مساحة تطوير لتكنولوجيا توليد الطاقة باستخدام غاز الفرن العالي CCPP

تعزيز التعاون في مجال كفاءة الطاقة وخفض الكربون

قال تاكاهيرو كاواجوتشي، رئيس شركة ميتسوبيشي باور لتقنيات التوربينات الغازية (نانجينغ) المحدودة، في خطابه: «في النصف الأول من هذا العام، انكمشَت أرباح قطاع الصلب بشكلٍ كبير بسبب انكماش الطلب وصدمات العرض وتفشّي مرض الالتهاب الرئوي الناجم عن فيروس كورونا الجديد. وبقيت أسعار المنتجات منخفضةً باستمرار. وعلى مستوى العالم، أدّى التطوّر السريع في مجالات الحياد الكربوني والطاقة الهيدروجينية والتكنولوجيا الرقمية إلى تغيّرات جذرية في بيئة السوق وكذلك في احتياجات العملاء. وفي مواجهة الظروف السوقية المعقّدة، ترغب شركة ميتسوبيشي في التعاون الوثيق مع شركات الصلب الصينية لتعزيز التعاون في مجالات توفير الطاقة والحدّ من الانبعاثات الكربونية.»

قال شو شيو فو، المدير العام لشركة ميتسوبيشي باور لتكنولوجيا محطات توليد الطاقة بالتوربينات الغازية (نانجينغ) المحدودة: «مع افتتاح سوق التداول الوطني لانبعاثات الكربون، سيصبح خفض انبعاثات الكربون من وحدات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة الغازية-البخارية (CCPP) نقطة ربح جديدة لصناعة الصلب، بالإضافة إلى توليد الكهرباء ذاتيًا، كما ستحقق الشركة مكاسب اجتماعية وبيئية أكبر. وبما أن تقنية CCPP لا تتطلب تغيير العملية الإنتاجية الحالية أو هيكل إمداد الطاقة، فهي إحدى التدابير الفعّالة لتوفير الطاقة والحد من انبعاثات الكربون في قطاع الصلب. وقد أنتجت وحدات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة الغازية-البخارية من ميتسوبيشي المحلية حتى الآن أكثر من ٢٠٠ مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء، ما وفر على صناعة الحديد والصلب أكثر من ٥٨ مليون طن من الفحم القياسي، وقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأكثر من ١٥٠ مليون طن. وبالمقارنة مع وحدات المراجل والمولدات ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي والضغط الفائق التي بُنيت في الفترة نفسها، تتفوق وحدات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة الغازية-البخارية بنسبة تزيد على ٣٠٪ في جميع المؤشرات.»

حتى الآن، تم تركيب ٣٣ مجموعة مولدة من نوع محطات توليد الطاقة المركبة (CCPP) من شركة ميتسوبيشي في شركات الصلب المحلية، من بينها ٣٠ مجموعة قيد التشغيل و٣ مجموعات ما زالت قيد الإنشاء. وتتجاوز ساعات التشغيل التراكمية للمجموعات المشغلة ٢,٣٧ مليون ساعة، ومعدل التوافر يفوق ٩٩٪، ما أزال المخاوف الأولية التي كانت تساور قطاع الصلب بشأن موثوقية تشغيل المجموعات المولدة لمحطات توليد الطاقة المركبة (CCPP).

تحسين تقنيات انبعاثات الكربون المنخفضة

إن التنمية ذات الانبعاثات الكربونية المنخفضة هي محتوى مهم لحل عقبات البيئة والطاقة والموارد، ولتعزيز التنمية عالية الجودة للصناعة، وكذلك التعبير الرئيسي والهدف النهائي.

قال غاو شوي، المهندس المُساعد الأول في معهد التخطيط والبحث الصناعي لصناعة المعادن: «تمثل المؤسسات الحديدية والصلبية الكبيرة والمتوسطة الرئيسية المستوى المتقدِّم لتطوير القطاع. ووفقاً للبيانات التي نشرتها جمعية صناعة الحديد والصلب الصينية، فإن استهلاك الطاقة الشامل لكل طن من الصلب لدى المؤسسات الحديدية والصلبية الكبيرة والمتوسطة الرئيسية على مستوى البلاد في عام ٢٠٢١ سيبلغ ٥٤٩,٢٤ كيلوغراماً من الفحم القياسي، أي انخفاضاً قدره ٠,٥٩ كيلوغرام من الفحم القياسي مقارنةً بعام ٢٠٢٠، وبنسبة انخفاض قدرها ٠,١١٪. أما مقارنةً بعام ٢٠١٥، فقد بلغت نسبة الانخفاض في الاستهلاك الشامل للطاقة لكل طن من الصلب ٤٪.»

