Геотермийн цахилгаан станцуудыг оновчтой болгох хөргөлтийн систем
Геотермаль цахилгаан станцууд (PLTP) буюу геотермаль цахилгаан станцууд нь 24/7 тогтвортой ажиллах чадвартай тул найдвартай сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр гэгддэг. Гэсэн хэдий ч эдгээр давуу талуудын цаана үйл ажиллагааны үр ашиг, найдвартай байдлыг чухалчилдаг нэг техникийн тал байдаг: хөргөлтийн систем. Зохих хөргөлтгүй бол турбины гүйцэтгэл буурч, туслах эрчим хүчний хэрэглээ нэмэгдэж, зэврэлтийн эрсдэл нэмэгдэж, эцэст нь цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн зардал нэмэгддэг. Энэ нийтлэлд хөргөлтийн системийн үүрэг, тэдгээрийн төрөл, үйл ажиллагааны бэрхшээл, геотермаль цахилгаан станцын гарцыг хамгийн их байлгах оновчлолын стратегийн талаар авч үзэх болно.
Геотермийн цахилгаан станцуудад хөргөлтийн систем яагаад чухал вэ?
Геотермаль цахилгаан станцуудад турбиныг эргүүлэхэд геотермаль шингэн (уур эсвэл давсны уусмал) ашигладаг. Турбинээр дамжин өнгөрсний дараа уурыг хурдан буцаан ус болгон конденсацлах ёстой бөгөөд ингэснээр шахах болон/эсвэл усан сан руу буцааж шахах боломжтой болно. Энэхүү конденсацийн процесст дулааныг хүрээлэн буй орчинд гаргах шаардлагатай бөгөөд энэ нь хөргөлтийн систем үүрэг гүйцэтгэдэг газар юм.
Турбины үр ашигт турбины гаралтын даралт (буцах даралт) ихээхэн нөлөөлдөг. Конденсаторын даралт бага байх тусам турбин дахь уурын энтальпи буурч, үүсэх чадал өндөр байдаг. Хөргөлт муу байх нь конденсацийн температур нэмэгдэж, конденсаторын даралт нэмэгдэж, турбины чадал буурахад хүргэдэг. Цахилгаан станцын хэмжээнд конденсаторын температурын бага зэргийн ялгаа нь эрчим хүчний мэдэгдэхүйц алдагдалд хүргэж болзошгүй юм.
Үүнээс гадна хөргөлтийн систем нь дараахь зүйлд нөлөөлдөг.
1. Дотоод цахилгаан зарцуулалт (туслах цахилгаан): эргэлтийн насос, хөргөх цамхагийн сэнс болон бусад туслах тоног төхөөрөмж нь цахилгаан хэрэглэдэг.
2. Найдвартай байдал: хөргөлтийн усны чанартай холбоотой бохирдол, өнгөр үүсэх, зэврэлт нь зогсолт үүсгэж болзошгүй.
3. Байгаль орчныг хамгаалах: ус зайлуулах, хөргөх цамхагаас гарах ус, химийн бодис хэрэглэх нь дүрэм журмыг дагаж мөрдөх ёстой.
Хөргөлт ба конденсацийн үндсэн зарчим
Ерөнхийдөө хөргөлтийн системийн гол зорилго нь эрчим хүчний зардал болон хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөөллийг багасгахын зэрэгцээ конденсаторын температурыг аль болох бага байлгах явдал юм. Конденсатор нь турбины яндангийн уураас далд дулааныг хөргөлтийн орчин (ус эсвэл агаар) руу дамжуулдаг. Суурилуулалтын загвар болон усны хүртээмжээс хамааран системийг хаалттай эсвэл нээлттэй гогцоотой систем болгон барьж болно.
Хоёр үндсэн арга байдаг:
– Нойтон хөргөлт (нойтон/ууршуулах хөргөлт): харьцангуй жижиг тоног төхөөрөмжийн хэмжээгээр их хэмжээний дулааныг зайлуулахын тулд хэсэгчлэн ууршдаг усыг ашигладаг.
