Геотермийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх хөргөлтийн системүүд
Геотермаль энергийг цахилгаан эрчим хүчийг тогтвортой (суурь ачаалал) хангаж чаддаг бөгөөд цаг агаараас хамааралгүй тул хамгийн найдвартай сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн нэг гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч бусад дулааны цахилгаан станцуудын нэгэн адил геотермаль цахилгаан станцууд (PLTP) нь дулааны энергийг хамгийн өндөр үр ашигтайгаар цахилгаан болгон хэрхэн хувиргах вэ гэсэн томоохон бэрхшээлтэй тулгарсаар байна. Энэхүү хувиргалтын гүйцэтгэлийг тодорхойлох хамгийн чухал хүчин зүйлсийн нэг нь системийн "арын хэсэг" болох хөргөлтийн системд оршдог. Зөв зохион бүтээсэн хөргөлтийн систем нь тоног төхөөрөмжийг оновчтой нөхцөлд ажиллуулахаас гадна цахилгаан гаралтыг нэмэгдүүлж, шимэгч хэрэглээг бууруулж, тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг уртасгаж, орчны температураас шалтгаалан үйлдвэрлэл буурах эрсдлийг бууруулдаг.
Геотермаль цахилгаан станцуудад хөргөлт яагаад чухал вэ?
Энгийнээр хэлбэл, геотермаль цахилгаан станц (PLTP) нь генератортой холбогдсон турбиныг эргүүлэхийн тулд уур эсвэл геотермаль шингэнийг ашиглан ажилладаг. Турбинээр дамжин өнгөрсний дараа хаалттай мөчлөгийг үр дүнтэй ажиллуулж, турбины утааны хамгийн бага даралтыг (буцах даралт) хадгалахын тулд уурыг буцаан ус (конденсат) болгон конденсацлах ёстой. Конденсаторын даралт бага байх тусам турбин дахь уурын даралтын уналт ихсэж, механик ажил ихэсдэг.
Энэ бол хөргөлтийн системийн үүрэг чухал үүрэг гүйцэтгэдэг газар юм. Үр дүнтэй хөргөлт нь конденсаторыг бага температур, даралттай үед ажиллуулах боломжийг олгодог. Хэрэв хөргөлт муу байвал - жишээлбэл, агаарын өндөр температур, хөргөлтийн ус хангалтгүй байх, эсвэл хөргөлтийн цамхагийн бохирдол зэргээс шалтгаалан - конденсаторын даралт нэмэгдэж, турбины үр ашиг буурч, цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэл буурдаг. Олон геотермаль цахилгаан станцуудад конденсаторын вакуум бага зэрэг буурах нь гарцыг эдийн засгийн хувьд мэдэгдэхүйц бууруулахад хүргэдэг.
Геотермаль цахилгаан станцын хөргөлтийн системийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Геотермаль талбай бүрийн тохиргоо өөр өөр боловч хөргөлтийн систем нь ерөнхийдөө дараахь зүйлсээс бүрдэнэ.
1. Конденсатор
Турбины зарцуулсан уурыг шингэн болгон хувиргадаг. Конденсатор нь гадаргуугийн конденсатор (дулаан солилцуурын хоолойтой) эсвэл тодорхой загварт шууд холбоо барих конденсатор байж болно.
2. Хөргөх цамхаг эсвэл дулаан зайлуулах систем
Хөргөх уснаас агаарт дулааныг ууршуулах процессоор (ууршуулах хөргөлт) эсвэл хуурай дулаан солилцуураар (хуурай хөргөлт) дамжуулан зайлуулах.
3. Эргэлтийн насос болон хоолойнууд
Энэ нь хөргөлтийн усыг хөргөлтийн цамхагаас конденсатор руу болон буцаан урсгадаг. Энэ насосны цахилгааны хэрэглээ нь цэвэр чадлын гаралтад нөлөөлдөг паразит ачаалал юм.
4. Вакуум систем болон конденсацлахгүй хий (NCG) зайлуулах
Уураар дамжин өнгөрөх CO₂ болон H₂S зэрэг хий нь конденсаторт хуримтлагдаж, дулаан дамжуулах коэффициентийг бууруулж болзошгүй. Вакуумыг хадгалахын тулд эжекторын систем эсвэл вакуум насос шаардлагатай.
5. Хөргөлтийн усны химийн систем
Дулаан дамжуулалт сайтай, тоног төхөөрөмжийн удаан эдэлгээтэй байдлыг хангахын тулд өнгөлгөө, зэврэлт, биологийн бохирдлын хяналт, усны чанарыг багтаасан болно.
Хөргөлтийн системийн төрлүүд ба тэдгээрийн үр ашигт үзүүлэх нөлөө
1. Нойтон хөргөлт
Хамгийн түгээмэл систем бол хөргөх цамхагтай нойтон хөргөлт юм. Нойтон хөргөлтийн давуу тал нь нойтон чийдэнгийн температуртай ойролцоо хөргөлтийн усны температурыг бий болгож, конденсаторын температурыг үр дүнтэй бууруулж чаддагт оршино. Үүний үр дүнд турбины арын даралт буурч, цахилгаан үйлдвэрлэл нэмэгддэг.
