Mitsubishi Power đã trình diễn thành công quá trình đốt cháy một phần và toàn tải hỗn hợp nhiên liệu với 30% hydro (theo thể tích) trong tuabin khí làm mát bằng không khí (JAC) nối lưới dòng J. Thành tựu này tiếp nối việc hoàn thành thử nghiệm đốt trên lò đốt nhiên liệu đơn amoniac để đốt than của Mitsubishi Heavy Industries (MHI), công ty mẹ của Mitsubishi Power.
Những đột phá về công nghệ thể hiện những tiến bộ then chốt của MHI, công ty đang nỗ lực “đảm bảo tương lai” hoạt động kinh doanh sản xuất nhiệt điện truyền thống của mình và cung cấp các lựa chọn sản xuất năng lượng hiệu quả cao và thân thiện với môi trường cho khách hàng thông qua tính linh hoạt của nhiên liệu, bao gồm cả nhiên liệu carbon thấp như hydro và amoniac .
Theo chiến lược “SỨ MỆNH NET ZERO” của MHI, nhằm mục đích đạt được mức độ trung hòa carbon cho các doanh nghiệp và khách hàng của mình vào năm 2040, công ty đang dẫn đầu việc xác nhận và thương mại hóa các loại máy đốt khác nhau để đồng đốt hydro, đốt hydro nhiên liệu đơn và nhiên liệu đơn. đốt amoniac. Công ty cũng đang phát triển các công nghệ “để đáp ứng nhiều nhu cầu sử dụng amoniac”, từ đồng đốt tỷ lệ thấp đến tỷ lệ cao trong các nồi hơi công nghiệp và tiện ích.
Nhân viên tại phòng điều khiển trung tâm tại Cơ sở xác nhận nhà máy điện chu trình hỗn hợp T-Point 2 của Mitsubishi Power tại Công viên hydro Takasago ở tỉnh Hyogo, Nhật Bản, ăn mừng buổi trình diễn tuabin khí khung lớn sử dụng hỗn hợp nhiên liệu 30% hydro, trong khi được kết nối vào lưới điện địa phương. Tua bin khí sử dụng hydro được sản xuất và lưu trữ tại Công viên Hydro Takasago. Được phép: Mitsubishi Power
Một bước tiến lớn cho một hệ thống tích hợp, kết nối lưới
Cuộc trình diễn quá trình đốt cháy đồng đốt hydro của Mitsubishi Power, được công bố vào ngày 30 tháng 11, đáng chú ý là “thử nghiệm sản xuất điện đầu tiên trên thế giới trên tuabin khí khung lớn sử dụng hỗn hợp nhiên liệu gồm 30% hydro trong khi kết nối với lưới điện địa phương và sử dụng hydro được sản xuất và được lưu trữ trên cùng một trang web,” công ty cho biết.
Thử nghiệm được tiến hành tại Cơ sở xác nhận nhà máy điện chu trình hỗn hợp T-Point 2, cơ sở trình diễn và xác nhận tuabin khí chuyên dụng của Mitsubishi Power đã giành được giải thưởng Nhà máy của năm của POWER vào năm 2020. T-Point 2 bao gồm khí M501JAC thế hệ tiếp theo tuabin có công suất định mức 566 MW (ở tần số 60 Hz) được nối lưới vào năm 2020. Cùng với hệ thống làm mát bằng không khí cải tiến để làm mát buồng đốt, tuabin JAC của cơ sở có nhiệt độ đầu vào tuabin là 1.650C và bao gồm một lớp dày hơn lớp phủ rào cản nhiệt (TBC) và máy nén có tỷ lệ áp suất cao.
T-Point 2 được đặt tại Công viên Hydro Takasago, một cơ sở xác nhận hydro tích hợp trong Nhà máy Máy móc Takasago của MHI ở tỉnh Hyogo, phía tây trung tâm Nhật Bản. Cơ sở hydro tích hợp bắt đầu hoạt động toàn diện vào tháng 9 năm 2023.
Công viên Hydro Takasago còn có máy điện phân kiềm công suất 5,5 MW do HydrogenPro AS của Na Uy sản xuất, có công suất sản xuất hydro là 1.100Nm 3 /h, một trong những công suất cao nhất thế giới. Hydro do cơ sở sản xuất được lưu trữ trong thiết bị lưu trữ có công suất khoảng 39.000 Nm 3 . Các kế hoạch trong tương lai kêu gọi thử nghiệm và xác nhận các công nghệ sản xuất hydro thế hệ tiếp theo như điện phân hơi nước ở nhiệt độ cao sử dụng tế bào điện phân oxit rắn (SOEC), xác nhận tích hợp quá trình sản xuất hydro “ngọc lam”, lưu trữ và sản xuất điện bên cạnh việc sản xuất hydro bằng cách sử dụng máy điện phân nước kiềm.
