Jeotermal Enerji Santrali Transformatörleri: H2S Aşınması, Sürekli Yük ve Uzak Yerler İçin Özellik Belirtme

Rift Vadisi’ndeki bir jeotermal operatör, 18 aylık hizmetten sonra bize 12 MVA’lık bir yükseltici ünite gönderdi. Elektriksel olarak hiçbir şey arızalanmamıştı. Arızalanan şey boya oldu: radyatör bankasında tank kaplaması çelik yüzeye kadar kabarmış, bakır buşing cıvataları yeşil-siyaha dönmüş ve nefes alıcıdaki silika jeli devreye girdikten haftalar içinde koyulaşmıştı. Suçlu, jeotermal sahanın sondaj yapılmasını değerli kılan aynı gaz olan hidrojen sülfürdü; bu gaz, üzerine monte edilen her şeyi yok eder.

Cihaz doğru şekilde derecelendirilmiştir. Ancak doğru şekilde belirtilmemiştir. Bu fark, bir jeotermal enerji santrali transformatörünün sizin için yirmi beş yıl boyunca temel yük hizmeti verip vermediğini ya da ilk büyük arıza anında çıkarılıp çıkarılmayacağını belirler.

 

 

Neden Jeotermal Enerji, Güneş veya Rüzgâr Enerjisinden Daha Zor Bir İşlev Yüküdür

ABD Enerji Bakanlığı, jeotermali yaklaşık %90'luk bir kapasite Faktörü kullanım faktörüne sahip temel yük gücü olarak tanımlar; bu da jeotermal santralin, rüzgâr ve güneş gibi kesintili kaynakları dengelemek amacıyla neredeyse sürekli maksimum çıktıda çalıştığını ifade eder. Bu tek sayı, transformatörün işlev yükünü yeniden şekillendirir. Tam açıklamayı DOE Jeotermal Ofisi sitesinde .

Okuyabilirsiniz. Bir transformatör, tepe yük nedeniyle yaşlanmaz. Sıcaklıkta geçirilen süre nedeniyle yaşlanır. Bir güneş çiftliğindeki bir cihaz öğleden sonra yoğun bir çalışma yapar ve soğumak için uzun, serin bir geceye sahiptir. Bir jeotermal cihaz ise asla bu iyileşme dönemini yaşamaz. Gece boyu, hafta sonları boyunca ve santralin tüm işletme ömrü boyunca sürekli olarak nominal yükün yakınlarında kalır.

Aşağıdaki tablo, aynı kVA değerinin üç farklı teknik özellik anlamına gelmesinin nedenini göstermektedir:

Bitki Türü	Kapasite Faktörü	Trafo yük profili	Yönetici Gerilme
Güneş enerjisi	20% - 25%	Günlük yükseliş, gece boyu durma	Isıl çevrim, inverterlerden kaynaklanan harmonikler
Rüzgar	%30 – %45	Aralıklı, yüksek değişkenlik gösteren	Çevrimli çalışma, yükten kaynaklanan harmonikler
Jeotermal	yaklaşık %90	Yaklaşık nominal yükte, 24 saat/7 gün	Sürekli sargı sıcak noktası, H2S aşınması, uzak konumda erişim

 

H2S: Nadiren Teknik Özellik Tablosunda Yer Alan Arıza Modu

Hidrojen sülfür, birkaç ppm’den birkaç yüzlüye kadar değişen konsantrasyonlarda jeotermal buhar ve tuzlu suda bulunur. Bu düzeylerde yangın riski oluşturmaz; işte bu yüzden satın alma süreçlerinde göz ardı edilir. Asıl sorun, metal çalan bir maddedir. H2S korozyonu bakır ve gümüşü tercihen etkiler; akım yolu boyunca her vida bağlantısı ve kaplama bağlantısında temas direncini artıran sülfür tabakaları oluşturur.

