Уурын турбин ба генератор: дулааны энергийг цахилгаан болгох зарчим
Монгол Улсын цахилгаан эрчим хүчний дийлэнх хувийг дулааны цахилгаан станц (ДЦС) чулуун нүүрс шатаах замаар үйлдвэрлэдэг. Нүүрсний химийн энергийг цахилгаан болон дулаан болгон хувиргах гол механизм нь уурын термодинамик цикл буюу Ренкиний цикл дээр суурилна. Энэхүү нийтлэлд уур үүсгэхээс эхлээд генераторын хүчдэл сүлжээнд өгөх хүртэлх дамжлагыг инженерийн үүднээс авч үзье.
Ренкиний цикл: усны төлөвийн битүү эргэлт
Уурын зуухан дотор нүүрс шатаахад ялгарсан дулаанаар химийн цэвэршүүлсэн усыг халаана. Ус өндөр даралтад буцалж, улмаар хэт халсан уур (superheated steam) болон 530–540 °C хэм, 13–14 МПа орчим даралтад хүрдэг. Энэ уур турбинд ажил хийсний дараа конденсаторт хөрч дахин ус болж, тэжээлийн насос усыг зуух руу буцааснаар цикл битүүрнэ. Дамжлага бүр нэг зорилготой:
- Уурын зуух — усыг хэт халсан уур болгон энергээр цэнэглэнэ;
- Турбин — уурын энтальпийн уналтыг механик эргэлтийн энерги болгоно;
- Конденсатор — ажилласан уурыг хөргөж, гаралт талд гүн вакуум үүсгэнэ;
- Тэжээлийн насос — конденсатыг эргүүлж, циклийн даралтыг сэргээнэ.
Конденсатор дахь даралт бага байх тусам турбины энтальпийн уналт их болж, ашигт үйлийн коэффициент дээшилдэг тул хөргөлтийн ус хангамж чухал үүрэгтэй.
Уурын турбин
Орчин үеийн турбин нь өндөр, дунд, нам даралтын цилиндр (цуглуулга) гэсэн хэд хэдэн шатлалаас бүрдэнэ. Уур шатлал бүрд өргөжин, чиглүүлэгч болон ажлын сэлүүр (blade) дээр даралт үзүүлж роторыг эргүүлнэ. Реактив ба идэвхтэй (impulse) шатлалын хослолоор уурын дулааны энергийг аажим шавхаж авдаг. Турбины ротор нь голдуу 3000 эрг/мин тогтмол хурдтай эргэх бөгөөд энэ хурд нь дараагийн шатлалын давтамжийг тодорхойлдог.
Синхрон генератор ба хүчдэлийн гаралт
Турбины ротор синхрон генераторын валтай нэг тэнхлэгт шууд холбогдоно. Хоёр туйлт генератор 3000 эрг/мин эргэхэд гаралтын давтамж яг 50 Гц болно (n = 60·f / p). Роторын өдөөх ороомогт тогтмол гүйдэл өгч эргэлдэх соронзон орон үүсгэхэд статорын ороомогт хувьсах хүчдэл индукцлэгдэнэ. Генераторын гаралтын хүчдэл ихэвчлэн 6.3–10.5 кВ бөгөөд өсгөгч трансформатор, дэд станцаар дамжин 110 эсвэл 220 кВ-ын шугамд холбогдоно. Станцын өөрийн хэрэгцээний тоног төхөөрөмжийг 0.4 кВ-оор тэжээнэ. Ороомгийн богино залгаа, газардуулгын гэмтлээс сэргийлэхэд реле хамгаалалт, зохистой тусгаарлага болон газардуулга, зохих хурдны таслуур зайлшгүй шаардлагатай.
Дулаан ба цахилгааны хосолсон үйлдвэрлэл
Монголын томоохон станцууд нь зөвхөн цахилгаан биш дулаан ч гаргадаг ДЦС (ТЭЦ) хэлбэртэй. Турбины дунд шатлалаас уурын нэг хэсгийг татаж (extraction) халаалтын сүлжээний усыг халаана. −40 °C хүрэх өвлийн нөхцөлд энэ хосолсон үйлдвэрлэл нь хотын дулаан хангамжийг тэтгэхээс гадна нийт түлшний ашиглалтыг эрс нэмэгдүүлдэг.
Гол үзүүлэлтийн жишээ
| Үзүүлэлт | Ойролцоо утга |
|---|---|
| Хэт халсан уурын хэм | 530–540 °C |
| Уурын даралт | 13–14 МПа |
| Роторын хурд | 3000 эрг/мин |
| Генераторын хүчдэл | 6.3–10.5 кВ |
| Сүлжээний хүчдэл | 110 / 220 кВ |
Ийнхүү уурын зуух, турбин, генератор гурав нэгдэн нүүрсний дулааныг эцэст нь MNS стандартын дагуу давтамж, хүчдэлээ барьсан чанартай цахилгаан болгон хувиргаж, Монголын эрчим хүчний системийг тэтгэдэг.