מהמירים לתחנת כוח גאותרמית: מפרט טכני להגנה מפני קורוזיה של H2S, עומס מתמשך ואתרים מרוחקים

מפעיל תחנת כוח גאותרמית בעמק השבר שלח אלינו מהמר עלייה של 12 MVA לבדיקה לאחר שמונה עשרה חודשים של פעילות. לא אירעה תקלה חשמלית. מה שאירע היה נזק לצבע: ציפוי המיכל התרסק עד לפלדה חשופה לאורך סדרת המבקרים, הברגים הנחושתיים של המניעים הפכו לצבע ירוק-שחור, וה겔 הסיליקה במנוע הנשימה הפך כהה תוך שבועות ספורים מרגע ההפעלה. האשם היה גופרית מימנית (H2S), אותו גז שגורם לשדה גאותרמי להיות ראוי לחפירה – והוא פוגע בכל מה שמחובר אליו.

היחידה הוערכה כראוי. היא לא הוגדרה כראוי. ההבדל הזה קובע האם התמרן של תחנת כוח גאותרמית ייתן לך עשרים וחמש שנות שירות בסיסי או יוסר בתקלה החמורה הראשונה.

 

 

למה גאותרמיה היא משימה קשה יותר מסולארית או רוחנית

המשרד האמריקאי לאנרגיה מתאר גאותרמיה ככוח בסיסי עם גורם קיבולת של כ-90%, כלומר תחנת גאותרמיה פועלת בפליטה מקסימלית כמעט ללא הפסקה, תוך איזון משאבים זורמים כמו רוח וסולארית. המספר היחיד הזה משנה את תפקיד התמרן. ניתן לקרוא את התיאור המלא באתר המשרד לגאותרמיה של משרד האנרגיה .

תמרן לא מזדקן בגלל עומס שיא. הוא מזדקן בגלל זמן בטמפרטורה. יחידה במתחם סולארי עוברת מאמץ קשה אחר הצהריים וليل ארוך וקריר לשיקום. יחידה גאותרמית לעולם לא מקבלת את תקופת השיקום הזו. היא נמצאת קרוב ליכולת הנקוב שלה כל הלילה, בכל סופי השבוע, לאורך כל תקופת הפעולה של התחנה.

הטבלה שלהלן מראה מדוע דירוג kVA זהה פירושו שלושה مواصفות שונות:

סוג צמח	גורם קיבולת	תבנית עומס הטרנספורמטור	המאמץ הדומיננטי
פנלי סולאריים	20% - 25%	עלייה יומית, מנוחה לילה	מחזור חום, הרמוניות מהמרגעים
רוח	30% - 45%	בלתי קבוע, משתנה מאוד	מחזורים, הרמוניות שנוצרות על ידי העומס
גיאותרמי	בערך 90%	קרוב לעומס המדורג, 24/7	נקודת חום מתמשכת במעקף, קורוזיה על ידי H2S, גישה לאתר מרוחק

 

H2S: מצב כשל שנדיר מה שמתועד בדפי المواصفות

גופרית מימנית נמצאת באדים גאותרמיים ובלחמים בריכוזים של כמה חלקים למיליון ועד מאות. היא אינה סיכון לדליקה בריכוזים אלו, וזה בדיוק הסיבה שהיא מוזנחת בתהליך הרכישה. מה שהיא כן, זה גנבת מתכות. קורוזיה על ידי H2S פוגעת במדורה ובכסף באופן מועדף, יוצרת פילמים של סולפידים שמגבירים את התנגדות המגע בכל חיבור מחובר או מצופה לאורך נתיב הזרם.

