Generadores de refrigeración con hidrógeno

El hidrógeno nos permite alcanzar la máxima generación mientras mantenemos el estator y los devanados de campo dentro de los límites de temperatura del OEM.

PorThomas Ward, consultor sénior de capacitación,We Energies Generación de Energía

El hidrógeno es un elemento muy singular. Catalogado como el número 1 en la tabla periódica de elementos y con un peso atómico ligeramente superior a 1,0, no tiene color, olor, sabor ni llama aparente cuando se está quemando. En otras palabras, tus sentidos no te dirán cuándo estás en problemas.

Pero el hidrógeno puro se usa para enfriar muchos de nuestros generadores de CA, y por una variedad de buenas razones. Aprendamos por qué.

En 1935, el nuevo generador Allis Chalmers de 80 MW de la Unidad 1 en Port Washington, Wisconsin, se enfrió con aire. Unos años más tarde, la planta puso en marcha la Unidad 2, que era idéntica a la Unidad 1 excepto por el tamaño del generador, que era un 30 % más pequeño porque se enfriaba con hidrógeno puro. El hidrógeno fue una idea nueva que realmente ayudó a mejorar la eficiencia y el potencial de enfriamiento de los grandes generadores por varias razones:

Cuando la pureza del hidrógeno está entre el 4 % y el 75 %, se vuelve extremadamente inflamable. Esto se vuelve aún más peligroso cuando consideramos la facilidad con la que el hidrógeno se mezcla con la atmósfera que lo rodea. Esto es diferente a un gas como el propano, que es muy pesado y puede acumularse en lugares aislados. Es muy importante monitorear continuamente la pureza del gas del generador para garantizar que tenga una pureza de al menos el 90 % en todo momento durante la operación. La mayoría de las empresas de servicios públicos mantienen la pureza muy por encima del 90 % para permitir un margen de error razonable.

Cuando el hidrógeno se quema (se oxida), no produce una llama visible. Por lo tanto, produce muy poco (si lo hay) calor radiante. Esto es muy peligroso porque cuando se crea calor radiante, el personal puede sentir el calor desde lejos. Con el hidrógeno, una persona podría simplemente caminar directamente hacia el fuego y sufrir quemaduras graves e inhalación de gas caliente.

El alto contenido de energía del hidrógeno implica que la reacción (explosión) del hidrógeno libera alrededor de 2,5 veces la energía térmica que la misma cantidad (peso de masa) de gasolina. El desastre de Hindenburg en 1937 fue el resultado de una pequeña fuga de hidrógeno que se encendió por un rayo o electricidad estática cuando intentaba amarrar. La aeronave fue completamente destruida en unos 30 segundos.

Debido a que las moléculas de hidrógeno son diminutas, es prácticamente imposible evitar las fugas. Debido al pequeño tamaño de la molécula, existe un flujo constante de hidrógeno hacia y desde el sistema de aceite del sello. Esto es inevitable, por lo que es importante contar con un medio de liberación continua o "desentrenamiento" del hidrógeno del aceite. Los sellos del eje del generador por diseño no son 100% "a prueba de fugas", por lo que se debe agregar gas regularmente para mantener la presión y la pureza adecuadas. Las fugas menores de los sellos del eje generalmente no presentan ningún peligro porque la mayoría de las áreas de turbinas y generadores están bien ventiladas, por lo que el escape de gas nunca alcanzará concentraciones peligrosas. Por otro lado, los generadores que se instalan parcialmente debajo de la plataforma de la turbina pueden tener acumulaciones de hidrógeno debajo de una plataforma de turbina de hormigón. Estas áreas requieren monitoreo frecuente (o continuo) para detectar concentraciones peligrosas.

El hidrógeno se almacena seco, se agrega seco y se mantiene seco en el generador a un punto de rocío de aproximadamente -140 F. La sequedad del gas hace que sea muy fácil que se auto encienda en el aire. En casos severos y catastróficos, cuando una turbina experimenta una vibración destructiva o un exceso de velocidad, la vibración se transfiere instantáneamente a los cojinetes del generador (que son menos robustos que los cojinetes lisos de la turbina), provocando una falla en los sellos de hidrógeno del generador y produciendo resultados catastróficos.

El uso de hidrógeno como medio de enfriamiento para generadores de CA ha demostrado ser un medio seguro y eficaz para mantener el generador frío y minimizar las pérdidas de eficiencia en el motor principal. El hidrógeno nos permite alcanzar la máxima generación mientras mantenemos el estator y los devanados de campo dentro de los límites de temperatura del OEM. Además, los accidentes de hidrógeno siempre se pueden evitar siguiendo prácticas seguras de operación y mantenimiento.