Générateur refroidi à l'hydrogène de 330 MW : la solution de refroidissement de base pour une production d'électricité efficace

Principes fondamentaux et composition du système
Le système de refroidissement du générateur refroidi à l'hydrogène de 330 MW est centré sur une circulation en boucle fermée-, permettant un contrôle précis de la température grâce à un échange thermique efficace de l'hydrogène gazeux. Le système global se compose de quatre composants clés qui fonctionnent ensemble pour assurer un fonctionnement stable de l'équipement.
1. Principe de fonctionnement
Lorsque le générateur fonctionne, les ventilateurs à hélice aux deux extrémités du rotor entraînent l'hydrogène gazeux à circuler de manière fermée à l'intérieur du boîtier, circulant à travers le conduit d'air du noyau du stator et les trous de ventilation de l'enroulement du rotor en séquence, absorbant la chaleur générée par l'enroulement et le noyau ; Après avoir absorbé la chaleur, l'hydrogène gazeux chaud pénètre dans le refroidisseur d'hydrogène, échange de la chaleur avec l'eau en circulation à l'intérieur du tube, refroidit et retourne à l'intérieur du générateur pour éliminer continuellement la chaleur. La température de l'enroulement du stator est contrôlée dans une plage de sécurité inférieure ou égale à 90 degrés et la température du noyau de fer est inférieure ou égale à 80 degrés [7]. Le système maintient la pureté de l'hydrogène (supérieure ou égale à 98 %) et la pression (0,3 à 0,5 MPa) grâce à un dispositif de réapprovisionnement en hydrogène, améliorant encore l'efficacité de la conductivité thermique.

Les principaux avantages de la technologie de refroidissement à l’hydrogène
Par rapport aux solutions de refroidissement par air et par eau, le générateur refroidi à l'hydrogène de 330 MW présente des avantages significatifs en termes d'efficacité, de consommation d'énergie et de sécurité, particulièrement adapté aux besoins opérationnels des groupes électrogènes de grande et moyenne taille.
1. Augmentez l'efficacité de la dissipation thermique de 3 à 5 fois
La conductivité thermique de l’hydrogène est environ 7 fois supérieure à celle de l’air et sa forte fluidité. Il peut pénétrer dans des espaces étroits tels que les espaces d'enroulement et les fentes du noyau de fer, dissiper rapidement et uniformément la chaleur. Sous la même charge, la température de l'enroulement est réduite de 30 -50 degrés par rapport aux unités refroidies par air, prolongeant considérablement la durée de vie de l'isolation.
2. Réduire la consommation d'énergie et améliorer l'efficacité de l'unité
La densité de l'hydrogène n'est que de 1/14 de celle de l'air et la résistance au vent est extrêmement faible lors d'une circulation à grande vitesse-. La ventilation et les pertes mécaniques sont réduites de 60 % -80 % par rapport aux unités refroidies par air, ce qui peut augmenter l'efficacité globale du générateur de 0,7 % à 1,0 % et permettre d'économiser beaucoup de coûts d'électricité chaque année.
3. Sûr et fiable, adapté aux opérations à charge élevée
L'hydrogène a des propriétés chimiques stables et n'entretient pas la combustion (il ne peut exploser que lorsqu'il est mélangé à l'air à 4 % -75 %). Il ne produit pas d'ozone sous décharge corona et peut protéger l'isolation ; Dans le même temps, le système adopte une structure hermétique entièrement fermée et un système d'huile scellé pour empêcher efficacement les fuites et répondre aux exigences de fonctionnement à pleine charge à long terme de l'unité de 330 MW.