במונחים מעשיים, זה כולל בולטים של חישוקים, מגעים של מתג מדרגות, סיום של חוטי בקרה וכל חיבור מצופה כסף בתוך קופסת הטרמינלים. פתחנו יחידות גאותרמיות שבהן בדיקת בידוד הכבלי עשתה רושם מושלם, אך המגעים של מתג המדרגות היו הסיבה שהיחידה נאלצה להפסיק לפעול. הפתרון הוא בחירת החומר: יש להימנע לחלוטין מציפוי כסף בהזמנות גאותרמיות, להחליף מגעים מצופים באבץ או ניקל, ולסגור את armario הבקרה באמצעות אטם במקום פתח אוורור עם לוחמים.

מערכת שימור השמן חשובה באותה מידה. מחסן פתוח פועלת על ידי שאיבת אוויר עמוס H2S אל תוך השמן מדי יום כאשר נפח החלל מעל השמן במיכל קטן. עבור ייעוד גאותרמי אנו מציינים נשימה אטומה עם יובש אוויר, או תכנון אטום לחלוטין טרנספורמר שמן כאשר ההספק המרבי מאפשר זאת. החלטה אחת זו מגינה על השמן, על הבידוד ועל מגעי מתג המדרגות בו זמנית.

 

בחירת טרנספורמטור לתחנת כוח גאותרמית לפי מקדם יכולת של 90%

הריצו את החישוב האריתמטי לפני שבוחרים דירוג. ב-90% גורם קיבולת , יחידת גאותרמית מאצימה כ-7,880 שעות טעינה בשנה. תחנת סולארית ב-25% מאצימה כ-2,190 שעות. לפיכך, הטרנספורמר הגאותרמי מבלה כשלושה וחצי פעמים יותר שעות בטמפרטורה כל שנה, וההזדקנות התרמית היא מצטברת.

זוהי הסיבה לכך שאנו מציגים עליית טמפרטורת ליפוף של 55 קלווין עבור ייעוד גאותרמי, במקום עליית הטמפרטורה המרבית הסטנדרטית של 65 קלווין שמתוארת ברוב مواפייציות הפצה. עלייה נמוכה יותר בעיצוב מביאה לעלייה נמוכה יותר בנקודת החום, ועלייה נמוכה יותר בנקודת החום מאריכה את חיי הבידוד. ההחלפה היא אמיתית: צפו בליבת גדולה יותר, שטח רדיאטור גדול יותר ומיכל כבד יותר עבור אותו מספר kVA.

המשנות המגבירות של מתקני הפליטה והמתקנים הבינאריים מעלות בדרך כלל את מתח היוצר, שמתנודד בין 4.16 קילו וולט ל-13.8 קילו וולט, עד למתח איסוף של 34.5 קילו וולט או לחיבור למערכת ההולכה בטווח של 69–138 קילו וולט. יש לקבוע את גודל היחידה על סמך ערך ה-MVA של היוצר בתוספת עומס הפאראזיטי של המתקן – מגדלי הקירור, משאבות המים המסתובבים, מערכות הריקוי והוצאת הגז – ולאחר מכן לאשר את הדירוג מול פרופיל העומס ולא מול מספר אחד בלבד של לוחית השם. אם צפוי שהמתקן יפעל מעל ערך לוחית השם במהלך תקופות עשירות באדים, יש לבקש שהיכולת להעמסה יתרה תיכתב בהתאם להנחיית IEEE C57.91 לעומסים, ולא להניח אותה.

 

קירור, כיסוי ותיעוד מערכת הצבעים

אתרי הגאורמה נמצאים לעיתים קרובות באזור חוף או איזור וולקני, ולכן שני גורמים לקלקול מתנגנים: גופרית מימנית מהצד התהליך, ואוויר עשיר בכלורידים מהצד הימי. מערכת הכיסוי היא פריט תיעוד, לא פרטי גימור. יש לציין את קטגורית הקלקול בהצעת המחירים ולחייב את הספק לעמוד בה. סיווג הסביבות לפי תקן ISO 12944-2 מגדיר את הקטגוריות C1 עד CX ושמשמש כשפה משותפת ללקוחות וליצרנים; קטגוריה C5-M היא הקטגוריה שמכסה חשיפה לחוף וליам.

