Геотермаль эрчим хүч дэх турбины технологийг хэрэглэх нь
Геотермаль энерги нь сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр бөгөөд ялангуяа Индонез зэрэг Галын цагираг дагуух орнуудад ихээхэн боломжтой. Цаг агаарын нөхцөл байдлаас хамааралтай нарны болон салхины эрчим хүчнээс ялгаатай нь геотермаль энергийг жилийн турш тогтвортой ашиглаж болно. Геотермаль цахилгаан станцууд (PLTP) цахилгаан эрчим хүчийг найдвартай үйлдвэрлэх чадварын цаана системийн үр ашиг, найдвартай байдлыг тодорхойлдог гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох турбин оршино. Турбинууд нь геотермаль шингэний дулааны энергийг механик энерги болгон хувиргаж, дараа нь генератороор цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Энэхүү нийтлэлд турбины технологийг геотермаль эрчим хүчэнд хэрэглэх, түүний төрөл, хэрхэн ажилладаг, тулгарч буй бэрхшээл, инновацийн талаар авч үзэх болно.
Геотермаль цахилгаан үйлдвэрлэх үндсэн зарчмууд
Геотермаль энерги нь газрын доорхи дулаанаас үүсдэг бөгөөд энэ нь гүний усан сангууд дахь ус эсвэл шингэнийг халаадаг. Энэ шингэн нь уур, өндөр даралттай халуун ус эсвэл хоёулангийнх нь хослол байж болно. Үйлдвэрлэлийн худаг өрөмдснөөр шингэнийг ашиглахаар гадаргуу дээр гаргадаг. Энэ үе шатанд турбин нь уур эсвэл даралттай шингэнээс энерги авах үндсэн төхөөрөмж болдог.
Ерөнхийдөө геотермаль цахилгаан станцын ажлын урсгалд дараахь зүйлс орно: худгаас шингэн үйлдвэрлэх, уур болон усыг ялгах (шаардлагатай бол), турбин руу уур/шингэний урсгал, энергийг цахилгаан болгон хувиргах, дараа нь шингэн конденсацийг хийж, усан сан руу буцаан шахах. Усан сангийн тогтвортой байдлыг хадгалах, ялгарлыг бууруулахын тулд дахин шахах нь чухал юм.
Эрчим хүчний хувиргалт дахь турбины үүрэг
Турбинууд нь дулааны болон даралтын энергийг кинетик энерги, дараа нь механик энерги болгон хувиргах зарчмаар ажилладаг. Өндөр даралттай геотермаль уур эсвэл шингэн нь турбины ир рүү чиглэгддэг. Шингэн урсаж, тэлэх үед ир рүү түлхэгдэж, роторыг эргүүлдэг. Энэ эргэлтийг дараа нь генератор руу дамжуулж, цахилгаан үүсгэдэг.
Турбины үр ашигт уурын нөхцөл (даралт, температур, чийгшил), ирний загвар, хяналтын систем, материалын чанар нөлөөлдөг. Геотермаль шингэн нь ихэвчлэн ууссан хий (CO₂ ба H₂S гэх мэт) болон эрдэс бодис (цахиурын давхар исэл, хлорид) агуулдаг тул геотермаль турбинууд нь уламжлалт уурын турбинуудаас илүү зэврэлт болон бохирдолд тэсвэртэй загвар шаарддаг.
Геотермийн цахилгаан станцуудын турбины төрлүүд
Геотермаль эрчим хүч дэх турбины технологийг ерөнхийдөө хэд хэдэн генераторын тохиргоонд хуваадаг бөгөөд тус бүр нь харгалзах турбинтай байдаг.
1. Хуурай уурын турбин
Хуурай уурын систем нь голчлон шингэн усны агууламж багатай уур үүсгэдэг усан сангуудыг ашигладаг. Худгаас гарсан уур нь нарийн төвөгтэй ялгах процессгүйгээр шууд турбин руу урсдаг. Хуурай уурын турбинууд нь процессын хувьд илүү хялбар боловч зөвхөн хуурай уур харьцангуй ховор байдаг геотермаль талбайд тохиромжтой.