Points techniques clés
1. Conception de ventilation et de refroidissement
Adoptant un système de ventilation à flux multiples quatre sur cinq, le corps du rotor est divisé en quatre zones d'entrée et cinq zones de sortie le long de la direction axiale. L'enroulement du rotor adopte un refroidissement interne à flux oblique avec trou de fraisage à entrefer, et l'enroulement d'extrémité adopte un refroidissement interne à l'hydrogène longitudinal et transversal pour assurer une décharge de chaleur uniforme et éviter une surchauffe locale [9].
2. Étanchéité et contrôle de sécurité
Le système d'huile d'étanchéité adopte une tuile d'étanchéité à anneau d'écoulement unique, qui scelle l'espace entre l'arbre rotatif à travers un film d'huile pour empêcher l'hydrogène gazeux de s'échapper et l'air d'entrer ;
Configurez un séchoir à hydrogène pour absorber l'humidité à travers des tamis moléculaires et contrôler le point de rosée de l'hydrogène en dessous de -20 degrés pour empêcher l'isolation de devenir humide ;
En combinant un analyseur de traces d'hydrogène avec la détection des fuites d'eau savonneuse, des inspections régulières sont effectuées sur les brides, les vannes, les embouts et autres points vulnérables pour garantir que le taux de fuite répond aux normes nationales [15].
3. Surveillance de la pureté et de la pression
La pureté de l'hydrogène doit être maintenue à 95 % ou plus (de préférence 98 %), et le système déclenchera automatiquement une alarme lorsque la pureté chute à 95 % ; La pression du système est généralement contrôlée à 0,3-0,5MPa, et un environnement à haute pression peut encore améliorer la conductivité thermique de l'hydrogène gazeux, adapté aux conditions de charge élevée de 330 MW.

Scénarios d'application et valeur
Les générateurs refroidis à l'hydrogène de 330 MW sont largement utilisés dans les-centrales thermiques à grande échelle, les projets d'énergie distribuée, les centres régionaux d'alimentation électrique et d'autres scénarios, particulièrement adaptés aux unités de charge de base qui nécessitent un fonctionnement à pleine charge à long-terme.
1. Équipement de base des unités thermiques
En tant qu'équipement de base des unités thermiques de 330 MW, les générateurs refroidis à l'hydrogène peuvent s'adapter aux besoins de dissipation thermique des unités supercritiques et ultra supercritiques, améliorer l'efficacité de la production d'électricité des unités, réduire le taux de consommation électrique de l'usine et réduire les coûts de maintenance, aidant ainsi les unités thermiques à réaliser des économies d'énergie et à réduire leur consommation [11].
2. Énergie distribuée et alimentation électrique de secours
Dans les projets d'énergie distribuée, le générateur refroidi à l'hydrogène de 330 MW peut s'adapter de manière flexible à diverses sources de chaleur telles que les turbines à gaz et la production d'électricité à partir de biomasse, et répondre rapidement aux changements de charge ; En tant qu'équipement d'alimentation électrique de secours, sa dissipation thermique efficace et sa capacité de fonctionnement stable peuvent garantir l'approvisionnement continu en énergie régionale en cas de panne du réseau électrique.
3. Valeur industrielle et avantages économiques
Amélioration de l'efficacité : par rapport aux unités-refroidies par air, l'efficacité de la production d'électricité a augmenté de 0,7 à 1,0 %, avec une augmentation annuelle d'environ 2,3 à 3,3 millions de kWh (calculée sur la base de 7 000 heures de fonctionnement par an) ;
Réduction de la consommation d'énergie : les pertes de ventilation sont réduites de 60 à 80 %, ce qui permet d'économiser plus d'un million de kWh d'électricité par an et de réduire les coûts d'exploitation et de maintenance ;
Sûr et fiable : réduisez les temps d'arrêt imprévus causés par la surchauffe, améliorez la disponibilité des équipements et garantissez une alimentation électrique stable au système électrique.

