Máy phát điện sử dụng sCO2 đầu tiên trên thế giới vận hành thương mại

Chaotan-One, máy phát điện thương mại đầu tiên trên thế giới sử dụng carbon dioxide siêu tới hạn (sCO₂) thay vì hơi nước, bắt đầu hoạt động tại Trung Quốc. Thành tựu này phá vỡ truyền thống sử dụng hơi nước để phát điện kéo dài hàng thế kỷ, đánh dấu bước tiến lớn về hiệu suất.

Việc phát minh ra động cơ hơi nước là bước đầu tiên hướng tới cuộc Cách mạng Công nghiệp, làm thay đổi thế giới. Lần đầu tiên, con người có thể đốt nhiên liệu và sử dụng nó để làm việc, chứ không chỉ để tạo ra nhiệt.

Qua nhiều năm, hiệu suất của động cơ được cải thiện thông qua các thiết kế và nhiên liệu khác nhau. Tuy nhiên, môi chất để thực hiện công việc vẫn không thay đổi: hơi nước. Các nhà khoa học nỗ lực cải thiện hiệu suất nhận thấy, một phần đáng kể năng lượng bị lãng phí trong quá trình tạo hơi nước để vận hành turbine.

Nước cần được đun sôi trước và trải qua quá trình chuyển pha để tạo ra hơi nước. Cả hai bước này đều tiêu tốn nhiều năng lượng. Các nhà khoa học đã tìm kiếm một môi chất tốt hơn để thay thế chúng. Họ tìm thấy điều đó ở carbon dioxide siêu tới hạn (sCO₂).

Siêu tới hạn là trạng thái lỏng của khí CO₂, nơi nó được giữ ở nhiệt độ và áp suất cao hơn nhiệt độ và áp suất tới hạn của nó. Chúng ta biết rằng CO₂ tồn tại ở dạng khí ở nhiệt độ phòng, có thể được làm lạnh để tạo thành đá khô, bằng cách giảm áp suất và hạ nhiệt độ.

Tuy nhiên, khi nhiệt độ của nó nâng lên đến 31⁰C (87⁰F), áp suất lên đến 7,37 MPa (1.070 psi), nó sẽ đi vào trạng thái siêu tới hạn. Ở trạng thái này, CO₂ thể hiện cả tính chất của chất lỏng và chất khí. Khi thả vào một vật chứa, nó sẽ lấp đầy không gian đó, nhưng lại có mật độ của chất lỏng.

Trong các ứng dụng như vận hành turbine, điều này rất hữu ích, vì trạng thái giống khí tạo ra ít lực cản hơn, trong khi trạng thái giống chất lỏng tạo ra lực đẩy lớn hơn. Quan trọng không kém, việc chuyển CO₂ sang trạng thái siêu tới hạn tiêu tốn ít năng lượng hơn so với việc chuyển nước thành hơi nước.

Máy phát điện sử dụng sCO₂ đầu tiên trên thế giới được triển khai thương mại tại một nhà máy thép ở Liupanshui, tỉnh Guizhou. Cơ sở này có hai tổ máy công suất 15 MW và đã được kết nối với lưới điện. Nó được thiết kế để chuyển đổi nhiệt dư từ nhà máy thép thành điện năng.

Ngoài việc chứng minh sCO₂ là môi chất khả thi, công nghệ này còn cho thấy các nguồn nhiệt quy mô nhỏ đến trung bình có thể sử dụng hiệu quả để phát điện. So với các nhà máy chu trình hơi nước tiêu chuẩn, thiết kế máy phát điện sCO₂ đơn giản hơn, sử dụng ít linh kiện hơn, dễ vận hành và bảo trì hơn.

Thành công của Chaoton-One có khả năng mở ra kỷ nguyên mới trong sản xuất điện, sử dụng CO₂ làm môi chất. Trung Quốc và Hoa Kỳ đã và đang nỗ lực phát triển máy phát điện hoạt động hiệu quả với sCO₂. Tuy nhiên, Trung Quốc đã chứng minh năng lực kỹ thuật của mình trong lĩnh vực này bằng cách triển khai nó trong môi trường thương mại.