امروزه یکی از مهمترین و کاربردی‌ترین تجهیزاتی که برای تامین برق مورد استفاده قرار می‌گیرند، دیزل ژنراتور نامیده می‌شوند. تولید گرما براساس استفاده دیزل ژنراتورها از سوخت‌های فسیلی و گرم شدنشان نیز قابل بحث است. از این رو با پیشرفت تکنولوژی شاهد تولید ژنراتورهای هیدروژن خنک هستیم. ژنراتور هیدروژن خنک، به دلیل سیستم پیشرفته خنک سازی توسط هیدروژن که به وفور یافت می‌شود، طرفداران بسیاری پیدا کرده است. در این مقاله قصد معرفی کامل ژنراتور هیدروژن خنک و تفاوت بازدهی آن نسبت به ژنراتورهای هوا خنک و آب خنک می‌پردازیم.
ژنراتور هیدروژن خنک چیست؟
ژنراتور هیدروژن خنک، همانند سایر ژنراتورهای برق جهت تولید الکتریسیته با بیشترین بازدهی و توان بالا کاربرد دارد. ژنراتور هیدروژن خنک از بابت فرایند تولید برق و نحوه انجام آن با سایر مدل‌های دیزل ژنراتور تفاوتی ندارد. اما از بابت نوع سیستم خنک کنندگی، کاملا پیشرفته‌تر و متفاوت‌تر است. همانطور که می‌دانید هر وسیله برقی برای مصرف برق یا هر تجهیزی که جهت تولید الکتریسیته استفاده می‌شود، محصول جانبی گرما تولید می‌کند. این میزان از گرما بسته به حجم و توان موتور به عنوان قلب تپنده دستگاه، متفاوت است.
هرچه دستگاه مولد جریان برق، بزرگتر باشد، مصرف سوخت و توان تولید برق آن بیشتر است، در عین حال نیز میزان گرمای بیشتری تولید می‌کند. ژنراتوربرق های کوچک با توان کم، میزان گرمای تولیدی کمتری دارند بنابراین برای خنک کردن موتور، مجهز به سیستم هوا خنک هستند. دیزل ژنراتورهای صنعتی با توان‌های بالاتر، برای تولید برق بیشتر موتور قدرتمندتر و بزرگتری دارند که باعث تولید گرمای بیشتر می‌شود. به طوری که سیستم هوا خنک برایشان کارساز نیست. ازاین رو برای ارتقا بازدهی دستگاه از سیستم آب خنک که دارای مایع کولینگ (Cooling) است، استفاده می‌شود.
گروه دیگری از دستگاه‌های مولد برق فوق پیشرفته که کاربردهای فراصنعتی داشته و تعداد محدودی در کشورمان وجود دارند که به آن ها ژنراتور هیدروژن خنک گفته می‌شود. این نوع ژنراتورها برای کارکرد بهینه دستگاه مجهز به سیستم هیدروژن خنک هستند. به این معنی که برای خنک سازی قطعات و موتور، به جای آب یا هوا از هیدروژن به عنوان ماده‌ای که به وفور یافت می‌شود، استفاده می کنند.
جدیدترین ژنراتور هیدروژن خنک
در زمان نگارش این محتوا، طی یک ماه اخیر، جدیدترین ژنراتور هیدروژن خنک با وجود تمامی محدودیت‌های تامین قطعات و هزینه، توسط شرکت ایرانی با تکیه بر فناوری‌های بروز و استانداردهای روز اروپا تولید شد. اولین ژنراتور هیدروژن خنک در ایران، با توان ۳۷۶ مگاوات به صورت دینام طراحی شده است و قابلیت اتصال به توربین برای تولید برق را دارد.
مزایای ژنراتور هیدروژن خنک
- بالاتر بودن راندمان ژنراتور هیدروژن خنک در مقایسه با نمونه های قدیمی.
- سرعت انتقال گرما در ژنراتورهای هیدروژن خنک بالاست.
- ژنراتورهای هیدروژن خنک، کم‌جا تر هستند.
- عملکرد بهینه در دماهای بالا
- پتانسیل بالا جهت تولید برق
معایب ژنراتور هیدروژن خنک
- داشتن هزینه بالا
- نیازمند نگهداری تخصصی
- نیازمند ایمنی بیشتر
- دارای سیستم تخصصی و پیچده
ژنراتور هیدروژن خنک چگونه کار می‌کند؟
شناسایی و خنک سازی دستگاه با سیستم هیدروژن خنک، طی ۶ مرحله کلی انجام می شود.
- مرحله ۱ : تولید حرارت
طی فرایند کار دستگاه، گرمای بیش از حد تولید شده توسط انجام واکنش‌های الحتراق داخلی در قسمت‌های مختلف موتور تجمیع می‌شود.
