Refroidir les générateurs avec de l'hydrogène

L'hydrogène nous permet d'atteindre la génération maximale tout en maintenant le stator et les enroulements de champ dans les limites de température OEM.

ParThomas Ward, consultant principal en formation,We Energies Production d'énergie

L'hydrogène est un élément tout à fait unique. Classé n ° 1 sur le tableau périodique des éléments et avec un poids atomique légèrement supérieur à 1,0, il n'a pas de couleur, d'odeur, de goût ou de flamme apparente lorsqu'il brûle. En d'autres termes, vos sens ne vous diront pas quand vous êtes en difficulté.

Mais l'hydrogène pur est utilisé pour refroidir bon nombre de nos générateurs de courant alternatif, et pour diverses bonnes raisons. Apprenons pourquoi.

En 1935, le nouveau générateur Allis Chalmers de 80 MW de l'unité 1 à Port Washington, dans le Wisconsin, était refroidi par air. Quelques années plus tard, l'usine a mis en service l'unité 2, identique à l'unité 1, à l'exception de la taille du générateur, 30 % plus petit car refroidi à l'hydrogène pur. L'hydrogène était une nouvelle idée qui a vraiment contribué à améliorer l'efficacité et le potentiel de refroidissement des gros générateurs pour plusieurs raisons :

Lorsque la pureté de l'hydrogène se situe entre 4 % et 75 %, il devient extrêmement inflammable. Cela devient encore plus dangereux si l'on considère la facilité avec laquelle l'hydrogène se mélange à l'atmosphère environnante. Ceci est différent d'un gaz comme le propane, qui est très lourd et peut s'accumuler dans des endroits isolés. Il est très important de surveiller en permanence la pureté du gaz du générateur pour s'assurer qu'il est pur à au moins 90 % à tout moment pendant le fonctionnement. La plupart des utilitaires maintiennent une pureté bien supérieure à 90 % pour permettre une marge d'erreur raisonnable.

Lorsque l'hydrogène brûle (s'oxyde), il ne produit pas de flamme visible. Par conséquent, il produit très peu (voire pas du tout) de chaleur rayonnante. Ceci est très dangereux car lorsqu'une chaleur rayonnante est créée, le personnel peut sentir la chaleur de loin. Avec l'hydrogène, une personne pourrait simplement marcher droit dans le feu, étant sujette à de graves brûlures et à l'inhalation de gaz chauds.

La forte teneur en énergie de l'hydrogène implique que la réaction (explosion) de l'hydrogène libère environ 2,5 fois l'énergie calorifique de la même quantité (poids massique) d'essence. La catastrophe de Hindenburg en 1937 était le résultat d'une fuite mineure d'hydrogène qui a été déclenchée par la foudre ou l'électricité statique alors qu'elle tentait de s'amarrer. Le dirigeable a été complètement détruit en 30 secondes environ.

Parce que les molécules d'hydrogène sont minuscules, il est pratiquement impossible d'éviter les fuites. En raison de la petite taille des molécules, il y a un flux constant d'hydrogène entrant et sortant du système d'huile d'étanchéité. Ceci est inévitable, il est donc important de disposer d'un moyen de libération continue ou de "déformation" de l'hydrogène de l'huile. De par leur conception, les joints d'arbre du générateur ne sont pas "étanches" à 100 %, de sorte que du gaz doit être ajouté régulièrement pour maintenir la pression et la pureté appropriées. Une fuite mineure des joints d'arbre ne présente généralement aucun danger car la plupart des zones de turbine et de générateur sont bien ventilées, de sorte que le gaz qui s'échappe n'atteindra jamais des concentrations dangereuses. D'autre part, les générateurs qui sont installés partiellement sous le pont de turbine peuvent en fait avoir des accumulations d'hydrogène sous un pont de turbine en béton. Ces zones nécessitent une surveillance fréquente (ou continue) des concentrations dangereuses.

L'hydrogène est stocké au sec, ajouté au sec et maintenu au sec dans le générateur à un point de rosée d'environ -140 F. La sécheresse du gaz le rend très facile à s'enflammer dans l'air. Dans les cas graves et catastrophiques lorsqu'une turbine subit des vibrations destructrices ou une survitesse, les vibrations sont instantanément transférées aux roulements du générateur (qui sont moins robustes que les paliers de tourillon de la turbine), provoquant une défaillance des joints d'hydrogène du générateur et produisant des résultats catastrophiques.

L'utilisation d'hydrogène comme moyen de refroidissement pour les générateurs de courant alternatif s'est avérée être un moyen sûr et efficace de maintenir le générateur au frais tout en minimisant les pertes d'efficacité dans le moteur principal. L'hydrogène nous permet d'atteindre la génération maximale tout en maintenant le stator et les enroulements de champ dans les limites de température OEM. De plus, les accidents liés à l'hydrogène peuvent toujours être évités en suivant des pratiques d'exploitation et de maintenance sûres.