Tầm nhìn Kawasaki cho tương lai
Ngày nay, xã hội của chúng ta chủ yếu phụ thuộc vào năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ hoặc khí đốt tự nhiên.
Điều này đang gây ra vấn đề môi trường nghiêm trọng là sự nóng lên toàn cầu và nguy cơ cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên. “Năng lượng Hydro” đưa ra một giải pháp để đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ổn định và bảo vệ môi trường toàn cầu.
Hydrogen đã được gọi là "Năng lượng sạch cuối cùng". Nó có thể được sử dụng giống như dầu mỏ làm nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho ô tô và giống như khí đốt tự nhiên để tạo ra điện.
Bên cạnh đó, không giống như nhiên liệu hóa thạch, hydro không thải ra carbon dioxide khi đốt cháy để tạo ra năng lượng.
Chúng ta sẽ có thể tiếp tục lái ô tô và sử dụng điện bằng hydro.
Cuộc sống hàng ngày của chúng ta sẽ không thay đổi. Nhưng nhờ năng lượng hydro, xã hội của chúng ta có thể thay đổi đáng kể.
Thông qua năng lượng hydro, Kawasaki hy vọng sẽ mang đến một tương lai mới cho người dân trên thế giới.
Sáng kiến này, dựa trên khả năng tích hợp của toàn Tập đoàn Kawasaki, đã bắt đầu.
Hydrogen: Năng lượng sạch và mạnh mẽ tối thượng
Hydro, một loại năng lượng sạch không thải ra CO 2 khi sử dụng, có thể thu được từ nhiều nguồn. Việc chuẩn bị cơ sở hạ tầng để sử dụng nguồn năng lượng thủy điện đang bắt đầu trên toàn cầu.
“Sản xuất”, “Vận chuyển/Lưu trữ” và “Sử dụng” thủy điện.
Kawasaki có các công nghệ tương thích cao với từng quy trình này. Công nghệ của Kawasaki sẽ liên kết các địa điểm sản xuất thủy điện với người tiêu dùng sử dụng năng lượng, và làm như vậy sẽ khai sinh ra Con đường Hydro.
sản xuất hydro
Sản xuất từ than nâu
Giải pháp “Hydrogen” tận dụng các tài nguyên chưa được sử dụng trước đây
Mặc dù có tiềm năng to lớn nhưng than nâu không được sử dụng vì nhiều lý do không thể vận chuyển đến người tiêu dùng. Giải pháp chuyển đổi than nâu thành “hydro” cho phép sử dụng thực tế các nguồn tài nguyên chưa được sử dụng trước đây. Sức mạnh của hydro sẽ tạo ra một con đường mới được gọi là “Con đường Hydro” giữa các địa điểm sản xuất năng lượng và các địa điểm tiêu thụ.
Than nâu tồn tại khoảng năm mét dưới lòng đất ở Thung lũng Latrobe, Australia.
Trữ lượng được ước tính tương đương với tổng sản lượng điện trong 240 năm ở Nhật Bản.
Hydro được sản xuất từ than nâu, sau đó được vận chuyển đến Nhật Bản bằng các tàu chở hydro hóa lỏng.
* Than nâu là loại than giai đoạn đầu, hóa thạch thực vật, có tuổi đời dưới 100 triệu năm. Nó đã không được sử dụng rộng rãi vì đánh lửa tự phát gây ra vấn đề trong vận chuyển và lưu trữ.
Sản xuất từ năng lượng tái tạo
Mẹ thiên nhiên không thể bị kiểm soát bởi con người.
Khi việc sản xuất điện sử dụng năng lượng tái tạo trở nên phổ biến, sự ổn định của nguồn cung cấp điện trở thành một vấn đề.