– Хуурай хөргөлт: Усны ууршилтгүйгээр агаар ашигладаг, ус багатай газарт тохиромжтой боловч агаарын температур өндөр үед ихэвчлэн илүү үнэтэй, үр ашиг багатай байдаг.
Геотермаль цахилгаан станцуудын хувьд системийн сонголт нь ерөнхийдөө төслийн үргэлжлэх хугацааны туршид нөөцийн шинж чанар (зонхилох уур, гялбаа эсвэл хоёртын), цаг уурын нөхцөл, усны хүртээмж, үр ашиг болон зардлын зорилтуудыг харгалзан үздэг.
Геотермийн цахилгаан станцуудын хөргөлтийн системийн төрлүүд
1. Нойтон хөргөлтийн цамхаг
Энэ нь гялгар уур болон хуурай уурын үйлдвэрүүдийн хамгийн түгээмэл сонголт юм. Хөргөх ус нь конденсатороор эргэлдэж, дулааныг шингээж, дараа нь ууршилт болон агаартай харьцах замаар температурыг бууруулахын тулд хөргөх цамхаг руу урсдаг.
Илүүдэл:
– Усны температурыг нойтон чийдэнгийн температурт ойртуулж үр дүнтэй бууруулна.
– Тоног төхөөрөмжийн хэмжээ нь том багтаамжийн хувьд харьцангуй авсаархан.
– Хуурай хөргөлтөөс ерөнхийдөө конденсаторын буцах даралт багатай байдаг.
Дутмаг:
– Ууршилт, үлээлт болон хөвөгч урсгалаас үүдэлтэй алдагдлын улмаас нэмэлт усны нөөц шаардлагатай.
– Байгаль орчинд үзүүлэх болзошгүй нөлөөлөл (усны уур, шилжилт хөдөлгөөн болон усны хэрэглээ).
– Хальс үүсэх/зэврэлтээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд химийн хяналт шаардлагатай.
2. Хуурай хөргөлт (Агаарын хөргөлттэй конденсатор / ACC)
Энэ системд уурыг сэнсний агаарын урсгалаар хөргөдөг сэрвээтэй дулаан солилцогч ашиглан конденсацалдаг.
Илүүдэл:
– Усны хэрэглээ маш бага (бараг тэг).
– Хуурай газар эсвэл усны хэрэглээ хязгаарлагдмал байршилд тохиромжтой.
Дутмаг:
– Үр ашигт агаарын температур ихээхэн нөлөөлдөг; халуун цаг агаарт гүйцэтгэл буурч, нурууны даралт нэмэгддэг.
- Том талбай, том байгууламж шаарддаг.
– Өндөр хүчин чадалтай сэнс нь нэмэлт эрчим хүчний хэрэглээг нэмэгдүүлдэг.
3. Хосолсон систем (Нойтон-Хуурай хөргөлт)
Нойтон болон хуурай хөргөлтийг хослуулсан. Тодорхой нөхцөлд (жишээлбэл, хуурай улирал эсвэл усны хязгаарлалт) хуурай горимыг илүүд үздэг; илүү өндөр гүйцэтгэл шаардлагатай үед нойтон горимыг идэвхжүүлдэг.
Илүүдэл:
– Уян хатан: усны хэрэглээ болон үр ашгийг тэнцвэржүүлж чадна.
– Цэвэр хуурай хөргөлттэй харьцуулахад өндөр агаарын температурт гүйцэтгэлийн алдагдлыг бууруулдаг.
Дутмаг:
- Хөрөнгө оруулалт болон үйл ажиллагааны нарийн төвөгтэй байдал өндөр.
– Хоёр технологийн хослолоос шалтгаалан системийн удирдлага илүү төвөгтэй байдаг.
