Геотермаль эрчим хүчний үүсгүүрүүдийн хамгийн сүүлийн үеийн технологи
Геотермаль энерги нь нар, салхитай харьцуулахад хамгийн тогтвортой сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн нэг юм. Геотермаль дулаан нь өдрийн 24 цагийн турш ажилладаг, цаг агаараас хамааралгүй бөгөөд нүүрстөрөгчийн ул мөр харьцангуй бага байдаг. Гэсэн хэдий ч үүнийг ашиглах нь үргэлж амар байдаггүй: дулааны эх үүсвэрүүд жигд бус байрладаг, өрөмдлөгийн зардал өндөр, техникийн бэрхшээлүүдэд зэврэлт, царцдас (эрдэс хур тунадас), газрын доорх шингэний менежмент орно. Сүүлийн жилүүдэд генераторын тал болон геотермаль энергийн хувиргалтын гинжин хэлхээний инноваци хурдацтай хөгжсөн. Энэхүү нийтлэлд геотермаль цахилгаан станцуудыг илүү үр ашигтай, уян хатан, илүү олон газарт ашиглах боломжтой болгож буй хамгийн сүүлийн үеийн технологийг судалсан болно.
1) Шинэ үеийн хоёртын цикл: Илүү үр ашигтай ORC болон Kalina
Олон тооны геотермаль талбайд шингэний температур нь уламжлалт уурын турбинуудад тохиромжтой хуурай уурыг үйлдвэрлэхэд хангалттай өндөр биш байдаг. Энэ бол хоёртын циклийн цахилгаан станцууд үүрэг гүйцэтгэдэг газар юм. Хоёртын технологи нь геотермаль давсны уусмалаас дулааныг хоёрдогч, бага буцалдаг ажлын шингэн (жишээлбэл, изобутан, изопентан эсвэл тодорхой хольц) руу дамжуулдаг бөгөөд энэ нь дараа нь турбиныг хөдөлгөдөг.
Органик Ранкины Цикл (ORC)-ийн сүүлийн үеийн хөгжилд дараахь зүйлс орно.
– Илүү авсаархан, үр ашигтай дулаан солилцуурын загварууд, тухайлбал хавтан дулаан солилцуур эсвэл бохирдлыг бууруулж байхдаа дулаан дамжуулах коэффициентийг нэмэгдүүлдэг тохиргоонууд.
– Дунд болон бага дулааны эх үүсвэрт зориулсан илүү үр ашигтай өндөр хурдтай жижиг хэмжээний турбинууд нь 1-10 МВт-ын модульчлагдсан төслүүдийг илүү хэмнэлттэй болгоно.
– Үйлдвэрийг үр ашгийн томоохон алдагдалгүйгээр давсны уусмалын урсгалын хурд болон температурын өөрчлөлтөд дасан зохицох боломжийг олгохын тулд хяналт болон хувьсах ажиллагааг оновчтой болгох.
ORC-ээс гадна Калина цикл (аммиак-усны хольцыг ашигладаг) нь бага температурт энергийг сайн үр ашигтайгаар барьж авах чадвартай тул тасралтгүй сайжруулж байна. Сорилтууд нь системийн нарийн төвөгтэй байдал болон тодорхой химийн нөхцөлд тэсвэртэй байх ёстой материалуудад оршино. Сүүлийн үеийн судалгаанууд найдвартай байдлыг сайжруулах, материалын сонголт, тогтвортой гүйцэтгэлийг хангахын тулд хольцын найрлагыг хянах тал дээр төвлөрч байна.
2) Турбин ба генераторууд: Идэмхий орчинд илүү тэсвэртэй дэвшилтэт материал ба загварууд
Геотермаль эрчим хүчний "генератор" тал нь зөвхөн цахилгаан үүсгүүр төдийгүй түүнийг ажиллуулдаг турбин юм. Геотермаль уур болон давсны уусмал нь H₂S, CO₂, хлорид, цахиур болон зэврэлт болон тунадасжилтыг өдөөж болох янз бүрийн эрдэс бодисуудыг агуулж болно.
Гол инновациуд нь:
– Турбины ир, бүрхүүл, хавхлагын эд ангиуд дээрх зэврэлт болон элэгдлийн эсрэг материал, бүрхүүл. Дулааны шүршигч технологи, никель суурьтай бүрхүүл болон зарим нийлмэл материалууд нь ашиглалтын хугацааг уртасгахад тусалдаг.
– “Бохирдол”-д илүү тэсвэртэй турбины загварууд, жишээлбэл, тунадас орох магадлалтай хэсгийг багасгадаг ирний геометр, мөн нойтон уурын илүү үр дүнтэй дусал тусгаарлах систем (чийг тусгаарлагч).
– Геотермаль бүс нутгийн халуун, чийглэг нөхцөлд генераторыг өндөр ачаалалтай үед тогтвортой байлгахын тулд синхрон генератор болон хөргөлтийн системийг сайжруулсан.