להזמנה גאותרמית בחוף אנו מציגים הצעת מחיר למערכת סידור אפוקסי, שכבת ביניים אפוקסית וציפוי עליון פוליאוריטן, בעובי כולל של סרט יבש באזור 320 מיקרומטר, המופעל על בסיס צבוע בטחנת חמה או מוכן באמצעות ניקוי בזריקה. כנפי רדיאטור מקבלות טיפול נפרד: בתחנת גאותרמית הכנפיים מאגרות גם אבק וגם גופרית, וציפוי דק על כנף שמתאים לאזור פנימי עלול להיעלם תוך שתי עונות. יש לציין במפורש את הגנה נגד קורוזיה לכנפי הרדיאטור.

גם התהליך של הקירור עצמו דורש בדיקה נוספת. יחידה שפועלת קרוב ליכולתה המרבית 24 שעות ביממה, בסביבה בטמפרטורה של 40–50 מעלות צלזיוס, אינה מחזיקה בשום סיבוב בטחון. יש לאשר את טמפרטורת הנקודה החמה ביותר בכריכה, כפי שחושבה לסביבה המקומית – ולא לסביבה בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס – ולאמת כי שלבי הקירור בעזרת מאווררים נحدדו עם מקורות כוח עצמאיים, כדי שתקלה במעגל הבקרה לא תגרום להפסקת שלב הקירור השני.

 

גובה מעל פני הים, אזורים סיסמיים והגעה ליחידת האספקה לאתר

רבים משדות הגאורם-חמה בעולם נמצאים בגובה של יותר מ־1,000 מטרים: המורכבות אולקאריה בקניה, חלקים מאינדונזיה ורובו של השבר האפריקאי המזרחי. גם עמידות הבדלים וגם יעילות הקירור יורדים עם הגובה, ולכן יחידה שנקבעה לרמה של גובה פני הים אינה זהה לאותה יחידה בגובה של 2,000 מטרים. יש ליישם גורמי הפחתה הן ברמת הבדלים והן בחישוב הקירור, והחישוב חייב להופיע בדוח הבדיקות – ולא להופיע רק כהצהרה.

עיצוב סיסמי הוא האילוץ הגאוגרפי השני. שדות עמק הסדק, איסלנד, אינדונזיה וקליפורניה נמצאים כולם באזורים סיסמיים פעילים, והמשנה הוא הפריט הכבד ביותר בתחנת המשנה. כלומר, יש צורך בעיצוב עוגנים, חוזק של לוח הבסיס, ובמיזמים של חברות החשמל – גם באישור סיסמי לפי תקן IEEE 693. מסגרת ריתוך כללית אינה עיצוב סיסמי.

לאחר מכן מגיע הלוגיסטיקה, אשר מפתיעה את הקונים יותר מאשר כל פרמטר חשמלי אחר. שדות גאותרמיים נגשים בדרך כלל דרך כבישים ארוכים ורעועים עם מגבלות משקל קפדניות על כל ציר. לא תמיד אפשרי לשלוח יחידה מmontаж מלאה במשקל 40 טון לשדה מרוחק. הפתרון המעשי הוא עיצוב הניתן להובלה בחלקים: מיכל המוזמן ללא שמן, מדחסים מופצים בנפרד בארגזים, בושינגס בתוך ארונות מיוחדים, וסדר montaż באתר מומחש במסמך עם ערכי מומנטים. הטווח של המשנות במברשת שמן מסופק באופן קבוע בתצורה זו למיזמים של ייצור מרוחק.

