XÁC MINH THÀNH CÔNG CÔNG NGHỆ ĐẦU TIÊN TRÊN THẾ GIỚI VẬN HÀNH TUABIN KHÍ CHẠY BẰNG NHIÊN LIỆU HYDRO 100% VỚI CÔNG NGHỆ ĐỐT KHÔ NOX THẤP

Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới (NEDO), Kawasaki Heavy Industries, Ltd. và Tập đoàn Obayashi đã công bố việc xác minh công nghệ thành công, lần đầu tiên trên toàn thế giới, về vận hành tuabin khí 100% chạy bằng nhiên liệu hydro với quá trình đốt cháy NOx (nitơ oxit) khô thấp (*1) Công nghệ chủ chốt của tuabin khí này là bộ phận buồng đốt mới được phát triển bởi Kawasaki, áp dụng nguyên lý đốt hỗn hợp vi mô. Và thử nghiệm vận hành đã được bắt đầu vào đầu tháng 5 trong khuôn khổ Chương trình quốc gia “Dự án phát triển công nghệ xây dựng xã hội sử dụng hydro”. Công nghệ đốt khô NOx thấp cải thiện hiệu suất điện so với phương pháp đốt thông thường: phun nước, cũng như giảm lượng khí thải NOx.

Các thử nghiệm xác minh công nghệ, cung cấp điện và nhiệt được tạo ra bởi hệ thống đồng phát tua bin khí chạy bằng nhiên liệu hydro cho các cơ sở lân cận ở Đảo Cảng của Thành phố Kobe, dự kiến ​​sẽ bắt đầu vào mùa thu này. Và độ ổn định trong vận hành phát điện dựa trên hydro với công nghệ đốt khô NOx thấp, cải thiện hiệu suất điện và hiệu quả giảm tải môi trường sẽ được nghiên cứu.

Hydro có nhiều tiềm năng ứng dụng trong sản xuất điện bằng tua-bin khí, phương tiện sử dụng pin nhiên liệu, v.v. Là một nguồn năng lượng, nó không thải ra CO2 trong quá trình sử dụng, đó là lý do tại sao nhiều người kỳ vọng nó sẽ đóng vai trò chính trong tương lai như một loại nhiên liệu năng lượng siêu sạch.

NEDO đang thực hiện chương trình “Dự án phát triển công nghệ xây dựng xã hội dựa trên hydro”. Hợp tác với NEDO, Kawasaki và Obayashi đã tiến hành trình diễn hệ thống đồng phát chạy bằng nhiên liệu hydro, với sự hợp tác của Thành phố Kobe, Công ty Điện lực Kansai và các bên khác từ năm tài chính 2017 đến năm tài chính 2018. Trong đơn vị phát điện, có tính đến Ở giai đoạn giới thiệu xã hội hydro, cả khí tự nhiên và khí hỗn hợp hydro cũng như 100% hydro đều có sẵn bằng cách sử dụng ngọn lửa đốt khuếch tán thông thường. Và phương pháp phun nước để ngăn chặn sự phát sinh NOx do vùng nhiệt độ cao cục bộ trong khí đốt đã được sử dụng. Thông qua các thử nghiệm này, lần đầu tiên trên toàn thế giới, các thành viên dự án đã cung cấp thành công cả điện và nhiệt từ hệ thống đồng phát chạy bằng nhiên liệu hydro tại một khu đô thị trên Đảo Cảng của Kobe.(*2)

Kawasaki đã phát triển tuabin khí chạy bằng 100% nhiên liệu hydro với công nghệ đốt khô NOx thấp kể từ năm tài chính 2019 và những kết quả thử nghiệm mới nhất này là lần xác minh thành công đầu tiên của công nghệ này ở bất kỳ đâu trên thế giới. Trong các thử nghiệm xác minh này, các cải tiến về hiệu suất điện, tác động môi trường (lượng khí thải NOx thấp hơn) với công nghệ đốt khô NOx thấp đã được nghiên cứu.

Phương pháp phun nước trước đây được sử dụng với mục đích giảm thiểu phát thải NOx gây ra sự giảm hiệu suất điện do sự bay hơi của nước phun trong khí đốt nóng. Để so sánh, việc sử dụng phương pháp đốt khô NOx thấp giúp cải thiện hiệu suất điện và giá trị phát thải NOx. Tuy nhiên, trong trường hợp hydro, đặc tính tốc độ đốt cháy cao gây ra vấn đề hồi tưởng. Để đạt được cả quá trình đốt cháy hydro ổn định và lượng phát thải NOx thấp là một vấn đề quan trọng.