Nếu năng lượng dư thừa được lưu trữ dưới dạng hydro, nó có thể được sử dụng bất cứ khi nào cần thiết bởi những người cần nó.
hydro
Vận chuyển & Lưu kho
Hydrogen hóa lỏng: Chìa khóa để vận chuyển khối lượng lớn
Công nghệ đông lạnh của Kawasaki giúp vận chuyển hydro với khối lượng lớn.
Khi được làm lạnh bằng phương pháp đông lạnh đến -253°C, hydro chuyển pha của nó từ trạng thái khí (GH2) sang trạng thái lỏng (LH2), co lại còn 1/800 thể tích ban đầu. Với khối lượng giảm, hiệu quả lưu trữ và vận chuyển tăng lên đáng kể, cho phép phân phối hydro lớn hơn nhiều.
Vận chuyển hydro ở dạng hóa lỏng là một trong những phương pháp hiệu quả cao nhất.
Công nghệ này đã được sử dụng thương mại.
Kawasaki đã có nhiều năm kinh nghiệm trong việc cung cấp các phương tiện vận chuyển, bể chứa và thiết bị tiếp nhận khí tự nhiên hóa lỏng (LNG: ở -162℃) cũng như bể chứa hydro hóa lỏng đông lạnh trong lĩnh vực này.
Kawasaki đã sở hữu chìa khóa cho các công nghệ tiên tiến nhất về vận chuyển hydro khối lượng lớn để tạo nền tảng cho một xã hội năng lượng hydro.
Nhận biết -253°C: Nhiệt độ đông lạnh
Phát triển hệ thống hóa lỏng hydro quy mô công nghiệp đầu tiên của Nhật Bản với công nghệ độc quyền của Kawasaki.
Hệ thống hóa lỏng hydro đã phát triển được lắp đặt tại Trung tâm trình diễn công nghệ hydro tại Công trình Harima và có khả năng hóa lỏng khoảng 5 tấn hydro mỗi ngày.
Hệ thống này được xây dựng dựa trên công nghệ xử lý vật liệu đông lạnh của Kawasaki và công nghệ tua-bin mà chúng tôi đã phát triển trong quá trình phát triển máy móc tốc độ quay cao.
Vận tải
vận tải biển
Tàu chở LNG đầu tiên của Nhật Bản do Kawasaki chế tạo.
Kawasaki sẽ giới thiệu tàu chở hydro hóa lỏng đầu tiên trên thế giới.
Để tận dụng hydro làm năng lượng thế hệ tiếp theo khả thi, cần có công nghệ để vận chuyển một lượng lớn hydro một cách hiệu quả và an toàn. Kawasaki đã chế tạo tàu chở LNG đầu tiên của Nhật Bản vào năm 1981. Kể từ đó, Kawasaki đã dẫn đầu về công nghệ đông lạnh cho vận tải hàng hải. Chúng tôi là người chơi hiếm hoi có thể kết hợp công nghệ đóng tàu và công nghệ đông lạnh hydro hóa lỏng.
tàu chở LNG
Vận chuyển LNG -162°C: Niềm tự hào Kawasaki 40 năm.
Vận chuyển hydro hóa lỏng thử nghiệm "SUISO FRONTIER"
Hơn 40 năm đã trôi qua kể từ khi tàu sân bay LNG đầu tiên do Nhật Bản chế tạo và đầu tiên do châu Á chế tạo được chế tạo. Tàu chở hydro hóa lỏng đầu tiên trên thế giới "SUISO FRONTIER" đang được chế tạo và hiện đang trong giai đoạn hoàn thiện.
Hệ thống chứa hàng đông lạnh có áp suất dành riêng cho LH2 đã được phát triển thành công dựa trên các công nghệ hiện có của Kawasaki về đóng tàu chở LNG cũng như vận chuyển và lưu trữ trên bộ LH2. Tàu sân bay LH2 được thiết kế và xây dựng dựa trên các yêu cầu an toàn đã được IMO* chấp thuận như các khuyến nghị tạm thời.
