مولد مبرد بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات: حل التبريد الأساسي لتوليد طاقة فعال

المبادئ الأساسية وتكوين النظام
يتمحور نظام التبريد للمولد المبرد بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات حول دوران دائري مغلق، مما يحقق التحكم الدقيق في درجة الحرارة من خلال التبادل الحراري الفعال لغاز الهيدروجين. يتكون النظام الشامل من أربعة مكونات رئيسية، والتي تعمل معًا لضمان التشغيل المستقر للمعدات.
1. مبدأ العمل
عندما يتم تشغيل المولد، تقوم مراوح المروحة الموجودة على طرفي الدوار بدفع غاز الهيدروجين للتدوير بطريقة مغلقة داخل الغلاف، ويتدفق عبر قناة الهواء الأساسية للجزء الثابت وفتحات تهوية لف الدوار بالتسلسل، مما يمتص الحرارة الناتجة عن اللف والقلب؛ بعد امتصاص الحرارة، يدخل غاز الهيدروجين الساخن إلى مبرد الهيدروجين، ويتبادل الحرارة مع الماء المتداول داخل الأنبوب، ويبرد، ويعود إلى داخل المولد لإزالة الحرارة بشكل مستمر. يتم التحكم في درجة حرارة ملف الجزء الثابت ضمن نطاق آمن أقل من أو يساوي 90 درجة ودرجة حرارة قلب الحديد أقل من أو يساوي 80 درجة [7]. يحافظ النظام على نقاء الهيدروجين (أكبر من أو يساوي 98%) والضغط (0.3-0.5MPa) من خلال جهاز تجديد الهيدروجين، مما يزيد من تحسين كفاءة التوصيل الحراري.

المزايا الأساسية لتكنولوجيا التبريد بالهيدروجين
بالمقارنة مع حلول تبريد الهواء وتبريد الماء، يتمتع المولد المبرد بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات بمزايا كبيرة من حيث الكفاءة واستهلاك الطاقة والسلامة، وهو مناسب بشكل خاص للاحتياجات التشغيلية لوحدات المولدات الكبيرة والمتوسطة الحجم-.
1. زيادة كفاءة تبديد الحرارة بمقدار 3-5 مرات
تبلغ الموصلية الحرارية للهيدروجين حوالي 7 أضعاف مقارنة بالهواء، كما أنه يتمتع بسيولة قوية. يمكن أن يتغلغل في المساحات الضيقة مثل الفجوات المتعرجة وفتحات قلب الحديد، ويبدد الحرارة بسرعة وبشكل موحد. تحت نفس الحمل، يتم تقليل درجة حرارة اللف بمقدار 30-50 درجة مقارنة بالوحدات المبردة بالهواء، مما يؤدي إلى إطالة عمر العزل بشكل كبير.
2. تقليل استهلاك الطاقة وتحسين كفاءة الوحدة
تبلغ كثافة الهيدروجين 1/14 فقط من الهواء، وتكون مقاومة الرياح صغيرة للغاية أثناء الدوران بسرعة عالية-. يتم تقليل خسائر التهوية والميكانيكية بنسبة 60% -80% مقارنة بالوحدات المبردة بالهواء، مما يمكن أن يزيد من الكفاءة الإجمالية للمولد بنسبة 0.7% -1.0% ويوفر الكثير من تكاليف الكهرباء سنويًا.
3. آمنة وموثوقة، ومناسبة لعملية تحميل عالية
يتمتع الهيدروجين بخصائص كيميائية مستقرة ولا يدعم الاحتراق (يمكن أن ينفجر فقط عند مزجه بالهواء بنسبة 4% -75%). لا ينتج الأوزون تحت تفريغ الهالة ويمكنه حماية العزل؛ في الوقت نفسه، يعتمد النظام هيكلًا مغلقًا بالكامل ومحكم الغلق ونظام زيت مغلق لمنع التسرب بشكل فعال وتلبية متطلبات تشغيل التحميل الكامل على المدى الطويل لوحدة 330 ميجاوات.

