Трансформатори за геотермални електроцентрали: спецификации за корозия от H2S, постоянна натовареност и отдалечени обекти

Оператор на геотермална електроцентрала в Долината на разлома ни изпрати обратно за инспекция 12 MVA повишаващ трансформатор след осемнадесет месеца експлоатация. Нищо не беше повредено електрически. Повредена беше само боята: покритието на резервоара беше напукано до голата стомана по цялата дължина на радиаторната банка, медните контактни болтове бяха почернели и зеленикави, а силикагелът във въздухопречиствателя беше потъмнял още в първите седмици след пускането в експлоатация. Виновникът беше водородният сулфид — същият газ, който прави геотермалното поле стойностно за пробиване, но който унищожава всичко, закрепено към него.

Устройството е правилно класифицирано. То не е правилно специфицирано. Тази разлика определя дали един трансформатор за геотермална електроцентрала ще ви осигури двадесет и пет години базова енергийна услуга или ще бъде изваден при първата сериозна авария.

 

 

Защо геотермалната енергия е по-тежък режим на работа в сравнение със слънчевата или вятърната

Министерството на енергетиката на САЩ описва геотермалната енергия като базова енергийна мощност с коефициент на вместимост коефициент на използване от около 90 %, което означава, че геотермалната централа работи почти непрекъснато при максимална мощност, докато балансира променливите ресурси като вятърната и слънчевата енергия. Това единствено число преобразява режима на работа на трансформатора. Пълното описание може да се прочете на уебсайта на Канцеларията по геотермална енергия към Министерството на енергетиката .

Трансформаторът не остарява поради върховата товарна мощност. Той остарява поради времето, прекарано при висока температура. Устройство на слънчева ферма получава интензивна товарна нагрузка следобед и продължителна, хладна нощ за възстановяване. Геотермалното устройство никога не получава такъв период за възстановяване. То работи почти постоянно близо до номиналната си мощност — през нощта, през уикендите и през целия експлоатационен живот на централата.

Таблицата по-долу показва защо една и съща kVA класификация означава три различни спецификации:

Вид растение	Коефициент на вместимост	Режим на натоварване на трансформатора	Доминиращо напрежение
Слънчеви фотоволтаични системи	20% - 25%	Дневно увеличение, бездействие през нощта	Топлинно циклиране, хармоници от инвертори
Вятър	30% – 45%	Прекъсващо, силно променливо	Циклиране, хармоници, генерирани от натоварването
Геотермална енергия	около 90%	Близо до номиналното натоварване, 24/7	Устойчиво горещо петно в намотките, корозия от H2S, достъп до отдалечени места

 

H2S: Режимът на повреда, който рядко се появява в техническата документация

Сероводородът се среща в геотермалната пара и разтвора при концентрации от няколко части на милион до няколкостотин. На тези нива той не представлява риск от пожар, което е точно причината да се пренебрегва при поръчките. Това, което всъщност е, е „крадец на метали“. Корозия от H2S поразява предимно медта и среброто, образувайки сулфидни филми, които увеличават контактното съпротивление на всеки болтов и галванизиран контакт по пътя на тока.

На практика това означава изолационни шпилки, контакти на превключвател за стъпенуване на напрежението, завършвания на контролни кабели и всеки сребърно галванизиран контакт вътре в клемната кутия. Отворили сме геотермални агрегати, при които изолацията на намотките е била безупречна, но именно контактите на превключвателя за стъпенуване на напрежението са били причината агрегатът да бъде изваден от експлоатация. Решението е в избора на материали: избягвайте напълно сребърното галванизиране за геотермални поръчки, заменете го с оловно-медни или никелово галванизирани контактни повърхности и уплътнете контролния шкаф с уплътнителна лента вместо с вентилационна решетка.

Системата за запазване на маслото има същото значение. Консерватор със свободно дишане всеки ден вкарва в маслото въздух, наситен с H2S, когато обемът над повърхността на маслото в резервоара намалява. За геотермални условия ние предвиждаме герметичен вентил с въздушен осушител или напълно херметична конструкция, когато номиналната мощност позволява това. маслен трансформатор това единствено решение едновременно защитава маслото, изолацията и контактите на превключвателя за регулиране на напрежението.

