การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส

การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส

แก๊สไฮโดรเจนถูกใช้เป็นตัวกลางในการระบายความร้อนภายในเคสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเนื่องจากคุณสมบัติในการระบายความร้อนที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม มันสำคัญมากที่จะต้องทราบว่าส่วนผสมบางอย่างของไฮโดรเจนและอากาศสามารถทำให้เกิดการระเบิดได้ การตอบสนองที่ระเบิดอาจเกิดขึ้นเมื่อมีส่วนผสมของไฮโดรเจน - อากาศระหว่าง 6% ไฮโดรเจนและ 94% อากาศ ถึง 71% ไฮโดรเจนและ 29% อากาศ ส่วนผสมที่มีไฮโดรเจนมากกว่า 71% จะไม่สามารถเผาไหม้ได้ ในทางปฏิบัติ สัดส่วน 9:1 ของไฮโดรเจนต่ออากาศมักถูกใช้ในเทอร์โบ-อัลเทอร์เนเตอร์ขนาดใหญ่

ประเด็นสำคัญของการระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจน

ข้อดีเหนือการระบายความร้อนด้วยอากาศ

• ประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ดีขึ้น: แก๊สไฮโดรเจนมีความนำความร้อนสูงกว่าอากาศอย่างมาก มีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนมากกว่าอากาศ 1.5 เท่า ทำให้ชิ้นส่วนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถระบายความร้อนได้เร็วขึ้น ความร้อนที่ระบายออกไปอย่างรวดเร็วนี้ช่วยให้อุณหภูมิการทำงานเหมาะสมและลดความเสี่ยงจากการเกิดความร้อนสูงเกินไป

• การลดแรงลม ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น และการลดเสียง: ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน ความหนาแน่นของไฮโดรเจนประมาณ 1/14 ของอากาศ เมื่อชิ้นส่วนหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานในสภาพแวดล้อมของแก๊สไฮโดรเจนที่มีความหนาแน่นต่ำ ความสูญเสียจากการปะทะของลมจะลดลง ผลลัพธ์คือประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องจักรเพิ่มขึ้น และเสียงที่เกิดขึ้นขณะทำงานลดลง นำไปสู่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพและเงียบสงบมากขึ้น

• การป้องกันการเกิดโคโรนา: เมื่อใช้อากาศเป็นตัวกลางในการระบายความร้อน อาจเกิดการปล่อยประจุโคโรนาภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การปล่อยประจุนี้สร้างสารเช่นโอโซน ออกไซด์ของไนโตรเจน และกรดไนตริก ซึ่งอาจทำลายฉนวนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างรุนแรง ในทางตรงกันข้าม การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนสามารถป้องกันการเกิดโคโรนาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ชีวิตของฉนวนยาวนานขึ้นและลดความจำเป็นในการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนใหม่บ่อยครั้ง

ข้อจำกัด

• การก่อสร้างที่มีค่าใช้จ่ายสูง: อัลเทอร์เนเตอร์ที่ระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนต้องใช้โครงสร้างที่มีราคาแพง นี่เป็นเพราะความจำเป็นในการใช้การก่อสร้างที่ป้องกันการระเบิดและการปิดผนึกแกนที่แน่นหนาเพื่อป้องกันการรั่วไหลของไฮโดรเจนและภาวะการระเบิดที่อาจเกิดขึ้น คุณสมบัติความปลอดภัยเพิ่มเติมนี้เพิ่มค่าใช้จ่ายในการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยรวม

• กระบวนการรับเข้าแก๊สที่ซับซ้อน: ต้องระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อนำไฮโดรเจนเข้าสู่อัลเทอร์เนเตอร์เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างส่วนผสมที่ระเบิดได้มีวิธีการทั่วไปสองวิธี:

• การทดแทนแก๊ส: ก่อนอื่นอากาศภายในอัลเทอร์เนเตอร์จะถูกแทนที่ด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากนั้นจึงนำไฮโดรเจนเข้ามา กระบวนการแบบขั้นตอนนี้ช่วยให้หลีกเลี่ยงช่วงที่ส่วนผสมของไฮโดรเจน-อากาศสามารถระเบิดได้

