги болгон хувиргадаг. Турбины босоо ам нь генератортой холбогдсон бөгөөд генератор нь цахилгаан соронзон индукцийн тусламжтайгаар механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Үүний дараа үүссэн цахилгааныг сүлжээнд хуваарилахаас өмнө цахилгаан системээр нөхцөлдүүлдэг.
5) Конденсаци ба хөргөлтийн систем
Турбинаар дамжин өнгөрсний дараа уурыг конденсацлах шаардлагатай бөгөөд ингэснээр турбины гаралтын хэсэгт бага даралт үүсч, үр ашгийг нэмэгдүүлнэ. Энэ процесс нь конденсаторт явагддаг бөгөөд дараа нь дулааныг хөргөлтийн системээр дамжуулан зайлуулдаг. Хоёр арга бий:
– Нойтон хөргөлт (нойтон хөргөлтийн цамхаг): илүү үр ашигтай боловч илүү их ус шаарддаг.
– Агаарын хөргөлт (хуурай хөргөлт): усны илүү хэмнэлттэй, хуурай газарт тохиромжтой боловч агаарын температур өндөр байх үед үр ашиг буурч болно.
6) Усан сан руу буцаан шахах
Ашигласан шингэн (давсны уусмал болон конденсат)-ийг шахах худгуудаар дамжуулан газарт буцааж өгдөг. Энэ нь усан сангийн даралтыг хадгалах, нөөцийн хомсдолыг бууруулах, гадаргуу дээрх байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг багасгах зорилготой юм. Шахах худгийн байршлыг үйлдвэрлэлийн бүсийн хурдан хөрөлтөөс (дулааны цоорхой) урьдчилан сэргийлэхээр төлөвлөх ёстой.
7) Цахилгаан сүлжээнд түгээх
Генератороос гарч буй хүчийг трансформатор ашиглан хүчдэлээр нэмэгдүүлж, дараа нь унтраалгагаар дамжуулан дамжуулах сүлжээнд түгээдэг. Хамгаалалтын системүүд (реле болон хэлхээний таслуур) нь тасалдлын үед станцын аюулгүй ажиллагааг хангадаг.
Геотермийн цахилгаан станцуудын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Дээд урсгалаас доош урсгал хүртэл хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүд энд байна:
1. Геотермаль усан сан
Эрчим хүчний эх үүсвэр нь газрын гадаргын доор хадгалагддаг халуун чулуулаг болон шингэн юм.
2. Үйлдвэрлэлийн худгууд
Халуун шингэн авах шугам. Худгийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгалахын тулд бүрхүүл, хоолой, цементэн хийцээр тоноглогдсон.
3. Худгийн амсар ба аюулгүйн хавхлага
Худагнаас гарах урсгал болон даралтыг зохицуулна. Хавхлага, дроссель болон аюулгүйн төхөөрөмжүүд багтана.
4. Гадаргуугийн хоолой (цуглуулах систем)
Хэд хэдэн худгаас шингэнийг ялгах байгууламж эсвэл дулаан солилцуур руу зөөдөг хоолойн сүлжээ. Дулааны алдагдлыг багасгахын тулд ихэвчлэн дулаалгатай байдаг.
5. Ялгагч / Цэвэрлэгч (хурдан/хуурай ууранд)
Турбин руу орохоос өмнө уурыг илүү хуурай болгохын тулд давсны уусмалаас уурыг ялгаж, дуслыг барьж авна.
6. Дулаан солилцуур (хоёртын хувьд)
Хаалттай системд геотермаль шингэнээс дулааныг хоёрдогч ажлын шингэн рүү шилжүүлэх.
7. Уурын турбин эсвэл органик шингэний турбин
Уурын энергийг механик энерги болгон хувиргах. Турбины загварыг уурын даралт, температур, шинж чанарт тохируулан хийдэг.
8. Генератор
Механик энергийг цахилгаан болгон хувиргадаг. Турбины голд шууд холбогдсон.
9. Конденсатор
Турбины яндангийн уурыг конденсацлах замаар гаралтын даралт багатай, үр ашигтай эргэлтийг хангах.
10. Хөргөх цамхаг / Агаарын хөргөгч
Дулааныг ус эсвэл агаараар дамжуулан хүрээлэн буй орчинд ялгаруулдаг.
11. Тарилгын систем ба шахах худаг
Шингэнийг шахаж, усан сан руу буцаах. Тогтвортой үйлдвэрлэлд чухал ач холбогдолтой.
12. Хяналт ба Хэмжих Хэмжүүрийн Систем (DCS/SCADA)
Температур, даралт, турбины чичиргээ, урсгалын хурд болон цахилгааны параметрүүдийг хянаж, автомат ажиллагааг зохицуулдаг.
13. Цахилгаан тоног төхөөрөмж: Трансформатор, Хуваалцах төхөөрөмж, Хуваалцах байгууламж
Цахилгаан түгээлт, хамгаалалт болон сүлжээтэй холбогдох ажиллагааг удирддаг.
14. Ялгарлын хяналтын систем ба конденсацлагдаагүй хий
Зарим усан сангууд нь CO₂ эсвэл H₂S зэрэг хий ялгаруулдаг. Цэвэрлэх системүүд (жишээлбэл, H₂S-ийг бууруулах) нь агаарын чанар болон ажлын байрны аюулгүй байдлыг хангадаг.
Дүгнэлт: Давуу талууд ба бэрхшээлүүд
Геотермаль цахилгаан станцууд нь тогтвортой цахилгаан хангамж, харьцангуй бага ялгаруулалттай, бусад ижил хүчин чадалтай сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүдтэй харьцуулахад ерөнхийдөө бага газар нутгийг хамардаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг хөгжүүлэхэд зэврэлт, цар хүрээ, усан сангийн эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд ихээхэн хэмжээний урьдчилсан хөрөнгө оруулалт, хайгуулын эрсдэл, нарийн төвөгтэй өрөмдлөгийн техник, шингэний менежмент шаардлагатай.
Зөв дизайнтай бол - мөчлөгийн сонголтоос (флэш эсвэл хоёртын) эхлээд үйлдвэрлэл, тарилгын тохиргоо, ялгарлын хяналт хүртэл - газрын гүний дулааны эрчим хүч нь найдвартай цэвэр эрчим хүчний гол тулгуур болж чадна. Энэ нь хэрхэн ажилладаг, түүний гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ойлгох нь газрын гүний дулааны эрчим хүч нь зөвхөн "газрын гүний дулаанаас цахилгаан хүртэл" биш, харин геологи, газрын тосны инженерчлэл, термодинамик, цахилгааныг нэг тогтвортой процессын гинжин хэлхээнд нэгтгэсэн нэгдсэн инженерийн систем гэдгийг харахад тусалдаг.
