|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 10/2002
Chłodzenie generatorów wodorem Korzystne lecz... niebezpieczne
|
|
|
Podczas pracy generatory wytwarzają duże ilości ciepła rzędu 1-2% wydawanej mocy, które muszą być na bieżąco odprowadzane. W przeciwnym razie następuje niedopuszczalny przyrost temperatury izolacji uzwojeń oraz elementów konstrukcji stojana i wirnika prowadzący do skrócenia żywotności lub nawet awarii maszyny.
|
Wirniki generatorów mniejszych mocy są chłodzone powietrzem, natomiast przy większych mocach (powyżej 100 MW) przyjęto stosowanie bardziej wydajnego czynnika chłodzącego, jakim jest wodór. Wprawdzie konstruktorzy czynią postępy w opanowaniu technologii chłodzenia coraz większych maszyn za pomocą najbardziej dostępnego medium czyli powietrza (pojawiły się prototypy jednostek o mocy 500 MVA), lecz jeszcze długo wodór pozostanie najpowszechniej stosowanym czynnikiem chłodzącym duże generatory elektrowniane.
Jako czynnik chłodzący, wodór góruje nad powietrzem pod względem pojemności cieplnej i znacznie niższej lepkości. Straty wentylacji generatorów chłodzonych wodorem są również mniejsze, dzięki czemu ich sprawność jest wyższa. Z drugiej strony gaz ten stwarza jednak poważne zagrożenia pożarowe i wybuchowe, koszty jego wytwarzania są wysokie, a gospodarka kłopotliwa i obwarowana wieloma rygorystycznymi przepisami.
Poprawa sprawności i obniżenie kosztów konserwacji generatorów nabiera coraz większego znaczenia w warunkach konkurencyjnego rynku energii. Dlatego wiele elektrowni wyposaża swoje maszyny w układy diagnostyki i monitoringu on-line. Zdaniem specjalistów, wczesne wykrycie przegrzewania elementów generatora może skrócić czas naprawy ewentualnego uszkodzenia z kilku miesięcy do 1-2 tygodni.
Podstawowe znaczenie dla prawidłowego chłodzenia generatorów posiada czystość wodoru: niższa czystość tego gazu powoduje wzrost strat wentylacji i - w konsekwencji - obniżenie wytwarzanej mocy. W celu ciągłego pomiaru parametrów wodoru w generatorach, największe elektrownie amerykańskie stosują coraz powszechniej mikroprocesorowy analizator firmy Environmental One Corporation. Analizator mierzy czystość (skład chemiczny) gazów w generatorze we wszystkich stanach pracy maszyny i wszystkich etapach wymiany gazów. W pozostałych elektrowniach pomiary te wykonywane są okresowo przez służbę chemiczną.
Metody badania czystości wodoru są stale udoskonalane. Obok dotychczas stosowanych analizatorów na bazie przewodności cieplnej gazu pojawiły się urządzenia wykorzystujące element drgający. W analizatorze firmy Yokogawa ustrojem pomiarowym jest cylinder zanurzony w próbce gazu z generatora. Okres drgań cylindra jest ściśle uzależniony od jego składu chemicznego. Nowe rozwiązanie analizatora nie wymaga powietrza referencyjnego (odniesienia), wykazuje niewrażliwość na opary oleju, posiada prostszą kalibrację i przede wszystkim zapewnia wyższą dokładność.
Badanie wodoru cyrkulującego w generatorze służy nie tylko zapewnieniu jego optymalnych własności chłodzących. Ciągła kontrola zawartości submikronowych cząstek pozwala ujawnić procesy rozkładu materiałów izolacyjnych zachodzące w podwyższonej temperaturze. Strumień wodoru jest przepuszczany przez komorę jonizacyjną, w której cząstki te stają się nośnikami prądu. Natężenie prądu między elektrodami komory świadczy o intensywności zachodzących procesów degradacji izolacji generatora. Przy przekroczeniu progowego prądu, w układzie pobudza się alarm, a cząstki zostają zatrzymane w filtrze i skierowane do dalszej analizy chemicznej, pozwalającej ustalić źródło problemu.
Ważnym zagadnieniem eksploatacji generatorów jest uzupełnianie ubytków wodoru. Większość amerykańskich elektrowni korzysta z dowozu sprężonego wodoru w butlach lub zbiornikach. Własne wytwórnie tego gazu posiadają w zasadzie tylko oddalone elektrownie. Wzrost zagrożenia terroryzmem podważył przyjęte rozwiązania gospodarki wodorem. Obawy wzbudza m.in. bezpieczeństwo transportu dużych ilości tego wybuchowego i łatwopalnego medium do odbiorców w aglomeracjach miejskich.
Większość elektrowni eksploatuje własne niewielkie instalacje produkcji wodoru w procesie elektrolizy, przy czym wytwarzane ilości są wystarczające jedynie dla uzupełniania ubytków, zaś przy wypełnianiu generatora korzysta się z dowiezionego wodoru. Rozwiązanie takie podyktowane jest względami ekonomicznymi – zakup, transport i rozładunek butli jest kosztowny (łącznie około 100 USD za butlę wodoru). Dlatego obecnie elektrownie inwestują w nowoczesne, wydajne instalacje produkcji wodoru, które w odróżnieniu od tradycyjnych, spotykanych również w Polsce wydzielonych obiektów zwanych „wodorowniami”, stanowią kompaktowe elektrolizery o niewielkich gabarytach (tzw. generatory wodoru). Przykładem takiego urządzenia jest zintegrowany elektrolizer typu HOGEN firmy Proton Energy Systems. Wszystkie układy elektrolizera włącznie z instalacją przygotowania wody, układem zasilania, osuszaczem wodoru i wymiennikiem ciepła są montowane fabrycznie i umieszczone w szczelnej obudowie. Dzięki temu montaż instalacji, która może zostać - z uwagi na wysokie bezpieczeństwo pracy - usytuowana w pobliżu generatorów, jest ułatwiony i szybki. Główną zaletą tego całkowicie zautomatyzowanego, bezobsługowego urządzenia jest niezwykła wręcz czystość wytwarzanego wodoru – 99,999%. Amerykańscy użytkownicy oceniają okres zwrotu nakładów na zakup elektrolizera HOGEN na 3 lata.
Na podstawie: Douglas J. Smith „Adequate Cooling of Generators is Essential” - Power Engineering 8/2002,
|
|
|
|
