Il dispositivo di raffreddamento del generatore garantisce un funzionamento efficiente e stabile dell'unità
1, La causa principale del riscaldamento del generatore e la necessità di raffreddamento
Il calore generato durante il funzionamento del generatore proviene principalmente da tre tipi di perdite, tra cui le perdite di rame e ferro sono le principali fonti di calore, mentre le perdite meccaniche rappresentano una percentuale relativamente piccola. Insieme, costituiscono la base del carico termico che il sistema di raffreddamento deve far fronte.
La perdita di rame è la principale fonte di calore e rappresenta oltre il 50% della perdita totale. Si riferisce al calore Joule generato dalla resistenza del conduttore quando la corrente passa attraverso i conduttori dell'avvolgimento dello statore e del rotore del generatore. La perdita di potenza è proporzionale al quadrato della corrente e alla resistenza del conduttore. Quando il carico aumenta, la perdita di rame aumenterà in modo significativo. Questo tipo di calore non solo riduce l'efficienza della generazione di energia, ma porta anche direttamente ad un aumento della temperatura degli avvolgimenti, danneggia i materiali isolanti e influisce sulla durata delle apparecchiature.
La perdita di ferro è la seconda fonte di calore più grande e si verifica nei nuclei dello statore e del rotore. È la perdita di energia generata dai nuclei sotto l'azione di campi magnetici alternati, comprendente principalmente la perdita di correnti parassite e la perdita di isteresi. La perdita per correnti parassite è il calore generato dalla corrente anulare indotta quando un campo magnetico alternato passa attraverso il nucleo di ferro. Per ridurre questo tipo di perdite, il nucleo in ferro del generatore è solitamente costituito da sottili lamiere di acciaio al silicio isolate e impilate insieme; La perdita di isteresi si riferisce al calore generato dalla conversione dell'energia consumata dalle forze intermolecolari interne quando la direzione dei domini magnetici nei materiali ferromagnetici cambia con un campo magnetico alternato. La scelta di materiali con elevata permeabilità e bassa coercività può ridurre efficacemente le perdite.
Le perdite meccaniche derivano principalmente dall'attrito e dalla resistenza al vento delle parti mobili interne, compreso l'attrito del cuscinetto, l'attrito da contatto tra il perno e il guscio del cuscinetto e le perdite dovute al vento causate dalla rotazione ad alta-velocità del rotore e dei gas circostanti. Sebbene la proporzione non sia elevata, l'accumulo a lungo-termine può anche esacerbare il riscaldamento delle apparecchiature.
Il danno dell'alta temperatura ai generatori è estremamente significativo: per ogni aumento di 8-10 gradi, la durata dei materiali isolanti si ridurrà della metà; Quando la temperatura supera il punto critico, può causare un rapido invecchiamento, fessurazione e carbonizzazione dei materiali isolanti, con conseguenti guasti da cortocircuito; Allo stesso tempo, un aumento della temperatura aumenterà la resistenza del conduttore, esacerbando ulteriormente la perdita di energia e formando un circolo vizioso di "la perdita di aumento di temperatura aumenta ulteriormente l'aumento di temperatura". Pertanto, un sistema di raffreddamento efficiente e affidabile è la chiave per massimizzare le prestazioni e prolungare la durata di un generatore. Gli studi hanno dimostrato che per ogni diminuzione di 10 gradi della temperatura operativa, la durata prevista del generatore può essere raddoppiata, migliorando al tempo stesso l'efficienza della generazione di energia e prevenendo oltre il 95% dei guasti legati al calore.
2, Principali tipologie e caratteristiche dei refrigeratori per generatori
Con il continuo sviluppo della tecnologia di generazione di energia, i raffreddatori generatori hanno formato vari percorsi tecnici per soddisfare le esigenze di diversa potenza e scenari di gruppi elettrogeni. Tra questi, il raffreddamento ad aria, il raffreddamento ad acqua e il raffreddamento a idrogeno sono i tre tipi principali. Negli ultimi anni, anche le nuove tecnologie composite come il raffreddamento evaporativo e il raffreddamento a cambiamento di fase hanno accelerato la loro penetrazione, mostrando un trend di sviluppo diversificato.
(1) Raffreddatore d'aria: una scelta di base economica e conveniente
I raffreddatori ad aria utilizzano l'aria come mezzo di raffreddamento per rimuovere il calore interno dai generatori attraverso il flusso d'aria. Costituiscono il metodo di raffreddamento più tradizionale e ampiamente utilizzato e attualmente occupano circa il 50% della quota di mercato nei generatori di piccole e medie-dimensioni e nei campi di energia eolica. Sono adatti principalmente per unità di piccole e medie-dimensioni inferiori a 200 MVA. I suoi vantaggi principali risiedono nella struttura semplice, nel basso costo, nell'elevata sicurezza, nella facile manutenzione, nell'assenza di supporti speciali e nella capacità di adattarsi a scenari come ambienti industriali ordinari, fonti di alimentazione di backup e apparecchiature mobili per la generazione di energia.
