Геотермийн турбинуудын өндөр үр ашигтай технологи
Геотермаль эрчим хүч нь тогтвортой, сэргээгдэх эрчим хүч дээр суурилсан цахилгаан эрчим хүч (суурь ачаалал) нийлүүлэх, цаг агаараас хараат бус байх, чулуужсан түлшний цахилгаан станцуудтай харьцуулахад нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулах боломжтой тул анхаарал татаж байна. Гэсэн хэдий ч геотермаль цахилгаан станцуудын гол бэрхшээл нь газар доорх усан сангаас дулааныг цахилгаан эрчим хүч болгон үр ашигтайгаар хувиргахад оршино. Энэ бол геотермаль турбинууд гол үүрэг гүйцэтгэдэг газар юм. Геотермаль турбинуудын өндөр үр ашигтай технологи нь аэродинамик дизайн, материал, хяналтын систем, илүү оновчтой орчин үеийн термодинамик циклийг нэгтгэх замаар хурдацтай хөгжиж байна.
Геотермаль шингэний шинж чанар ба тэдгээрийн турбинуудад үзүүлэх нөлөө
Уламжлалт уурын үүсгүүрээс ялгаатай нь геотермаль шингэн нь ихэвчлэн цахиурын давхар исэл, хлорид, H₂S, CO₂ болон хатуу тоосонцор зэрэг хольцыг агуулдаг. Цаашилбал, ашиглалтын нөхцөлд нойтон уур (хоёр фаз), харьцангуй бага даралт, усан сангийн динамикаас шалтгаалан урсгалын хурдны хэлбэлзэл зэрэг орно. Эдгээр хүчин зүйлс нь турбиныг тусгайлан зохион бүтээгээгүй бол элэгдэл, зэврэлт, хайрсжилт (эрдэс хуримтлал), үр ашиг буурах эрсдэлийг бий болгодог.
Геотермаль турбины үр ашгийг зөвхөн ирний гүйцэтгэлээр бус, мөн системийн уурын чанарыг хадгалах, шаардлагагүй даралтын уналтыг багасгах, эх үүсвэрийн хэлбэлзэлээс үл хамааран дизайны цэгт ойрхон ажиллах нөхцөлийг хадгалах чадвараар тодорхойлдог.
1) Дэвшилтэт ирний загвар ба аэродинамик
Үр ашгийг сайжруулах хамгийн том хөдөлгөгч хүчний нэг бол турбины ирний профайлыг оновчлох явдал юм. Орчин үеийн турбин үйлдвэрлэгчид нойтон ууранд уурын урсгал, даралтын тархалт, дусал үүсэх үзэгдлийг загварчлахын тулд Тооцооллын Шингэний Динамик (CFD) симуляцийг ашигладаг. CFD-ийн тусламжтайгаар урсгалын тусгаарлалт, турбулент байдал, үзүүрийн нэвчилтээс үүдэлтэй алдагдлыг бууруулахын тулд ирний загварыг оновчтой болгож болно.
Үүнээс гадна, гурван хэмжээст (3D) ир ашиглах нь ирний уртын дагуух урсгалын өнцгийг илүү сайн хянах боломжийг олгодог. Энэ нь геотермаль турбинуудад чухал ач холбогдолтой, учир нь урсгал нь ихэвчлэн идеалаас бага байдаг: нойтон уурын агууламж болон температурын жигд бус байдал нь аэродинамик алдагдлыг нэмэгдүүлж болзошгүй. 3D загвартай бол аэродинамик ачааллын тархалт илүү жигд болж, үр ашгийг нэмэгдүүлж, ирний ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.
2) Нойтон уурын хяналт: чийгийг ялгах болон ус зайлуулах менежмент
Олон тооны геотермаль талбайнууд нь мэдэгдэхүйц шингэн фракцтай уур үүсгэдэг. Нойтон уур нь үр ашгийг бууруулдаг, учир нь зарим кинетик энерги нь дуслыг хурдасгахын тулд шингээгддэг бөгөөд өндөр хурдтай дуслууд мөргөлдсөний улмаас ирний элэгдлийг нэмэгдүүлдэг. Өндөр үр ашигтай технологиуд чийгийн менежментийг нэн тэргүүнд тавьдаг.
