GE kiểm định nghiêm ngặt mẫu tuabin HA trước ngày đấu lưới
Thomas Edison từng nói “Thiên tài 1% là cảm hứng và 99% là mồ hôi”. Câu nói này cũng có thể áp dụng cho phiên bản mới nhất của dòng tuabin khí tự nhiên hiện đại HA của GE - mẫu GE 7HA.03.
Trong ba tháng qua, tại xưởng sát hạch tuabin công nghệ cao ở Greenville, South Carolina, Mỹ, các kỹ sư của GE đã thử nghiệm nghiêm ngặt cỗ máy này trong nhiều giờ đồng hồ để kiểm tra độ bền và tối ưu hiệu suất lẫn công suất máy. Tất cả công việc này nhằm chuẩn bị cho việc vận hành thương mại hai tuabin 7HA.03 tại Trung tâm Năng lượng Sạch Dania Beach thuộc Florida Power and Light (FPL) ở Fort Lauderdale.
Hiện vẫn đang trong giải đoạn thử nghiệm, 7HA.03 sở hữu những chỉ số ấn tượng. Với công suất 430 MW, thiết bị này đủ sức cấp điện cho gần 900.000 hộ gia đình tại Mỹ, đạt hiệu suất hàng đầu trong ngành là 64%, đồng thời vận hành rất nhanh nhạy với khả năng đạt đầy tải chỉ trong thời gian pha một tách trà. Tuy vậy, theo Cody Ford - giám đốc phụ trách thử nghiệm 7HA.03 tại GE, “Khách hàng đã đầu tư hàng triệu đô la vào những tuabin này. Chúng tôi phải có khả năng trả lời họ rằng: “Chắc chắn cỗ máy này sẽ vận hành hiệu quả, hoạt động tốt trong nhà máy của các anh, bằng loại nhiên liệu mà anh sử dụng’’’.
Trải qua hơn 500 giờ thử nghiệm, các kỹ sư của GE đã khám phá “toàn bộ khả năng vận hành” của thiết bị, nói cách khác là phạm vi thông số để tuabin có thể hoạt động an toàn và hiệu quả. Mỗi giây trôi qua, hàng nghìn cảm biến đã thu thập nhiều GB dữ liệu để các kỹ sư có thể khai thác và tìm hiểu hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Dù ít khi xảy ra bất ngờ lớn, loại thử nghiệm này không thể diễn ra tại nhà máy của khách hàng. Thay vào đó, nó được tiến hành ở nơi mà các kỹ sư GE gọi là quy trình mô phỏng nhà máy điện khắc nghiệt nhất trên trái đất. “Chúng tôi có thể vượt quá giới hạn hoạt động thông thường và thực hiện các cuộc thử nghiệm áp lực cao tại Greenville vì cơ sở này không đấu nối với lưới điện” - Ford cho hay.
Buồng thử nghiệm dài 50m tại Greenville bao gồm sáu thành phần chính: động cơ khởi động, động cơ truyền động, bộ biến mô, hộp số, máy nén tải và tuabin khí. Nhìn từ trên cao, trông giống như ai đó đã tháo động cơ ô tô ra khỏi xe và sắp xếp các mảnh thiết bị thành một con cá sấu kim loại khổng lồ.
Một trong những thiết bị chính của buồng thử nghiệm này là máy nén tải. Thiết bị này cấp tải cho tuabin khí tương tự như cách máy phát điện hoạt động trong nhà máy. Chỉ với một nút ấn, máy hút vào lượng lớn không khí, nén khí lại và truyền vào buồng đốt với tốc độ hàng trăm km/h. “Chúng tôi có thể dùng máy nén để mô phỏng phần lớn hoạt động thực tế tại nhà máy của khách hàng” - Ford giải thích. Ví dụ, kỹ sư đã sử dụng máy nén tải để nhanh chóng đạt mức tải cơ bản, tức là công suất 430 MW mà tuabin 7HA.03 có thể điều độ liên tục. Khi vận hành, khả năng tăng tốc và giảm tốc nhanh chóng, an toàn này vô cùng cần thiết cho các nhà máy điện. Trong khi đó, các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng hiện diện nhiều trên lưới điện, riêng FPL đã có kế hoạch lắp đặt 30 triệu tấm pin mặt trời tại Florida trước năm 2025. Nhưng khi các nguồn điện mặt trời và điện gió giảm công suất, đơn vị vận hành lưới phải nhanh chóng tìm nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện và tránh tình trạng ngắt điện.