- مرحله ۲: شناسایی گرما و ایجاد نیاز برای خنک‌سازی
سنسورهای تعبیه شده در نقاط مختلف دستگاه، طی فرایند شناسایی و اندازه‌گیری دمای دستگاه، مانع از افزایش بیش از حد گرما می‌شوند. بنابراین اگر دما افزایش پیدا کند، شناسایی شده و به سیستم منتقل می‌شود.
- مرحله ۳: چرخش سیال خنک کننده
چرخش مایع سیال خنک کننده که شامل هیدروژن است سیال را از طریق پمپ ها به داخل سیستم گردش موتور منتقل می کند. این پمپ ها در ابتدا و انتهای مسیر قرار دارند.
- مرحله ۴: انتقال حرارت
سیال خنک کننده توسط لوله‌ها به مبدل‌های حرارتی منتقل می‌شوند و پس از تبدیل دما و انتقال حرارت از سیال گرم به سرد مجددا به مسیر قبلی حرکت می‌کند. مبدل‌های خنک کننده جریان مایع خنک کننده را به سمت بیرون هدایت کرده و در تماس با هوا و از طریق اختلاف دمایی خنک می‌شود. درصورتی که مایع خنک‌کننده آب باشد، این آب به برج‌های خنک کننده رفته و در این جا به دمای متعادل می‌رسد. مبدل‌های حرارتی هوایی نیز گروهی دیگری از مبدل‌ها هستند که توسط جریان هوا، فرایند خنک سازی را انجام می‌دهد. چرخه خنک سازی با سیال همچنان تکرار می‌شود و این چرخه به صورت متداول دمای دستگاه را پایین نگه داشته و باعث حفظ بازدهی آن می‌شود.
مسیر خنک سازی با هیدروژن
اولین مرحله برای خنک سازی هیدروژن، تزریق هیدروژن به محفظه آن است که جایگزین هوا می‌شود. به دلیل خطرناک بودن گاز هیدروژن، این فرایند با دقت بسیار و کنترل فشار انجام می‌شود.
هیدروژن توسط فن‌های داخلی متصل به روتور در ژنراتور در اطراف سیم پیچ حرکت می‌کند و در تمامی قسمت‌های هسته و سایر بخش ها به گردش درمی‌آید.
هیدروژن در مرحله بعدی به مبدل‌های حرارتی منتقل می‌شود و گرمای آن به خنک کننده آب یا هوا منتقل می‌شود.
مجددا پس از خنک شدن هیدروژن به محفظه داخل ژنراتور برگشته و این چرخه ادامه می‌یابد.
چرا از هیدروژن برای خنک سازی استفاده می شود؟
- قدرت هدایت حرارت بالا: هیدروژن ضریب هدایت حرارتی بالاتری نسبت به سایر خنک کننده‌ها دارد و گرما را سریعتر منتقل می‌کند.
- ویسکوزیته پایین هیدروژن: جریان آسان تر گاز و کاهش افت فشار
- سبک بودن وزن مولکولی هیدروژن: کاهش چشمگیر تلفات ناشی از اصطکاک در هنگام گردش روتور
- قدرت بیشتر در خنک سازی نسبت به هوا و آب: قدرت ۷ برابر بیشتر از سایر خنک کننده‌ها
نکات ایمنی استفاده از ژنراتور هیدروژن خنک
- هیدروژن، گاز بسیار قابل اشتعال و انفجاری است، بنابراین سیستم باید کاملاً آب‌بندی شده باشد.
- کنترل نشتی های گاز به صورت پیوسته و بررسی سیستم‌های تشخیص گاز ضروری هستند.
- ورود و خروج هیدروژن باید با استفاده از نیتروژن انجام شود تا از ترکیب با هوا جلوگیری شود.
استفاده از هیدروژن به‌عنوان گاز خنک‌کننده در ژنراتورهای توان‌بالا، یک راهکار پیشرفته برای افزایش بازدهی موتور، کاهش تلفات حرارتی و بهبود عملکرد تجهیزات الکتریکی است. به‌دلیل خواص فیزیکی ممتاز هیدروژن مانند هدایت حرارتی بالا، ویسکوزیته پایین و وزن سبک، این سیستم خنک‌سازی بسیار مؤثرتر از خنک‌سازی با هوا عمل می‌کند.
با این حال، طراحی و بهره‌برداری از ژنراتور هیدروژن‌خنک نیازمند تجهیزات دقیق ایمنی، سیستم‌های نشت‌یابی حساس، و پروتکل‌های سخت‌گیرانه در تزریق و تخلیه گاز است. رعایت این موارد، علاوه بر تضمین عملکرد مطمئن دستگاه، خطرات انفجار و آسیب را به حداقل می‌رساند.
در نهایت، ژنراتور هیدروژن‌خنک انتخابی هوشمندانه برای صنایع نیروگاهی بزرگ است که به دنبال بهره‌وری بالا، کاهش مصرف انرژی و عمر مفید بیشتر تجهیزات خود هستند.
