Làm Mát bằng Hydrogen cho Máy Phát Đồng Bộ

Làm Mát Bằng Hydro trong Máy Phát Điện Đồng Bộ

Khí hydro được sử dụng làm chất làm mát bên trong vỏ máy phát điện nhờ vào tính năng làm mát xuất sắc của nó. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng một số hỗn hợp của hydro và không khí có thể rất dễ nổ. Phản ứng nổ có thể xảy ra khi hỗn hợp hydro - không khí chứa từ 6% hydro và 94% không khí đến 71% hydro và 29% không khí. Hỗn hợp có hơn 71% hydro là không cháy được. Trong ứng dụng thực tế, tỷ lệ 9:1 giữa hydro và không khí thường được sử dụng trong các tua-bin - máy phát điện lớn.

Các Khía Cạnh Chính của Làm Mát Bằng Hydro

Ưu Điểm so với Làm Mát Bằng Không Khí

• Hiệu Suất Làm Mát Tăng Cường: Khí hydro có khả năng dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với không khí. Nó có khả năng truyền nhiệt gấp 1,5 lần so với không khí, giúp làm mát các bộ phận của máy phát điện nhanh hơn. Việc tản nhiệt nhanh này giúp duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu và giảm nguy cơ quá nhiệt.

• Cải Thiện Mất Mất Công Do Lực Cản, Hiệu Suất và Giảm Tiếng Ồn: Tại cùng nhiệt độ và áp suất, mật độ của hydro khoảng 1/14 so với không khí. Khi các bộ phận quay của máy phát điện hoạt động trong môi trường khí hydro có mật độ thấp, mất công do lực cản được giảm thiểu. Kết quả là, hiệu suất tổng thể của máy tăng lên, và tiếng ồn tạo ra trong quá trình hoạt động được giảm, dẫn đến máy phát điện hiệu quả và yên tĩnh hơn.

• Ngăn Ngừa Hiệu Ứng Corona: Khi không khí được sử dụng làm chất làm mát, hiện tượng phóng điện corona có thể xảy ra bên trong máy phát điện. Hiện tượng này tạo ra các chất như ozone, oxit nitơ và axit nitric, có thể gây hư hại nghiêm trọng cho lớp cách điện của máy phát điện. Trái lại, làm mát bằng hydro ngăn chặn hiệu quả hiện tượng corona, từ đó kéo dài tuổi thọ của lớp cách điện và giảm nhu cầu bảo dưỡng và thay thế thường xuyên.

Hạn Chế

• Chi Phí Xây Dựng Cao: Các máy phát điện làm mát bằng hydro yêu cầu khung máy đắt tiền hơn. Điều này là do cần phải thực hiện kết cấu chống nổ và gioăng trục kín khí để ngăn chặn rò rỉ hydro và nguy cơ nổ. Những tính năng an toàn bổ sung này làm tăng chi phí sản xuất tổng thể của máy phát điện.

• Quá Trình Nhập Khí Phức Tạp: Cần phải thực hiện các biện pháp đặc biệt khi đưa hydro vào máy phát điện để tránh tạo ra hỗn hợp dễ nổ. Hai phương pháp phổ biến được sử dụng:

• Thay Thế Khí: Đầu tiên, không khí bên trong máy phát điện được thay thế bằng dioxide cacbon (CO2), sau đó mới đưa hydro vào. Quá trình từng bước này đảm bảo tránh được phạm vi nổ của hỗn hợp hydro - không khí.

• Bơm Hút Chân Không: Đơn vị máy phát điện được hút chân không xuống 1/5 áp suất khí quyển trước khi đưa hydro vào. Điều này giảm sự có mặt của không khí và giảm thiểu nguy cơ phản ứng nổ trong quá trình đưa hydro vào.

• Yêu Cầu Làm Mát Thêm: Để hiệu quả lấy nhiệt từ hydro, các cuộn dây làm mát mang dầu hoặc nước phải được lắp đặt bên trong vỏ máy phát điện. Các cuộn dây này là thiết yếu để duy trì nhiệt độ thích hợp của hydro khi nó tuần hoàn qua máy.

• Giới Hạn Công Suất: Mặc dù có nhiều ưu điểm, làm mát bằng hydro không đủ cho các máy phát điện lớn có công suất vượt quá 500 MW. Nhiệt sinh ra bởi các máy có công suất cao này đòi hỏi các giải pháp làm mát tiên tiến hơn, chẳng hạn như làm mát trực tiếp bằng nước, để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy.

Chi Tiết Hoạt Động

Để ngăn ngừa việc hình thành các hỗn hợp hydro - không khí dễ nổ, khí hydro bên trong máy phát điện được duy trì ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển. Áp suất dương này ngăn chặn sự xâm nhập của không khí, có thể làm ô nhiễm hydro và tạo ra tình huống nguy hiểm. Làm mát bằng hydro ở áp suất 1, 2 và 3 lần áp suất khí quyển có thể tăng công suất định mức của máy phát điện lên 15%, 30% và 40% tương ứng so với công suất định mức khi làm mát bằng không khí.

Hệ thống làm mát bằng hydro yêu cầu hệ thống tuần hoàn hoàn toàn kín và hiệu quả. Các khớp nối kín bằng dầu được lắp đặt giữa trục và vỏ máy. Các khớp nối này đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn rò rỉ hydro và xâm nhập của không khí. Vì dầu trong các khớp nối này hấp thụ cả hydro rò rỉ và không khí xâm nhập, nên cần phải làm sạch định kỳ để duy trì hiệu quả của nó.

Khí hydro được tuần hoàn qua rotor và stator của máy phát điện bằng cách sử dụng quạt và cánh quạt. Sau khi đi qua các bộ phận của máy phát điện, hydro đã được làm nóng được hướng đến các cuộn dây làm mát nằm bên trong vỏ máy. Các cuộn dây, có thể chứa dầu hoặc nước, hấp thụ nhiệt từ hydro, làm lạnh nó trước khi nó được tuần hoàn trở lại qua máy phát điện.

Tổng thể, làm mát bằng hydro mang lại nhiều lợi ích đáng kể so với làm mát bằng không khí, bao gồm hiệu suất làm mát cải thiện, hiệu suất máy tăng cường và tuổi thọ cách điện kéo dài. Tuy nhiên, nó cũng đi kèm với những thách thức và hạn chế riêng cần được quản lý cẩn thận để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy của máy phát điện.