فضای توسعه فناوری تولید برق CCPP با گاز اسپیج

تمامیت همکاری در زمینه کارایی انرژی و کاهش دی اکسید کربن

تاکاهیرو کاواگوچی، رئیس هیئت مدیره شرکت میتسوبیشی پاور گاز توربین انجینیرینگ تکنولوژی (نانجینگ) ش.م.، در سخنرانی خود گفت: «در نیمهٔ اول امسال، به دلیل کاهش تقاضا، شوک‌های عرضه و شیوع بیماری نیو کرون پنومونیا، سود صنعت فولاد به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته و قیمت محصولات به‌طور مداوم در سطح پایینی باقی مانده است. در سراسر جهان، توسعهٔ سریع صفرکربن‌سازی، استفاده از انرژی هیدروژنی و فناوری دیجیتال منجر به تغییرات چشمگیری در محیط بازار و همچنین نیازهای مشتریان شده است. در برابر شرایط پیچیدهٔ بازار، میتسوبیشی آماده است تا با شرکت‌های فولادی چین همکاری نزدیکی در زمینهٔ صرفه‌جویی در انرژی و کاهش کربن انجام دهد.»

شو شیو فو، مدیرعامل شرکت مهندسی توربین‌های گازی پاور میتسوبیشی (نَنجین) گفت: «با راه‌اندازی بازار ملی معاملات دایره‌ای انتشار کربن، کاهش انتشار کربن در واحدهای تولید برق سی‌سی‌پی‌پی (واحدهای تولید ترکیبی گاز-بخار) علاوه بر تولید برق خودمصرف، نقطه‌ی سود جدیدی برای صنعت فولاد خواهد بود و همچنین منافع اجتماعی و زیست‌محیطی بیشتری را برای بنگاه‌ها به ارمغان می‌آورد. این فناوری سی‌سی‌پی‌پی بدون تغییر در فرآیند تولید و ساختار تأمین انرژی موجود، یکی از راهکارهای مؤثر برای صرفه‌جویی در انرژی و کاهش انتشار کربن در صنعت فولاد است. تاکنون واحدهای تولید برق سی‌سی‌پی‌پی داخلی میتسوبیشی بیش از ۲۰۰ میلیارد کیلووات‌ساعت برق تولید کرده‌اند، که منجر به صرفه‌جویی بیش از ۵۸ میلیون تن زغال‌سنگ استاندارد در صنعت آهن و فولاد و کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن به میزان بیش از ۱۵۰ میلیون تن شده است. در مقایسه با واحدهای نیروگاهی بخاری با دمای بالا، فشار بالا و فشار فوق‌العاده بالا که در دوره‌ی مشابه ساخته شده‌اند، واحدهای تولید برق سی‌سی‌پی‌پی در تمام شاخص‌ها بیش از ۳۰ درصد پیش‌تر هستند.»

تاکنون ۳۳ دستگاه نیروگاه ترکیبی سی‌سی‌پی‌پی میتسوبیشی از مدل‌های مختلف در واحدهای فولادی داخلی به‌کار رفته‌اند که از این تعداد ۳۰ دستگاه راه‌اندازی شده و ۳ دستگاه در حال ساخت هستند. زمان کلی کارکرد دستگاه‌های راه‌اندازی‌شده از ۲/۳۷ میلیون ساعت بیشتر شده و نرخ در دسترس‌بودن آن‌ها بیش از ۹۹ درصد است؛ این امر نگرانی‌های اولیهٔ صنعت فولاد دربارهٔ قابلیت اطمینان عملیاتی دستگاه‌های نیروگاه ترکیبی سی‌سی‌پی‌پی را برطرف کرده است.

بهبود تکنولوژی‌های کم‌کربن

توسعه کم‌کربن محتوای مهمی برای حل گردنده‌های محیطی، انرژی و منابع طبیعی و ترویج توسعه با کیفیت بالا در صنعت است، همچنین نمایش کلیدی و هدف نهایی آن است.