Турбины дээд хэсэгт шингэнийг турбин руу орохоос нь өмнө уурнаас ялгахад сепаратор болон цэвэрлэгч ашигладаг. Гэсэн хэдий ч чийг тусгаарлагч шат, тодорхой шатнаас конденсатыг зайлуулах зориулалттай ус зайлуулах систем зэрэг турбин дотор шинэчлэлүүд хийгдэж байна. Ус зайлуулах зөв менежмент нь шингэн хуримтлагдахаас сэргийлж, элэгдлийг бууруулж, турбины өндөр изентроп үр ашгийг хадгалдаг.
3) Зэврэлт болон элэгдэлд тэсвэртэй материал: урт хугацааны үр ашгийн түлхүүр
Турбины үр ашиг нь зөвхөн ашиглалтад оруулах үеийн тоо биш; үүнийг олон жилийн турш хадгалах ёстой. Геотермийн орчинд зэврэлт ба элэгдэл нь ирний профайлыг өөрчилж, гадаргуугийн барзгар байдлыг нэмэгдүүлж, роторын тэнцвэргүй байдалд хүргэдэг. Энэ бүхэн нь үр ашгийг бууруулж, зогсолтын хугацааг нэмэгдүүлдэг.
Тиймээс өндөр үр ашигтай технологид тусгай зэвэрдэггүй ган, чухал хэсгүүдэд зориулсан никель суурьтай хайлш, элэгдэл болон зэврэлтээс хамгаалах бүрхүүл зэрэг материалыг сонгох зэрэг орно. Зарим хэрэглээнд дусал болон нарийн ширхэгтэй тоосонцорыг цохихоос хамгаалахын тулд ирний урд ирмэг дээр хатуу өнгөлгөө хийдэг. Зөв материал нь задралын хурдыг бууруулж, турбины ажиллагааг илүү тогтвортой болгож, ашиглалтын зардлыг бууруулдаг.
4) Битүүмжлэл болон гоожихыг багасгах: дотоод үр ашгийг нэмэгдүүлдэг
Дотоод гоожилт нь турбинуудын алдагдлын гол эх үүсвэр болдог. Битүүмжлэлийн завсраар "гоождог" уур нь ир дээр ажил үүсгэдэггүй ч даралтын уналт болон эрчим хүчний алдагдалд хүргэдэг. Орчин үеийн битүүмжлэлийн технологиуд - үүнд оновчтой лабиринт битүүмжлэл, цэгэн сойз битүүмжлэл, цэвэрлэгээний хяналт зэрэг нь үр ашгийг дээшлүүлэхэд шууд хувь нэмэр оруулдаг.
Нэг чухал арга бол хэт их үрэлт үүсгэхгүйгээр ирний үзүүрийн зайг багасгах явдал юм. Үүнийг дулааны тэлэлтийг харгалзан үздэг бүрхүүл болон роторын загвар, мөн ашиглалтын нөхцөлийг урьдчилан таамаглахын тулд чичиргээ болон температурын хяналтын системийг ашиглах замаар хэрэгжүүлдэг. Алдагдал бага байх тусам турбины гаралт ижил урсгалын хурдаар нэмэгддэг.
5) Хувьсах ажиллагаа болон ухаалаг удирдлагын систем
Геотермийн цахилгаан станцууд нь хамгийн тохиромжтой нь тогтвортой ажилладаг боловч бодит байдал дээр уурын урсгалын хурд болон даралт нь усан сангийн шинж чанар, хоолойн хэмжээс эсвэл шахах стратегийн өөрчлөлтөөс шалтгаалан хэлбэлзэж болно. Өндөр үр ашигтай турбинууд нь хамгийн ашигтай цэг дээр ажиллагаагаа хадгалах чадвартай хяналтын систем шаарддаг.
Орчин үеийн хяналтын технологид нарийн тохируулагч болон хавхлагын удирдлага, хурдан хэт хурднаас хамгаалах систем, даралт, температур, чичиргээ болон уурын чанарын мэдрэгчээс бодит цагийн өгөгдлийг нэгтгэх зэрэг орно. Илүү дасан зохицох хяналтын алгоритмуудын тусламжтайгаар үйлдвэрүүд дулааны үр ашгийг хадгалж, эвдрэлийг багасгах боломжтой. Сүүлийн үеийн дэвшил нь алдаа гарахаас өмнө гүйцэтгэлийн доройтлыг илрүүлдэг өгөгдөлд суурилсан урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээ (нөхцөл байдалд суурилсан засвар үйлчилгээ)-ийг бий болгосон.