Để giải quyết vấn đề này, Kawasaki đã áp dụng công nghệ đốt hỗn hợp vi mô, có ngọn lửa chạy bằng nhiên liệu hydro siêu nhỏ, cho buồng đốt tua bin khí công nghiệp và phát triển thành công tua bin khí NOx khô, khô chạy bằng nhiên liệu hydro 100% đầu tiên trên thế giới, trong quá trình các cuộc thử nghiệm xác minh bắt đầu vào tháng 5 năm 2020 trên Đảo Cảng của Kobe. Hệ thống đồng phát kết hợp tuabin khí chạy bằng nhiên liệu hydro này và máy tạo hơi thu hồi nhiệt có khả năng cung cấp khoảng 1.100 kW điện và khoảng 2.800 kW năng lượng nhiệt dưới dạng hơi nước hoặc nước nóng cho các cơ sở công cộng trong khu vực.

Các thử nghiệm xác minh bắt đầu vào tháng 5 năm 2020 được lên kế hoạch để tiếp tục vận hành không liên tục cho đến cuối năm tài chính 2020 nhằm xác nhận việc sản xuất điện bằng nhiên liệu hydro ổn định bằng phương pháp đốt khô NOx thấp cũng như hiệu suất điện của hệ thống, kết quả giảm tải môi trường và các yếu tố hiệu suất khác. Khi các thử nghiệm tuabin khí tiếp tục, các thử nghiệm xác minh đồng thời sẽ được bắt đầu vào mùa thu này đối với hệ thống quản lý năng lượng tích hợp(*3) nhằm cung cấp khả năng quản lý tổng thể đối với khí hydro dùng làm nhiên liệu cùng với nhiệt và điện được sử dụng bởi các cơ sở cộng đồng địa phương trong khu vực , cũng như kiểm soát tối ưu nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao, hiệu quả môi trường, v.v. Chuỗi thử nghiệm này sẽ được tiến hành để đánh giá tính khả thi trong tương lai của các ứng dụng kinh doanh cho hệ thống quản lý năng lượng.

Ngoài ra, Obayashi đang theo đuổi nghiên cứu về một hệ thống có khả năng tận dụng hiệu quả năng lượng lạnh được tạo ra bởi hydro hóa lỏng ở -253°C (1 atm). Thiết bị bay hơi được sử dụng để hoàn nguyên hydro hóa lỏng, cần thiết làm nhiên liệu trong hoạt động của tuabin khí, trở lại dạng khí để chiết xuất, nhưng hiện tại năng lượng lạnh từ thiết bị bay hơi không được sử dụng có ý nghĩa. Hơn nữa, vào mùa hè và các thời điểm khác trong năm khi nhiệt độ không khí bên ngoài cao, nhiệt độ không khí nạp của tuabin khí tăng dẫn đến sản lượng điện giảm và sự chênh lệch với nhiệt độ không khí bên ngoài gây ra hiện tượng đóng băng trên thiết bị bay hơi được sử dụng cho hydro hóa lỏng, điều này đòi hỏi phải có ngừng hoạt động để loại bỏ sương giá.

Nghiên cứu của Obayashi nhằm mục đích khai thác năng lượng lạnh từ quá trình khí hóa hydro hóa lỏng để giảm nhiệt độ không khí nạp trong tuabin khí, từ đó cải thiện sản lượng điện và hiệu suất trong những tháng hè nóng bức khi nhu cầu năng lượng điện cao. Các nhà nghiên cứu cũng hy vọng sử dụng một môi trường nhiệt trung gian (chẳng hạn như khí propan) để loại bỏ năng lượng lạnh từ hydro hóa lỏng và ngăn chặn sự đóng băng của thiết bị bay hơi, do đó cho phép hệ thống hoạt động liên tục, không bị gián đoạn. Nếu hệ thống này được phát triển hoàn chỉnh cho các ứng dụng thực tế trong tương lai, nó sẽ có thể ngăn chặn sự lãng phí năng lượng lạnh do hydro hóa lỏng cung cấp và đạt được hiệu quả cao hơn cho toàn bộ hệ thống quản lý năng lượng.

Với mục tiêu hiện thực hóa một xã hội hydro bằng cách mở rộng ứng dụng hydro làm nguồn năng lượng, NEDO, Kawasaki và Obayashi vẫn tâm huyết với dự án này nhằm theo đuổi các hệ thống cung cấp năng lượng mới giúp sử dụng năng lượng hiệu quả trong cộng đồng địa phương.