 

Избор на трансформатор за геотермална електроцентрала с коефициент на използване 90 %

Изпълнете изчисленията, преди да изберете номиналната мощност. При 90 % коефициент на вместимост , геотермалната единица натрупва приблизително 7 880 часа под натоварване годишно. Слънчева електроцентрала с коефициент 25 % натрупва около 2 190 часа. Следователно трансформаторът за геотермална енергия работи при температура около три и половина пъти по-дълго всяка година, а термичното остаряване е натрупващо.

Това е причината да посочваме повишаване на температурата на намотките от 55 K за геотермални условия, вместо стандартното повишаване от 65 K, което повечето разпределителни спецификации предвиждат. По-ниско проектирано повишаване осигурява по-ниска температура в най-горещата точка, а по-ниска температура в най-горещата точка удължава живота на изолацията. Компромисът е реален: очаквайте по-голямо ядро, по-голяма площ на радиатора и по-тежък резервоар за същата kVA стойност.

Трансформаторите за повишаване на напрежението на генераторите във флаш- и бинарни централи обикновено повишават генераторното напрежение в диапазона от 4,16 kV до 13,8 kV до 34,5 kV колекторно напрежение или до 69 kV–138 kV преносно напрежение. Размерът на уреда се определя въз основа на MVA на генератора плюс паразитната товарна мощност на централата – охладителни кули, циркулационни водни помпи, вакуумни системи и системи за екстракция на газове; след това потвърдете номиналната мощност спрямо профила на товара, а не спрямо единична номинална стойност. Ако централата ще работи над номиналната мощност по време на периоди с високо съдържание на пара, поискайте способността за претоварване да бъде документирана според IEEE C57.91 Ръководството за товарене, а не да се приема по подразбиране.

 

Охлаждане, покрития и спецификация на бояджийската система

Геотермалните обекти често са крайбрежни или вулканични, поради което се натрупват два фактора, предизвикващи корозия: водороден сулфид от технологичната страна и въздух, наситен с хлориди, от морската страна. Системата за покритие е спецификационен елемент, а не детайл за завършване. Посочете категорията на корозивност в заявката за цитиране на цена и задържайте доставчика отговорен за нея. Класификацията на среди според ISO 12944-2 определя категориите C1 до CX и е общият език, на който както купувачите, така и производителите могат да работят; C5-M е категорията, която обхваща крайбрежно и морско излагане.

За крайбрежна геотермална поръчка предлагаме система от епоксиден праймър, епоксиден междинен слой и полиуретанов горен слой с обща дебелина на изсъхналото филмово покритие около 320 микрометра, нанесена върху субстрат, потопен в топен цинк или почистен чрез пясъчно пръскане. Радиаторните фина се обработват отделно: в геотермална централа фините събират както прах, така и сулфиди, а тънкото финово покритие, което е подходящо за вътрешни райони, може да изчезне за два сезона. Явно посочете защитата на фините срещу корозия.

Охлаждането също изисква втори преглед. Агрегат, който работи почти при номиналната си мощност 24/7 при температура на околната среда от 40 до 50 °C, няма резерв. Потвърдете изчислената температура на най-горещата точка на намотките при действителната температура на околната среда на обекта, а не при 30 °C, и проверете дали стадиите на вентилаторно подпомогнато охлаждане са специфицирани с независими захранващи източници, така че повреда в управляващата верига да не доведе до изключване на втория стадий на охлаждане.

 

Надморска височина, сейсмични зони и транспортиране на агрегата до обекта

Много от геотермалните полета по света се намират на надморска височина над 1000 метра: комплексът Олкария в Кения, части от Индонезия и голяма част от Източноафриканския рифт. Устойчивостта на изолацията и ефективността на охлаждането намаляват с увеличаването на надморската височина, поради което агрегат, специфициран за морско равнище, не е същият агрегат на 2000 метра. Трябва да се приложат коефициенти за намаляване на номиналните стойности както за нивото на изолацията, така и за изчислението на охлаждането, а самото изчисление трябва да бъде показано в изпитателния протокол, а не просто декларирано като твърдение.

Сейсмичният дизайн е второто географско ограничение. Полята в Рифт Вали, Исландия, Индонезия и Калифорния са разположени в активни сейсмични зони, а трансформаторът е най-тежкият елемент в подстанцията. Това означава проектиране на крепеж, изчисляване на якостта на основната плоча и, за проекти на електроенергийни компании, съответствие с изискванията за сейсмична устойчивост според IEEE 693. Обикновена заварена платформа не отговаря на изискванията за сейсмичен дизайн.

