Công nghệ siêu tới hạn cho nhà máy điện than

Có thể chịu được nhiệt độ gần 700°C, công nghệ lò hơi siêu tới hạn GE Power đã sẵn sàng để hỗ trợ các nhà máy điện than thế hệ tiếp theo.
Khi được giao nhiệm vụ làm cho các nhà máy điện than trên thế giới hoạt động hiệu quả hơn, Trevor Bailey và đội ngũ kỹ sư tại GE Power phải đối mặt với một tình thế khó xử. Đó là làm thế nào để những công nghệ tốt nhất trở nên tốt hơn mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của một hệ thống phức tạp ở trung tâm một nhà máy điện đốt than?
GE Power hiện giữ kỷ lục với các nhà máy điện than hiệu quả nhất trên trái đất. Nhà máy Rheinhafen-Dampfkraftwerk ở Karlsruhe (Đức), còn được biết đến với tên gọi RDK8, dùng công nghệ hàng đầu thị trường của GE và mùa Đông vừa qua, Nhà máy đã đạt được một kỷ lục thế giới mới về hiệu suất nhiệt ròng trong khi sản xuất 912MW điện. Giới quan sát gọi đây là một bước đột phá đáng kể.
Các kỹ sư của GE đã phát triển hệ thống tuần hoàn hơi nhiều lần để nâng cao hiệu quả tổng thể của nhà máy điện.
Các kỹ sư của GE đã phát triển hệ thống tuần hoàn hơi nhiều lần để nâng cao hiệu quả tổng thể của nhà máy điện.
Nhưng, những kỹ sư lành nghề của GE Power không nghỉ ngơi trên chiến thắng vì họ tin rằng, họ có thể khiến công nghệ tốt nhất tốt hơn nữa bằng cách sử dụng phương pháp công nghệ tái nhiệt kép. RDK8 dùng công nghệ siêu tới hạn tái nhiệt đơn. Cụ thể là, một lượng hơi nước đã được sử dụng để cung cấp năng lượng tuabin của nhà máy để tạo ra điện được đưa lại vào lò hơi sử dụng lại, làm cho toàn bộ quá trình hiệu quả hơn.

Các kỹ sư của GE đã phát triển thiết kế này bằng cách thêm một vòng nữa vào hệ thống, sao cho hơi nước không chỉ được dẫn lại vào nồi hơi một lần, mà là hai lần. Tuần hoàn hơi nhiều lần có nghĩa là nhiều nhiệt hơn có thể được chiết xuất và sử dụng để chạy tuabin, nâng cao hiệu quả tổng thể của nhà máy điện.
Mặc dù công nghệ tái nhiệt kép cơ bản đã có từ nhiều thập kỷ trước, nhưng cho đến nay, chi phí vẫn quá đắt, nên không có nhà máy nào được xây dựng trong giai đoạn 1990-2015 dùng công nghệ này. Nhưng với mức giá năng lượng cao hơn, các hạn chế lượng khí thải chặt chẽ hơn và cải tiến trong một loạt các vật liệu chính được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện, công nghệ tái nhiệp kép đang quay trở lại.
Dựa trên tâm niệm của GE Power – hướng tới năng lượng thông minh hơn và sạch hơn, GE Steam Power Systems đã phát triển một biến thể của công nghệ tái nhiệt kép siêu tới hạn có khả năng cung cấp hiệu quả chưa từng có lên đến 49%, cao hơn hai điểm phần trăm so với RDK8.