 

 

איך ריאן אלקטריק מכינה יחידה לעבודה גיאותרמית

לכל הזמנה גיאותרמית יש רשימת בדיקות ספציפית שונה מזו של יחידת הפצה סטנדרטית. תחליפים בחומרים נרשמים ברשימת החומרים כדי שיבצע הקונה ביקורת עליהם: ללא מגענים מפלטינום, שימור שמן אטום, ציפוי C5-M, ירידה מאושרת בגובה, עיגון סיסמי מתועד. דוח הבדיקה הסטנדרטי כולל אז את נתוני התנגדות קרה ויחס התחנה הנדרשים להפעלה, שנמדדו על פי מיקומי המגע המסופקים בפועל.

אנו בונים במתקן ששטחו 120,000 מטר רבוע, המצויד ביותר מ-180 סטים של ציוד ייצור ובקרה, ובעל 37 פטנטים. אנו מחזיקים באישורים UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ו-CE. מאז 2023, ריאן אלקטריק פועלת כשותפה רשמית למשותף עם איטון, ויחס זה חיזק את הסטנדרטים התיעודיים שעליהם אנו עובדים. היחידות שאנו שולחים לאתרים בעלי קורוזיה גבוהה, גובה רב או מרוחקים הן אותה פלטפורמה שבנינו עבור לקוחות מרכזי נתונים, חברות חשמל ותעשיות כרייה, ומתואמות לתנאים הספציפיים של האתר.

 

מה לכלול בבקשת הצעת מחיר (RFQ) למתמר גיאותרמי

במרבית בקשות הצעת המחיר הגיאותרמיות שמקבלים מאיתנו מציינים רק מתח, הספק והתנגדות, ועוצרים שם. שלושה פריטים אלו אינם מתארים את דרישות המשימה הגיאותרמית. הוסיפו את שבעת הפריטים הבאים, והצעת המחיר שתתקבל תהיה ניתנת להשוואה בין ספקים:

ריכוז H2S. ה농ות הנמדדת ב־ppm באדים או בברין, וכן האם האתר שוכן לחוף.

הטמפרטורה הסביבתית באתר והגובה שלו. הטמפרטורה הסביבתית המקסימלית לעיצוב, במעלות צלזיוס, והגובה מעל פני הים.

קטגוריית הקורוזיה ומערכת הסידוק. קטגוריית ISO 12944-2 בתוספת עובי סרט יבש נדרש.

פרופיל העומס וגורם היכולת. מספר שעות העבודה המוערך לשנה, לא רק ה־kVA הנקוב.

העליה בטמפרטורת הلفים והגבול לטמפרטורת הנקודה החמה. ציין את העלייה הרצויה, או בקש מהספק לנמק את הערך ברירת המחדל.

דרישות סיסמיות. האם נדרשת אישור לפי IEEE 693 או האם חלים קריטריונים מיוחדים ליציבות באתר.

מגבלות תחבורה. המשקל המרבי של כל חלק, אילוצי הדרך והאם צפוי איסוף באתר.

 

לפני שתקבעו את יחידת הגיאותרמית הבאה

שלחו אלינו את נתוני השדה – ריכוז H2S, טמפרטורת הסביבה, הגובה מעל פני הים, אזור סיסמי ופרופיל העומס – וצוות ההנדסה שלנו יחזיר לכם דף مواصفות המציג את החלפות החומרים, חישוב הקירור ותוכנית ההובלה. אנו מעדיפים להתווכח על מערכת הצבע על נייר מאשר להחליף בנק רדיאטורים בשטח.

על המחבר: מאמר זה נכתב על ידי צוות ההנדסה של Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), יצרנית של טרנספורמטורים מסוג cast resin, oil-immersed ו-pad-mounted, המשרתת לקוחות בתשתיות, מרכזי נתונים, ייצור אנרגיה מתחדשת ולקוחות תעשייתיים מאז 2007. הצוות עובד מדי יום עם דרישות IEEE C57 ו-IEC 60076 ותומך במפתחים ובחברות EPC לאורך תהליך קביעת المواصفות, בדיקות במפעל והפעלת המערכת באתר.