قدّم غاو شوي أنَّ معدل إطلاق غاز فرن الكوك في عام ٢٠٢١ انخفض مقارنةً بعام ٢٠٢٠ بنسبة ٠٫٣٩ نقطة مئوية، أي ما يعادل ٤٠٫١٧٪؛ كما انخفض معدل إطلاق غاز فرن الانفجاري بنسبة ٠٫٠٨ نقطة مئوية، أي ما يعادل ٦٫٣٠٪؛ وبلغ متوسط استرجاع غاز محول الأكسجين لكل طن من الصلب ١١٩٫٢ مترًا مكعبًا، بزيادة قدرها ١٫٤٠٪. أما معدل توليد الحرارة المهدرة والطاقة ذاتيًّا، الذي يعكس مستوى استغلال الطاقة الثانوية في القطاع، فقد ازداد تدريجيًّا بمقدار ١٠ نقاط مئوية، من ٤٤٪ في عام ٢٠١٥ إلى ٥٤٪ في عام ٢٠٢١.

وَفْقًا لِلإحصاءات غير الكاملة، جرى إنشاء ٥٥ وحدة توليد كهرباء تعمل بالدورة المركبة في شركات الصلب الرئيسية الخاضعة للإحصاء في الصين عام ٢٠٢٠، وبسعة تركيبية إجمالية قدرها ٦١٥٦ ميغاواط. وفي عام ٢٠٢٠، جرى إنشاء ٣٥٧ وحدة توليد بخارية في شركات الصلب الرئيسية الخاضعة للإحصاء في الصين، وبسعة تركيبية إجمالية قدرها ٢٣٨٦ ميغاواط. وفي عام ٢٠٢٠، جرى إنشاء ما يقارب ٧٠٠ وحدة توليد تعمل بالغلايات الغازية، وبسعة تركيبية إجمالية قدرها ٣٤٧٣٠ ميغاواط، أي بزيادة سنوية قدرها ٣١٣٠ ميغاواط. ووفقًا للإحصاءات، فإن معدّل التوليد الذاتي الوطني المتوقّع لعام ٢٠٢١ سيكون حوالي ٥٤٪.

لتحسين مستوى تطبيق تقنيات التحول منخفض الكربون، قدّم غاو شويه ثلاثة اقتراحات: أولاً، تعزيز مستوى التوزيع الآلي للفحم في أفران التكليس بشكل كبير، واعتماد تقنيات عملية متقدمة مثل ترشيد استهلاك الفحم وتقليل إنتاج الكوك في الأفران العالية، ورفع كفاءة استخدام الفحم، ودفع التحوُّل الفعّال للطاقة. ثانياً، زيادة حصة الطاقة الكهربائية في الاستهلاك النهائي للطاقة في قطاع الحديد والصلب، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة بشكل منهجي، والدعوة إلى تبني ونشر تقنية توليد الطاقة عالية الكفاءة المُعتمدة على الدورات المركبة الغازية-البخارية (CCPP). ثالثاً، تطوير تقنيات تخزين الطاقة بقوة، بالاستناد إلى وحدات توليد الطاقة بالغاز ووحدات توليد الطاقة من الحرارة المهدرة التابعة لشركات الحديد والصلب، وباستخدام تقنيات التخزين الحراري الصلب وتخزين الحرارة في الأملاح المنصهرة، وبالاعتماد على منصة رقمنة الطاقة، واستغلال تقنيات التحكم التآزري المتعدد الطاقات جنباً إلى جنب مع التعريفات الزمنية المتغيرة وتداول الطاقة وغيرها، لتعزيز قدرة النظام الطاقي لشركات الحديد والصلب على التكيُّف والتعديل، بحيث تؤدي هذه الشركات وظائف أساسية في تسطيح قمم الحمل وملء فجواته، والاستجابة لمتطلبات جانب الطلب، وتعزيز استهلاك مصادر الطاقة الجديدة، وحل المشكلات الناجمة عن دمج مصادر الطاقة المتجددة على نطاق واسع. كما يحل هذا الاقتراح مشكلة عدم التوازن بين المصادر والحمل على المستوى الإقليمي الناتجة عن دمج مصادر الطاقة المتجددة على نطاق واسع، ويعزِّز القدرة التفاعلية بين المصادر والشبكة والحمل، ويوازن استهلاك الطاقة على المستوى الإقليمي، ويرفع القيمة المضافة للطاقة.

تحسين كفاءة التوليد الذاتي

خلال فترة الخطة الخمسية الرابعة عشرة، تحت سيطرة مزدوجة لخفض الكربون والاستهلاك الطاقي، سيتم السيطرة بصرامة على طاقة إنتاج صناعة الحديد والصلب، مما يدفع الشركات بشكل أكبر إلى تحسين الكفاءة وتقليل الكربون وتقليل التكاليف وزيادة الفعالية.

