Tua bin được điều khiển hoàn toàn bằng hydro trong đường ống
Các tuabin chạy hoàn toàn bằng hydro đang được phát triển tại Mitsubishi Power, giúp Nhật Bản thúc đẩy nền kinh tế không có carbon
Được sản xuất bởi
Tuabin khí hydro.
Cam kết toàn cầu về cắt giảm phát thải khí nhà kính và giảm, nếu không muốn nói là ngược lại, sự nóng lên toàn cầu đã thúc đẩy nhu cầu khử cacbon trong nền kinh tế. Cần có những giải pháp thay thế hiệu quả và giá cả phải chăng cho nhiên liệu hóa thạch.
Một ứng cử viên lâu dài như một loại nhiên liệu sạch của tương lai, hydro có thể được lấy từ nước bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời hoặc điện tạo ra từ gió. Các nguồn tái tạo này thay đổi theo thời tiết, nhưng hydro có thể mang lại sự ổn định vì nó có thể được lưu trữ và chuyển đổi thành điện năng theo yêu cầu mà không phát thải carbon. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế hydro phải đối mặt với nhiều thách thức, vì hydro phải được lưu trữ, vận chuyển và sử dụng một cách tiết kiệm và an toàn.
Sự chuyển đổi sang tuabin hydro
Mitsubishi Power, một thành viên của Tập đoàn Công nghiệp nặng Mitsubishi, bắt đầu kinh doanh tua-bin khí vào những năm 1960. Trong những năm 1990, nhu cầu ngày càng tăng về an ninh năng lượng để giảm sự phụ thuộc của Nhật Bản vào nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu đã thúc đẩy các nỗ lực nghiên cứu về hydro. Từ năm 2010, quá trình khử cacbon đã trở thành động lực chính, và tính cấp bách của biến đổi khí hậu đã thúc đẩy sự phát triển. Satoshi Tanimura, người đứng đầu các kỹ sư tại Mitsubishi Power cho biết: “Giống như nhiều người khác, nhà của tôi chỉ cao hơn mực nước biển 2 mét và tôi ngày càng lo sợ nó sẽ bị nhấn chìm do hiện tượng nóng lên toàn cầu”. “Sự phát triển của các công nghệ chạy bằng hydro sẽ thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang một xã hội thực sự không có carbon”.
Vào năm 2018, nhóm của Tanimura, với sự hỗ trợ của Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới của Nhật Bản (NEDO), đã phát triển một tuabin khí chạy bằng 30% hydro và 70% khí tự nhiên - một bước tiến quan trọng hướng tới một xã hội không có carbon. Tuabin nhiên liệu hỗn hợp của họ tạo ra ít CO2 hơn khoảng 10% so với tuabin chạy bằng khí tự nhiên. Nhóm nghiên cứu đang làm việc để phát triển một chiếc chạy hoàn toàn bằng hydro vào năm 2025.
Các tuabin khí hydro có nhiều lợi ích về môi trường và kinh tế, và Mitsubishi Power cam kết tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi. Các tuabin của họ có thể được lắp vào các nhà máy điện hiện có và có thể chạy bằng các dạng hydro kém tinh khiết hơn, có thể được vận chuyển dưới mọi hình thức, từ hydro lỏng đến amoniac. Chúng cũng có thể hoạt động trong các nhà máy điện chu trình hỗn hợp, hiệu quả hơn vì chúng sử dụng nhiệt dư thừa để tạo ra hơi nước cung cấp năng lượng cho tuabin thứ hai. Tanimura nói: “Chúng tôi đã đạt được 64% hiệu suất sản xuất điện trong nhà máy chu trình hỗn hợp khí tự nhiên của mình. “Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể cải thiện điều này bằng cách tăng nhiệt độ đốt cháy của khí.”
Một cơ sở thử nghiệm tại Takasago, Nhật Bản, để đồng đốt với hydro.