4. Хоёртын генераторын хөргөлт (ORC/Kalina)
Хоёртын цахилгаан станцад геотермаль шингэн нь дулаан солилцогчоор дамжуулан ажлын шингэнийг (жишээлбэл, изобутан эсвэл пентан) халаадаг. Турбиныг эргүүлсний дараа ажлын шингэнийг хөргөлтийн систем (нойтон/хуурай/эрлийз) ашиглан конденсацалдаг.
Ашиглалтын температур харьцангуй бага тул хоёртын генераторууд нь конденсаторын гүйцэтгэлд маш мэдрэмтгий байдаг. Конденсацийн температурын бага зэрэг өсөлт нь цэвэр цахилгаан гаралтад мэдэгдэхүйц нөлөөлж, хөргөлтийн оновчлолыг чухалчилдаг.
Үйл ажиллагааны бэрхшээлүүд: Хэмжээ огцом нэмэгдэх, зэврэлт болон бохирдол
Хөргөлтийн системийн үр ашгийг зөвхөн дизайнаас гадна ашиглалтын нөхцөл, усны чанараас хамаарч тодорхойлно.
1. Хэмжээ (царцдасын тунадасжилт)
Цахиур, кальцийн карбонат эсвэл бусад нэгдлүүд зэрэг эрдэс бодисууд нь конденсаторын хоолой дээр хуримтлагдаж, дулаан дамжуулалтыг бууруулдаг. Үүний үр дүнд конденсаторын температур нэмэгдэж, үр ашиг буурдаг. Хяналтыг рН-ийн тохируулга, дарангуйлагч, үлээлгэх хяналт, ханалтын индексийг хянах замаар хийдэг.
2. Зэврэлт
Ууссан хүчилтөрөгч, CO₂, H₂S, хлорид болон тодорхой рН нөхцөл байдал нь зэврэлтийг хурдасгаж болно. Материалын сонголт (жишээлбэл, зарим зэвэрдэггүй ган, онцгой нөхцөлд титан), катодын хамгаалалт, химийн хяналт нь чухал юм.
3. Биологийн бохирдол
Гадаргын ус ашигладаг системд бичил биетний өсөлт нь дулаан солилцооны гүйцэтгэлийг бууруулж болзошгүй. Биоцид болон шүүх хөтөлбөрүүд нь ихэвчлэн үйл ажиллагааны стратегийн нэг хэсэг байдаг.
4. Хөргөх цамхагийн гүйцэтгэл буурдаг
Бохир сав баглаа боодол, бөглөрсөн цорго, эсвэл сэнсний ажиллагаа хангалтгүй байх нь хөргөлтийн үр ашгийг бууруулж болзошгүй. Хөргөх цамхагийн тогтмол аудит болон нөхцөл байдалд суурилсан засвар үйлчилгээ нь гүйцэтгэлийн удаан хугацааны бууралтаас урьдчилан сэргийлж чадна.
Хөргөлтийн системийн оновчлолын стратеги
Геотермаль цахилгаан станцын гаралтыг оновчтой болгохын тулд энэ арга нь цогц байх ёстой бөгөөд зөвхөн температурыг бууруулаад зогсохгүй туслах эрчим хүчний хэрэглээ болон засвар үйлчилгээний зардлыг бага байлгах ёстой.
1. Конденсаторын арын даралтыг оновчтой болгох
Операторууд орчны нөхцөл байдал болон тоног төхөөрөмжийн хязгаарлалтад үндэслэн оновчтой арын даралтыг тохируулж болно. Хөргөлтийн усны урсгалын хурд, цамхагийн сэнсний хурд, дулаан дамжуулах гадаргуугийн цэвэр байдал нь арын даралтын шууд нөлөөлөлтэй байдаг.
2. Хувьсах хурдны хөтчийг (VSD) ашиглах
Хөргөх цамхагийн сэнс эсвэл ACC дээр VSD ашиглах нь сэнсний чадлыг шаардлагатай үед тохируулах боломжийг олгодог. Энэ нь хөргөлтийн ачаалал хамгийн дээд хэмжээнд хүрээгүй үед үйл ажиллагааны тогтвортой байдлыг алдагдуулахгүйгээр туслах эрчим хүчний хэрэглээг бууруулдаг.
