水素による発電機の冷却

水素を使用すると、固定子と界磁巻線を OEM の温度制限内に保ちながら、最大の発電量を達成できます。

によるThomas Ward、シニア トレーニング コンサルタント、私たちは発電をエネルギーにします

水素は非常にユニークな元素です。 元素の周期表で第 1 位にリストされ、原子量が 1.0 よりわずかに大きいため、色、臭い、味がなく、燃焼時に明らかな炎もありません。 言い換えれば、あなたが困難に陥っているとき、あなたの感覚はそれを教えてくれないのです。

しかし、純粋な水素は、さまざまな正当な理由から、AC 発電機の多くを冷却するために使用されています。 その理由を学びましょう。

1935 年に遡ると、ウィスコンシン州ポート ワシントンにある新しい 1 号機アリス チャーマーズ 80 MW 発電機は空冷式でした。 数年後、プラントは 2 号機を稼働させました。2 号機は、発電機のサイズを除いて 1 号機と同一であり、純水素を使用して冷却されたため 30% 小型化されました。 水素は新しいアイデアであり、いくつかの理由から大型発電機の効率と冷却能力の向上に大きく役立ちました。

水素の純度が 4% ～ 75% になると、非常に可燃性が高くなります。 水素が周囲の大気といかに容易に混合するかを考えると、これはさらに危険になります。 これは、非常に重く、隔離された場所に蓄積する可能性があるプロパンなどのガスとは異なります。 発生器ガスの純度を継続的に監視して、動作中常に少なくとも 90% の純度であることを確認することが非常に重要です。 ほとんどのユーティリティは、適度な誤差を許容するために 90% をはるかに超える純度を維持しています。

水素が燃焼（酸化）しているときは、目に見える炎は発生しません。 したがって、放射熱は (たとえあったとしても) ほとんど発生しません。 輻射熱が発生すると、作業員は遠くからでも熱を感じる可能性があるため、これは非常に危険です。 水素を使用すると、人は単純に火の中に入り込み、重度の火傷を負ったり、高温のガスを吸入したりする可能性があります。

水素の高いエネルギー含有量は、水素の反応（爆発）によって同量（質量）のガソリンの約 2.5 倍の熱エネルギーが放出されることを意味します。 1937 年のヒンデンブルク号事故は、係留中に雷または静電気によって小規模な水素漏れが発生し、引火したことが原因でした。 飛行船は約30秒で完全に破壊された。

水素分子は非常に小さいため、漏洩を防ぐことは事実上不可能です。 分子サイズが小さいため、シールオイルシステムへの、またはシールオイルシステムからの水素の一定の流れが存在します。 これは避けられないため、石油から水素を継続的に解放、つまり「脱水素」する手段を用意することが重要です。 発電機のシャフト シールは設計上、100% の「漏れ防止」ではないため、適切な圧力と純度を維持するためにガスを定期的に追加する必要があります。 ほとんどのタービンおよび発電機エリアは十分に換気されており、漏れ出るガスが危険な濃度に達することはないため、シャフト シールからのわずかな漏れは通常は危険をもたらしません。 一方、タービンデッキの下に部分的に設置された発電機では、実際にはコンクリートのタービンデッキの下に水素が蓄積する可能性があります。 これらの領域では、危険な濃度を頻繁に (または継続的に) 監視する必要があります。

水素は乾燥状態で保管され、乾燥状態で追加され、発生器内で約 -140 F の露点で乾燥状態に保たれます。ガスが乾燥しているため、空気中で非常に簡単に自己発火します。 タービンが破壊的な振動や過速度に見舞われた深刻かつ壊滅的な場合、その振動は瞬時に発電機の軸受（タービンのジャーナル軸受よりも堅牢ではない）に伝わり、発電機の水素シールの破損を引き起こし、壊滅的な結果をもたらします。

AC発電機の冷却媒体として水素を使用することは、原動機の効率損失を最小限に抑えながら発電機を冷却するための安全で効果的な手段であることが証明されています。 水素を使用すると、固定子と界磁巻線を OEM の温度制限内に保ちながら、最大の発電量を達成できます。 さらに、水素事故は、安全な操作とメンテナンスの慣行に従うことで常に回避できます。