GE Power đã thử nghiệm trong thực tế và tự tin rằng, công nghệ này sẽ đặt ra một chuẩn mực mới cho các nhà máy điện than thế hệ tiếp theo.
Công nghệ này được gọi là siêu tới hạn, bởi vì ở áp suất rất cao và nhiệt độ, nước sẽ trở thành một tầng sôi siêu tới hạn, đồng thời, sở hữu các đặc tính của cả chất lỏng và khí. Sử dụng công nghệ này, RDK8 có thể đưa hơi, khi nó đi vào tuabin của nhà máy, ở áp lực khoảng 275 bar và nhiệt độ khoảng 600°C.
Công nghệ tái nhiệt kép mới của GE có thể làm tốt hơn những con số đã rất ấn tượng này, đưa hơi nước dưới một mức áp suất rất mạnh tương đương với khoảng 330 bar và đun nóng lại hơi nước trước khi đưa vào tuabin lên khoảng 670°C. Để so sánh, khi phun trào từ núi lửa ra, nhiệt độ của dung nham trong khoảng từ 700 đến 1.200°C.
"Chúng tôi lấy công nghệ siêu tới hạn và thúc đẩy nó hơn nữa", Trevor giải thích. Ông cũng nhấn mạnh: "Công nghệ tái nhiệt kép đã tồn tại nhưng nó không thể đạt được nhiệt độ và áp suất như thế này. Bằng kiến thức và kinh nghiệm, chúng tôi đã làm cho công nghệ này đồng thời đạt được hiệu quả hoạt động cao hơn và hiệu quả kinh tế hơn cho các khách hàng".
Tăng hiệu quả của các nhà máy điện là quan trọng không chỉ bởi những cải tiến cho phép các đơn vị vận hành tiết kiệm chi phí đáng kể bằng cách sử dụng ít nhiên liệu để sản xuất cùng một sản lượng điện, nó cũng cho phép họ giảm đáng kể lượng khí thải carbon. Sự gia tăng hiệu suất lò hơi từ 0,5 đến 1,5 điểm phần trăm tiết kiệm nhiên liệu lên đến 2 tấn mỗi giờ, hay 18.000 tấn than mỗi năm, trong khi một điểm phần trăm cải thiện hiệu quả bằng với 2 điểm phần trăm giảm trong lượng khí thải CO2.
"Công nghệ của chúng tôi có thể giảm lượng khí thải ngay lập tức. Với khách hàng của chúng tôi, đó là mối quan tâm lớn và có giá trị thương mại", Trevor nói.
Dựa vào sức mạnh kỹ thuật và mô hình Fastworks nổi tiếng - một chương trình phát triển sản phẩm nhanh trong đó GE hợp tác với khách hàng để cung cấp hàng hóa và dịch vụ cho họ nhanh hơn, GE Power đã có thể mang công nghệ này ra thị trường chỉ trong năm tháng.
Với nhu cầu ngày càng tăng về công nghệ tái nhiệt kép tại một loạt các thị trường mới nổi, bao gồm cả Trung Quốc, nơi 10 tổ máy tái nhiệt kép đã được đưa vào hoạt động chỉ riêng trong năm 2015, GE Power đang có nhiều cơ hội để không chỉ tận dụng mà còn thúc đẩy xu hướng này vì GE Power đang sở hữu công nghệ tiên tiến và hiệu quả nhất trên thị trường hiện nay.
GE Power đã chứng minh rằng, công nghệ này có thể giúp đẩy mạnh hiệu quả và phát triển một thế hệ mới các nhà máy điện than để có thể có những bước tiến đáng kể về việc giảm khí thải trong ngành điện than này.

Trevor Bailey xem đây là bước đi lớn tiếp theo trong sản xuất điện, nhưng GE Power còn kỳ vọng vào những bước tiến lớn hơn nữa. Bởi, theo như Trevor thì một khi đã đạt được một hiệu suất nhà máy điện ròng là 49%, hơn 50% không còn là ngoài tầm với. "Chúng tôi chắc chắn sẽ không ngừng tìm kiếm những giải pháp tốt hơn nữa trong tương lai", ông Trevor nói.
Công nghệ tái nhiệt kép chỉ là một trong những cách mà GE Power đã và đang nâng cao hiệu quả của các nhà máy điện trên toàn thế giới. Khách hàng của GE Power có thể tận dụng không chỉ  lợi thế của công nghệ GE, mà còn cả hiểu biết của GE về nhà máy như một hệ thống và hiểu biết này, sẽ cho phép họ huy động toàn bộ sức mạnh tổng hợp của tất cả các hệ thống kết nối với nhau trong các hoạt động của họ.
Với 230 năm kinh nghiệm, GE Power Services cung cấp một danh mục giải pháp cho toàn bộ nhà máy, có thể áp dụng cho thiết bị sản xuất bởi hơn 90 nhà sản xuất thiết bị gốc (oOEM). Các giải pháp này bao gồm việc lập kế hoạch, lắp đặt, bảo trì và sửa chữa, nâng cấp công nghệ. GE và khách hàng có thể có các thoả thuận dịch vụ dựa trên kết quả. GE cũng cung cấp những giải pháp có khả năng mở rộng hơn trên toàn nhà máy và thẩm định chất lượng hoặc di dời nhà máy. Những giải pháp này nhằm nâng cao năng suất của thiết bị, bao gồm cả thiết bị không phải do GE sản xuất.
Hơn nữa, GE Power cung cấp cho khách hàng các công cụ kỹ thuật số để thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực để giúp họ tránh phải ngừng hoạt động bất ngờ thông qua việc dự đoán khi nào thì thiết bị cần bảo trì, và kết quả cuối cùng là nâng cao năng suất và hiệu quả chi phí.
Các giải pháp nhằm đáp ứng nhu cầu linh hoạt của khách hàng và hỗ trợ bất kỳ hỗn hợp tài sản nào của khách hàngtrong suốt vòng đời hoạt động của nhà máy, bao gồm tuabin hơi, máy phát điện, nồi hơi, hệ thống kiểm soát chất lượng không khí, toàn bộ các hệ thống nhà máy và các phụ kiện, chuyển đổi điện và năng lượng, lưu trữ nhiên liệu và hệ thống xử lý chất lượng nước, hơi nước và hơn thế nữa.
Với những khả năng này, GE đã và đang giúp cải thiện hiệu suất các nhà máy điện trên 150 quốc gia trên thế giới.

Chi Mai