Гэсэн хэдий ч нойтон хөргөлт нь ууршилт, хөвөлт, үлээлтээр ус алдагдахаас шалтгаалан харьцангуй их хэмжээний нэмэлт ус шаарддаг. Усны хангамж хязгаарлагдмал газарт зардал болон байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө нэмэгдэж болзошгүй. Цаашилбал, усны чанарт нөлөөлөхөөс сэргийлж, хайрсжилт болон зэврэлтээс урьдчилан сэргийлэх шаардлагатай.
2. Хуурай хөргөлт
Хуурай хөргөлт нь агаар-агаар дулаан солилцуур (ACC-агаар хөргөдөг конденсатор) ашигладаг. Гол давуу тал нь усны хэрэгцээ мэдэгдэхүйц бага байдаг бөгөөд хуурай бүс нутаг эсвэл усны хатуу дүрэм журамтай газруудад тохиромжтой. Сул тал нь гүйцэтгэлд орчны агаарын температур (хуурай чийдэн) ихээхэн нөлөөлдөг. Халуун өдрүүдэд конденсаторын даралт нэмэгдэж, турбины хүчийг бууруулдаг. Цаашилбал, том сэнс нь шимэгчийн ачааллыг нэмэгдүүлж, дуу чимээг нэмэгдүүлдэг.
3. Холимог систем (нойтон-хуурай)
Холимог системүүд нь нойтон болон хуурай хөргөлтийн давуу талуудыг хослуулсан байдаг. Ердийн нөхцөлд систем нь ус хэмнэхийн тулд хуурай ажиллаж, дараа нь өндөр температурт гүйцэтгэлийг хадгалахын тулд хэсэгчлэн нойтон горимд шилжиж болно. Холимог системийг үр ашиг, усны хэрэглээ, улирлын чанартай үйл ажиллагааны уян хатан байдлыг тэнцвэржүүлэхийн тулд ихэвчлэн сонгодог.
Хөргөлтийн оновчлолоор дамжуулан үр ашгийг нэмэгдүүлэх стратеги
Конденсацийн температур болон турбины арын даралтыг бууруулдаг
Хөргөлтийн оновчлолын үндсэн зорилго нь вакуумыг нэмэгдүүлэхийн тулд конденсаторын температурыг бууруулах явдал юм. Үүнийг хөргөлтийн цамхагийн багтаамжийг нэмэгдүүлэх, усны хуваарилалтыг сайжруулах, дүүргэлт болон цоргоны зөв ажиллагааг хангах, агаарын урсгалыг оновчтой болгох замаар хийж болно. ACC-д сэнсний хурдыг хянах, сэрвээ цэвэрлэх, халуун агаарын эргэлтийг бууруулах замаар оновчлолыг хийдэг.
Паразитын ачааллыг бууруулах
Геотермийн цахилгаан станцын үр ашгийг зөвхөн нийт гаралтаас бус, цэвэр гаралтаас харах ёстой. Эргэлтийн насос, хөргөлтийн цамхагийн сэнс, вакуум систем нь их хэмжээний цахилгаан хэрэглэдэг. Насос болон сэнс дээр хувьсах давтамжийн хөтлөгч (VFD) ашиглах нь ачаалал буурах эсвэл хүрээлэн буй орчны нөхцөл байдал таатай үед эрчим хүчний хэрэглээг бууруулж чадна. Хоолойн гидравлик сайн загвар (даралтын алдагдлыг багасгах) нь бас тусалдаг.
Конденсацлах боломжгүй хий (NCG)-г хянах
Геотермаль уурын NCG-ийн агууламж мэдэгдэхүйц байж болно. Энэ хий нь дулаан дамжуулалтыг саатуулж, вакуумыг бууруулдаг. Хөргөлтийн системийг сайжруулахын тулд NCG зайлуулах системийг оновчтой болгох шаардлагатай байдаг: зөв эжекторыг сонгох, шингэн цагираг вакуум насосны ажиллагааг хадгалах, агаарын нэвтрэлтийг багасгах, хийн олборлолтын цэгүүдийг тохируулах. Сайн удирддаг NCG-ийн тусламжтайгаар конденсаторууд илүү үр дүнтэй бөгөөд турбины үр ашиг нэмэгддэг.
Хагарал, зэврэлт болон биологийн бохирдлыг бууруулдаг
Дулаан солилцооны гадаргуу дээрх хальс, хоолойн зэврэлт, эсвэл хөргөх цамхагт биологийн бохирдол үүссэнээс болж хөргөлтийн системийн ажиллагаа аажмаар буурч болно. рН-ийн хяналт, зэврэлтийг дарангуйлагч, дисперс, биоцид, үлээлгэх менежмент зэрэг зохих химийн хөтөлбөр нь дулаан дамжуулах өндөр коэффициентийг хадгалдаг. Тогтмол үзлэг, хуваарьт цэвэрлэгээ (онлайн болон унтраалттай үед) нь бас чухал юм.