• การสูบน้ำยาด้วยปั๊มสุญญากาศ: หน่วยอัลเทอร์เนเตอร์จะถูกสูบน้ำยาให้เหลือ 1/5 ของความดันบรรยากาศก่อนที่จะนำไฮโดรเจนเข้ามา นี่ช่วยลดปริมาณอากาศและลดความเสี่ยงของการเกิดการตอบสนองที่ระเบิดระหว่างการนำไฮโดรเจนเข้ามา

• ความต้องการในการระบายความร้อนเพิ่มเติม: เพื่อให้สามารถดึงความร้อนออกจากไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ต้องติดตั้งคอยล์ทำความเย็นที่บรรจุน้ำมันหรือน้ำภายในเคสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า คอยล์เหล่านี้มีความจำเป็นสำหรับการรักษาอุณหภูมิของไฮโดรเจนให้เหมาะสมขณะที่ไหลเวียนผ่านเครื่องจักร

• ข้อจำกัดในความจุ: แม้ว่าจะมีข้อดีมากมาย แต่การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนไม่เพียงพอสำหรับอัลเทอร์เนเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีความจุเกิน 500 MW ความร้อนที่เกิดจากเครื่องจักรพลังงานสูงเหล่านี้ต้องการวิธีการระบายความร้อนที่ทันสมัยมากขึ้น เช่น การระบายความร้อนด้วยน้ำโดยตรง เพื่อให้การดำเนินงานเชื่อถือได้

รายละเอียดการดำเนินงาน

เพื่อป้องกันการเกิดส่วนผสมของไฮโดรเจน-อากาศที่ระเบิดได้ แก๊สไฮโดรเจนภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกควบคุมให้มีความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ ความดันบวกนี้ป้องกันการแทรกซึมของอากาศจากภายนอก ซึ่งอาจทำให้ไฮโดรเจนปนเปื้อนและสร้างสถานการณ์อันตราย การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนที่ความดัน 1, 2, และ 3 เท่าของความดันบรรยากาศสามารถเพิ่มอัตราการใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ 15%, 30%, และ 40% ตามลำดับ เมื่อเทียบกับการระบายความร้อนด้วยอากาศ

ระบบระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนต้องการระบบไหลเวียนที่ปิดสนิทและมีประสิทธิภาพ วงเล็บปิดผนึกด้วยน้ำมันถูกติดตั้งระหว่างแกนและเคส วงเล็บเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการป้องกันการรั่วไหลของไฮโดรเจนและการแทรกซึมของอากาศ เนื่องจากน้ำมันในวงเล็บเหล่านี้ดูดซับทั้งไฮโดรเจนที่รั่วไหลและอากาศที่เข้ามา จึงต้องทำความสะอาดอย่างสม่ำเสมอเพื่อรักษาประสิทธิภาพ

แก๊สไฮโดรเจนถูกไหลเวียนผ่านโรเตอร์และสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้พัดลมและแฟน หลังจากผ่านชิ้นส่วนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไฮโดรเจนที่ถูกทำให้ร้อนจะถูกส่งผ่านคอยล์ทำความเย็นที่ตั้งอยู่ภายในเคส คอยล์เหล่านี้ซึ่งสามารถบรรจุน้ำมันหรือน้ำ ดูดซับความร้อนจากไฮโดรเจน ทำให้เย็นลงก่อนที่จะไหลเวียนกลับเข้าสู่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

โดยรวมแล้ว การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนนำเสนอประโยชน์หลายอย่างเหนือการระบายความร้อนด้วยอากาศ รวมถึงประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ดีขึ้น ประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ดีขึ้น และอายุการใช้งานของฉนวนที่ยาวนานขึ้น อย่างไรก็ตาม มันยังมาพร้อมกับความท้าทายและข้อจำกัดที่ต้องจัดการอย่างระมัดระวังเพื่อให้การดำเนินงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าปลอดภัยและเชื่อถือได้