Nhà máy máy móc Takasago của MHI ở tỉnh Hyogo ở phía tây miền trung Nhật Bản có Công viên hydro Takasago, một cơ sở xác nhận hydro tích hợp được chia thành ba phần: sản xuất, lưu trữ và sử dụng hydro. Phần sản xuất bao gồm máy điện phân kiềm HydrogenPro, trong khi phần lưu trữ bao gồm các thiết bị có tổng công suất 39.000 Nm 3 . Cơ sở xác nhận nhà máy điện chu trình hỗn hợp T-Point 2, nằm trong khu vực sử dụng, có tua bin khí khung lớn 566 MW làm mát bằng không khí dòng J, cũng như tua bin khí H-25 cỡ nhỏ và vừa. (loại 40 MW) được lắp đặt để dẫn động máy nén tại cơ sở thử nghiệm quá trình đốt cháy. Được phép: MHI
Một cuộc biểu tình hai phần
Cuộc trình diễn thành công được công bố hôm thứ Năm bao gồm hai phần, Mitsubishi Power cho biết: Họ “thực hiện hỗn hợp nhiên liệu gồm 30% hydro theo thể tích,” sử dụng hydro được sản xuất tại Công viên Hydro Takasago; và nó đã chứng minh việc sử dụng nhiên liệu đó trong tuabin M501JAC của T-Point 2 ở chế độ tải một phần và toàn tải.
Trọng tâm trình diễn chính là xác minh công nghệ buồng đốt nhiều vòi trộn sẵn NO x (DLN) khô-thấp, giúp giải quyết hiện tượng cháy ngược (cháy ngược), biến động áp suất đốt và phát thải nitơ oxit (NO x ). Được phát triển với sự tài trợ của Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới (NEDO) của Nhật Bản, Mitsubishi Power vào năm 2018 đã xác nhận việc sử dụng 30% hydro theo thể tích trong buồng đốt tuabin khí khung lớn và vào năm 2022, nó đã xác nhận 50% hydro theo thể tích.
Tuy nhiên, cuộc trình diễn tích hợp được công bố hôm thứ Năm “đã xác minh việc đạt được mức phát thải NO x thấp tương tự và quá trình đốt cháy ổn định trong quá trình đồng đốt hydro, đồng thời có thể chuyển đổi nhiên liệu từ khí tự nhiên sang trộn nhiên liệu hydro trong quá trình vận hành một phần và toàn tải. ”, công ty cho biết. Vào năm 2024, công ty có kế hoạch “tiến hành mở rộng cơ sở lưu trữ hydro và thực hiện thử nghiệm sử dụng nhiên liệu hỗn hợp 50% hydro”.
Để đạt được công suất 100% hydro, công ty đã đồng thời phát triển công nghệ buồng đốt “đa cụm” nhiên liệu đơn cho phép trộn hydro và không khí hiệu quả thông qua thiết kế vòi phun nhiên liệu được nâng cấp. Quá trình đồng đốt hydro sử dụng buồng đốt mới ở tuabin khí loại 1.300C đang được tiến hành tại dự án Osaki Cool Gen của J-POWER, một nhà máy chu trình kết hợp khí hóa tích hợp (IGCC) hoàn thành năm 2017 ở tỉnh Hiroshima.
Việc phát triển buồng đốt đa cụm loại 1.650C của Mitsubishi Power cũng đang được tiến hành. Các cuộc thử nghiệm đốt cháy dự kiến vào năm 2025 và công ty đang hướng tới việc thương mại hóa vào năm 2030, “khi dự kiến sẽ có đủ nguồn cung cấp khí hydro”.
Lộ trình xác nhận và thương mại hóa các loại máy đốt khác nhau của MHI kể từ tháng 12 năm 2022. Được phép: MHI
Đáng chú ý, T-Point 2 còn bao gồm một tuabin khí H-25 cỡ nhỏ và vừa (loại 40 MW), mà Mitsubishi Power trước đây đã lắp đặt để dẫn động máy nén tại cơ sở thử nghiệm đốt cháy. Công ty cho biết hôm thứ Năm rằng việc xác nhận việc đốt 100% hydro trong tuabin khí H-25, sẽ sử dụng buồng đốt Đa cụm Loại 3 của công ty, được lên kế hoạch vào năm 2024.