6) Циклийн интеграци: флаш, хуурай уур, хоёртын (ORC/Kalina)
Турбины үр ашиг нь цахилгаан станцын мөчлөгийн тохиргоотой нягт холбоотой. Хуурай уурын системд уур нь турбиныг шууд хөдөлгөдөг. Флаш системд даралттай халуун шингэнийг даралтыг бууруулж, хэсэгчлэн уур болгон хувиргадаг; турбин нь энэ уурыг ашигладаг. Өндөр үр ашигтай инновацид шингэний энтальпийн ашиглалтыг нэмэгдүүлэхийн тулд давхар флаш эсвэл бүр гурвалсан флаш ашиглах зэрэг орно.
Үүний зэрэгцээ, дунд-нам температурын эх үүсвэрүүдийн хувьд Органик Ранкин цикл (ORC) эсвэл Калина цикл зэрэг хоёртын циклийн технологиуд нь бага буцлах цэгтэй хоёрдогч ажлын шингэнийг ашигладаг. Эдгээр нь сонгодог "геотермаль уурын турбинууд" биш боловч хоёртын систем дэх турбинууд (органик турбинууд) нь мөн чухал шинэчлэлүүдтэй: оновчтой тэлэгчийн дизайн, үр ашигтай холхивч, илүү тохиромжтой ажлын шингэнүүд. Хоёртын циклийн тусламжтайгаар өмнө нь алдагдсан дулааныг нэмэлт цахилгаан болгон хувиргаж, байгууламжийн нийт үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломжтой.
7) Масштабыг багасгаж, уурын системийг оновчтой болгох
Ялангуяа цахиур болон карбонатын царцдас нь хоолойг шахаж, тусгаарлагчийг тасалдуулж, эцэст нь турбины оролтын уурын даралтыг бууруулдаг. Өндөр үр ашигтай турбинуудыг ихэвчлэн шингэний химийн менежментийн стратегиудтай хослуулдаг: рН-ийн зохицуулалт, царцдасыг дарангуйлагч, конденсацийн цэгүүдийг хамгийн бага байлгадаг уурын замын загварууд. Нэмж дурдахад дулаан тусгаарлалтыг сайжруулж, хавхлага, тохой болон туслах тоног төхөөрөмж дээрх даралтын уналтыг бууруулсан нь системийн нийт үр ашгийг нэмэгдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг.
8) Өгөгдөлд суурилсан дижиталчлал ба гүйцэтгэлийн оновчлол
Хамгийн сүүлийн үеийн чиг хандлага нь дижитал ихэр болон гүйцэтгэлийн аналитик юм. Турбин болон станцын дижитал загваруудын тусламжтайгаар операторууд бодит гүйцэтгэлийг дизайны муруйтай харьцуулж, бохирдол, гоожилт эсвэл уурын чанарын өөрчлөлтөөс үүдэлтэй үр ашгийн бууралтыг илрүүлж чадна. Мөн өгөгдлийг цэвэрлэгээ хийх, засвар хийх эсвэл ашиглалтын тохиргооны цэгийг тохируулах хамгийн тохиромжтой цагийг тодорхойлоход ашиглаж болно.
Өгөгдөлд суурилсан арга нь буултуудыг оновчтой болгоход тусалдаг: жишээлбэл, үйл ажиллагааны цэгийг арай бага сонгох боловч өргөжүүлэх эрсдэлийг бууруулж, улмаар жилийн нийт эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэх.
Дүгнэлт
Геотермаль турбинуудын өндөр үр ашигтай технологи нь тусдаа оршдоггүй, харин ирний аэродинамик дизайн, нойтон уурын хяналт, зэврэлт/элэгдэлд тэсвэртэй материал, өндөр хүчин чадалтай битүүмжлэл, ухаалаг удирдлагын систем, эрчим хүчний мөчлөгийн нарийн интеграцчилал зэрэг инновацийг хослуулсан. Дижиталчлал болон урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээ нь зөвхөн ашиглалтын эхэн үед төдийгүй цаг хугацааны явцад үр ашгийг хадгалах чадварыг бэхжүүлдэг.
Бага нүүрстөрөгчийн цахилгаан эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээ өсөн нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан илүү үр ашигтай геотермаль турбинуудыг хөгжүүлэх нь геотермаль эрчим хүчний найдвартай, цэвэр эрчим хүчний эх үүсвэр болох өрсөлдөх чадварыг нэмэгдүүлэх болно. Турбины технологид хөрөнгө оруулалт хийх нь усан сан болон гадаргын системийн менежментийн хамт геотермаль эрчим хүчний чадавхийг эдийн засгийн хувьд болон тогтвортой байдлаар нэмэгдүүлэх гол түлхүүр байх болно.
