Các chương trình hội thảo giới thiệu về công nghệ sử dụng khí Hydro giữa Australia – Singapore là một phần trong nỗ lực của một hiệp hội dẫn đầu bởi Tổ chức nghiên cứu khoa học và công nghiệp khối thịnh vượng chung (CSIRO), Đại học công nghệ Nanyang (NTU) và Kellogg Brown & Root Limited (KBR) hướng tới nhằm cam kết với các bên liên quan và giải quyết các vấn đề quan trọng xung quanh việc sử dụng hydro làm nguồn nhiên liệu cho nền kinh tế. Ông Som Shantanu, Giám đốc kỹ thuật của GE Gas Power – Asia, gần đây đã trình bày quan điểm của mình tại Hội thảo của GE về khả năng sử dụng Hydro làm nguồn nguyên liệu chính để phát điện, đặc biệt
Sự chuyển đổi của đa dạng hoá nguồn năng lượng
Ngành điện đã có sự phát triển vượt bậc trong thập kỷ vừa qua và chúng ta đang chứng kiến một bước ngoặt to lớn từ các nguồn năng lượng thông thường như hạt nhân, than đá, khí đối, sang những nguồn năng lượng thân thiện với môi trường như năng lượng tái tạo và hỗn hợp để cung cấp năng lượng cho các quốc gia trên toàn thế giới.
Các quốc gia như Anh, Nhật và Hàn, trong số nhiều quốc gia khác, đã đầu tư rất nhiều vào năng lượng tái tạo, bởi đây là giải pháp khả thi nhất cho một tương lai ít carbon. Trong báo cáo “Triển vọng Năng lượng Quốc tế 2019, Cơ quan quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ dự báo rằng năng lượng tái tạo sẽ chiếm gần 1 nửa, khoảng 49% tổng lượng điện sản xuất ra năm 2050, trong đó điện mặt trời có sự tăng trưởng nhanh nhất. Tuy nhiên, sự tăng trưởng chỉ bó hẹp trong khuôn khổ của năng lượng tái tạo, vẫn có những thách thức đi cùng khả năng triển khai thực tế khiến cho việc phát điện thông thường với lượng khí thải carbon thấp trở thành một lựa chọn hấp dẫn hơn.
Tại châu Á, năng lượng tái tạo đang đạt được động lực mạnh mẽ, khi ngành công nghiệp đang dần đạt công suất 200GW (~ 50%) trong thập kỷ tới. Tại Thái Lan, nơi có sự gia tăng thị phần về sản xuất năng lượng tái tạo, vấn đề về sự hhoà hợp của năng lượng tái tạo đang ngày càng trở nên quan trọng.
“Nếu chúng ta nhìn vào những thuộc tính cơ bản ảnh hưởng đến tương lại của ngành năng lượng - độ tin cậy, Khả năng chi trả và Tính bền vững, sẽ rất nhanh có thể nhận ra rằng phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng tái tạo sẽ không phải là câu trả lời cho bài toán. Có những thách thức với sự sẵn có của các nguồn phát điện như vậy, ảnh hưởng đến khả năng phục hồi lưới điện. Bạn sẽ cần nhiều nguồn lực hơn trên mặt đất để thực hiện điều này. Một hệ thống cung cấp năng lượng mạnh mẽ vẫn sẽ bao gồm việc sản xuất năng lượng sạch thông thường làm lõi, với năng lượng tái tạo là yếu tố phụ trợ tuyệt vời. Ngành công nghiệp năng lượng ngày nay, nhận ra điều này và đang xoay vòng để khám phá năng lượng khí sạch hơn làm nền tảng.”
Khí đốt đóng vai trò nòng cốt và năng lượng tái tạo là một nguồn bổ sung tuyệt vời
Khí đốt sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất điện trên toàn cầu. Khi các quốc gia đang tìm cách tăng công suất và nâng cấp các cơ sở vật chất thì công nghệ năng lượng khí đốt đóng vai trò là một giải pháp tối ưu, đáng tin cậy và nhanh chóng để sản xuất điện.