Giải quyết tất cả các khía cạnh ở một nơi
Cơ sở rộng hàng triệu mét vuông của Mitsubishi Power tại Takasago, gần Kobe, Nhật Bản, tập hợp các công đoạn nghiên cứu và phát triển, thiết kế, sản xuất và kiểm định tuabin khí tại một nơi. Địa điểm này có nhà máy điện riêng và khi nhu cầu năng lượng giảm vào mùa xuân và mùa hè, các tuabin khí sẽ được đưa đến phòng thí nghiệm để xác nhận xem liệu những cải tiến mới nhất có thành công trong việc đạt được nhiệt độ cao hơn, hiệu suất cao hơn và lượng khí thải nitơ oxit thấp hơn hay không.
Mitsubishi Heavy Industries sản xuất nhiều loại sản phẩm, từ nhà máy hóa chất đến động cơ phản lực và tuabin gió, và tất cả thông tin và công nghệ đều được chia sẻ thông qua Trung tâm Nghiên cứu và Đổi mới của họ. Điều này bao gồm một tuabin nghiên cứu, các cơ sở thử nghiệm quá trình đốt cháy và một máy in ba chiều cho các bộ phận tuabin khí lớn. Tanimura nói: “Bởi vì chúng tôi tự sản xuất, kiểm tra và sửa chữa các bộ phận của chính mình ở đây, chúng tôi có thể phát triển và xác minh sản phẩm theo chu kỳ phản hồi nhanh chóng, giúp giảm chi phí. “Đây cũng là nơi quan trọng để các kỹ sư trẻ tìm hiểu về các quy trình của chúng tôi”.
Một thành công lớn là giảm hồi tưởng, trong đó tốc độ đốt cháy hydro nhanh chóng có nghĩa là ngọn lửa có thể bắn ngược lại vòi phun nhiên liệu tới. Tanimura giải thích: “Điều này dẫn đến sự thất bại thảm hại của hệ thống. “Chúng tôi đã thu nhỏ vòi phun và cải thiện khả năng hòa trộn không khí và nhiên liệu, giúp ngăn nó nhấp nháy trở lại.”
Phát triển toàn cầu với hydro
Mitsubishi Power là một phần không thể thiếu trong một số dự án quốc tế đã thúc đẩy nền kinh tế hydro. Tại Hà Lan, nhà máy điện Vattenfall đã lắp đặt ba tổ máy tuabin chạy khí tự nhiên Mitsubishi M701F, mỗi tổ máy có thể tạo ra tới 440 megawatt điện - đủ để cung cấp điện cho hơn 60.000 ngôi nhà. Đây là một phần của Dự án Hydrogen-to-Magnum, nhằm mục đích chuyển đổi một tổ máy tuabin khí sang chạy bằng 100% hydro vào năm 2027. Hydro được sản xuất từ khí tự nhiên được lưu trữ trong các hang muối dưới lòng đất gần đó và CO2 thải ra được bơm vào bên dưới phía Bắc Biển. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra hydro tại chỗ bằng cách sử dụng điện tạo ra từ gió. Những dự án như vậy sẽ cắt giảm lượng khí thải CO2 hai megaton mỗi năm và ngăn chặn các nhà máy điện khí tự nhiên trở nên lỗi thời.
Nhà máy điện Magnum ở Hà Lan
Tại Hoa Kỳ, các bang phía Tây đã đặt ra các mục tiêu tích cực về khử cacbon, trong đó nhiều bang hướng tới việc sản xuất điện hoàn toàn không có cacbon vào năm 2050. Có nguồn cung cấp năng lượng mặt trời và gió ổn định trên khắp vùng Trung Tây, và nhiều hang muối dưới lòng đất có thể cung cấp nguồn dự trữ hydro giá rẻ. Tanimura nói: “Chúng tôi đã thấy một cơ hội kinh doanh thú vị ở đây. “Vì vậy, chúng tôi đã hợp tác với Magnum Development và Thống đốc bang Utah để khởi động Dự án Lưu trữ Năng lượng Sạch Nâng cao.” Đến năm 2025, các tuabin khí của Mitsubishi Power sẽ được lắp đặt tại Nhà máy điện Intermountain, sẽ đưa điện đến Los Angeles. Nhà máy sẽ chuyển sang sử dụng 100% năng lượng hydro vào năm 2045.
Tanimura nói: “Hydro rất cần thiết cho một tương lai xanh. "Đó là một lĩnh vực mà chúng tôi có thể khai thác thế mạnh của công ty mình trong các công nghệ tuabin khí lớn."
