수소를 이용한 냉각 발전기

수소를 사용하면 고정자와 계자 권선을 OEM 온도 제한 내로 유지하면서 최대 발전량을 달성할 수 있습니다.

에 의해Thomas Ward, 수석 교육 컨설턴트,우리는 에너지 발전

수소는 매우 독특한 원소입니다. 주기율표 1위로 원자량이 1.0보다 약간 높은 이 원소는 색, 냄새, 맛이 없으며, 연소할 때 겉으로 보이는 불꽃도 없습니다. 즉, 당신이 곤경에 처했을 때 당신의 감각은 당신에게 말해주지 않을 것입니다.

그러나 순수 수소는 다양한 이유로 AC 발전기를 냉각하는 데 사용됩니다. 이유를 알아봅시다.

1935년에 위스콘신 주 포트 워싱턴에 있는 새로운 1호기 Allis Chalmers 80MW 발전기는 공냉식이었습니다. 몇 년 후 이 발전소는 발전기 크기를 제외하고 1호기와 동일한 2호기를 시운전했는데, 이는 순수 수소를 사용하여 냉각되었기 때문에 30% 더 작았습니다. 수소는 여러 가지 이유로 대형 발전기의 효율성과 냉각 잠재력을 향상시키는 데 실제로 도움이 되는 새로운 아이디어였습니다.

수소 순도가 4%~75%이면 인화성이 매우 높아집니다. 수소가 주변 대기와 얼마나 쉽게 혼합되는지 고려하면 이는 더욱 위험해집니다. 이는 매우 무거워 고립된 장소에 축적될 수 있는 프로판과 같은 가스와는 다릅니다. 작동 중 항상 최소 90% 순수함을 보장하기 위해 발생기 가스 순도를 지속적으로 모니터링하는 것이 매우 중요합니다. 대부분의 유틸리티는 합리적인 오차 범위를 허용하기 위해 90% 이상의 순도를 유지합니다.

수소가 연소(산화)될 때 눈에 보이는 불꽃을 생성하지 않습니다. 따라서 복사열이 거의 발생하지 않습니다. 이는 복사열이 발생하면 멀리서도 열기를 느낄 수 있어 매우 위험하다. 수소를 사용하면 사람이 불 속으로 바로 걸어 들어가 심각한 화상을 입거나 뜨거운 가스를 흡입할 수 있습니다.

수소의 에너지 함량이 높다는 것은 수소의 반응(폭발)이 동일한 양(질량)의 휘발유에 비해 약 2.5배의 열에너지를 방출한다는 것을 의미합니다. 1937년 힌덴부르크 재해는 정박 중 번개나 정전기에 의해 점화된 경미한 수소 누출의 결과였습니다. 비행선은 약 30초 만에 완전히 파괴되었습니다.

수소 분자는 작기 때문에 누출을 방지하는 것은 사실상 불가능합니다. 작은 분자 크기로 인해 씰 오일 시스템 안팎으로 수소의 지속적인 흐름이 있습니다. 이는 피할 수 없는 일이므로, 오일에서 수소를 지속적으로 방출하거나 "제거"하는 수단을 갖는 것이 중요합니다. 발전기 샤프트 씰 설계는 100% "누출 방지"가 아니므로 적절한 압력과 순도를 유지하려면 정기적으로 가스를 추가해야 합니다. 샤프트 씰에서 약간의 누출이 발생하더라도 대부분의 터빈 및 발전기 영역은 환기가 잘 되어 있어 누출되는 가스가 결코 위험한 농도에 도달하지 않기 때문에 일반적으로 위험이 발생하지 않습니다. 반면, 터빈 데크 아래 부분적으로 설치된 발전기는 실제로 콘크리트 터빈 데크 아래에 수소가 축적될 수 있습니다. 이러한 영역에서는 안전하지 않은 농도에 대해 빈번한(또는 지속적인) 모니터링이 필요합니다.

수소는 건조한 상태로 저장되고, 건조한 상태로 추가되며 약 -140F의 이슬점에서 발생기에서 건조한 상태로 유지됩니다. 가스의 건조함은 공기 중에서 자가 발화를 매우 쉽게 만듭니다. 터빈이 파괴적인 진동이나 과속을 경험하는 심각하고 치명적인 경우, 진동은 즉각적으로 발전기 베어링(터빈 저널 베어링보다 견고성이 떨어짐)으로 전달되어 발전기 수소 씰의 고장을 일으키고 치명적인 결과를 초래합니다.

AC 발전기의 냉각 매체로 수소를 사용하는 것은 원동기의 효율 손실을 최소화하면서 발전기를 시원하게 유지하는 안전하고 효과적인 수단임이 입증되었습니다. 수소를 사용하면 고정자와 계자 권선을 OEM 온도 제한 내로 유지하면서 최대 발전량을 달성할 수 있습니다. 또한, 안전한 작동 및 유지 관리 관행을 따르면 수소 사고를 항상 피할 수 있습니다.