Tại ASEAN, tăng trưởng kinh tế và nhu cầu điện khí hóa đang thúc đẩy nhu cầu năng lượng, với các đơn đặt hàng lên đến 200GW của các nhà máy mới trong thập kỷ tới. Hiện nay, khí đốt tự nhiên là nguồn phát điện chính của khu vực này.
Bây giờ, hãy quan tâm đến tác động của nó đối với biến đổi khí hậu. Tua bin khí GE thải ra khoảng 9-25ppm carbon mỗi giây trên điều kiện truyền tải cơ sở phụ thuộc vào dòng hoặc khung tuabin khí HA và hệ thống đốt được sử dụng. Mặc dù tác động này là tương đối nhỏ hơn so với các nguồn năng lượng thông thường như than, nhưng theo thời gian, nó vẫn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Các nhà môi trường, các bên liên quan của chính phủ cũng như các nhà điều hành nhà máy điện đang yêu cầu các nhà cung cấp OEM giảm lượng khí thải carbon đến mức gần như không đáng kể. Các điều chỉnh công nghệ như điều khiển từ xa hoặc tự động điều chỉnh như một phần của bộ giải pháp GE’s Opflex® kết hợp với hệ thống đốt cháy Dry Low NOx (DLN) tiên tiến có thể giúp giảm lượng carbon, nhưng chỉ ở một mức độ nhất định.
Liệu nhiên liệu Hydro có phải câu trả lời ?
Công nghệ chỉ có thể giảm được một phần lượng khí thải carbon khi chúng ta sử dụng khí đốt tự nhiên hay nhiên liệu lỏng, vì vậy, chúng ta có thể nhìn vấn đề từ một góc độ khác. Sử dụng một nhiên liệu khác, như nhiên liệu hydro, có thể giúp giảm lượng khí thải carbon đến mức bằng 0,” Ông Som nói
Hydro là một loại nhiên liệu sạch, đơn giản nhưng cũng rắc rối. Nó rất dồi dào và có thể tạo ra từ nhiều nguồn khác nhau như trữ lượng tự nhiên thông qua quá trình công nghiệp và hóa dầu. Mặc dù nó không tồn tại trong tự nhiên, nhưng chúng ta có thể sản xuất được từ các hợp chất có chưa nó.
Tuy nhiên, bên cạnh những triển vọng từ việc sử dụng hydro thì vẫn có có những thách thức xung quanh việc chi phí sản xuất quy mô lớn và sự an toàn trong công nghiệp:
- An toàn: Có một số thách thức về vận hành để sử dụng hydro làm nhiên liệu một cách an toàn. Độ sáng thấp của nó thách thức các phương pháp phát hiện ngọn lửa. Khả năng khuếch tán qua các niêm phong có thể gây ra các mối nguy hiểm về độ an toàn. Các nhà cung cấp OEM sẽ cần phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa bổ sung để thiết kế lại hệ thống của họ để giảm thiểu những rủi ro này.
- Khối lượng để tạo ra năng lượng: Một khối lượng đáng kể khí hydro (gấp ba lần lượng khí tự nhiên) được yêu cầu để tạo ra cùng một lượng năng lượng khi so sánh với nhiên liệu khí tự nhiên. Ngoài ra, chi phí sản xuất hydro cao hiện nay cũng là một thách thức.
Ngày nay, có nhiều quy trình khác nhau đang được sử dụng để tạo ra lượng Hydro cần thiết để sản xuất điện. Ví dụ, cải tiến hơi metan (Steam methane reforming - SMR) là một kỹ thuật được sử dụng trong các nhà máy lọc dầu. Mặc dù có hiệu quả về mặt chi phí, tuy nhiên quá trình này tạo ra carbon và gần giống như việc chuyển vấn đề từ nhà máy điện sang nhà máy lọc dầu, và do đó, không phải là một giải pháp hấp dẫn nếu xét về quy mô.
Hydro xanh được sản xuất thông qua điện phân nước là một lựa chọn khác. Trong quá trình này, một lượng năng lượng đáng kể được sử dụng để tách các phân tử hydro và oxy ra khỏi nước. Khó khăn của quá trình này là cần một lượng năng lượng khổng lồ để sản xuất nhiên liệu cần thiết cho sản xuất điện. Sự khác biệt của phương pháp này đến từ việc sử dụng công nghệ tái tạo để tạo ra điện. Điều này giúp hydro xanh có thể trở thành một phương án khả thi trong tương lai.