Việc thương mại hóa năng lực hydro của Mitsubishi Power sẽ được trưng bày đầy đủ tại Dự án lưu trữ năng lượng sạch tiên tiến ở Delta, Utah. Hệ thống hydro tích hợp 300 GWh đang trở thành trung tâm năng lượng hydro tái tạo lớn nhất ở Hoa Kỳ với mục tiêu sản xuất tới 100 tấn hydro mỗi ngày từ nước và các nguồn năng lượng tái tạo bằng cách sử dụng máy điện phân kiềm áp suất cao HydrogenPro 220 MW ngân hàng. Nó sẽ lưu trữ lượng hydro đó trong hai hang động khổng lồ được khai thác bằng dung dịch nằm trong mái vòm muối duy nhất ở miền Tây Hoa Kỳ và sau đó cung cấp lượng hydro đó cho hai tuabin khí M501JAC mà Mitsubishi Power gần đây đã giao cho dự án IPP Renewed 840 MW.
Hai tuabin sẽ có khả năng sử dụng hỗn hợp nhiên liệu chứa 30% hydro theo thể tích khi chúng bắt đầu hoạt động vào năm 2025. Theo thỏa thuận dịch vụ dài hạn 20 năm (LTSA), Mitsubishi Power sẽ tăng dần lượng hydro trong nhiên liệu. hỗn hợp sẵn có từ dự án ACES Delta liền kề để đạt được mức đốt cháy 100% hydro vào năm 2045, đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt của California về năng lượng không có carbon.
Cùng với ACES, Mitsubishi Power đang phát triển các dự án chạy bằng khí hydro. Được phép: MHI
MHI hoàn thành thử nghiệm đầu đốt nhiên liệu đơn amoniac cho nồi hơi than
Trong khi đó, MHI từ năm 2021 đã phát triển một đầu đốt cho phép đồng đốt amoniac tỷ lệ cao trong các nồi hơi đốt than nghiền thành bột như một phần của dự án Thiết lập Chuỗi cung ứng nhiên liệu Amoniac của NEDO. Mục tiêu chính của dự án là phát triển—vào năm tài chính 2024—các đầu đốt có khả năng đốt nhiên liệu đơn amoniac cho cả đầu đốt kiểu đốt tròn và kiểu đốt đối nghịch thông qua các thử nghiệm đốt “với đầu đốt quy mô đầy đủ tương đương với thiết bị thực tế”.
Hôm thứ Ba, công ty thông báo đã hoàn thành thành công cuộc thử nghiệm đốt đầu đốt nhiên liệu đơn amoniac tại Trung tâm Nghiên cứu & Đổi mới Quận Nagasaki, một cơ sở thử nghiệm chuyên dụng ở quận Nagasaki, Nhật Bản.
Công ty cho biết: “Sử dụng lò thử nghiệm đốt với mức tiêu thụ nhiên liệu 0,5 tấn mỗi giờ (t/h), MHI đã tiến hành thử nghiệm lò đốt nhiên liệu đơn sử dụng đầu đốt amoniac và thử nghiệm đồng đốt amoniac tỷ lệ cao với than”. “Trong cả hai trường hợp, các thử nghiệm đều xác nhận quá trình đốt cháy ổn định, giảm lượng khí thải NO x so với đốt than và đốt cháy hoàn toàn amoniac.”
Thử nghiệm đốt cháy đầu đốt nhiên liệu đơn amoniac của MHI được tiến hành bằng thiết bị thử nghiệm đốt cháy tại Trung tâm Nghiên cứu & Đổi mới Quận Nagasaki ở Nagasaki. Được phép: MHI
Tiếp theo, MHI có kế hoạch tiến hành thử nghiệm đốt cháy bằng cách sử dụng đầu đốt có kích thước thực tế trong “lò thử nghiệm đốt cháy lớn hơn 4t/h”. Dựa trên thử nghiệm đó, MHI sau đó sẽ “thực hiện các bước ứng dụng đầu đốt mà công ty đã phát triển cho các nhà máy nhiệt điện ở Nhật Bản và nước ngoài”.
Đáng chú ý là MHI đang hợp tác với máy phát điện JERA của Nhật Bản — một liên doanh giữa Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO) và Chubu Electric đang tìm cách chuyển đội tàu đốt than khổng lồ của mình sang sử dụng 100% amoniac vào năm 2050 — trong dự án. Vào năm 2022, các công ty cho biết họ có kế hoạch “lập một kế hoạch tổng thể về thiết bị để chứng minh khả năng sử dụng của nó trong các nồi hơi thực tế”. Hai công ty dự kiến sẽ quyết định có lắp đặt đầu đốt tại các lò hơi đốt than của JERA do MHI sản xuất hay không. Họ đề xuất: “Đối với các cuộc trình diễn thực tế của nhà máy, JERA và MHI có kế hoạch xác minh khả năng đồng đốt với ít nhất 50% amoniac tại hai tổ máy với các loại nồi hơi khác nhau vào năm tài chính 2028”.