قال يونغ ييتشنغ، المدير المهندس في شركة ميتسوبيشي باور لتكنولوجيا محركات التوربينات الغازية (نانجينغ) المحدودة: «في سياق ترشيد استهلاك الطاقة والحد من الانبعاثات الكربونية، ازدادت نسبة توليد الكهرباء الذاتي من الغاز في قطاع الصلب والحديد بسرعة، وارتفعت هذه النسبة بنسبة ١٢,٨٪ مقارنةً بإجمالي السعة المركَّبة لتوليد الكهرباء الذاتي بنهاية الخطة الخمسية الثالثة عشرة، رغم عدم حدوث زيادة كبيرة في طاقة الإنتاج. ومع أن مستوى توليد الكهرباء الذاتي العام لدى شركات الصلب والحديد يتحسَّن باستمرار، فإن المولدات ذات المعايير المتوسطة—مثل تلك التي تعمل بتقنية التفوق المزدوج والتحت حرجة—ما زالت تمثِّل الغالبية العظمى في القطاع، بينما تبقى نسبة المجموعات المولِّدة الكبيرة عالية الكفاءة باستخدام دورة الغاز-البخار المركَّبة (CCPP) ذات كفاءة توليد كهرباء تجاوزت ٤٥٪ صغيرة نسبيًّا. وتبلغ السعة المركَّبة للمجموعات المولِّدة الكبيرة من نوع CCPP في الصين ٢٩٨٣ ميغاواط، مقارنةً بـ٢٣٦٣ ميغاواط في قطاع الصلب والحديد الياباني لنفس الفترة؛ وبالمقارنة بين طاقة إنتاج الصلب والحديد في الصين البالغة مليار طن، وطاقة إنتاج اليابان البالغة ٩٠ مليون طن، يتضح أن لقطاع الصلب والحديد الصيني هامشًا واسعًا للتطوير في تقنيات توليد الكهرباء المتقدمة عالية الكفاءة باستخدام غاز أفران الصهر.»

قال جيانغ زوومينغ، المدير المهندس في منطقة تشغيل محطة أنشان للتحكم في الطاقة رقم ٢: «تولي شركة أنشان للفولاذ والحديد اهتمامًا كبيرًا لحماية البيئة وتطوير الاقتصاد الدائري، وتتمسك دائمًا بمفهوم «التنمية الدائرية». وللاستفادة بكفاءة من الغاز الفائض، تتبنّى عملية توليد الطاقة بالدورة المركبة الغازية-البخارية (CCPP) للاستفادة الفعّالة من غاز الأفرن العالي الفائض. وبالمقارنة مع مجموعة مولدات الغاز التقليدية، تتميّز مجموعة المولدات ذات القدرة ١٨٠ ميغاواط بالدورة المركبة الغازية-البخارية (CCPP) بمرونة عالية و نطاق واسع من قيم القيمة الحرارية لغاز الأفرن العالي؛ كما أن المحرك الغازي والمحرك البخاري يُركّبان على عمودين منفصلين، ما يتيح إمكانية التدفئة العامة ويقلل التلوث الهوائي في المنطقة الحضرية الناتج عن غلايات التدفئة التي تعمل بالفحم؛ ومن خلال استغلال أقصى إمكانات النظام وتحسين التشغيل، تصل كفاءة توليد الطاقة إلى أكثر من ٤٧,٣٪، وهي أعلى من كفاءة وحدات الغلايات الغازية التقليدية.»

قال تشانغ جيانتشيو، مهندس محركات الاحتراق الداخلي في قسم توليد الطاقة التابع لإدارة الطاقة والبيئة في شركة ما آنشان ستيل: «تستخدم إدارة الطاقة والبيئة في الشركة أول مجموعة مولدات كهربائية محلية من نوع CCPP ذات عمود واحد وقيمة حرارية منخفضة (M701SDAX)، وقد صُمّمت هذه المجموعة لتوليد حملٍ اسميٍّ قدره ١٨٣ ميغاواط، وبكفاءة حرارية تصميمية تفوق ٤٧٪ وكفاءة مُقاسة تفوق ٤٨٪، وبقدرة توليد كهرباء سنوية تبلغ نحو ١٤٢٧,٤ مليون كيلوواط ساعة. وبذلك، يمكنها إعادة تدوير الموارد الغازية الفائضة الناتجة عن عمليات إنتاج الحديد والصلب واستغلالها بالكامل، وتقليل التسرب الغازي، وحماية البيئة، وتحسين كفاءة التوليد الذاتي للطاقة.»

«منذ تشغيل وحدة توليد الطاقة الحرارية المركبة بقدرة ١٨٣ ميغاواط في محطة بايهو للكهرباء التابعة لمجموعة ماشتييل، حققت التشغيل الآمن المستمر والمستقر على مدى دورة تشغيل طويلة، وولّدت ما مجموعه ٧٨٠,٣ مليون كيلوواط ساعة من الكهرباء خلال الفترة من يناير إلى يونيو ٢٠٢٢، وبمعامل تحميل بلغ ٩٩٪، ما أدى إلى تحقيق فائدة مشتركة من حيث الفوائد الاقتصادية والاجتماعية والبيئية.» وقال تشانغ جيانتشيو.

من أجل تحسين الجودة والكفاءة بشكل أكبر وتقليل كثافة انبعاثات الكربون، تقوم شركة ميتسوبيشي باور حالياً بإجراء أبحاث وتطوير حول وحدات توليد أكثر كفاءة ومصغرة تعمل بنظام الدورة المركبة للمصانع الصلب. وفي الوقت نفسه، تطور شركة ميتسوبيشي باور أيضاً توربينات غاز تعمل بالهيدروجين والأمونيا، وهي تقنية ستعتمد على وقود خالٍ تماماً من الكربون لتحقيق انبعاثات صفرية.