Làm thế nào để ASEAN có thể giữ vai trò quan trọng trong hệ sinh thái này ?
Chìa khóa của thành công trong việc sử dụng hydro như một nguồn nhiên liệu là khả năng quản lý chi phí sản xuất của chúng tôi, đồng thời mở rộng cơ sở hạ tầng để xử lý khối lượng lớn nhiên liệu hydro một cách an toàn.. Nếu chúng ta có thể khuyến khích nhiều bên liên quan hơn như các nhà hoạch định chính sách, nhà cung cấp và học viện tham gia cùng tham gia vào việc tìm ra các giải pháp để giảm chi phí sản xuất hydro và tăng khả năng tiếp cận, thì điều này sẽ trở thành một bước ngoặt trong việc biến hydro thành nguồn nhiên liệu hữu hiệu” , Som nói.
Trong ASEAN, Singapore từng bước nắm bắt sự thay đổi mới mẻ này. Ngày nay, mỗi năm Singapore sử dụng hơn 9 triệu tấn khí đốt tự nhiên. Họ đang làm việc với các nhà lãnh đạo trong ngành để thay thế hoàn toàn việc sử dụng bằng hỗn hợp tái tạo bền vững Hydro xanh như một lựa chọn thay thế.
Trong một phiên làm việc gần đây tại Ủy ban cao cấp Úc tại Singapore hồi tháng 11 năm ngoái, Toh Wee Khiang, Giám đốc của Văn phòng chuyển đổi năng lượng quốc gia (EMA) đã chỉ ra rằng Singapore xem hydro như một lựa chọn nhiên liệu khả thi để sản xuất điện, giao thông vận tải và công nghiệp hàng hải. Sau đó, ông cũng đưa ra một thách thức đối với các nhà sản xuất nhiên liệu của Úc để đưa hydro tái tạo vào Singapore với chi phí thấp hơn 1,5 đô mỗi kg vào năm 2030.
Các nhà cung cấp công nghệ như GE đóng một vai trò quan trọng trong việc liên tục tăng cường khả năng của máy để chạy trên các loại phạm vi nhiên liệu khác nhau. Ngày nay, tuabin khí của GE có thể hoạt động trên nhiều nguồn nhiên liệu khác nhau, bao gồm các loại khí có nhiều giá trị gia nhiệt, như khí nhà máy thép, Syngas, nhiên liệu chì CH4, NG, khí H - đá phiến bậc cao và nhiên liệu H2 cao. Hơn 70 tuabin khí GE hỗ trợ phát điện với nhiều hỗn hợp hydro khác nhau như minh họa dưới đây.
Các nhà sản xuất như GE tiếp tục đưa ra những tiến bộ cho máy móc của họ để xử lý các hỗn hợp hydro khác nhau làm nhiên liệu. Ví dụ, tuabin khí GE Lát 9HA.02 với hệ thống đốt DLN2.6e hiện đại có thể xử lý 50% hydro. Với hỗn hợp hydro 50% trên khung này sẽ có thể tiết kiệm khoảng 20% lượng khí thải carbon.
Điều quan trọng là công nghệ sản xuất điện ngày nay, cho phép nhiều loại nhiên liệu bao gồm hydro. Tuy nhiên, trong khi công nghệ là một yếu tố quan trọng, các thuộc tính khác như chi phí sản xuất (Chi phí hydro ngày nay nằm trong khoảng 30-47 USD / MMBTU trong khi giá khí đốt tự nhiên dao động trong khoảng 3-4 USD / MMBTU ở Mỹ hoặc SGD6 / MMBTU ở Singapore), cơ sở hạ tầng để xử lý và lưu trữ hydro một cách an toàn và khả năng tiếp cận nhiên liệu này với các công ty sản xuất điện là rất quan trọng đối với sự thành công của hỗn hợp thế hệ đa dạng. Chính phủ phải hợp tác với những người có ảnh hưởng phù hợp để xóa bỏ rào cản và định hình tương lai của năng lượng.