Tối đa hóa hiệu quả thủy điện với sản xuất hydro
Thủy điện là nguồn năng lượng đáng tin cậy. Tuy nhiên, bản chất không nhất quán của dòng nước và nhu cầu điện thường gây khó khăn cho các nhà khai thác thủy điện và làm giảm doanh thu.
Để giải quyết những thách thức này, Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho (INL) và Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) đã hợp tác với Idaho Power, đơn vị vận hành 17 dự án thủy điện, để phân tích tác động kinh tế và môi trường của việc tích hợp sản xuất hydro với các nhà máy thủy điện. Dự án do Văn phòng công nghệ điện nước của Bộ Năng lượng tài trợ, nhằm mục đích tăng doanh thu của các nhà máy thủy điện.
Có hai loại nhà máy thủy điện chính: nhà máy thủy điện dòng chảy và nhà máy thủy điện hồ chứa. Cả hai loại đều có thể tích hợp với sản xuất hydro.
Các nhà máy thủy điện chạy theo dòng chảy tạo ra điện dựa trên dòng chảy của sông, không có khả năng lưu trữ nước trong thời gian dài. Tuy nhiên, sản lượng điện của chúng dao động theo dòng chảy của sông, thay đổi trong suốt cả năm. Các nhà máy hồ chứa có thể lưu trữ và giải phóng nước khi cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng và nước theo mùa. Các hồ chứa này thường cũng cung cấp các cơ hội giải trí.
Thách thức thủy điện
Cả nhà máy nước chảy theo dòng và nhà máy nước tích nước đều ít lợi nhuận hơn vào thời điểm nhu cầu thấp.
Dan Wendt, một kỹ sư hóa học tại INL và là nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu này, cho biết:
Đặc biệt vào mùa xuân, có những thời điểm có nhiều dòng nước chảy có thể sử dụng để phát điện thủy điện, nhưng nhu cầu điện lại thấp và việc phát điện không thực sự có lợi nhuận.
Mặc dù các nhà máy chứa nước có thể lưu trữ nước, nhưng người vận hành vẫn phải xả nước theo giấy phép của Ủy ban quản lý năng lượng liên bang hoặc các yêu cầu pháp lý khác, ngay cả khi họ không tạo ra điện và lợi nhuận.
Fred Noland , giám đốc môi trường phụ trách giải trí và tiếp cận công cộng tại Idaho Power, cho biết:
Chúng ta phải để một lượng nước nhất định chảy xuống hạ lưu để hỗ trợ các mục tiêu về môi trường như di cư của cá, cải thiện chất lượng nước và quản lý nguồn cung cấp nước trong thời gian hạn hán,
“Có rất nhiều thách thức, nhưng không phải là không thể vượt qua.”
Một thách thức khác đối với các nhà khai thác thủy điện đập chứa là duy trì mức oxy ở hạ lưu. Hồ chứa và đập có thể làm giảm mức oxy ở hạ lưu, ảnh hưởng tiêu cực đến sinh vật thủy sinh.
Thông thường, khi một dòng sông chảy, nước sẽ chảy hỗn loạn và hòa trộn, phân phối oxy khắp nơi. Khi nước bị giữ lại sau một con đập, nó sẽ tạo thành các lớp. Lớp trên cùng được mặt trời làm nóng và nước ấm hơn ở gần đỉnh, trong khi lớp dưới cùng vẫn mát hơn và nghèo oxy.
Nước hạ lưu đập có thể bị thiếu oxy khi nước được xả ra từ lớp nước nghèo oxy của hồ chứa. Để giảm thiểu tình trạng này, các nhà máy thủy điện sử dụng thiết bị đặc biệt hoặc kỹ thuật vận hành, chẳng hạn như xả nước qua đập hoặc thông hơi tuabin, làm giảm lượng nước có sẵn để phát điện.
Tích hợp hydro cung cấp giải pháp
Sản xuất hydro có thể giúp các nhà máy thủy điện hoạt động ở công suất gần tối đa và lợi nhuận, ngay cả trong thời kỳ nhu cầu thấp. Thay vì để nước chảy qua đập mà không tạo ra điện hoặc sản xuất điện để bán với giá thấp, các nhà khai thác có thể sử dụng năng lượng để sản xuất hydro.
Nhóm dự án đã sử dụng các phương pháp phân tích và mô hình hóa tiên tiến để khám phá các kịch bản triển khai nhằm tối đa hóa lợi ích của việc tích hợp hydro. Các nhà nghiên cứu đã đánh giá nhiều nghiên cứu điển hình khác nhau cho Idaho Power để xác định cấu hình hệ thống, chế độ vận hành và ứng dụng sử dụng hydro tốt nhất cho chiến lược phát triển hydro của họ.
Hydro có nhiều công dụng. Chủ yếu, hydro có giá trị đối với nhiên liệu vận tải và sản xuất phân bón, kim loại, dược phẩm, chip silicon và thủy tinh. Nó được sử dụng để tinh chế dầu mỏ thành xăng và dầu diesel và kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm.
Wendt nói,
Nếu nhà máy thủy điện được tích hợp với cơ sở sản xuất hydro, họ có thể lưu trữ hydro sạch để phát điện khi nhu cầu cao hoặc bán hydro cho thị trường nhiên liệu hóa chất hoặc vận tải nơi giá cả ổn định hơn.
Hydro cũng có thể được lưu trữ và chuyển đổi trở lại thành điện khi nhu cầu vượt quá khả năng sản xuất của nhà máy. Bằng cách sử dụng thủy điện và sản xuất hydro song song, Idaho Power có thể hỗ trợ nhiều hơn cho lưới điện và tăng doanh thu.
Wendt nói,
Việc bổ sung hydro giúp tăng cường sự ổn định của lưới điện và tạo ra một nhà máy điện linh hoạt hơn,
Oxy, một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất hydro, có thể được thêm vào nước khi nước chảy qua nhà máy điện, có thể tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp oxy hóa khác.
Bằng cách sản xuất hydro, Idaho Power có thể khai thác thủy điện để cải thiện sản lượng điện và mở ra các nguồn doanh thu mới. Sản xuất hydro có khả năng tăng doanh thu trong thời gian nhu cầu năng lượng thấp và sản phẩm phụ oxy có thể cải thiện chất lượng nước.
Noland , người đứng đầu nhóm hội đồng chiến lược xây dựng lộ trình phát triển hydro cho Idaho Power, cho biết:
Một trong những điều tôi nghĩ là quan trọng cần rút ra từ điều này là đôi khi bạn thực hiện nghiên cứu và khám phá, nhưng đó không phải là thời điểm thích hợp hoặc "không" chính là câu trả lời,
“INL và PNNL có thể kết nối dữ liệu và thông tin để chúng có giá trị về mặt không gian và thời gian. Điều này giúp chúng tôi hiểu được thị trường và những gì cần thiết.”
Tối đa hóa hiệu quả thủy điện với sản xuất hydro
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