Normes d’exploitation, d’entretien et de sécurité
1. Points clés de l'entretien quotidien
Surveillance quotidienne de la pureté, de la pression et du taux de fuite de l'hydrogène. Si la pureté est inférieure à 98 %, l'hydrogène doit être réapprovisionné en temps opportun, et si elle est inférieure à 95 %, la machine doit être arrêtée pour dépannage ;
Nettoyez régulièrement le tartre à l'intérieur des tubes du refroidisseur d'hydrogène pour garantir l'efficacité du transfert de chaleur et ajustez le débit d'eau de refroidissement en temps opportun lorsque la température de l'eau de refroidissement est anormale ;
Vérifiez la qualité de l'huile et la pression du système d'huile d'étanchéité. La pression de l'huile d'étanchéité doit toujours être supérieure de 0,05 à 0,1 MPa à la pression de l'hydrogène pour éviter la rupture du film d'huile ;
Effectuez une détection des fuites d’hydrogène une fois par trimestre, à l’aide d’un analyseur de traces d’hydrogène pour couvrir l’ensemble du système. Lors de l'arrêt, de l'eau savonneuse peut être utilisée pour vérifier les fuites.
2. Normes de sécurité des opérations
Le remplacement de l'hydrogène nécessite l'utilisation de CO ₂ comme milieu intermédiaire, en suivant strictement le processus de « décharge d'abord de l'hydrogène, puis de chargement de l'hydrogène » pour éviter l'explosion du mélange hydrogène-oxygène ;
Installez un moniteur de concentration d'hydrogène dans la salle informatique, avec un seuil d'alarme inférieur ou égal à 1 % (fraction volumique), et le système d'échappement associé démarrera automatiquement ;
Les opérateurs doivent détenir un certificat pour travailler, être familiers avec le processus d'intervention d'urgence des systèmes de refroidissement à hydrogène et être équipés d'équipements de sécurité tels que des extincteurs et des combinaisons de protection chimique.
Normes industrielles et tendances technologiques
1. Normes fondamentales de l’industrie
La conception, la maintenance et l'exploitation d'un générateur refroidi à l'hydrogène de 330 MW doivent être conformes aux normes nationales et spécifications industrielles suivantes sur la plateforme nationale d'information sur les services publics [14] :
DL/T 1766.4-2021 « Directives pour la maintenance du générateur de turbine à vapeur refroidi à l'hydrogène et à l'eau, partie 4 : Maintenance du système de refroidissement à l'hydrogène »
NB/T 25068-2017 Conditions techniques pour le système d'eau et d'hydrogène du générateur de centrale nucléaire
Les « Vingt-cinq mesures anti-accident » de l'Administration nationale de l'énergie (clarifient la norme de gestion des fuites d'hydrogène : une quantité inférieure ou égale à 0,3 m³/j est normale, une quantité supérieure ou égale à 0,3 m³/j est prévue pour l'élimination des défauts et une quantité supérieure ou égale à 5 m³/j est immédiatement arrêtée)
2. Tendances du développement technologique
Mise à niveau complète de la technologie de refroidissement à l'hydrogène : utilisation d'hydrogène gazeux d'une pureté supérieure ou égale à 99,9 % comme moyen de refroidissement pour le stator, le rotor et le noyau de fer, remplaçant le refroidissement traditionnel par l'eau et l'hydrogène, améliorant encore l'efficacité et contrôlant les fuites d'hydrogène inférieures à 0,5 m³/j (seulement 40 % de la norme nationale) ;
Innovation en matière de surveillance et d'étanchéité intelligentes : intégrer l'IA et la technologie de détection optique de haute-précision pour réaliser-une surveillance intelligente en temps réel des fuites, de la pureté et de la pression d'hydrogène, tout en optimisant les dispositifs d'étanchéité pour réduire les risques de fuite [11] ;
Optimisation de la conception à faibles pertes : en utilisant des technologies telles que le support élastique à l'extrémité du rotor et le blindage magnétique à l'extrémité du stator, les vibrations et les pertes mécaniques sont réduites et la durée de vie de l'équipement est prolongée.
Résumé
Le générateur refroidi à l'hydrogène de 330 MW, avec ses principaux avantages de dissipation thermique efficace, de faible consommation d'énergie et de sécurité élevée, est devenu une solution de refroidissement idéale pour les unités de production d'électricité de 330 000 kilowatts. La conception scientifique de son système, son contrôle de sécurité strict et sa large adaptabilité des applications peuvent non seulement répondre aux besoins opérationnels à long terme des grandes unités de production d'énergie thermique et des projets d'énergie distribuée, mais également aider le système électrique à réaliser des économies d'énergie, une réduction de la consommation, une sécurité et une stabilité. Grâce à l'innovation continue de technologies telles que le refroidissement intégral à l'hydrogène et la surveillance intelligente, le générateur refroidi à l'hydrogène de 330 MW démontrera des perspectives d'application plus larges dans le domaine des équipements électriques, fournissant ainsi un soutien essentiel à la transformation énergétique mondiale.