จีนก้าวล้ำ “พลังงานสะอาด” ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากคาร์บอนได้จริง เป็นเครื่องแรกของโลก ตัดหน้าสหรัฐฯ

บริษัท นิวเคลียร์แห่งชาติจีน หรือ China National Nuclear Corporation (CNNC) ประกาศความสำเร็จครั้งใหญ่ ด้วยการเชื่อมต่อ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Supercritical Carbon Dioxide (sCO₂) หรือ “เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” ที่พร้อมใช้งานในเชิงพาณิชย์ได้เป็นเครื่องแรกของโลก เข้าสู่ระบบโครงข่ายไฟฟ้าของจีนอย่างเป็นทางการ ถือเป็นก้าวกระโดดสำคัญของเทคโนโลยีพลังงานสะอาดและการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบนี้ถูกติดตั้งภายในโรงงานผลิตเหล็กในมณฑลกุ้ยโจว ทางตะวันตกเฉียงใต้ของจีน โดยใช้ประโยชน์จาก ความร้อนส่วนเกิน (Waste Heat) จากกระบวนการผลิตเหล็ก มาผลิตไฟฟ้าและเชื่อมเข้ากับกริด (การต่อระบบผลิตไฟฟ้าเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าหลัก) ได้อย่างสมบูรณ์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำงานอย่างไร ?

“เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” ของจีนมีลักษณะคล้ายชุดเครื่องจักรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบโมดูลาร์ ที่ถูกจัดวางบนฐานเหล็กอย่างเป็นระเบียบ ตัวเครื่องลักษณะเป็นโมดูลยาวเรียงกัน มีลักษณะคล้ายตู้คอนเทนเนอร์อุตสาหกรรมขนาดกลางถึงใหญ่ ส่วนใหญ่เป็นโครงเหล็กทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า

มีระบบท่อความดันสูงจำนวนมาก เนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต้องอยู่ในสภาวะความดันสูงมาก (Supercritical) ตัวเครื่องจึงมีท่อเหล็กขนาดใหญ่จำนวนหลายเส้น 

ภายในยังมีการติดตั้งกังหันที่มีขนาดเล็กกว่ากังหันไอน้ำทั่วไป ขนาดกระทัดรัดกว่าเพราะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หนาแน่นกว่าไอน้ำ ตัวกังหันเป็นทรงกระบอกแนวนอน เชื่อมต่อกับระบบท่อจากทั้งสองด้านอยู่ในโครงปิด โดยมีชุดคอนโทรลและตู้ควบคุมไฟฟ้าติดตั้งอยู่ด้านข้าง เป็นตู้คอนโทรลทรงสี่เหลี่ยมสูงประมาณหน้าอก มีหน้าจอ, แผงควบคุม, สวิตช์ และไฟบอกสถานะ ใช้สำหรับควบคุมอุณหภูมิ ความดัน และกำลังไฟฟ้า

นอกจากนี้ตัวเครื่องยังมีระบบแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่ มีรูปลักษณ์คล้าย “หม้อน้ำอุตสาหกรรม” เป็นกล่องขนาดใหญ่พร้อมท่อยื่นออกมาทั้งสองด้าน 

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น 50%

บริษัท นิวเคลียร์แห่งชาติจีน (CNNC) ได้ทำการติดตั้ง “เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” นี้ทั้งหมด 2 หน่วยผลิตไฟฟ้า หน่วยละ 15 เมกะวัตต์ กำลังการผลิตรวม 30 เมกะวัตต์ 

หัวใจของเทคโนโลยีนี้คือการใช้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในสภาวะ Supercritical หรืออยู่ในสถานะพิเศษซึ่งมีคุณสมบัติอยู่กึ่งกลางระหว่างของเหลวและก๊าซ โดยมีอุณหภูมิสูงกว่า 31.1 องศาเซลเซียส แทนการใช้ไอน้ำแบบเดิม ทำให้การถ่ายเทความร้อนและการหมุนของเครื่องกังหันทำได้ดีขึ้น

รายงานระบุว่า “เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” มี ประสิทธิภาพสูงกว่าเทคโนโลยีไอน้ำเดิมอย่างน้อย 50% ในการผลิตไฟฟ้าจากความร้อนส่วนเกิน เนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีความหนาแน่นสูงกว่าไอน้ำ รวมไปถึงตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้สามารถแปลงพลังงานจากความร้อนสูงกว่า 700 องศาเซลเซียสได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บริษัทฯ ระบุว่า ด้วยความกะทัดรัด และประสิทธิภาพที่สูง ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่มีพื้นที่จำกัด หรือจำเป็นต้องใช้พลังงานเสถียรสูง เช่น ภารกิจอวกาศ สามารถต่อยอดสู่การใช้งานระดับใหญ่ในอนาคตได้ เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยุคใหม่, เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เคลื่อนที่, โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์, ยานอวกาศและระบบพลังงานในอวกาศ
, ระบบพลังงานบนเรือหรือยานเดินสมุทร

