קירור הידרוגן של מנוע סינכרוני
הקרנה באמצעות מימן של גנרטורים סינכרוניים
גז מימן משמש כחומר קירור בתוך מכל הגנרטור בשל תכונות הקירור המופלאות שלו. עם זאת, חשוב לציין כי ערבוביות מסוימות של מימן ואוויר הן בעלות פוטנציאל נפץ גבוה. תגובה נפיצה יכולה להתרחש כאשר ערבובית המימן-אוויר מכילה בין 6% מימן ו-94% אוויר ל-71% מימן ו-29% אוויר. ערבוביות שמכילות יותר מ-71% מימן אינן בעלות יכולת שריפה. בהישג יד מעשי, יחס של 9:1 בין מימן לאוויר נפוץ מאוד בגנרטורים טורביניים גדולים מאוד.
נקודות מפתח בהקרנה באמצעות מימן
יתרונות מול קירור באמצעות אוויר
ביצועי קירור משופרים: גז המימן يتمיחז בקונ덕טיביות תרמית גבוהה באופן משמעותי לעומת אוויר. יש לו יכולת העברת חום פי 1.5 מאוויר, מה שמאפשר קירור מהיר הרבה יותר של רכיבי הגנרטור. הפיזור המהיר של החום עוזר לשמור על טמפרטורות פעולה אופטימליות ומפחית את הסיכון להתקררות יתר.
שיפור ביעילות והפחתת רעש: בטמפרטורה ובלחץ זהים, צפיפות המימן היא בערך 1/14 מתשעירות האוויר. כשהרכיבים הסיבוביים של הגנרטור פועלים בסביבת גז המימן הנמוכה הצפיפות הזו, ההפסדים עקב הרוח מינימליים. כתוצאה מכך, היעילות הכללית של המכונה מגיעה להגבהה, והרעש שנוצר במהלך פעולתו מופחת, מה שמוביל לגנרטור יעיל ושקט יותר.
מניעת אפקט הקורונה: כשמשתמשים באוויר כחומר קירור, עשוי להתרחש פליטת קורונה בתוך הגנרטור. פליטה זו מייצרת חומרים כמו אוזון, אוקסידים של חנקן וחומצה חנקתית, אשר יכולים להזיק בצורה קשה למבודדי הגנרטור. לעומת זאת, הקרנה באמצעות מימן מונעת בצורה יעילה את אפקט הקורונה, ובכך מאריכה את חיי המבודדים ומפחיתה את הצורך בתיקונים תכופים והחלפתם.
מגבלות
בנייה יקרה: גנרטורים מתואמים באמצעות מימן דורשים מסגרות יקרות יותר. הדבר נובע מהצורך בבנייה עמידה לפיצוצים ובקיטועים גזי מושלמים כדי למנוע דליפות מימן ושיפוצים אפשריים. תכונות הבטיחות הנוספות הללו מוסיפות על עלות הייצור הכוללת של הגנרטור.
תהליך הזנת גז מורכב: יש לקחת אמצעי זהירות מיוחדים בעת הכנסת המימן לתוך הגנרטור כדי למנוע יצירת ערבוביות נפצות. בשימוש בשתי שיטות נפוצות:
החלפת גז: ראשית, האוויר בתוך הגנרטור מוחלף בדו תחמוצת הפחמן (CO2), ולאחר מכן המימן מוכנס. תהליך שלבים זה מבטיח שהטווח הנפוץ של ערבוביות מימן-אוויר מימנע.
פומפינג תחת לחץ נמוך: יחידה הגנרטור מפוגמת עד לחצי חמישית מהלחץ האטמוספרי לפני שהמימן מוכנס. זה מפחית את הנוכחות של האוויר ומפחית את הסיכון לתגובה נפוצה במהלך הכנסת המימן.
דרישות קירור נוספות: כדי להוציא חום מהמימן בצורה יעילה, יש להתקין בתוך המכל של הגנרטור קוי קירור המכיל שמן או מים. קוי אלה חיוניים לקיום הטמפרטורה הנכונה של המימן תוך שהוא זורם דרך המכשיר.
מגבלות קיבולת: למרות היתרונות הרבים, הקרנה באמצעות מימן אינה מספיקה לגנרטורים גדולים עם קיבולת של מעל 500 MW. החום שנוצר על ידי מכונות חזקות אלו דורש פתרונות קירור מתקדמים יותר, כגון קירור ישיר במים, כדי להבטיח פעולה אמינה.
פרטי פעולה
כדי למנוע היווצרות ערבוביות נפצות של מימן-אוויר, גז המימן בתוך הגנרטור נשמר בלחץ גבוה יותר מהלחץ האטמוספרי. לחץ חיובי זה מונע חדירה פנימית של אוויר, שיכול לקלקל את המימן וליצור מצב מסוכן. קירור באמצעות מימן בלחצים של 1, 2 ו-3 פעמים הלחץ האטמוספרי יכול להגדיל את הדירוג של הגנרטור ב-15%, 30% ו-40% בהתאמה, לעומת הדירוג שלו עם קירור אוויר.
מערכות קירור מימן דורשות מערכת סירקולציה מלאה ונעילה יעילה. גלנדים מחויטים בשמן מותקנים בין הציר למכל. גלנדים אלה משחקים תפקיד קריטי בהימנעות מדליפות מימן והכנסה של אוויר. מאחר והשמן בגלנדים מתפזר גם המימן השוקע וגם האוויר הנכנס, הוא צריך להיות מנקה באופן קבוע כדי לשמור על יעילותו.
גז המימן מתגלגל דרך הרוטור והסטטור של הגנרטור באמצעות מערביים ומערכות מפוח. לאחר מעבר דרך רכיבי הגנרטור, המימן החם מכוון מעל קוי קירור ממוקמים בתוך המכל. קוי אלה, שהם יכולים להכיל שמן או מים, מכסים את החום מהמימן, מקנים אותו לפני שהוא מתגלגל מחדש דרך הגנרטור.
בסך הכל, הקרנה באמצעות מימן מציעה מספר יתרונות משמעותיים מול קירור אוויר, כולל יעילות קירור משופרת, ביצועי מכונה משופרים וחיים ארוכים יותר למבודדים. עם זאת, זה מגיע גם עם אתגרים ומגבלות משלה שצריכים לנהל בזהירות כדי להבטיח פעולה בטוחה ואמינה של הגנרטור.
