Hidrogeno hlađenje sinhronog generatora

Hidrogeno hlađenje sinhronih generatora

Hidrogen se koristi kao hladilo unutar oplenjaka generatora zbog svojih izvanrednih hladilnih osobina. Međutim, važno je napomenuti da određene mešavine hidrogena i zraka mogu biti vrlo eksplozivne. Eksplozivna reakcija može nastati kada mešavina hidrogena i zraka sadrži između 6% hidrogena i 94% zraka do 71% hidrogena i 29% zraka. Mešavine sa više od 71% hidrogena nisu gorive. U praktičnim primenama, omjer od 9:1 hidrogena prema zraku često se koristi u veoma velikim turbo-generatorima.

Ključni aspekti hidrogenog hlađenja

Prednosti nad hlađenjem zrakom

• Poboljšana performansa hlađenja: Hidrogen ima znatno veću toplinsku provodljivost u usporedbi sa zrakom. Ima 1,5 puta veću sposobnost prenosa toplote od zraka, što omogućava brže hlađenje komponenti generatora. Ova brza disipacija toplote pomaže u održavanju optimalnih radnih temperatura i smanjuje rizik od prehladnjenja.

• Poboljšani gubitci od strujanja, efikasnost i smanjen šum: Na istoj temperaturi i pritisku, gustoća hidrogena je otprilike 1/14 gustoće zraka. Kada rotirajući delovi generatora rade u ovom okruženju sa niskom gustinom hidrogena, gubitci od strujanja su minimalni. Kao rezultat, ukupna efikasnost mašine se povećava, a šum generisan tijekom rada se smanjuje, što dovodi do efikasnijeg i tiheg generatora.

• Prevencija korone: Kada se zrak koristi kao hladilo, može doći do koronarnog iskraživanja unutar generatora. Ovo iskraživanje proizvodi spojeve poput ozona, oksida dušika i aзotne kiseline, koji mogu teško oštetiti izolaciju generatora. U suprotnom, hidrogeno hlađenje efektivno sprečava koronarni efekt, time produžujući vreme trajanja izolacije i smanjujući potrebu za čestim održavanjem i zamjenom.

Ograničenja

• Skupa konstrukcija: Hidrogeno hlađeni alternatori zahtevaju skuplje rampe. To je posljedica potrebe za implementacijom eksplozivno - doktrinskih konstrukcija i gasnotajnih sigurnosnih presednjaka da bi se spriječile curenja hidrogena i potencijalne eksplozije. Ovi dodatni sigurnosni elementi dodaju ukupnu troškovnu vrijednost generatora.

• Kompleksan proces upuštanja gasa: Posebne predostrožnosti moraju biti poduzete prilikom upuštanja hidrogena u alternator kako bi se izbegle eksplozivne mešavine. Dva uobičajena metoda su:

• Zamjena gasa: Prvo se zrak unutar alternatora zamjenjuje ugljičnim dioksidom (CO2), a zatim se upušta hidrogen. Ovaj postupak korak po korak osigurava da se izbegne eksplozivni opseg mešavina hidrogena i zraka.

• Vakuum pumpiranje: Jedinka alternatora se evakuira na 1/5 atmosferskog pritiska prije upuštanja hidrogena. To smanjuje prisutnost zraka i minimizira rizik od eksplozivne reakcije tijekom upuštanja hidrogena.

• Dodatni hladilni zahtjevi: Da bi se učinkovito izvlačila toplota iz hidrogena, unutar oplenjaka generatora moraju biti instalirane hladne bobine koje nose ulje ili vodu. Ove bobine su neophodne za održavanje pravilne temperature hidrogena tijekom njegovog cirkuliranja kroz mašinu.

• Ograničenja kapaciteta: Unatoč svim svojim prednostima, hidrogeno hlađenje nije dovoljno za velike alternatore sa kapacitetom preko 500 MW. Toplota generisana tim visokosnopnim mašinama zahtijeva naprednije hladilne rješenja, poput direktnog vodeno hlađenja, kako bi se osigurala pouzdana operacija.

Operativni detalji

Da bi se spriječilo formiranje eksplozivnih mešavina hidrogena i zraka, hidrogen unutar generatora održava se pod pritiskom većim od atmosferskog pritiska. Taj pozitivni pritisak sprečava unutrašnje curenje zraka, što bi moglo kontaminirati hidrogen i stvoriti opasnu situaciju. Hidrogeno hlađenje na pritiscima 1, 2 i 3 puta većim od atmosferskog pritiska može povećati ocjenu generatora za 15%, 30% i 40% redom, u usporedbi sa ocjenom hlađenog zrakom.

Sustavi hidrogenog hlađenja zahtijevaju potpuno zatvoreni i učinkovit cirkulacijski sustav. Posebne mazninsko-zatvorene presednice su instalirane između valjka i oplenjaka. Ove presednice igraju ključnu ulogu u sprečavanju curenja hidrogena i ulaska zraka. Budući da maznino u tim presednicama apsorbira i curenje hidrogena i dolazak zraka, mora se redovito čistiti kako bi se održala njegova učinkovitost.

Hidrogen se cirkulira kroz rotor i stator generatora pomoću ventilatora i fanova. Nakon prolaska kroz komponente generatora, zagrijani hidrogen se usmerava preko hladnih bobina smještenih unutar oplenjaka. Ove bobine, koje mogu biti ispune uljem ili vodom, apsorbiraju toplotu iz hidrogena, hlađeći ga prije nego što se ponovo cirkulira kroz generator.

Ukupno, hidrogeno hlađenje nudi nekoliko značajnih prednosti nad hlađenjem zrakom, uključujući poboljšanu efikasnost hlađenja, poboljšanu performansu mašine i produženo vreme trajanja izolacije. Međutim, to donosi i svoje izazove i ograničenja koje treba pažljivo upravljati kako bi se osigurala sigurna i pouzdarna operacija generatora.