Hơi nước xanh: thu hồi nhiệt và phát điện trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch
Việc thu và sử dụng hơi nước có thể mang lại tính bền vững và tính tuần hoàn cho một loạt các quy trình công nghiệp không? Giles Crosse điều tra.
Công nhân kiểm tra mô-đun nồi hơi máy phát điện thu hồi nhiệt mới tại nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp của Công ty Điện lực Tokyo (Tepco) ở Kawasaki, Nhật Bản. (Ảnh: Tomohiro Ohsumi/Bloomberg/Getty Images)
Khi các ngành công nghiệp trên thế giới tìm cách tối ưu hóa hoạt động của họ, với các mục tiêu về năng lượng sạch và lượng khí thải carbon hiện ra ngày càng lớn trong ý thức tập thể, thì ngày càng có nhiều ứng dụng và quy trình công nghiệp mới, hoặc ít nhất là được mô phỏng lại, đang xuất hiện như một phương tiện để thực hiện mục tiêu này. kết thúc.
Thông thường, công việc như vậy có thể là sử dụng các công nghệ hiện có tốt hơn hoặc có thể kết hợp chúng với các quy trình và thiết bị công nghệ mới theo những cách hiệu quả hơn, sáng tạo hơn. Một ví dụ như vậy là máy tạo hơi nước thu hồi nhiệt, thu nhiệt thải được tạo ra trong các cơ sở năng lượng và lưu trữ dưới dạng hơi nước, sau này có thể được sử dụng để sản xuất điện, nâng cao hiệu quả hoạt động của các quy trình tổng thể.
Chìa khóa ở đây là tính linh hoạt của quy trình – nhiệt thường được sản xuất bởi nhiều quy trình công nghiệp – có nghĩa là nhiều công ty thuộc nhiều lĩnh vực có thể đầu tư vào hơi nước xanh. Có rất nhiều phạm vi để sắp xếp các ưu tiên mới về môi trường với các lĩnh vực thường được cho là đi ngược lại cuộc cách mạng năng lượng xanh, chẳng hạn như khai thác than hoặc khoan dầu, một thực tế khiến hơi nước xanh trở nên hấp dẫn hơn.
Nếu tầm nhìn của họ thành công, nhà cung cấp dịch vụ đào tạo và lãnh đạo FranklinCovey Education sẽ giúp Bahrain trở thành quốc gia đầu tiên trong khu vực đưa đào tạo lãnh đạo vào trường học một cách có hệ thống. Các nhà lãnh đạo được hình thành trong các trường học ngày nay là những người…
Hơi nước thúc đẩy tương lai
Thu hồi và sử dụng nhiệt có thể chứng minh là một công việc kinh doanh lớn. Quy mô thị trường máy phát hơi nước thu hồi nhiệt toàn cầu có thể đạt 1,2 tỷ đô la vào năm 2026, điều này sẽ mang lại cho ngành tốc độ tăng trưởng tổng hợp hàng năm khoảng 4,2%.
Mọi thứ đang diễn ra nhanh chóng, với sự đổi mới công nghệ mới và đầu tư công nghiệp, đặc biệt là các công nghệ năng lượng xanh, đang thúc đẩy sự thay đổi trong lĩnh vực này. Vào năm 2022, Mitsubishi Power đã nhận được đơn đặt hàng tua-bin khí H-25 cho công ty Chang Chun Plastic của Đài Loan để trở thành cốt lõi của cơ sở đồng phát điện bằng khí tự nhiên, hiệu suất cao mới tại Nhà máy Dafa của công ty ở Cao Hùng.
Hoạt động dự kiến bắt đầu vào khoảng mùa đông năm 2023, với tổ máy cung cấp điện cho các nhà máy của công ty và hơi nước cho các quy trình sản xuất.