Дулаан тусгаарлалтыг илүү ухаалаг ашиглах
Зарим газарт хаягдал дулааныг хөдөө аж ахуйн бүтээгдэхүүнийг хатаах, хүлэмжийг халаах эсвэл бага температурт үйлдвэрлэлийн процесст ашиглах боломжтой. Энэ нь каскадын хэрэглээний концепцтой илүү ойр боловч хаягдал дулааны нэгдсэн менежмент нь системийн нийт үр ашгийг сайжруулахын зэрэгцээ цахилгаан борлуулалтаас гадна эдийн засгийн үнэ цэнийг нэмэгдүүлэх боломжтой.
Талбайн нөхцөл байдалд үндэслэсэн дизайны асуудлууд
Геотермийн цахилгаан станцуудад зориулсан бүх хүнд тохирох хөргөлтийн шийдэл байдаггүй. Дизайнд дараахь зүйлс нөлөөлдөг.
– Уур амьсгал: нойтон болон хуурай чийдэнгийн температур нь хөргөх цамхаг эсвэл ACC-ийн хүчин чадлыг тодорхойлдог.
– Усны хүртээмж: нойтон, хуурай эсвэл холимог усны сонголтыг тодорхойлно.
– NCG-ийн агууламж: конденсатор болон вакуум системийн хэмжээнд нөлөөлдөг.
– Газрын гадаргуу ба өндөрлөг: агаарын нягтрал, сэнсний ажиллагаа, ажлын даралтад нөлөөлдөг.
– Усны чанар: цэвэрлэгээний нарийн төвөгтэй байдал болон засвар үйлчилгээний давтамжийг тодорхойлдог.
– Байгаль орчны хязгаарлалтууд: хөргөх цамхагийн утаа, сэнсний чимээ, хазайлт болон үлээх яндангийн зохицуулалт.
Техникийн шинжилгээг ихэвчлэн термодинамик симуляци (жишээлбэл, хоёртын станцын Ранкин/ORC мөчлөгийн загварууд) болон конденсатор-хөргөлтийн цамхагийн ачаалал болон улирлын хэлбэлзлийн гүйцэтгэлийн шинжилгээгээр гүйцэтгэдэг. Үр дүн нь хүчин чадлын сонголт, хяналтын стратеги, зардал-үр ашгийн тооцооллын үндэс суурь болдог.
Улам бүр хамааралтай болж буй технологи ба чиг хандлага
Одоо өргөн хэрэгжиж буй зарим сайжруулалтууд нь:
– Өгөгдөлд суурилсан ухаалаг хяналт: температур, вакуум, урсгал болон усны чанарын мэдрэгчийг сэнс/насосыг бодит цаг хугацаанд зохицуулахын тулд оновчлолын алгоритмаар боловсруулдаг.
– Зэврэлтэнд илүү тэсвэртэй материал болон бүрээс: ялангуяа H₂S болон хлорид агуулсан орчинд.
– Дүүргэлт болон шилжилтийн арилгагчийг шинэчлэх: хөргөлтийн цамхагийн үр ашгийг нэмэгдүүлж, усны алдагдлыг бууруулна.
– Конденсаторыг шинэчлэх болон онлайн цэвэрлэгээ хийх: удаан хугацаагаар зогсолтгүйгээр гүйцэтгэлийг хадгалах.
– Модульчлагдсан эрлийз систем: шаардлагатай үед аажмаар өргөтгөх сонголтыг хангадаг.
Дүгнэлт
Хөргөлтийн систем нь зөвхөн нэмэлт хэрэгсэл төдийгүй геотермаль цахилгаан станцын үр ашиг, найдвартай байдлын гол хүчин зүйл юм. Үр дүнтэй хөргөлт нь конденсацийн температурыг бууруулж, конденсаторын вакуумыг сайжруулж, турбины гаралтыг нэмэгдүүлдэг. Үүний зэрэгцээ, оновчлол нь паразит ачаалал, NCG менежмент, химийн хяналтын сахилга батыг харгалзан үзэх ёстой бөгөөд ингэснээр царцдас болон зэврэлтээс урьдчилан сэргийлэх болно. Нойтон, хуурай эсвэл эрлийз системийн сонголтыг уур амьсгал, усны хүртээмж, зохицуулалт, усан сангийн шинж чанарт тохируулан хийх ёстой.
Зөв дизайн, өгөгдөлд суурилсан үйл ажиллагаатай бол хөргөлтийн системийн сайжруулалт нь гүйцэтгэлийн "үржүүлэгч" болж чадна: цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэх, улирлын турш үйл ажиллагааг тогтворжуулах, газрын гүний дулааны төслүүдийн нийт эдийн засгийг сайжруулах. Эрчим хүчний шилжилтийн нөхцөлд хөргөлтийн оновчлол нь газрын гүний дулааныг өрсөлдөх чадвартай, цэвэр, тогтвортой байлгах хамгийн практик аргуудын нэг юм.