النقاط الفنية الرئيسية
1. تصميم التهوية والتبريد
من خلال اعتماد نظام تهوية متعدد التدفق من أربعة إلى خمسة، ينقسم جسم الدوار إلى أربع مناطق مدخل وخمس مناطق مخرج على طول الاتجاه المحوري. يعتمد ملف الدوار التبريد الداخلي بفتحة طحن الفجوة الهوائية والتدفق المائل، ويعتمد الملف النهائي تبريدًا داخليًا طوليًا وعرضيًا بالهيدروجين لضمان تفريغ موحد للحرارة وتجنب ارتفاع درجة الحرارة المحلية [9].
2. الختم ومراقبة السلامة
يستخدم نظام زيت الختم بلاطة إغلاق ذات حلقة تدفق واحدة، والتي تسد الفجوة بين العمود الدوار من خلال فيلم زيت لمنع تسرب غاز الهيدروجين ودخول الهواء؛
تكوين مجفف الهيدروجين لامتصاص الرطوبة من خلال المناخل الجزيئية والتحكم في نقطة ندى الهيدروجين أقل من -20 درجة لمنع العزل من الرطوبة؛
من خلال الجمع بين محلل الهيدروجين النزر وكشف تسرب الماء والصابون، يتم إجراء عمليات فحص منتظمة على الشفاه والصمامات والأغطية الطرفية والنقاط الضعيفة الأخرى للتأكد من أن معدل التسرب يلبي المعايير الوطنية [15].
3. مراقبة النقاء والضغط
يجب الحفاظ على نقاء الهيدروجين عند 95% أو أعلى (يفضل 98%)، وسيقوم النظام بالإنذار تلقائيًا عندما تنخفض النقاء إلى 95%؛ يتم التحكم في ضغط النظام عادةً عند 0.3-0.5MPa، ويمكن لبيئة الضغط العالي أن تزيد من تعزيز التوصيل الحراري لغاز الهيدروجين، وهو مناسب لظروف الحمل العالي بقدرة 330 ميجاوات.

سيناريوهات التطبيق والقيمة
يتم استخدام المولدات المبردة بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات على نطاق واسع في-محطات الطاقة الحرارية الكبيرة، ومشاريع الطاقة الموزعة، ومراكز إمداد الطاقة الإقليمية، وغيرها من السيناريوهات، وهي مناسبة بشكل خاص لوحدات الحمل الأساسية التي تتطلب تشغيل تحميل كامل طويل الأمد-.
1. المعدات الأساسية لوحدات الطاقة الحرارية
باعتبارها المعدات الأساسية لوحدات الطاقة الحرارية بقدرة 330 ميجاوات، يمكن للمولدات المبردة بالهيدروجين التكيف مع احتياجات تبديد الحرارة للوحدات فوق الحرجة وفائقة الحرجة، وتحسين كفاءة توليد الطاقة للوحدات، وتقليل معدل استهلاك الطاقة للمحطة، وتقليل تكاليف الصيانة، مما يساعد وحدات الطاقة الحرارية على تحقيق الحفاظ على الطاقة وخفض الاستهلاك [11].
2. توزيع الطاقة وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ
في مشاريع الطاقة الموزعة، يمكن للمولد المبرد بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات أن يتكيف بمرونة مع مصادر الحرارة المختلفة مثل توربينات الغاز وتوليد طاقة الكتلة الحيوية، ويستجيب بسرعة لتغيرات الأحمال؛ باعتبارها معدات إمداد الطاقة في حالات الطوارئ، فإن تبديد الحرارة الفعال وقدرتها على التشغيل المستقر يمكن أن يضمن الإمداد المستمر بالطاقة الإقليمية في حالة فشل شبكة الطاقة.
3. قيمة الصناعة والفوائد الاقتصادية
تحسين الكفاءة: بالمقارنة مع الوحدات المبردة بالهواء-، زادت كفاءة توليد الطاقة بنسبة 0.7% -1.0%، مع زيادة سنوية تبلغ حوالي 2.3-3.3 مليون كيلووات في الساعة (محسوبة على أساس 7000 ساعة تشغيل سنويًا)؛
تقليل استهلاك الطاقة: يتم تقليل خسائر التهوية بنسبة 60% -80%، مما يوفر أكثر من 1 مليون كيلووات ساعة من كهرباء المصنع سنويًا ويقلل تكاليف التشغيل والصيانة؛
آمن وموثوق: يمكنك تقليل وقت التوقف غير المخطط له الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، وتحسين توافر المعدات، وضمان إمداد طاقة مستقر لنظام الطاقة.