Uygulamada bu, izolatör cıvatalarını, kademe değiştirici kontaklarını, kontrol kablolama bağlantılarını ve terminal kutusu içindeki tüm gümüş kaplamalı bağlantıları kapsar. Sarım izolasyonu mükemmel test sonuçları verirken, kademe değiştirici kontaklarının ünitenin hizmet dışı bırakılmasına neden olduğu jeotermal üniteler açmış bulunmaktayız. Çözüm, malzeme seçimidir: jeotermal siparişlerde kesinlikle gümüş kaplama kullanılmamalıdır; bunun yerine kalaylı bakır veya nikel kaplamalı kontak yüzeyleri tercih edilmelidir ve kontrol dolabı, delikli havalandırma yerine conta ile sıkıca kapatılmalıdır.

Yağ koruma sistemi de aynı derecede önemlidir. Serbest nefes alan bir koruyucu, tankın başlık boşluğu daralırken her gün H2S içeren hava akımını yağ içine çeker. Jeotermal uygulamalar için, hava kurutucusu ile donatılmış bir kapalı nefes alma sistemi veya tamamen hermetik kapalı bir sistem belirtiriz; bu, cihazın nominal değerine izin verildiği ölçüde geçerlidir. yağlı dönüşüm bu tek karar, yağı, izolasyonu ve priz değiştirici kontaklarını aynı anda korur.

 

%90 Kapasite Faktörü İçin Jeotermal Enerji Santrali Trafo Boyutlandırması

Nominal değeri seçmeden önce hesaplamaları yapın. %90'lık bir kapasite Faktörü , jeotermal ünite yılda yaklaşık 7.880 saat yük altında çalışır. %25'lik bir güneş enerjisi santrali ise yılda yaklaşık 2.190 saat yük altında çalışır. Dolayısıyla jeotermal trafo, her yıl sıcaklıkta üç buçuk kat daha fazla saat geçirir ve termal yaşlanma kümülatiftir.

Bu, jeotermal uygulama için 65 K varsayılan değer yerine 55 K sargı sıcaklık artışı teklif etmemizin nedenidir; çoğu dağıtım spesifikasyonu bu değeri içerir. Daha düşük bir tasarım artışı, daha düşük bir sıcak nokta sağlar ve daha düşük bir sıcak nokta, yalıtım ömrünü uzatır. Bu değiş-takas gerçektir: aynı kVA için daha büyük bir çekirdek, daha fazla radyatör alanı ve daha ağır bir tank bekleyin.

Flaş ve ikili tesislerdeki jeneratör yükseltme transformatörleri genellikle 4,16 kV ile 13,8 kV aralığındaki jeneratör voltajını 34,5 kV toplama hattına veya 69 kV ile 138 kV aralığındaki iletim bağlantısına yükseltir. Cihazı, jeneratör MVA’sı artı tesisteki yardımcı yükler – soğutma kuleleri, dolaşım suyu pompaları, vakum sistemleri ve gaz çıkarma sistemleri – üzerinden boyutlandırın; ardından tek bir plaka değeri yerine yük profiline göre derecelendirmeyi doğrulayın. Tesis, buhar açısından zengin dönemlerde plaka değerinin üzerinde çalışmayı planlıyorsa, aşırı yük kapasitesinin IEEE C57.91 yükleme kılavuzuna göre belgelenmesini isteyin; bunu varsaymayın.

 

Soğutma, Kaplama ve Boya Sistemi Spesifikasyonu

Jeotermal sahalar genellikle kıyısal veya volkaniktir; bu nedenle iki korozyon tetikleyicisi bir araya gelir: süreç tarafından üretilen hidrojen sülfür ve deniz havasından kaynaklanan klorür. Kaplama sistemi, bir bitiş detayı değil; bir teknik şartname maddesidir. Teklif talep formunda (RFQ) korozyon şiddeti kategorisini belirtin ve tedarikçiyi bu kategoriye bağlı tutun. ISO 12944-2 ortamların sınıflandırılması c1 ile CX arasındaki kategorileri tanımlar ve alıcılar ile üreticilerin ortak olarak kullandığı bir dil oluşturur; C5-M kategorisi, kıyısal ve deniz ortamına maruziyeti kapsar.