Следва логистиката, която изненадва купувачите по-често от който и да било електрически параметър. Геотермалните полета обикновено се достигат по дълги, лошо поддържани достъпни пътища с тесни ограничения за тегло на ос. Доставката на напълно сглобен 40-тонен блок до отдалечено поле често е невъзможна. Практичното решение е дизайн, който се транспортира на части: резервоарът се доставя без масло, радиаторите – в отделни дървени опаковки, изолаторите – в специализирани кутии, а последователността за монтаж на място, включително стойностите на моментите за затягане, е документирана. Нашата линейка трансформатори с маслено охлаждане редовно се доставя в тази конфигурация за проекти с отдалечено производство.

 

 

Как Райън Електрик подготвя единица за геотермална употреба

Всеки геотермален поръчка минава през различен списък с технически изисквания в сравнение със стандартна разпределителна единица. Замените на материали се отбелязват в спецификацията на материалите, за да може купувачът да ги провери: без сребърно покрити контакти, запечатана олийна консервация, покритие C5-M, потвърдено намаляване на мощността при височина, документирано сейсмично закрепване. След това протоколът от рутинните изпитания съдържа данните за студена устойчивост и съотношение, необходими за пускане в експлоатация, измерени спрямо действителните тапи, които са доставени.

Ние произвеждаме в производствена площадка с площ 120 000 квадратни метра, оборудвана с повече от 180 комплекта производствено и изпитателно оборудване и притежаваме 37 патента; имаме сертифицирана съответност с UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS и CE. От 2023 г. Ryan Electric действа като официален съвместен предприемач на Eaton, а това партньорство още повече усилва стандарта за документация, който прилагаме. Устройствата, които доставяме за места с висока корозия, на голяма надморска височина и в отдалечени райони, са базирани на същата платформа, която използваме за клиенти от областта на центровете за обработка на данни, енергийния сектор и минното дело, и са проектирани специално според реалните условия на конкретното място.

 

Какво да включите в заявката за цитиране (RFQ) за геотермичен трансформатор

Повечето заявки за цитиране (RFQ), които получаваме за геотермични трансформатори, посочват само напрежение, номинална мощност и импеданс и спират дотук. Тези три параметъра не описват геотермичната употреба. Добавете тези седем допълнителни параметъра, за да гарантирате, че получените оферти ще бъдат сравними между различните доставчици:

Концентрация на H₂S. Измерена в частички на милион (ppm) в пара или разтвор, както и дали местоположението е крайбрежно.

Околната температура и надморската височина на мястото. Проектна максимална околна температура в °C и надморска височина над морското равнище.

Категория на корозивността и системата за покритие. Категория според ISO 12944-2 плюс изискваната дебелина на сухото филмово покритие.

Профил на натоварването и коефициентът на мощност. Очакваният годишен брой часове под натоварване, а не само номиналната мощност в kVA.

Повишението на температурата на намотките и ограничението за най-горещата точка. Посяте повишението, което желаете, или поискайте от доставчика да обоснове стандартната стойност.

Сейсмични изисквания. Дали е задължително съответствие с IEEE 693 или се прилагат конкретни за обекта критерии за крепеж.

Ограничения при транспортиране. Максимална тегловна маса на отделна част, ограничения за пътищата и дали се предвижда сглобяване на място.

 

Преди да определите следващата геотермална единица

Изпратете ни полевите данни — концентрацията на H2S, температурата на околната среда, надморската височина, сейсмичната зона и профила на натоварването — и нашият инженерен екип ще Ви изпрати спецификационен лист, който показва замяната на материали, изчислението за охлаждане и плана за транспортиране. По-скоро бихме спорили за системата за боядисване на хартия, отколкото да заменяме радиаторна банка на място.

За автора: Тази статия е написана от инженерния екип на Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), производител на трансформатори с лито смолено изолиране, с маслено потопяване и монтирани на платформа, обслужващ клиенти от енергийния сектор, центровете за обработка на данни, възобновяемите източници на енергия и промишлеността от 2007 г. Екипът работи ежедневно с изискванията на IEEE C57 и IEC 60076 и подкрепя разработчиците и EPC-изпълнителите по време на специфициране, фабрични изпитания и пускане в експлоатация на обекта.