Үүний гол давуу тал нь дулааны алдагдал буурснаас шалтгаалан харьцангуй өндөр үр ашиг юм. Гэсэн хэдий ч усны дусал турбины ирэн дээр элэгдэл үүсгэж болзошгүй тул хэт нойтон болохоос сэргийлж уурын чанарыг хадгалах шаардлагатай.
2. Уурын анивчдаг турбин (Дан/Давхар анивчдаг)
Олон тооны геотермаль талбайд худгаас гарч буй шингэн нь халуун, өндөр даралттай ус юм. Сепараторт даралт буурахад зарим ус уур болж "гялбаадаг". Энэ уурыг турбиныг эргүүлэхэд ашигладаг. Энэ системийг гялбаатай уур гэж нэрлэдэг.
– Дан анивчуулах: уур гаргахын тулд нэг салгах/анивчуулах үе шатыг ашигладаг.
– Давхар анивчих: уурын үйлдвэрлэл болон хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд бага даралттай үед хоёр дахь анивчих ажиллагааг гүйцэтгэнэ.
Дунд болон өндөр температуртай усан сангуудад тохиромжтой тул гялсхийх уурын турбинууд маш түгээмэл байдаг. Тулгарч буй бэрхшээлүүд нь хоолой, тусгаарлагч болон турбин дээрх царцдасыг (эрдэс хуримтлал) хянах, мөн конденсаторын үр ашгийг бууруулж болзошгүй конденсацлах боломжгүй хийг удирдах зэрэг орно.
3. Хоёртын циклийн систем дэх турбин (ORC/Kalina)
Бага температуртай усан сангийн хувьд хоёртын циклийн систем илүү үр дүнтэй байдаг. Геотермаль шингэн нь турбиныг шууд хөдөлгөдөггүй, харин дулаан солилцуураар дамжуулан хоёрдогч ажлын шингэнийг (жишээлбэл, изобутан, изопентан эсвэл аммиак-усны холимог) халаадаг. Хоёрдогч ажлын шингэн нь буцлах цэг багатай тул ууршуулж, турбиныг хөдөлгөх боломжийг олгодог.
Ашиглаж буй турбины төрөл нь ихэвчлэн органик шингэний тэлэлтийн турбин (Органик Ранкины цикл/ORC-д) эсвэл Калина циклд тохируулсан турбин юм. Хоёртын циклийн давуу тал нь геотермаль шингэн нь битүү гогцоонд эргэлдэж, агаар мандалд ялгардаггүй тул ялгаруулалт маш бага байдаг. Цаашилбал, энэхүү технологи нь өмнө нь эдийн засгийн хувьд ашиггүй байсан дунд температурын геотермаль талбайг ашиглах боломжийг нээж өгдөг.
Геотермаль турбины дизайн ба материалын технологи
Геотермаль турбинууд нь хүнд хэцүү ажиллагааны нөхцөлд тэсвэртэй байх ёстой. H₂S болон CO₂ нь зэврэлтийг өдөөж болох бол хлорид болон хатуу хэсгүүд нь элэгдлийг хурдасгадаг. Тиймээс турбины ир болон бүрхүүл нь ихэвчлэн тусгай хайлшин ган, зэврэлтээс хамгаалах бүрхүүл, мөн тунадас амархан үүсдэг турбулент бүсийг багасгадаг загварыг ашигладаг.
Орчин үеийн дизайн нь дараахь зүйлийг бас ашигладаг.
– Уурын алдагдалаас сэргийлж, үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд битүүмжлэлийн системийг сайжруулсан.
– Урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээнд зориулсан дижитал удирдлага болон нөхцөл байдлын мэдрэгч (чичиргээ, температур, даралт).
– Ачаалал болон уурын чанарын хэлбэлзэлд тогтвортой ажиллахын тулд ирний аэродинамикийг оновчтой болгох.
Энэ аргыг хэрэглэснээр турбины найдвартай байдал нэмэгдэж, засварын интервалыг сунгаж, ашиглалтын зардлыг илүү үр ашигтай болгодог.