JERA—một liên doanh giữa Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO) và Chubu Electric đang tìm cách chuyển đội tàu đốt than khổng lồ của mình sang sử dụng 100% amoniac vào năm 2050—đang nỗ lực thiết lập công nghệ và đồng đốt lên tới 20% amoniac tại Đơn vị 4 1 GW của Nhà máy Nhiệt điện Hekinan 4,1 GW của JERA, bắt đầu từ năm tài chính 2024. Vào ngày 29 tháng 11, Chủ tịch JERA Hisahide Okuda nói với các phóng viên rằng dự án đang trên đà bắt đầu vào tháng 3 năm 2024. Các kế hoạch kêu gọi tăng cường đồng đốt amoniac lên hơn 50%, trình diễn nhà máy điện thực tế vào năm 2028/2029 và có khả năng bắt đầu vận hành thương mại vào đầu những năm 2030.
Đầu năm nay, JERA và MHI đã ký một biên bản ghi nhớ (MOU) với Công ty TNHH Phát điện Đại chúng của Thái Lan để đánh giá tính khả thi của việc đồng đốt tới 20% amoniac tại nhà máy điện đốt than BLCP 1,4 GW. Trong khi đó, JERA có MOU để nghiên cứu đồng đốt amoniac với Aboitiz Power, một nhà sản xuất than ở Phillippines. MHI có thỏa thuận tương tự với nhà sản xuất điện độc lập Guacolda Energia của Chile, cũng như một số đơn vị khác.
MHI đang khám phá một số dự án có thể sử dụng amoniac làm nhiên liệu trong tua-bin khí. Được phép: MHI
MHI khám phá riêng các cơ hội đốt khí amoniac
MHI và JERA cũng đã hợp tác để khám phá quá trình đốt amoniăc trong các tuabin khí. Vào tháng 8 năm 2022, hai công ty bắt đầu cùng nhau tìm hiểu việc xây dựng một nhà máy chu trình hỗn hợp sử dụng 100% nhiên liệu amoniac trên Đảo Jurong ở Singapore. Theo Biên bản ghi nhớ, hai đơn vị sẽ nghiên cứu xây dựng một nhà máy chu trình hỗn hợp tuabin khí loại 60 MW.
Đáng chú ý, đảo Jurong đã nổi lên như một điểm nóng về hoạt động đốt cháy hydro và amoniac. Ngoài ra, MHI cũng đang tận dụng một cơ hội tiềm năng khác với nhà phát triển cơ sở hạ tầng năng lượng Keppel và DNV của Singapore để sản xuất tuabin khí hoặc hệ thống chu trình hỗn hợp sử dụng 100% nhiên liệu amoniac. Và như POWER đưa tin gần đây, Sembcorp Industries, GE Vernova và công ty công nghiệp nặng Nhật Bản IHI Corp. cũng đang cùng nhau kiểm tra khả năng trang bị thêm hai tuabin khí GE 9F tại một nhà máy điện chu trình hỗn hợp chạy bằng khí đốt 815 MW ở Singapore với công suất amoniac.
MHI lưu ý rằng họ đã bắt đầu phát triển lò đốt amoniac nhiên liệu đơn để phát điện bằng tua-bin khí vào năm 2021. Đáng chú ý, Mitsubishi Power đang dẫn đầu nỗ lực phát triển tua-bin khí loại 40 MW có thể đốt trực tiếp 100% amoniac.
Công ty hiện đang nghiên cứu cách đốt trực tiếp amoniac bằng cách sử dụng lò đốt khuếch tán Loại 1 đồng thời loại bỏ các sản phẩm phụ NOx gây ra bởi quá trình oxy hóa do đốt cháy thành phần nitơ của nhiên liệu.
Một giải pháp được áp dụng cho dòng tua bin khí H-25 của công ty là kết hợp hệ thống tua bin khí với thiết bị loại bỏ NO x . Hiện tại, các kế hoạch nhắm mục tiêu có thể kết hợp một lò đốt đốt amoniac với “cơ sở khử nitrat hiệu suất cực cao”. Đồng thời, công ty đang đánh giá việc sử dụng nhiệt thải từ tuabin khí trong các hệ thống chu trình hỗn hợp để chuyển đổi amoniac thành hydro và nitơ. Nó gợi ý rằng việc xác nhận thực tế của nhà máy có thể diễn ra vào năm 2025.