3. Бодит цагийн хяналт ба аналитик
Конденсаторын оролт/гаралтын температур, дамжуулах чанар, рН, үлээлтийн хурд, сэнсний чичиргээ болон даралтын зөрүүг тодорхойлох мэдрэгч ашиглах нь асуудлыг эрт илрүүлэхэд тусалдаг. Энгийн аналитикаас эхлээд машин сургалт хүртэл операторууд бохирдлыг урьдчилан таамаглаж, цахилгаан алдагдал мэдэгдэхүйц болохоос өмнө цэвэрлэгээ хийх хуваарь гаргах боломжтой.
4. Нүүр будалт болон үлээлгэх усны менежмент
Нойтон системийн үр ашгийн гол түлхүүр нь концентрацийн мөчлөгийг (CoC) удирдах явдал юм. CoC хэт бага байх нь усыг үр ашиггүй болгодог бол хэт өндөр байх нь царцдас үүсэх эрсдлийг нэмэгдүүлдэг. Усны чанар болон тоног төхөөрөмжийн хадгалалтын хязгаарт үндэслэн CoC-г оновчтой болгох нь эдийн засаг, техникийн үр ашгийг дээшлүүлнэ.
5. Дулаан солилцооны зөв материал болон дизайныг сонгох
Зэврэлтээс хамгаалагдсан материал болон цэвэрлэгээг хөнгөвчлөх дулаан солилцооны тохиргоо нь ашиглалтын хугацааны зардлыг бууруулна. Түрэмгий шингэний нөхцөлд илүү үнэтэй материалд оруулсан хөрөнгө оруулалт нь ашиглалтын хугацааг багасгаснаар үр дүнгээ өгдөг.
6. Дахин шахах системтэй нэгтгэх
Олон тооны геотермаль цахилгаан станцуудад конденсат ус болон давсны уусмалыг дахин шахдаг. Конденсацийн температур болон чанар нь конденсаторын ажиллагаатай холбоотой байдаг. Хөргөлт, конденсаци болон шахах шахуургын хоорондох нэгдсэн хяналт нь усан сангийн тогтвортой байдлыг сайжруулж, үйл ажиллагааны тасалдлыг бууруулж чадна.
Байгаль орчин ба зохицуулалтын асуудлууд
Техникийн талаас гадна хөргөлтийн систем нь хүрээлэн буй орчны хязгаарлалтуудтай нийцэх ёстой: усны хүртээмж, болзошгүй шилжилт, сэнсний чимээ, эрдэс бодис эсвэл химийн бодис агуулсан үлээгчийг зайлуулах. Тогтвортой байдлын хүрээнд олон шинэ төслүүд халуун нөхцөлд өртөг, үр ашгийн нөлөөллөөс үл хамааран усны ул мөрийг бууруулахын тулд эрлийз эсвэл хуурай хөргөлтийг авч үзэж байна.
Хаах
Хөргөлтийн систем нь геотермаль цахилгаан станцын ихэвчлэн үл тоомсорлогддог ч чухал "зүрх" юм. Тохирох тохиргоог (нойтон, хуурай эсвэл эрлийз) сонгож, масштаб болон зэврэлтийг хянаж, өгөгдөлд суурилсан оновчлол болон орчин үеийн хяналтыг хэрэгжүүлснээр геотермаль цахилгаан станцууд нь туслах эрчим хүчний хэрэглээг багасгаж, тасалдлын эрсдэлийг бууруулж илүү их цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой. Эцсийн эцэст оновчтой хөргөлт нь зөвхөн дулааныг зайлуулах тухай биш, харин геотермаль цахилгаан станцын үр ашиг, найдвартай байдал, тогтвортой байдлыг сайжруулах цогц стратеги юм.