กระบวนการทำงานของ “เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์”

1. เริ่มจากการเก็บ “ความร้อนส่วนเกิน” จากโรงงาน โดยในกรณีโรงงานเหล็ก ความร้อนส่วนเกินนี้ จะมีอุณหภูมิ สูงกว่า 700 องศาเซลเซียส

2. ส่งความร้อนส่วนเกินเข้า “ระบบแลกเปลี่ยนความร้อน” เพื่ออัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ให้อยู่ในสภาวะ Supercritical 

3. ส่งคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ในสภาวะ Supercritical ไปหมุนกังหัน คาร์บอนไดออกไซด์จะขยายตัวอย่างรุนแรงและรวดเร็ว ซึ่งแรงขยายตัวนี้จะหมุนกังหันได้ดีกว่าไอน้ำ ทำให้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มีประสิทธิภาพสูงกว่าโรงไฟฟ้าไอน้ำทั่วไป

4. คาร์บอนไดออกไซด์ที่ผ่านกังหันแล้ว จะถูกทำให้เย็นลงและอัดกลับ ผ่านระบบ Cooler และ Compressor เพื่อลดอุณหภูมิและเพิ่มแรงดันให้กลับเข้าสู่วงจรเดิม กลายเป็นระบบปิด ไม่ปล่อย คาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศ ช่วยลดคาร์บอนลงได้ เพราะใช้เพียงการไหลเวียน โดยไม่สร้างการปล่อยออกมา

5. ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นมาจะถูกส่งเข้าระบบสายส่งที่ต่อเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าในมณฑลกุ้ยโจว รองรับโหลดจากอุตสาหกรรมในพื้นที่ต่าง ๆ

สหรัฐฯ ก็กำลังพัฒนาระบบเดียวกัน

แม้จีนจะเป็นผู้เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้ากริดเป็นรายแรก แต่โครงการในสหรัฐฯ ที่คล้าย ๆ กัน STEP (Supercritical Transformational Electric Power) ที่เท็กซัส ก็กำลังเดินหน้าไปอย่างรวดเร็ว

ความคืบหน้าของสหรัฐฯ:

• ปี 2023: ระบบ 10 เมกะวัตต์ ประกาศ “ประกอบครบสมบูรณ์”
  
  

• ปี 2024 ทดสอบสร้างไฟฟ้าได้ 4 เมกะวัตต์ ที่ 500 องศาเซลเซียส
  
  

• ขั้นสุดท้ายตั้งเป้า ผลิตไฟฟ้า 10 เมกะวัตต์ ที่ 715  องศาเซลเซียส
  
  

นี่สะท้อนว่าเทคโนโลยี “เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” กำลังเป็น “สนามการแข่งขันแห่งอนาคต” ของพลังงานสะอาดระดับโลก

เทคโนโลยีที่จีนพัฒนานานกว่า 10 ปี กำลังจะพลิกวงการพลังงาน

สถาบัน Nuclear Power Institute of China ในประเทศจีน ใช้เวลากว่า 10 ปี พัฒนาเทคโนโลยีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และตอนนี้ก็เริ่มเข้าสู่การใช้งานจริงในระดับอุตสาหกรรม

ความสำเร็จของจีนในการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่ระบบโครงข่ายไฟฟ้าได้เป็นครั้งแรกของโลก ถือเป็นหมุดหมายสำคัญที่ยืนยันว่าภูมิทัศน์ของพลังงานแห่งอนาคตกำลังเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง 

นวัตกรรมนี้เต็มไปด้วยศักยภาพรอบด้าน ตั้งแต่การกู้คืนพลังงานความร้อนที่สูญเสียไปในภาคอุตสาหกรรมและการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ไปจนถึงการยกระดับประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และยังเปรียบเสมือนกุญแจสำคัญที่เปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ใหม่ในการใช้พลังงานบนอวกาศ ซึ่งศักยภาพอันมหาศาลนี้อาจส่งผลให้เทคโนโลยีดังกล่าวกลายเป็นหนึ่งในนวัตกรรมเปลี่ยนโลกที่ทรงอิทธิพลที่สุดในศตวรรษนี้

แหล่งที่มา :  interestingengineering.com/energy/