Máy HydroGen 3MW cải tiến hứa hẹn giảm đáng kể chi phí sản xuất H2 tái tạo
Một máy điện phân kiềm 3MW hiệu quả cao, chi phí cực thấp có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất hydro xanh đã bắt đầu vận hành thương mại lần đầu tiên.
Máy điện phân HydroGen, do công ty đổi mới Stiesdal A/S của Đan Mạch thiết kế - do nhà tiên phong về năng lượng gió Henrik Stiesdal dẫn đầu - đã được lắp đặt và vận hành thành công tại một nhà máy khí sinh học ở thị trấn Glansager, miền nam Đan Mạch (xem bảng bên dưới để biết chi tiết dự án ) .
Nó không chỉ là một trong những máy điện phân kiềm rẻ hơn trên thị trường — Stiesdal A/S duy trì mục tiêu dài hạn là €200/kW khi đạt đến mức sản xuất hàng loạt thực sự, với giá chỉ bằng khoảng một nửa đến một phần tư so với công nghệ phổ thông hơn — nó còn cũng là một trong những hệ thống hiệu quả nhất, có thể sản xuất 1kg H 2 chỉ từ 46-49kWh điện (50kWh/kgH 2 thường được coi là hệ thống hiệu quả cao).
Máy điện phân HydroGen được thiết kế ngay từ đầu để có chi phí thấp nhất có thể.
Những cải tiến bao gồm vận hành ở mật độ dòng điện khá thấp để tối đa hóa hiệu quả và giảm dòng chất điện phân đi qua để giảm cái gọi là dòng điện shunt gây lãng phí điện, từ đó cải thiện.
Ở cấp độ tổng quát hơn, mục tiêu là một hệ thống tổng thể theo mô-đun, dễ cài đặt, trong đó tất cả các thành phần được xây dựng bởi các nhà sản xuất bên thứ ba có kinh nghiệm, do đó loại bỏ nhu cầu xây dựng cơ sở sản xuất quy mô gigawatt tốn kém và phát triển kiến thức chuyên môn nội bộ trong nhiều khu vực từ đầu.
Henrik Stiesdal nói với Hydrogen Insight: “Cách tiếp cận của chúng tôi là chúng tôi không có mong muốn lớn về việc có cơ sở sản xuất,” Henrik Stiesdal nói với Hydrogen Insight , cho thấy rằng điều này sẽ giảm chi phí sản xuất. “Chúng tôi sẽ tiến hành lắp ráp một số đơn vị, nhưng chúng tôi tin tưởng rằng có những công ty khác thực sự giỏi sản xuất hàng loạt hơn chúng tôi.
“Khi chúng tôi bắt đầu sản xuất tua-bin gió cách đây 45 năm, chúng tôi mua hộp số từ các công ty hàng đầu, chúng tôi mua trục thép từ các nhà sản xuất trục hàng đầu, chúng tôi mua vòng bi lăn từ các công ty lớn, v.v. Chúng tôi đã không đi ra ngoài và nói, 'ồ, chúng tôi cần vòng bi, sau đó chúng tôi cần học cách chế tạo vòng bi' - điều đó thật điên rồ - và về cơ bản chúng tôi cũng đang làm điều tương tự ở đây.
Ông nói, “bí quyết” là chọn những nhà cung cấp liên tục sản xuất các thiết bị tương tự ở quy mô lớn, có sẵn năng lực sản xuất khổng lồ.
Ví dụ, công ty sản xuất khổng lồ Danfoss của Đan Mạch sẽ sản xuất các ngăn xếp theo thông số kỹ thuật của Stiesdal - và thực sự đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế các điện cực, miếng đệm và các bộ phận khác. Và KK Wind Solutions, nhà cung cấp thiết bị cung cấp điện lớn nhất cho ngành điện gió, sản xuất ra “gigawatt và gigawatt” trị giá hàng năm.
Một cải tiến khác của hệ thống điện phân Stiesdal là các ống điện phân sẽ được đặt bên trong các bình chịu áp lực được ngâm trong nitơ điều áp.
Henrik giải thích: “Máy điện phân được bao quanh bởi khí nitơ ở áp suất tương đương với chính ống khói. Có rất nhiều lợi ích từ đó. Các miếng đệm mà chúng tôi sử dụng không cần phải bịt kín để chống lại áp suất cao ở bên trong và áp suất khí quyển thấp ở bên ngoài. Họ chỉ cần bịt kín giữa áp suất bên trong và áp suất tương tự ở bên ngoài, điều đó có nghĩa là việc bịt kín rất dễ dàng.
“Và chúng tôi thực sự duy trì áp suất cao hơn một chút ở bên ngoài, vì vậy nếu có rò rỉ, bạn sẽ không có khí thoát ra mà chỉ có khí trơ, nitơ đi vào.