LH2 cần được duy trì ở nhiệt độ thấp hơn khoảng 100°C so với LNG và dễ dàng bay hơi. Tàu sân bay hiện đang tiến hành các bước chuẩn bị cuối cùng để hướng tới trình diễn công nghệ vận chuyển hydro hóa lỏng do Úc sản xuất.
*IMO: Tổ chức Hàng hải Quốc tế
Tàu chở hydro hóa lỏng quy mô lớn
Nếu một xã hội mà hydro được sử dụng rộng rãi trở thành hiện thực, thì sẽ cần phải vận chuyển một lượng lớn hydro chi phí thấp được sản xuất ở nước ngoài đến Nhật Bản. Hydrogen, năng lượng sạch cuối cùng. Khi hydro trở thành nguồn năng lượng phổ biến như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên, các phương tiện vận chuyển hydro hóa lỏng quy mô lớn do Kawasaki phát triển sẽ hỗ trợ phân phối hydro.
Vận tải
Phương tiện di chuyển trên cạn
Bình chứa hydro hóa lỏng
Bình chứa hydro hóa lỏng để cho phép vận chuyển hydro hóa lỏng trên bộ
Khi nhu cầu về năng lượng hydro tăng lên, sẽ cần phải vận chuyển đường bộ để mang một lượng lớn hydro hóa lỏng đến các địa điểm tiêu thụ. Công nghệ cách nhiệt mà chúng tôi đã phát triển cho các bể chứa LNG của mình cho phép vận chuyển hydro hóa lỏng ở -253°C.
Trailer hydro khí nén với xi lanh composite
Rơ moóc hydro khí nén để đáp ứng các nhu cầu vận chuyển khác nhau
Với việc các loại xe chạy bằng pin nhiên liệu được tung ra thị trường, việc chuẩn bị cho các trạm nạp khí hydro đã được tiến hành. Kawasaki đã phát triển xe moóc hydro nén đầu tiên của Nhật Bản với xi lanh composite, cho phép vận chuyển hydro từ các cơ sở sản xuất hydro trong nước đến các trạm hydro bên ngoài, được lưu trữ ở đó trong chính xe moóc và được cung cấp cho các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu.
Kho
Kawasaki Công nghệ:
Được xây dựng trên hơn 30 năm làm việc với nhiên liệu tên lửa
Thông qua việc phát triển các bể chứa hydro hóa lỏng tại các cơ sở phóng tên lửa của Trung tâm vũ trụ Tanegashima của JAXA (Cơ quan thám hiểm hàng không vũ trụ Nhật Bản), cũng như các thùng chứa hydro hóa lỏng để vận chuyển trên bộ, Kawasaki đã phát triển công nghệ để vận chuyển và lưu trữ hydro hóa lỏng ở nhiệt độ -253°C. hydro một cách an toàn. Công nghệ của Kawasaki, dựa trên lịch sử lâu dài và thành công trong việc xử lý hydro, sẽ là công cụ xây dựng mạng lưới năng lượng hydro.
Bể chứa hydro hóa lỏng
Bể chứa hydro hóa lỏng nội địa lớn nhất của Nhật Bản, được trang bị công nghệ cách nhiệt tiên tiến để giảm thiểu khí sôi
Trong bể chứa hydro hóa lỏng, nhiệt từ mặt trời và các yếu tố bên ngoài khác làm cho chất lỏng được lưu trữ bay hơi. Đây được gọi là khí sôi và công nghệ để giảm thiểu sự hình thành của nó là điều cần thiết để lưu trữ lâu dài hydro hóa lỏng. Để duy trì điều kiện -253°C cần thiết cho việc lưu trữ hydro hóa lỏng, Kawasaki đã phát triển công nghệ cách nhiệt thậm chí còn tiên tiến hơn công nghệ được sử dụng trong các bể chứa LNG của chúng tôi để giữ cho sự hình thành khí sôi ở mức tối thiểu tuyệt đối. Trong 30 năm, các bể chứa hydro hóa lỏng hiệu suất cao của chúng tôi đã hỗ trợ các nỗ lực của Trung tâm Vũ trụ JAXA Tanegashima – một minh chứng cho sự tin tưởng sâu sắc vào công nghệ của Kawasaki.