Үйл ажиллагааны бэрхшээлүүд: Чийгшил, царцдасжилт болон конденсацлахгүй хийнүүд
Геотермаль турбинуудын гол асуудлуудын нэг бол нойтон уур юм. Хэрэв усны агууламж хэт өндөр байвал бичил дуслууд ирийг өндөр хурдтайгаар цохиж, элэгдэлд оруулж болзошгүй. Тиймээс уур турбин руу орохоос өмнө фракцийн хуурайшилтыг сайжруулахын тулд уур-усыг тусгаарлах систем болон ус зайлуулах систем зайлшгүй шаардлагатай.
Өөр нэг асуудал бол царцдасжилт, ялангуяа цахиур болон карбонатын тунадасжилт юм. Эдгээр тунадас нь цоргыг бөглөж, урсгалын хөндлөн огтлолын талбайг багасгаж, турбины үр ашгийг бууруулж болзошгүй. Үүнийг шийдвэрлэхийн тулд операторууд химийн хяналт (жишээлбэл, рН-ийн тохируулга), хоолойн зөв дизайн, тогтмол цэвэрлэгээ хийдэг.
CO₂ зэрэг конденсацлах боломжгүй хий (NCGs) нь дулаан дамжуулалтыг саатуулснаар конденсаторын гүйцэтгэлийг бууруулж болзошгүй. Тиймээс геотермаль цахилгаан станцууд нь ихэвчлэн NCGs-ийг конденсатороос зайлуулах, вакуумыг хадгалах, турбины гаралтыг нэмэгдүүлэх зорилгоор эжекторын систем эсвэл вакуум насосоор тоноглогдсон байдаг.
Инноваци ба хөгжлийн чиглэл
Геотермаль турбины технологийн өнөөгийн хөгжил нь үр ашиг, уян хатан байдлыг нэмэгдүүлэхэд хүргэж байна. Нэг гол инноваци бол алслагдсан бүс нутагт тохиромжтой жижиг, дунд хэмжээний төслүүдэд зориулсан модульчлагдсан турбинуудыг нэвтрүүлэх явдал юм. Цаашилбал, нэмэлт цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд үлдэгдэл дулааныг (давсны уусмал) ашиглан гялгар уурын геотермаль цахилгаан станцуудад ёроолын цикл болгон хоёртын циклийг нэгтгэх ажлыг боловсруулж байна.
Хиймэл оюун ухаанд суурилсан хяналтын систем болон өгөгдлийн аналитикийг бүрэлдэхүүн хэсгийн эвдрэлийг урьдчилан таамаглах, үйл ажиллагааг оновчтой болгох, зогсолтын хугацааг багасгах зорилгоор хэрэгжүүлж байна. Тоон загварчлал нь операторуудад цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэл болон усан сангийн тогтвортой байдлыг тэнцвэржүүлэх үйл ажиллагааны стратеги боловсруулах боломжийг олгодог.
Дүгнэлт
Турбинууд нь газрын гүний дулааны цахилгаан станцуудын зүрх бөгөөд газрын гүний дулааны энергийг цахилгаан болгон хувиргахад шууд үүрэг гүйцэтгэдэг. Хуурай уур, гялгар уур, хоёртын цикл зэрэг янз бүрийн төрлийн турбинуудыг усан сангийн шинж чанар болон шингэний температурт үндэслэн сонгодог. Газрын гүний дулааны эрчим хүч дэх турбины технологийг хэрэглэхэд зэврэлт, элэгдэл, ашигт малтмалын ордод тэсвэртэй материал, хийц шаардлагатай. Нойтон уур, царцдас, конденсацлахгүй хий зэрэг бэрхшээлийг зохих системийн дизайн, үйл ажиллагааны хяналт, засвар үйлчилгээ зэргээр зохицуулах шаардлагатай. Турбины дизайн, хяналтыг дижиталчлах, үлдэгдэл дулааныг ашиглах нэмэлт циклийг нэгтгэх зэрэг шинэчлэлүүд хийснээр газрын гүний дулааны энерги нь цэвэр, найдвартай, тогтвортой эрчим хүчний системд шилжихэд чухал тулгуур болж чадна.