معايير التشغيل والصيانة والسلامة
1. النقاط الرئيسية للصيانة اليومية
المراقبة اليومية لنقاء الهيدروجين والضغط ومعدل التسرب. إذا كان النقاء أقل من 98%، فيجب تجديد الهيدروجين في الوقت المناسب، وإذا كان أقل من 95%، فيجب إيقاف تشغيل الجهاز لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها؛
قم بتنظيف القشور بانتظام داخل أنابيب مبرد الهيدروجين لضمان كفاءة نقل الحرارة، وضبط معدل تدفق ماء التبريد في الوقت المناسب عندما تكون درجة حرارة ماء التبريد غير طبيعية؛
تحقق من جودة الزيت وضغط نظام زيت الختم. يجب أن يكون ضغط زيت الختم أعلى دائمًا بمقدار 0.05-0.1MPa من ضغط الهيدروجين لمنع تمزق طبقة الزيت؛
قم بإجراء الكشف عن تسرب الهيدروجين مرة واحدة كل ربع سنة، باستخدام محلل الهيدروجين التتبع لتغطية النظام بأكمله. عند الإغلاق، يمكن استخدام الماء والصابون للتحقق من عدم وجود تسرب.
2. معايير تشغيل السلامة
يتطلب استبدال الهيدروجين استخدام ثاني أكسيد الكربون ₂ كوسيط وسيط، مع اتباع صارم لعملية "تفريغ الهيدروجين أولاً، ثم شحن الهيدروجين" لمنع انفجار خليط الأكسجين والهيدروجين؛
قم بتركيب جهاز مراقبة تركيز الهيدروجين في غرفة الكمبيوتر، مع حد إنذار أقل من أو يساوي 1% (جزء الحجم)، وسيبدأ تشغيل نظام العادم المرتبط تلقائيًا؛
يجب أن يحمل المشغلون شهادة للعمل، وأن يكونوا على دراية بعملية الاستجابة للطوارئ لأنظمة التبريد بالهيدروجين، وأن يكونوا مجهزين بمعدات السلامة مثل طفايات الحريق والبدلات الواقية الكيميائية.
معايير الصناعة والاتجاهات التكنولوجية
1. معايير الصناعة الأساسية
يجب أن يتوافق تصميم وصيانة وتشغيل مولد مبرد بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات مع المعايير الوطنية والمواصفات الصناعية التالية على منصة الخدمة العامة للمعلومات القياسية الوطنية [14]:
DL/T 1766.4-2021 "إرشادات لصيانة مولد التوربينات البخارية المبردة بالماء والهيدروجين الجزء 4: صيانة نظام تبريد الهيدروجين"
NB/T 25068-2017 الشروط الفنية لنظام الماء وزيت الهيدروجين لمولد محطة الطاقة النووية
"التدابير الخمسة والعشرون لمكافحة الحوادث" الصادرة عن إدارة الطاقة الوطنية (توضيح معيار التعامل مع تسرب الهيدروجين: أقل من أو يساوي 0.3 متر مكعب في اليوم أمر طبيعي، أكبر من أو يساوي 0.3 متر مكعب في اليوم مخطط لإزالة العيوب، وأكبر من أو يساوي 5 متر مكعب في اليوم يتم إيقاف تشغيله على الفور)
2. اتجاهات التطور التكنولوجي
ترقية تكنولوجيا التبريد بالهيدروجين بالكامل: استخدام غاز الهيدروجين بنقاء أكبر من أو يساوي 99.9% كوسيط تبريد للعضو الثابت والدوار والقلب الحديدي، ليحل محل تبريد الهيدروجين المائي التقليدي، ويزيد من تحسين الكفاءة، ويتحكم في تسرب الهيدروجين أقل من 0.5 متر مكعب في اليوم (40% فقط من المعيار الوطني)؛
ابتكار المراقبة والختم الذكي: دمج الذكاء الاصطناعي وتقنية الاستشعار البصري عالية الدقة- لتحقيق مراقبة ذكية في الوقت الفعلي- لتسرب الهيدروجين ونقاوته وضغطه، مع تحسين أجهزة الختم لتقليل مخاطر التسرب [11]؛
تحسين تصميم منخفض الخسارة: باستخدام تقنيات مثل الدعم المرن في نهاية العضو الدوار والدرع المغناطيسي في نهاية الجزء الثابت، يتم تقليل الاهتزاز الميكانيكي والخسائر، ويتم إطالة عمر المعدات.
ملخص
أصبح المولد المبرد بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات، مع مزاياه الأساسية المتمثلة في تبديد الحرارة بكفاءة، واستهلاك منخفض للطاقة، والسلامة العالية، حل تبريد مثالي لوحدات توليد الطاقة بمستوى 330000 كيلووات. إن تصميم النظام العلمي، والتحكم الصارم في السلامة، والقدرة على التكيف على نطاق واسع من التطبيقات لا يمكن أن يلبي فقط -الاحتياجات التشغيلية طويلة المدى لوحدات الطاقة الحرارية الكبيرة ومشاريع الطاقة الموزعة، بل يساعد أيضًا نظام الطاقة على تحقيق الحفاظ على الطاقة، وتقليل الاستهلاك، والسلامة، والاستقرار. مع الابتكار المستمر للتقنيات مثل التبريد الكامل للهيدروجين والمراقبة الذكية، سيُظهر المولد المبرد بالهيدروجين بقدرة 330 ميجاوات آفاق تطبيق أوسع في مجال معدات الطاقة، مما يوفر الدعم الأساسي لتحويل الطاقة العالمية.