Bir kıyısal jeotermal siparişi için, sıcak daldırma galvanizli ya da kumlama ile temizlenmiş bir alt yüzeye uygulanan, epoksi astar, epoksi ara katman ve poliüretan üst kaplama sistemini, toplam kuru film kalınlığı yaklaşık 320 mikrometre olacak şekilde teklif ederiz. Radyatör kanatları ayrı bir işlem görür: bir jeotermal tesiste kanatlar hem toz hem de sülfür biriktirir ve iç kesimlerde sorunsuz işlev gören ince bir kanat kaplaması, iki sezon içinde yok olabilir. Kanat korozyon korumasını açıkça belirtin.

Soğutma işlemi de ayrıca dikkatle incelenmelidir. Ortam sıcaklığı 40–50 °C iken sürekli olarak nominal yükte çalışan bir ünite, kaybedilebilecek herhangi bir güvenlik payına sahip değildir. Sargı sıcak noktası hesaplamasını 30 °C yerine sahada geçerli olan ortam sıcaklığına göre doğrulayın; ayrıca fan destekli soğutma aşamalarının bağımsız güç kaynaklarıyla sağlanmasını sağlayın, böylece kontrol devresindeki bir arıza ikinci soğutma aşamasının devre dışı kalmasına neden olmaz.

 

Rakım, Deprem Bölgeleri ve Ünitenin Tesise Taşınması

Dünyadaki jeotermal alanların çoğu 1.000 metreden yüksek rakımlarda yer alır: Kenya’daki Olkaria kompleksi, Endonezya’nın bazı bölgeleri ve büyük ölçüde Doğu Afrika Rift bölgesi. İzolasyon dayanımı ve soğutma performansı rakımla birlikte azalır; bu nedenle deniz seviyesinde belirlenen bir ünite, 2.000 metre yükseklikte aynı ünite değildir. İzolasyon seviyesi ve soğutma hesabı için azaltma katsayıları uygulanmalıdır; bu hesaplama, yalnızca bir iddia olarak değil, test raporunda açıkça gösterilmelidir.

Deprem tasarımı, ikinci coğrafi kısıtlamadır. Doğu Afrika Büyük Çatlak Vadisi, İzlanda, Endonezya ve Kaliforniya alanları hepsi aktif deprem bölgelerinde yer alır ve transformatör, trafo merkezindeki en ağır bileşendir. Bu durum, sabitleme tasarımı, taban plakası dayanımı ve şebeke projelerinde IEEE 693’e göre deprem uygunluk testini gerektirir. Genel amaçlı kaynaklı bir kaydırma platformu, deprem tasarımına uygun değildir.

Daha sonra lojistik gelir; bu, elektriksel parametrelerden çok daha sık satın alanları şaşırtır. Jeotermal alanlara genellikle uzun, kötü yüzeylenmiş erişim yollarıyla ulaşılır ve her bir dingilde ağırlık sınırı oldukça dardır. Dört yüz tonluk tam monte bir ünitenin uzak bir alana taşınması çoğu zaman imkânsızdır. Pratik çözüm, parça parça sevk edilebilen bir tasarımdır: yağ boşaltılmış olarak tanker, radyatörler ayrı paletlerde, izolatörler özel kutularda gönderilir ve tork değerleriyle belgelenmiş bir saha montaj sırası uygulanır. Bizim yağla soğutmalı transformatör serimiz uzak üretim projeleri için bu yapıda rutin olarak temin edilir.