Үүний үр дүнд зогсолтын хугацаа багасч, үр ашиг нь тогтвортой болж, ашиглалтын болон засвар үйлчилгээний зардлыг илүү хянаж байна.
3) Сайжруулсан геотермаль систем (EGS): Геотермаль “генераторууд”-ын шинэ байршлыг нээх
Геотермаль салбарын томоохон нээлт бол Сайжруулсан Геотермаль Систем (EGS) юм. Үзэл баримтлал: Хэрэв байршил нь халуун чулуулагтай боловч нэвчилт багатай (урсгахад хангалттай ус байхгүй) бол шингэний урсгалын "усан сан" үүсгэхийн тулд хиймэл ан цав үүсгэдэг. Энэ нь өмнө нь боломжгүй байсан газруудад геотермаль боломжийг өргөжүүлдэг.
EGS нь дараахь зүйлийг шаарддаг:
– Илүү нарийвчлалтай усан санг өдөөх технологи (жишээ нь гидравлик өдөөлт).
– Газар хөдлөлтийн эрсдэлийг хянах бодит цагийн бичил газар хөдлөлтийн хяналт.
– Илүү нарийвчлалтай тоон симуляци ашиглан усан сангийн загварчлал ба урсгалын урьдчилсан тооцоо.
EGS боловсорч гүйцэж, зохицуулалтын байгууллага хүлээн зөвшөөрөгдөх тусам геотермаль "генераторууд"-ыг өндөр өвөрмөц байгалийн усан сангууд дээр тулгуурлахгүйгээр цахилгаан ачааллын төвүүдийн ойролцоо барьж болно.
4) Битүү гогцоотой геотермаль эрчим хүч: Шингэний эрсдэл ба нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулах
Өсөн нэмэгдэж буй технологи бол хаалттай гогцоотой геотермаль систем юм. Газрын гүнээс давсны уусмал шахдаг уламжлалт системээс ялгаатай нь хаалттай гогцоотой геотермаль систем нь давсны уусмалтай шууд харьцахгүйгээр халуун чулуулгаас дулааныг авдаг хаалттай хоолойд ажлын шингэнийг эргэлдүүлдэг.
Үүний давуу талууд:
– Давсны уусмалаас болж хайрс үүсэх, зэврэх эрсдэл эрс буурсан.
– Шингэний химийн нийцтэй байдлын талаарх тодорхойгүй байдлыг багасгана.
– Халуун усны нөөц элбэг биш байршилд ашиглах боломжтой.
Төслийг эдийн засгийн хувьд ашигтай болгохын тулд хангалттай дулаан дамжуулалтыг хангах нь бэрхшээлтэй асуудал юм. Тиймээс инновациуд нь худгийн геометрийн зураг төсөл, өндөр дамжуулалтын хоолойн материал, шингэний эргэлтийн хурдыг оновчтой болгоход чиглэгдэж байна. Хэрэв амжилттай бол хаалттай гогцоотой системүүд нь модульчлагдсан геотермаль цахилгаан станцын барилгын ажлыг хурдасгаж чадна.
5) Хэт халуун чулуулаг ба маш өндөр температурын геотермаль: Үр ашгийн том үсрэлт
Хамгийн зоримог хил хязгааруудын нэг бол хэт халуун геотермаль (374°C-аас дээш температурт хүрч, усны хэт критик температурт ойртож эсвэл түүнээс давж чаддаг маш халуун чулуулаг) юм. Хэт критик шингэн нь өндөр нягтрал ба энтальпитэй тул худаг бүрт мэдэгдэхүйц их эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой.
Гол технологиуд нь дараахь зүйлийг агуулна.
– Хэт өндөр температурт өрөмдлөгийн техник болон өндөр халуунд тэсвэртэй бүрхүүлийн материал.
– Маш өндөр температурт тогтвортой ажиллах чадвартай нүхэн доорх мэдрэгчүүд.
– Усан сангийн гүйцэтгэл огцом буурахаас урьдчилан сэргийлэх аюулгүй үйлдвэрлэл болон дахин шахах стратеги.
Хэрэв эдгээр техникийн бэрхшээлийг даван туулбал геотермаль цахилгаан станцууд нь уламжлалт чулуужсан түлшээр ажилладаг цахилгаан станцуудтай ойролцоо эрчим хүчний нягтралтай боловч ялгаруулалт багатай байх боломжтой.
6) Өрөмдлөгийн инноваци: Бага зардал, хурдан төслүүд
Энэ нийтлэл нь "генераторууд" дээр төвлөрч байгаа ч бодит байдал дээр газрын гүний дулааны цахилгааны зардалд өрөмдлөг ихээхэн нөлөөлдөг. Тиймээс хамгийн сүүлийн үеийн өрөмдлөгийн технологи нь станцын ашиглалтын чадварт шууд нөлөөлдөг.