Nhà máy Dafa của Chang Chun Plastics nằm trong một khu công nghiệp phía đông trung tâm thành phố Cao Hùng. Tua bin khí sẽ thay thế cơ sở nồi hơi đốt than và dầu hiện có, một phần của dự án được thực hiện để đáp ứng yêu cầu của chính quyền Cao Hùng nhằm giảm tiêu thụ than, dựa trên xu hướng toàn cầu về giảm lượng khí thải carbon dioxide và sự thay đổi trong chế độ ăn uống của Đài Loan. chính sách năng lượng.
Do đó, các dự án đồng phát và sử dụng hơi nước như thế này không chỉ là những người hưởng lợi từ đổi mới công nghệ mà còn tồn tại ở mối liên hệ giữa lợi ích quốc gia, tính cấp thiết về môi trường và nhu cầu của các công ty trong việc tiếp tục mang lại lợi nhuận cho các nhà đầu tư và cổ đông.
Các phương pháp lọc hấp phụ sử dụng bộ lọc than hoạt tính để loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi không khí. Bảo vệ chống ô nhiễm hạt trong nhà không phải là một chủ đề thảo luận mới, nhưng nó đã nhận thấy sự quan tâm ngày càng tăng của công chúng đối với…
Quy trình và hợp tác
Ngoài sự kết hợp của các yếu tố thúc đẩy này, cải cách quy trình vận hành và khía cạnh hợp tác mới được phát hiện để sản xuất điện, đã giúp việc sử dụng hơi nước tăng lên.
Vào tháng 10 năm 2019, Mitsubishi Hitachi Power Systems, tập đoàn năng lượng Nhật Bản, đã nhận được đơn đặt hàng từ công ty tiên phong về năng lượng tích hợp Suncor Energy có trụ sở tại Canada cho hai máy phát điện hơi nước thu hồi nhiệt và hai tuabin khí loại tiên tiến M501JAC, một ví dụ điển hình về quan hệ đối tác đang phát triển trên toàn thế giới.
Siemens, Mitsubishi, Kelvion và các công ty lớn khác đều tham gia vào không gian này. Hy vọng sẽ thấy nhiều quan hệ đối tác như trên trong những tháng và năm tới.
Liên quan đến các quy trình và ưu tiên mới, một trong những xu hướng hàng đầu của thị trường máy phát hơi nước thu hồi nhiệt là trọng tâm duy nhất của các quốc gia phát triển để nâng cấp và lắp đặt các cơ chế năng lượng sạch tiên tiến, đảm bảo năng lượng của họ trong tương lai. Việc sử dụng hơi nước có thể không bao giờ chiếm phần lớn trong hỗn hợp năng lượng của một khu vực hoặc quốc gia, nhưng việc các công ty trong ngành năng lượng dễ dàng áp dụng nó có nghĩa là nó có thể sẽ đóng góp quan trọng vào hỗn hợp năng lượng sạch của thế giới.
Trao đổi nhiệt như một dịch vụ
Một khởi đầu thú vị trong tương lai trong lĩnh vực này liên quan đến các mô hình dựa trên dịch vụ. Đó là một logic phù hợp khéo léo với nền kinh tế tuần hoàn, nơi đăng ký cho các ứng dụng và dịch vụ mới có thể tạo ra các cách tiếp cận bền vững hơn so với mua hoàn toàn
. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các quy trình đắt tiền hơn, chẳng hạn như khi các nhà đầu tư ít sẵn sàng đầu tư vào một cơ sở thu và sử dụng nhiệt hoàn toàn mới. cho các giải pháp đắt tiền có thể không theo kịp sự phát triển khoa học hoặc chính trị trong thế giới năng lượng.
Kelvion cho biết các vấn đề như lạm phát, căng thẳng địa chính trị và giá năng lượng tăng cao đang chi phối cuộc sống kinh doanh hàng ngày và coi trao đổi nhiệt là một dịch vụ, họ cho rằng người sử dụng điện và nhà điều hành có thể tích hợp các giải pháp trao đổi nhiệt vào quy trình của họ theo cách tiết kiệm chi phí mà không cần thúc đẩy lên các yêu cầu về vốn đầu tư.