 

 

Ryan Electric, Jeotermal Kullanım İçin Bir Üniteyi Nasıl Hazırlar

Her jeotermal siparişi, standart dağıtım ünitesinden farklı bir özellik kontrol listesinden geçer. Malzeme değişiklikleri, alıcının bunları denetleyebilmesi için malzeme listesine kaydedilir: gümüş kaplamalı kontaklar yoktur, yağ koruması mühürlüdür, C5-M kaplama uygulanmıştır, irtifa azaltması doğrulanmıştır, deprem bağlaması belgelenmiştir. Rutin test raporu, daha sonra devreye alınmak üzere gereken soğuk direnç ve oran verilerini içerir; bu veriler, sağlanan gerçek bağlantı konumlarına göre ölçülür.

120.000 metrekarelik bir tesisimizde, 180’den fazla üretim ve test ekipmanı seti ile 37 patentle üretim yapıyoruz; UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ve CE sertifikasyonlarına sahibiz. 2023 yılından beri Ryan Electric, Eaton’un resmi ortak girişimi olarak faaliyet göstermekte; bu ilişki, çalıştığımız belgelendirme standartlarını daha da sıkılaştırmıştır. Yüksek korozyon, yüksek rakım ve uzak bölgelere gönderdiğimiz üniteler, veri merkezleri, şebeke operatörleri ve madencilik müşterileri için tasarladığımız aynı platformdadır ve bunlar, sahanın gerçek koşullarına göre özel olarak belirlenmiştir.

 

Jeotermal Transformatör İçin Teklif Talep Formuna Neler Eklenmeli

Almış olduğumuz çoğu jeotermal teklif talebi (RFQ), gerilim, güç ve empedans değerlerini listeler ve burada durur. Bu üç öğe, bir jeotermal kullanım şartını tanımlamaz. Aşağıdaki yedi girdiyi de eklerseniz, alacağınız teklifler tedarikçiler arasında karşılaştırılabilir olur:

H2S konsantrasyonu. Buhar veya tuzlu su içinde ölçülen ppm değeri ve ayrıca sahanın kıyı bölgesinde olup olmadığı.

Saha çevresel sıcaklığı ve rakımı. Tasarım maksimum çevresel sıcaklığı (°C) ve deniz seviyesinden yükseklik.

Korozyon sınıfı ve kaplama sistemi. ISO 12944-2 sınıfı artı gerekli kuru film kalınlığı.

Yük profili ve kapasite faktörü. Yıllık tahmini yüklü saat sayısı; yalnızca adı üzerindeki kVA değeri değil.

Sargı sıcaklık artışı ve sıcak nokta sınırı. İstenen artışı belirtin ya da tedarikçiden varsayılan değerin gerekçesini isteyin.

Deprem gereksinimi. IEEE 693 uygunluk sertifikasyonu gerekip gerekmediği ya da saha özeline özgü sabitleme kriterlerinin uygulanıp uygulanmadığı.

Taşıma sınırlamaları. Maksimum parça ağırlığı, yol kısıtlamaları ve sahada montaj yapılması gerekip gerekmediği.

 

Bir Sonraki Jeotermal Ünitenin Özelliğini Belirtmeden Önce

Sahadaki verileri – H2S konsantrasyonu, ortam sıcaklığı, rakım, deprem bölgesi ve yük profili – bize gönderin; mühendislik ekibimiz, malzeme değişikliklerini, soğutma hesaplamalarını ve taşıma planını gösteren bir teknik özellik çizelgesiyle size geri dönecektir. Sahada bir radyatör bankasını değiştirmek yerine, boyama sistemiyle ilgili tartışmayı kağıt üzerinde yapmayı tercih ederiz.

Yazar Hakkında: Bu makale, 2007 yılından beri şebeke işletmeleri, veri merkezleri, yenilenebilir enerji üretim tesisleri ve sanayi müşterilerine yönelik döküm reçineli, yağlı ve direk montajlı transformatörler üreten Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers) şirketinin mühendislik ekibi tarafından hazırlanmıştır. Ekip, günlük çalışmalarda IEEE C57 ve IEC 60076 standartlarını uygular ve teknik özellik belirleme, fabrika testleri ve saha devreye alma süreçlerinde geliştiriciler ile EPC müteahhitlerine destek verir.