“Theo những gì chúng tôi thấy, đó là một sự sắp xếp rất an toàn. Tôi nghĩ rằng ý tưởng về việc đặt bình áp suất ở áp suất xung quanh cao hơn một chút là một cách thực sự tốt để tránh có hydro ở những nơi bạn không muốn.”
Nhưng việc sử dụng bình áp lực còn tiết kiệm đáng kể chi phí. Ông giải thích rằng hầu hết các ngăn xếp máy điện phân đều có dạng hình trụ để chúng có thể tạo ra áp suất bên trong lớn, giúp chúng tiết kiệm năng lượng hơn. Nhưng điều này có nghĩa là các tấm, điện cực và dải phân cách cần phải có hình tròn, mặc dù nguyên liệu thô cho những thứ này luôn ở dạng tấm hình chữ nhật trên một cuộn.
“Nếu bạn cần làm nó thành hình trụ, điều đầu tiên bạn làm là cắt bỏ 22% nguyên liệu [thô] và vứt nó đi. Chúng tôi không cần phải làm điều đó nên chúng tôi tận dụng nguyên liệu thô tốt hơn vì không có chất thải,” Henrik nói.
Ông nói thêm rằng khi máy điện phân đắt tiền, người vận hành muốn vận hành nó mọi lúc để đạt được lợi tức đầu tư tốt nhất. Nhưng nếu thiết bị rẻ, “bạn không bận tâm đến việc nó đứng yên định kỳ - bạn có thể chấp nhận điều đó vì khoản khấu hao và lãi [cho các khoản vay] của bạn không thực sự lớn lắm”.
Điều này có nghĩa là việc kết nối các máy điện phân chỉ với các tấm pin mặt trời, vốn chỉ hoạt động ở hệ số công suất trung bình là 18% hoặc cung cấp năng lượng cho chúng bằng năng lượng gió hoặc năng lượng mặt trời dư thừa, sẽ trở nên khả thi hơn về mặt thương mại.
Henrik cũng nói rằng mặc dù các máy điện phân kiềm nổi tiếng là không thể tăng giảm tốc độ để đáp ứng với những thay đổi về sản lượng năng lượng tái tạo nhanh như các công nghệ điện phân khác, “chúng tôi chưa quan sát thấy bất kỳ vấn đề nào với việc tăng giảm nhanh” .
Ông nói: “Tôi muốn nói rằng chúng tôi nghĩ điều này là cần thiết để đưa hydro sạch vào bối cảnh năng lượng”.
Henrik Stiesdal được ghi nhận là người đã thiết kế tuabin gió như chúng ta biết ngày nay tại trang trại của cha mẹ ông vào cuối những năm 1970. Ông cũng quản lý việc xây dựng trang trại gió ngoài khơi đầu tiên trên thế giới vào năm 1991 và sau đó là giám đốc công nghệ của Siemens Wind Power, nơi ông lãnh đạo việc thiết kế và mở rộng quy mô các tuabin gió từ những cỗ máy nhỏ đến những tuabin khổng lồ nhiều megawatt mà chúng ta thấy ngày nay.
Stiesdal A/S thuộc sở hữu tư nhân điều hành bốn công ty con, mỗi công ty tập trung vào công nghệ xanh của riêng mình.
Steisdal Hydrogen đã phát triển máy điện phân HydroGen; Stiesdal Offshore đã phát triển nền tảng tuabin gió nổi mô-đun chi phí thấp có tên là Tetra, hiện đang được thử nghiệm ngoài khơi Na Uy; Stiesdal Storage đang nghiên cứu một hệ thống lưu trữ nhiệt năng lâu dài, lưu trữ điện dưới dạng nhiệt trong đá nghiền; và Stiesdal SkyClean đang phát triển phương pháp thu hồi và lưu trữ carbon dựa trên nhiệt phân SkyClean và nhiên liệu xanh.
Hôm nay, máy điện phân HydroGen 3MW của Stiesdal A/S đã được khánh thành tại nhà máy Power-to-X ở Glansager, miền nam Đan Mạch, do công ty khí sinh học địa phương Nature Energy và công ty tiện ích Andel của Đan Mạch vận hành.
Cơ sở này sử dụng hydro theo cách cải tiến - tăng sản lượng khí mê-tan sinh học từ nhà máy khí sinh học cùng địa điểm.
Về cơ bản, nó được kết hợp với CO2, một sản phẩm phụ không thể tránh khỏi của quá trình sản xuất khí sinh học, để tạo ra khí mêtan sinh học.
Việc lắp đặt, thử nghiệm và vận hành mất khoảng sáu tuần và máy điện phân hiện đang ở chế độ "tự động, không cần giám sát"