گائو شوئه، مهندس ارشد معاون مؤسسه برنامه‌ریزی و تحقیقات صنایع فلزی، گفت: «شرکت‌های بزرگ و متوسط کلیدی فولاد و آهن، سطح پیشرفته توسعه صنعت را نشان می‌دهند. بر اساس داده‌های منتشرشده توسط انجمن صنعت فولاد و آهن چین، مصرف انرژی جامع هر تن فولاد در شرکت‌های بزرگ و متوسط کلیدی فولاد و آهن سراسر کشور در سال ۲۰۲۱ برابر با ۲۴/۵۴۹ کیلوگرم زغال سنگ استاندارد خواهد بود که نسبت به سال ۲۰۲۰، ۵۹/۰ کیلوگرم زغال سنگ استاندارد کاهش یافته و این کاهش معادل ۱۱/۰ درصد است. در مقایسه با سال ۲۰۱۵، درصد کاهش مصرف انرژی جامع هر تن فولاد به ۴ درصد رسیده است.»

گائوشوئه اعلام کرد که نسبت به سال ۲۰۲۰، نرخ تخلیه گاز کوره کک‌سازی در سال ۲۰۲۱ به میزان ۰٫۳۹ نقطه درصد یا ۴۰٫۱۷ درصد کاهش یافت؛ نرخ تخلیه گاز کوره بلند نیز به میزان ۰٫۰۸ نقطه درصد یا ۶٫۳۰ درصد کاهش پیدا کرد؛ و میزان گاز کوره تبدیل‌کننده بازیابی‌شده از هر تن فولاد به ۱۱۹٫۲ مترمکعب رسید که این مقدار ۱٫۴۰ درصد افزایش داشته است. نرخ تولید خودکفا انرژی و گرمای زائد — که سطح بهره‌برداری از انرژی ثانویه در این صنعت را نشان می‌دهد — به‌تدریج از ۴۴ درصد در سال ۲۰۱۵ به ۵۴ درصد در سال ۲۰۲۱ افزایش یافت.

بر اساس آمار ناقص، در سال ۲۰۲۰، پنجاه و پنج دستگاه نیروگاه ترکیبی چرخه‌ی ترکیبی گازی (CCPP) با ظرفیت نصب‌شده‌ی کلی ۶۱۵۶ مگاوات در شرکت‌های فولادی اصلیِ تحت آمار در چین ساخته شد. در سال ۲۰۲۰، سیصد و پنجاه و هفت دستگاه نیروگاه بخار با ظرفیت نصب‌شده‌ی کلی ۲۳۸۶ مگاوات در شرکت‌های فولادی اصلیِ تحت آمار در چین ساخته شد. در سال ۲۰۲۰، تقریباً هفتصد دستگاه نیروگاه بخاری با سوخت گاز با ظرفیت نصب‌شده‌ی کلی ۳۴۷۳۰ مگاوات، یعنی افزایشی ۳۱۳۰ مگاوات نسبت به سال قبل، ساخته شد. بر اساس آمار، میانگین ملی نرخ تولید انرژی خودکفا در سال ۲۰۲۱ حدود ۵۴ درصد خواهد بود.