Nhìn vào danh sách kiểm định, Ford đặc biệt ưa thích cuộc thử nghiệm “quét tốc độ”. Theo đó, kỹ sư sẽ tăng tốc tuabin từ vận tốc lý thuyết lên 110% vòng quay định mức, rồi đảo ngược quy trình. Thử nghiệm này giống như việc tháo bộ giới hạn vòng tua khỏi ô tô và đạp ga hết cỡ. “Chúng tôi đang kiểm định mức độ phản hồi của cánh quạt” - Ford nói. Ở một vài tần số nhất định, cánh quạt có thể cộng hưởng hoặc bắt đầu rung như cửa kính ô tô khi chạy nhanh trên đường cao tốc. Cộng hưởng là một dạng rung động xảy ra tự phát, giống như việc cửa kính ô tô có thể đột ngột kêu ù ù khi ta chuyển động ở một tốc độ nhất định trên đường.
Đồng thời, các kỹ sư cũng thử nghiệm khả năng vận hành linh hoạt của 7HA.03 trong những môi trường khắc nghiệt. Tuabin này sẽ phải hoạt động trong môi trường cận nhiệt đới ẩm ướt của Florida đồng thời cũng phải chống chịu cả nhiệt độ nóng và lạnh cực đại - từ vùng thảo nguyên cận Bắc Cực giá lạnh Alberta cho đến những sa mạc nóng bức của Ả Rập Xê Út. Kỹ sư đã mô phỏng những điều kiện khí hậu này bằng cách thay đổi thông số trong cơ sở thử nghiệm.
Để có thể tiến hành những bài kiểm định này, xưởng sát hạch tại Greenville đã giúp GE đổi mới phương pháp thử nghiệm tuabin. Chris Corron - giám đốc sản phẩm cho dòng 7HA.03 với 32 năm kinh nghiệm làm việc tại GE - nói rằng tiêu chuẩn cũ để kiểm tra độ tin cậy của tuabin khí là 8.000 giờ phát điện hoặc tròn một năm vận hành liên tục. Nhưng buồng thử nghiệm tại Greenville đã cho phép GE đổi mới nguyên tắc này. “Chúng tôi có thể tiến hành các cuộc thử nghiệm chuyên sâu hơn, khắc nghiệt hơn tại Greenville” - ông cho hay.
Về phía khách hàng - FPL thuộc sở hữu của tập đoàn NextEra Energy, quá trình thử nghiệm cho thấy rằng tuabin 7HA.03 có khả năng chuyển đổi khí thành điện với chi phí thấp nhất trong thị trường thiết bị 60Hz. Và theo các đối tác của dự án, điều này có thể giúp tiết kiệm tới 337 triệu USD trong suốt vòng đời dự án nhà máy điện Dania Beach. “Chúng tôi đã thực hiện những điều chỉnh nhỏ, nhưng không phải thay đổi quá lớn đến phần cứng hoặc đường dẫn khí nóng” - Corran nói. “Chúng tôi thực sự phải ngả mũ thán phục trước đội ngũ kỹ sư của mình”.
“Dự án này là thành quả ngọt ngào từ tinh thần đồng đội tuyệt vời giữa FPL, FieldCore (công ty dịch vụ hiện trường của GE), các nhóm thực địa của GE và đội ngũ kỹ sư cũng như kiểm định viên tại xưởng sát hạch của chúng tôi” - Amit Kulkarni, trưởng bộ phận quản lý sản phẩm cho dòng tuabin khí hạng nặng tại GE Gas Power - nhận xét. “Một gói công nghệ hiện đại, vừa an toàn vừa kịp thời, là minh chứng cho những gì chúng ta có thể đạt được cùng nhau và sẽ mở ra nhiều cấp độ ổn định phát điện, hiệu suất phát thải và độ tin cậy mới cho nhà máy điện của FPL”.
Tại Việt Nam, nhà máy điện Nhơn Trạch 3 và Nhơn Trạch 4 của PV Power là hai đơn vị đầu tiên đặt hàng tuabin khí dòng H của GE. Khi chính thức vận hành thương mại vào năm 2025, Nhơn Trạch 3 và 4 dự kiến sẽ cung cấp hơn 1,6 GW điện và sẽ là hai nhà máy đầu tiên trên cả nước sử dụng nhiên liệu khí LNG. Việt Nam hiện đang phụ thuộc nhiều vào than đá và sử dụng loại nhiên liệu hóa thạch này để sản xuất khoảng ⅓ sản lượng điện quốc gia. Trong bối cảnh này, sự tăng trưởng của điện khí sẽ hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng tại Việt Nam từ điện than sang điện khí đồng thời đẩy nhanh tỷ trọng điện tái tạo bằng cách cải thiện độ tin cậy và ổn định của hệ thống lưới điện.