Secondo il metodo di circolazione dell'aria, il raffreddamento dell'aria può essere suddiviso in due tipi: ventilazione aperta e ventilazione chiusa. La ventilazione aperta aspira direttamente l'aria dall'esterno, fluisce attraverso l'interno del generatore ed è facilmente influenzata dall'ambiente. Polvere e umidità possono penetrare all'interno dell'apparecchiatura ed è necessario installare un filtro sull'ingresso dell'aria; La ventilazione chiusa adotta un flusso d'aria a ciclo chiuso, che può isolare efficacemente le impurità esterne, mantenere pulito l'interno del generatore e ridurre le esigenze di manutenzione. Tuttavia, la struttura è relativamente complessa e i costi e i requisiti di manutenzione sono più elevati.
Anche i limiti dei raffreddatori ad aria sono abbastanza evidenti, con efficienza di raffreddamento relativamente bassa, grande perdita di vento, precisione limitata del controllo della temperatura e rumore elevato durante il funzionamento, che li rendono inadatti per gruppi elettrogeni ad alta-potenza e carico elevato.
(2) Raffreddatore d'acqua: una scelta di fascia media-efficiente e stabile
I refrigeratori d'acqua sfruttano le caratteristiche di elevata capacità termica specifica dell'acqua per rimuovere una grande quantità di calore attraverso la circolazione dell'acqua di raffreddamento, con un'efficienza di raffreddamento molto superiore rispetto al raffreddamento ad aria. Sono adatti principalmente per generatori di medie e grandi dimensioni e attualmente occupano circa il 35% della quota di mercato. Sono ampiamente utilizzati in grandi generatori industriali, unità nucleari e altri scenari. Il suo vantaggio principale è l'elevata efficienza di dissipazione del calore, che può gestire carichi di calore maggiori e aiutare il gruppo elettrogeno a funzionare in sicurezza a densità di potenza più elevate, aumentando significativamente la potenza in uscita per unità di volume.
La chiave di un refrigeratore d'acqua risiede nella sua progettazione a circuito chiuso-, in cui l'acqua di raffreddamento scorre attraverso una tubazione chiusa, scambia calore con i componenti di riscaldamento interni del generatore, quindi viene raffreddata e fatta circolare attraverso una torre di raffreddamento. Questo design non solo fornisce un effetto di raffreddamento stabile, ma evita efficacemente anche danni ai componenti elettrici interni del generatore causati da perdite di acqua di raffreddamento. Tuttavia, la struttura del sistema di raffreddamento ad acqua è complessa e richiede componenti come pompe dell’acqua, radiatori e tubazioni, che comportano rischi di congelamento e corrosione. Ha requisiti elevati per la qualità dell'acqua e richiede un trattamento regolare delle incrostazioni. I costi di manutenzione sono relativamente elevati e in ambienti a bassa-temperatura è necessario adottare misure antigelo.
(3) Raffreddatore a idrogeno: una scelta speciale-efficiente e di fascia alta
I raffreddatori a idrogeno utilizzano l'idrogeno come mezzo di raffreddamento e sfruttano la sua elevata conduttività termica e bassa densità per ottenere un'efficiente dissipazione del calore. Sono adatti principalmente per generatori di grandi e grandissime dimensioni, soprattutto in campi-di fascia alta come l'energia nucleare e l'energia termica di grande capacità. Attualmente la loro quota di mercato è di circa il 15%. La sua efficienza di raffreddamento è estremamente elevata, il che può aumentare significativamente la capacità del generatore, e la bassa densità di idrogeno può ridurre efficacemente la perdita di vento durante la rotazione del rotore, migliorando ulteriormente l'efficienza della generazione di energia.
A causa delle proprietà infiammabili ed esplosive dell'idrogeno, i sistemi di raffreddamento a idrogeno richiedono requisiti di tenuta e sicurezza estremamente elevati, che richiedono il monitoraggio completo della purezza dell'idrogeno, il rilevamento delle perdite, la protezione-antideflagrante e altre apparecchiature. La complessità del sistema e l'investimento iniziale sono molto più elevati rispetto al raffreddamento ad aria e al raffreddamento ad acqua, e anche la difficoltà di manutenzione è maggiore. Viene utilizzato principalmente in grandi centrali elettriche con requisiti estremamente elevati di efficienza di raffreddamento e capacità di generazione di energia.
Sebbene il dispositivo di raffreddamento del generatore non sia il componente generatore principale del gruppo elettrogeno, è la "ancora di salvezza" che garantisce il funzionamento sicuro e stabile dell'unità. Dal tradizionale raffreddamento ad aria all’efficiente raffreddamento a idrogeno e ad acqua, fino alle tecnologie emergenti di raffreddamento composito, lo sviluppo dei refrigeratori è sempre stato in sintonia con il miglioramento della tecnologia di generazione di energia. Non solo svolgono la funzione di base della dissipazione del calore, ma svolgono anche l'importante missione di migliorare l'efficienza della produzione di energia, prolungare la durata delle apparecchiature e promuovere la trasformazione dell'energia verde.
Nell'attuale crescente domanda di elettricità e nel rapido sviluppo dell'energia pulita, l'importanza dei generatori di raffreddamento sta diventando sempre più importante. In futuro, con la continua innovazione tecnologica e il miglioramento industriale, i refrigeratori si svilupperanno verso una maggiore efficienza, intelligenza e rispetto dell'ambiente, fornendo una garanzia più solida per la stabilità e la sostenibilità dell'approvvigionamento energetico globale e aiutando il settore energetico a raggiungere uno sviluppo di alta-qualità.