Trạm tiếp nhận hydro hóa lỏng Kobe "Hy touch Kobe"
Kawasaki đã hoàn thành nhà ga Kobe LH2 "Hy touch Kobe" trên Đảo Sân bay Kobe, bao gồm một hệ thống cánh tay tải (LAS) chuyển hydro hóa lỏng ở nhiệt độ đông lạnh -253℃, một bể chứa hydro hóa lỏng và các cơ sở liên quan.
Nhà ga LH2 hiện đang trải qua cuộc trình diễn công nghệ đầu tiên trên thế giới, chuỗi cung ứng năng lượng hydro quốc tế.
Sử dụng hydro
Xã hội tương lai với sự phổ biến rộng rãi
Sử dụng năng lượng hydro trong tầm nhìn
Khi việc sử dụng rộng rãi năng lượng hydro bắt đầu, xã hội sẽ thay đổi rất nhiều. Các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu chạy mà không thải ra CO2 sẽ trở nên phổ biến và mọi thứ từ di động đến phát điện sẽ được cung cấp năng lượng hiệu quả bằng hydro sạch. Hydrogen sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng đồng thời giúp hiện thực hóa một xã hội thân thiện với môi trường. Năng lượng ước mơ này sẽ giúp tạo ra một tương lai bền vững.
Công nghệ hydro cho tuabin khí
Một trong những cách sử dụng năng lượng hydro hiệu quả nhất là phát điện tuabin khí hydro.
Kawasaki đã phát triển một công nghệ đốt cháy độc quyền chỉ sử dụng hydro hoặc khí tự nhiên cũng như bất kỳ hỗn hợp nào của chúng. Công nghệ đốt cháy mới được phát triển cho phép sử dụng tuabin khí tự nhiên hiện có mà không cần sửa đổi phần thân chính của nó và toàn bộ hệ thống tuabin có khả năng thích ứng với đặc tính đốt cháy độc đáo của hydro.
Vào mùa xuân năm 2018, cuộc trình diễn đã hoàn thành thành công bằng cách cung cấp đồng thời nhiệt và điện cho bốn cơ sở công cộng lân cận bằng cách sử dụng hệ thống phát điện tua-bin khí trong khu vực đô thị chỉ chạy bằng hydro. Đó là lần đầu tiên trên thế giới.
Dự án Phát triển Công nghệ Cộng đồng Thông minh Sử dụng Hệ thống Đồng phát Hydro
Đảo cảng Kobe
Dự án trình diễn này sử dụng hệ thống đồng phát (CGS*1) với tuabin khí hydro.
Trên một địa điểm trước đây của Trung tâm Sạch Minatojima, chúng tôi đã xây dựng một hệ thống đồng phát với một tuabin khí 1 MW chạy bằng hydro và khí tự nhiên.
Chủ đề của NEDO*2 (năm tài chính 2015 đến 2018) với sự hợp tác của Tập đoàn Obayashi, Thành phố Kobe và các tập đoàn lớn ở khu vực Kansai. Đây là nỗ lực đầu tiên trên thế giới nhằm cung cấp nhiệt và năng lượng tạo ra từ hydro cho khu vực đô thị.
- CGS là tên chung cho các hệ thống cung cấp nhiệt và điện.
- NEDO Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Quốc gia, Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới
Lò đốt kiểu ướt
Lò đốt nhiên liệu hydro và khí tự nhiên
Kawasaki kết hợp các yếu tố mâu thuẫn như thế nào?
Sự khác biệt giữa tuabin khí thông thường và tuabin khí hydro nằm ở buồng đốt.