Чухал хөгжил:
– Нэг талбайн байршлаас илүү өргөн усан сангийн талбайг “шүүрдэх” зорилгоор чиглэлтэй өрөмдлөг болон олон талт худгууд.
– Хатуу чулуулагт илүү үрэлтэд тэсвэртэй PDC хошуу болон өрмийн хошууны материалууд.
– Өгөгдөлд суурилсан өрөмдлөг: хоолой гацахаас урьдчилан сэргийлэх, өрөм дээрх жинг оновчтой болгох, нэвтрэлтийн хурдыг хурдасгах бодит цагийн аналитик.
– Өртгийг мэдэгдэхүйц бууруулах зорилготой шинэ өрөмдлөгийн технологи (жишээлбэл, дулааны эсвэл уламжлалт бус аргууд)-ын туршилтууд.
Хямд, хурдан өрөмдлөг хийснээр илүү олон геотермаль төслүүд арилжааны хэмжээнд хүрэх боломжтой.
7) Дижиталчлал ба хиймэл оюун ухаан: “Ухаалаг геотермаль цахилгаан станц”
Орчин үеийн геотермаль станцууд өгөгдөлд суурилсан үйл ажиллагаа руу шилжиж байна. Мэдрэгч, SCADA болон түүхч системүүдийг одоо хиймэл оюун ухаан болон машин сургалттай хослуулан дараах зорилгоор ашиглаж байна:
– Урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээ: холхивч, насос эсвэл турбины эвдрэл гарахаас өмнө урьдчилан таамаглах.
– Хамгийн бага шимэгч хэрэглээтэй, хамгийн их гаралттай байхын тулд дулаан солилцуур, тусгаарлагч болон конденсаторын тохиргооны цэгүүдийг оновчтой болгоно.
– Шингэний химийн найрлага, температур, даралт болон тоног төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийн өгөгдлийн хослолоор масштабжуулалт болон зэврэлтийн хяналт.
Бодит системийг тасалдуулахгүйгээр үйл ажиллагааны хувилбаруудыг туршихад дижитал ихрүүд буюу цахилгаан станц болон усан сангийн виртуал загваруудыг ашиглаж эхэлж байна.
8) Дулаан хадгалах болон ашиглах (когенерация)-тай нэгтгэх
Хамгийн сүүлийн үеийн технологи нь зөвхөн цахилгаан эрчим хүчийг ашиглахаас гадна нэмүү өртгийг бий болгож байна:
– Когенераци (CHP): үлдэгдэл дулааныг хөдөө аж ахуйн бүтээгдэхүүнийг хатаах, дүүргийн халаалт, үйлдвэрлэлийн процесс эсвэл хүлэмжинд ашигладаг.
– Эрлийзжүүлэлт: уян хатан байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд геотермаль энергийг нарны дулаан эсвэл биомасстай хослуулсан.
– Геотермаль өөрөө аль хэдийн суурь ачаалалтай байсан ч гаралтыг жигдрүүлж, ачаалал даах чадварыг нэмэгдүүлэхийн тулд дулааны энерги хадгалах.
Энэ арга нь эдийн засгийн хүчин чадлын хүчин зүйлийг нэмэгдүүлж, эрчим хүчний шилжилтэд газрын гүний дулааны үүргийг бэхжүүлдэг.
Дүгнэлт
Геотермаль эрчим хүчний үүсгүүрийн хамгийн сүүлийн үеийн технологиуд олон чиглэлээр хөгжиж байна: улам бүр үр ашигтай ORC/Kalina хоёртын цикл, зэврэлтэнд тэсвэртэй турбин болон генераторын материалууд, EGS болон хаалттай гогцоо зэрэг шинэ аргууд нь хөгжлийн байршлыг тэлж байна. Өрөмдлөгийн инноваци, хиймэл оюун ухаанд суурилсан дижиталчлалтай хослуулан геотермаль станцууд илүү найдвартай, модульчлагдсан, өрсөлдөх чадвартай болж байна. Ирэх хэдэн арван жилд хэт халуун геотермаль, ухаалаг системийн дизайн, нэгдсэн дулааны ашиглалтын хослол нь геотермаль эрчим хүчийг цэвэр эрчим хүчний гол тулгуур болгож чадна - тогтвортой, бага ялгаруулалттай, үйлдвэрлэлийн цахилгаан, дулааны хэрэгцээг тогтвортой дэмжихэд бэлэн.
Хэрэв та хүсвэл би энэ өгүүллийг Индонезийн нөхцөл байдалд тохируулан өөрчилж болно (гал түймрийн цагираг, лицензийн бэрхшээлүүд, хээрийн хэрэгжилтийн жишээнүүд) эсвэл лавлагааны жагсаалт болон тоон өгөгдөл (үр ашиг, температурын хүрээ, зардал) нэмж болно.