Ý tưởng rất đơn giản: thay vì mua bộ trao đổi nhiệt, khách hàng chỉ trả tiền cho việc sử dụng thực tế. Điều này tạo ra chi phí tối đa và hiệu quả quá trình. Hơn nữa, nhờ vào việc thu thập và phân tích dữ liệu nhiều hơn, các chi tiết cụ thể của các quy trình này có thể được ghi lại và sử dụng gần như trong thời gian thực.
Các tùy chọn bảo trì khác nhau và chi phí vận hành có thể được bao gồm trong hợp đồng. Có thể thêm các chức năng bổ sung thông minh như giám sát hiệu suất, bảo trì dự đoán hoặc theo dõi quá trình giảm carbon dioxide.
Stefan Kleinjung, giám đốc dự án và Kelvion cho biết: “Chúng tôi muốn khách hàng của mình tin tưởng vào dịch vụ trao đổi nhiệt vô tư để họ có thể tập trung vào các quy trình cốt lõi của mình.
“Chúng tôi đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả cao nhất của các giải pháp trao đổi nhiệt với các dịch vụ bảo trì có thể lựa chọn của chúng tôi. Điều này có thể tránh được việc ngừng hoạt động ngoài kế hoạch do rò rỉ hoặc hoạt động không hiệu quả do tắc nghẽn.”
Thiết kế mô-đun tiếp tục giảm việc sử dụng tài nguyên đến mức tối thiểu cần thiết. Về mặt thực tế, ngày giao hàng đã thỏa thuận được ấn định cùng với việc tổ chức vận chuyển và lắp đặt bộ trao đổi nhiệt.
Quản lý bảo trì và bằng chứng về năng lượng thu hồi và tiết kiệm carbon dioxide là ưu tiên hàng đầu. Khi kết thúc hợp đồng, khách hàng đăng ký lại hoặc mua bộ trao đổi nhiệt với khoản thanh toán một lần hoặc trong một trường hợp khác, họ có thể hủy bỏ hoàn toàn. Bộ trao đổi nhiệt được tháo dỡ, thu thập và trả lại cho Kelvion, cho phép tái tạo quy trình với khách hàng tiếp theo.
Trong tương lai
Một ví dụ gần đây khác về cách trao đổi nhiệt hoặc công nghệ khác có thể được thêm vào các hệ thống hóa thạch kế thừa gần đây đã xuất hiện từ Đại học Birmingham vào tháng 1.
Giải pháp cắt giảm khí thải sản xuất thép được trình bày chi tiết trong một bài báo đăng trên Tạp chí Sản xuất sạch hơn, cho thấy rằng nếu được thực hiện riêng ở Vương quốc Anh, nó có thể tiết kiệm chi phí khoảng 1,6 tỷ đô la (1,3 tỷ đồng) trong 5 năm đồng thời giảm tổng thể Vương quốc Anh phát thải 2,9%.
Quy trình sản xuất thép sử dụng nhiều carbon, nhưng quy trình mới có thể cắt giảm đáng kể lượng khí thải này. Điều này sẽ thu giữ carbon dioxide được tạo ra và khử nó thành carbon monoxide bằng cách sử dụng mạng tinh thể khoáng chất được gọi là vật liệu perovskite.
Vật liệu này được chọn vì các phản ứng diễn ra trong khoảng từ 700oC đến 800oC, một dải nhiệt độ ) có thể được cung cấp bởi các nguồn năng lượng tái tạo hoặc được tạo ra bằng cách sử dụng các bộ trao đổi nhiệt kết nối với lò cao.
Perovskite có thể được tái tạo về dạng ban đầu trong phản ứng hóa học diễn ra trong môi trường oxy thấp và oxy được tạo ra có thể được sử dụng trong lò oxy cơ bản để sản xuất nhiều thép hơn. Quá trình này liên quan đến một lượng tái sử dụng đáng kể và có thể tạo tiền lệ cho các quy trình tuần hoàn và hiệu quả trong các lĩnh vực công nghiệp.