Thay vì thiết kế nó chỉ dành cho hydro, Kawasaki đã nghĩ ra một công nghệ để khí tự nhiên, hydro hoặc hỗn hợp của chúng có thể được sử dụng linh hoạt làm nhiên liệu. Tuy nhiên, cần phải có công nghệ giải quyết đồng thời các yếu tố mâu thuẫn nhau như quá trình cháy ổn định và giảm phát thải NOx.
Hydrogen gần như là một phần của xã hội chúng ta.
Dự án trình diễn này tạo ra nhiệt và năng lượng từ hydro và cung cấp chúng cho các cơ sở công cộng gần đó. Đây là dự án đầu tiên của loại hình này trên thế giới trong một khu đô thị. Hydrogen gần như là một phần của xã hội chúng ta.
『Công nghệ đốt cháy NOx thấp chỉ sử dụng hydro khô』
Dự án nâng cao công nghệ và sử dụng hydro
Sự ra đời của một công nghệ mới với tốc độ lan truyền ngọn lửa “7 lần” cộng với nhiệt độ đốt cháy cao
Hydro cháy với tốc độ ngọn lửa nhanh hơn khoảng 7 lần so với khí tự nhiên và ở nhiệt độ đốt cháy cao hơn. Vì lý do này, về mặt kỹ thuật, các vòi đốt sử dụng hydro cần phải khắc phục một loạt các vấn đề như cháy vòi phun nhiên liệu, đốt cháy không ổn định và tăng lượng khí thải NOx.
Trên thực tế, điều này có nghĩa là cần phải có công nghệ tiên tiến để phát triển một buồng đốt có thể đối phó với các đặc tính của quá trình đốt cháy hydro.
Ví dụ, để bảo vệ vòi phun nhiên liệu khỏi nhiệt độ ngọn lửa cao, vòi phun được phủ một lớp gốm. Để đối phó với vấn đề tăng phát thải NOx với nhiệt độ ngọn lửa cao hơn, Kawasaki bơm nước để giảm nhiệt độ ngọn lửa, nhưng trên thực tế, điều này làm giảm khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Vì vậy, Kawasaki đã phát triển công nghệ đốt cháy Dry Low NOx chạy bằng nhiên liệu hydro tinh khiết như một ý tưởng hoàn toàn mới để khắc phục vấn đề này. Nguyên tắc là chia nhỏ nhiên liệu và đẩy nhiên liệu ra khỏi các vòi nhỏ có đường kính gần bằng lõi bút chì cơ học, để nhiên liệu cháy trong “ngọn lửa nhỏ”. Kawasaki gọi công nghệ này là “Micromix”. Với buồng đốt Micromix, có thể đốt cháy 100% hydro nguyên chất đồng thời giảm phát thải NOx mà không cần phun nước. Do đó, việc hiện thực hóa việc sản xuất điện không phát thải CO2 giờ đây đã gần kề.
* Kết quả của nghiên cứu này được lấy từ các nghiên cứu sau. Trong năm tài chính 2014 và 2015, một nghiên cứu đã được thực hiện trong khuôn khổ Chương trình xúc tiến đổi mới chiến lược liên bộ (SIP) và dự án “Hãng năng lượng” được hỗ trợ bởi Hội đồng Khoa học, Công nghệ và Đổi mới (CSTI) (Cơ quan tài trợ: JST). Từ năm tài chính 2016 đến năm 2018, nghiên cứu khác đã được thực hiện với tên gọi Dự án Thúc đẩy Công nghệ và Sử dụng Hydro, một dự án thuê ngoài của tập đoàn nghiên cứu và phát triển quốc gia Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới (NEDO).
＜Công nghệ đốt cháy NOx thấp chỉ sử dụng hydro khô＞
Với công nghệ này, nhiên liệu được chia thành các lượng nhỏ bằng cách phun ra từ các vòi nhỏ có đường kính gần bằng đường kính của lõi bút chì cơ học. Kawasaki gọi công nghệ đầu đốt kiểu thế hệ tiếp theo này là “Micromix”.