برای بهبود سطح اجرای فناوری‌های تحول کم‌کربن، گائو شو سه پیشنهاد ارائه داد: اول، ارتقای قابل توجه سطح خودکارسازی توزیع زغال‌سنگ در کوره‌های کک‌سازی، به‌کارگیری فناوری‌های پیشرفته فرآیندی مانند صرفه‌جویی در زغال‌سنگ و کاهش تولید کک در کوره‌های بلند، افزایش بازدهی مصرف زغال‌سنگ و ترویج تبدیل کارآمد انرژی. دوم، افزایش سهم انرژی الکتریکی در مصرف نهایی انرژی در صنعت آهن و فولاد، بهبود سیستماتیک بازدهی مصرف انرژی و ترویج و حمایت از فناوری تولید برق با بازده بالا (CCPP). سوم، توسعه گسترده فناوری ذخیره‌سازی انرژی، با استفاده از واحدهای تولید برق از گاز و گرمای بازیافتی موجود در کارخانه‌های آهن و فولاد، بر پایه فناوری‌های ذخیره‌سازی حرارتی جامد و نمک‌های مذاب، و با بهره‌گیری از پلتفرم دیجیتالی انرژی و فناوری کنترل هماهنگ چندانرژی‌ای در ترکیب با تعرفه‌های زمانی، معاملات برق و غیره، ظرفیت تنظیم‌پذیری سیستم انرژی کارخانه‌های آهن و فولاد را افزایش دهد تا این کارخانه‌ها بتوانند نقش‌های مهمی مانند مسطح‌سازی اوج‌ها و پرکردن دره‌ها، پاسخ‌گویی به سوی تقاضا و ترویج مصرف منابع انرژی تجدیدپذیر را ایفا کنند و مشکلات ناشی از اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر با ظرفیت بالا را حل نمایند. این رویکرد همچنین مشکلات عدم تطابق بین منبع و بار در سطح منطقه‌ای ناشی از اتصال گسترده منابع انرژی تجدیدپذیر را برطرف می‌کند، قابلیت تعامل بین منبع، شبکه و بار را تقویت می‌کند، مصرف انرژی در سطح منطقه‌ای را متعادل می‌سازد و ارزش انرژی را افزایش می‌دهد.

بهبود کارایی تولید خود

در طی دوره «plan پنجم سالانه چهاردهم»، تحت کنترل دوگانه کاهش کربن و مصرف انرژی، ظرفیت تولید صنعت فولاد به شدت کنترل خواهد شد، که این موضوع به شکل بیشتری باعث می‌شود که شرکت‌ها کارایی خود را افزایش دهند، کربن را کاهش دهند، هزینه‌ها را کاهش دهند و بهره‌وری را افزایش دهند.

یونگ ییژنگ، مهندس ارشد شرکت فناوری مهندسی توربین‌های گازی میتسوبیشی پاور (نانجینگ) شرکت محدود، گفت: «در چارچوب صرفه‌جویی در انرژی و کاهش کربن، صنعت فولاد سهم برق تولیدشدهٔ داخلی از گاز را به‌سرعت افزایش داده است؛ و در شرایطی که ظرفیت تولید به‌طور قابل‌توجهی افزایش نیافته است، این سهم نسبت به کل ظرفیت نصب‌شدهٔ برق تولیدشدهٔ داخلی در پایان برنامهٔ پنج‌سالهٔ سیزدهم ۱۲٫۸ درصد رشد کرده است. اگرچه سطح کلی تولید برق داخلی در بنگاه‌های فولادی همچنان در حال بهبود است، اما بیشتر نیروگاه‌های میانی پارامتر — که شامل نیروگاه‌های دوباره‌سوپرکریتیکال و زیربحریتی می‌شوند — سهم اصلی این صنعت را تشکیل می‌دهند؛ درحالی‌که سهم نیروگاه‌های ترکیبی چرخهٔ ترکیبی با ظرفیت بالا و بازده تولید برق بیش از ۴۵ درصد هنوز نسبتاً کم است. ظرفیت نصب‌شدهٔ نیروگاه‌های ترکیبی چرخهٔ ترکیبی بزرگ در چین ۲۹۸۳ مگاوات است، درحالی‌که ظرفیت نصب‌شدهٔ مشابه در صنعت فولاد ژاپن در همین دوره ۲۳۶۳ مگاوات بوده است. با مقایسهٔ ظرفیت تولید فولاد چین (یک میلیارد تن) و ژاپن (۹۰ میلیون تن)، روشن می‌شود که فناوری پیشرفتهٔ تولید برق از گاز کورهٔ بلند در صنعت فولاد چین فضای گسترده‌ای برای توسعه دارد.»

جیانگ زوومینگ، مهندس ارشد بخش عملیات ناحیهٔ کنترل انرژی نیروگاه برق شمارهٔ ۲ آنشان، گفت: «شرکت فولاد آنشان به حفاظت از محیط زیست و توسعهٔ اقتصاد بازیافتی اهمیت فراوانی می‌دهد و همواره بر مفهوم «توسعهٔ بازیافتی» تأکید دارد. برای استفادهٔ کارآمد از گازهای فراوان، از فرآیند تولید برق CCPP برای بهره‌برداری کارآمد از گاز زغال سنگ فراوان استفاده می‌کند. در مقایسه با مجموعه‌های مولد گاز مرسوم، مجموعهٔ مولد CCPP با توان ۱۸۰ مگاوات قابلیت انطباق بالاتری دارد و محدودهٔ گسترده‌تری از ارزش حرارتی گاز کورهٔ بلند را پوشش می‌دهد؛ موتور احتراقی و موتور بخار در دو محور جداگانه قرار گرفته‌اند که امکان تأمین گرمایش عمومی را فراهم می‌کند و آلودگی هوا در منطقهٔ شهری ناشی از بویلرهای گرمایشی سوزانندهٔ زغال سنگ را کاهش می‌دهد؛ با استخراج عمیق ظرفیت‌ها و بهینه‌سازی عملیات، بازده تولید برق به بیش از ۴۷٫۳ درصد می‌رسد که از بازده مجموعه‌های مولد گاز مرسوم بالاتر است.»

ژانگ جیان‌چیو، مهندس موتورهای احتراقی بخش تولید انرژی از دپارتمان انرژی و محیط‌زیست شرکت فولاد مآنشان، گفت: «دپارتمان انرژی و محیط‌زیست این شرکت از اولین نیروگاه ترکیبی گازی داخلی با سیکل ترکیبی (CCPP) با محور تکی و مدل M701SDAX با ارزش حرارتی پایین استفاده می‌کند. این واحد طوری طراحی شده که بار اسمی آن ۱۸۳ مگاوات باشد، راندمان حرارتی طراحی‌شدهٔ آن بیش از ۴۷ درصد و راندمان اندازه‌گیری‌شدهٔ آن بیش از ۴۸ درصد است و ظرفیت تولید سالانهٔ برق آن حدود ۱/۴۲۷/۴ میلیون کیلووات‌ساعت است. این نیروگاه قادر است منابع گازی فراوان حاصل از تولید آهن و فولاد را به‌طور کامل بازیافت و مورد استفاده قرار دهد، پراکندگی گاز را کاهش دهد، محیط‌زیست را حفظ کند و بازدهی تولید خود را افزایش دهد.»

«از زمان راه‌اندازی واحد تولید برق ۱۸۳ مگاواتی نیروگاه حرارتی ماستیل بیهو، این واحد تولید برق به‌صورت پیوسته، ایمن و پایدار و در چرخه‌های طولانی کار کرده است و از ژانویه تا ژوئن ۲۰۲۲ مجموعاً ۳٫۷۸۰ میلیون کیلووات‌ساعت برق تولید کرده است؛ ضریب بار آن ۹۹ درصد بوده است و این امر منجر به دستیابی همزمان به منافع اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی شده است.» ژانگ جیان‌چیو اظهار داشت.

برای افزایش کیفیت و کارایی و کاهش شدت گازهای گلخانه‌ای، میتسوبیشی پاور در حال انجام تحقیقات و توسعه روی مجموعه‌های تولید برق CCPP کارآمدتر و کوچک‌تر برای شرکت‌های فولادی است. همچنین، میتسوبیشی پاور در حال توسعه توربین‌های گازی سوزش هیدروژن و آمونیاک است که فناوری‌ای خواهد بود که از سوخت‌های بدون کربن کاملاً استفاده می‌کند و انتشار کربن صفر را به دست می‌آورد.