در حال بررسی...توربین‌های گاز برای تولید برق آمریکا
از زمان ثبت اختراع در سال ۱۷۹۱، توربین‌های گاز نقش اساسی در تولید انرژی و برق ایفا کرده‌اند. این که آنها برای بیش از ۲۰۰ سال همچنان بسیار مرتبط باقی مانده‌اند، به دلیل توانایی آنها در سازگاری با فناوری‌های نوظهور و برآوردن نیاز انرژی در طول تاریخ بوده‌است. امروزه این توربین‌ها یک پیوند فناوری بین گذشته تولید برق مبتنی بر سوخت‌های فسیلی و آینده بدون آلایندگی ایجاد می‌کنند. این موضوع در کشوری به وسعت و تنوع آمریکا بیش از هر جای دیگری آشکار است.
امکان گذر از زغال‌سنگ
تا میانه قرن گذشته، زغال‌سنگ به‌عنوان سوخت استاندارد برای تولید برق مورداستفاده قرار می‌گرفت. با این حال، سوزاندن زغال‌سنگ تنها دارای بازده حرارتی حدود ۳۵ درصد است و مقدار زیادی از گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسیدکربن و ذرات مضر تولید می‌کند.
در نیمه دوم قرن بیستم، دسترسی فزآینده به گاز طبیعی، راهی کارآمدتر و سازگارتر با محیط زیست برای تولید برق فراهم کرد. این موضوع به این دلیل است که سوزاندن گاز طبیعی انتشار آلایندگی دی‌اکسیدکربن کمتری نسبت به زغال‌سنگ دارد.
بخوانید: “چگونه توربین گاز صنعت تولید برق را فتح کرد“
علاوه بر این، توربین‌های گاز بازدهی بالاتری نسبت به نیروگاه‌های زغال‌سنگ دارند و این بازدهی بطور مداوم بهبود یافته و باعث کاهش مصرف سوخت نیز شده‌است. فناوری روزآمد سیکل ترکیبی مبتنی بر توربین گاز می‌تواند به بازدهی بیش از ۶۰ درصد دست یابد.
در مجموع این مزایا می‌تواند به کاهش ۶۵ درصدی انتشار گازهای گلخانه‌ای در مقایسه با نیروگاه‌های سنتی زغال‌سنگ منجر شود. طبق شاخص کربن یک مرکز دانشگاهی معتبر، با توجه به کاهش انتشار آلایندگی دی‌اکسیدکربن، گاز طبیعی به کاهش تقریبا ۴۷ درصدی انتشار گازهای گلخانه‌ای بخش تولید برق آمریکا از سال ۲۰۰۵ کمک کرده‌است.
آمادگی برای پایان تولید برق از زغال‌سنگ
با کاهش سهم زغال‌سنگ در ترکیب انرژی، حدود ۵۴ گیگاوات از نیروگاه‌های زغال‌سنگ‌سوز تا سال ۲۰۳۰ از رده خارج خواهند شد. بنابر اعلام بخش تولید برق شرکت میتسوبیشی پاور آمریکا، چالش پیش‌روی این کشور، اکنون جایگزینی این ظرفیت است.
اگرچه دسترسی و فراوانی منابع انرژی تجدیدپذیر در سراسر کشور متفاوت است، این منابع بطور قابل‌توجهی در حال رشد هستند. انرژی تجدیدپذیر اکنون ۲۱.۴ درصد از برق تولیدی آمریکا را تشکیل می‌دهد و سرمایه‌گذاری‌ها در انرژی پاک بطور مداوم در حال گسترش است. این سرمایه‌گذاری از ۲۰۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۲، به ۲۸۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۳ رسید که از میزان سرمایه برای سوخت‌های فسیلی پیشی گرفت.
با این حال، منابعی مانند باد و خورشید، توان پیوسته تامین نمی‌کنند. هنگامی که نور خورشید یا باد کافی وجود ندارد، یک منبع انرژی جایگزین موردنیاز است، به این دلیل، گاز طبیعی گزینه منطقی برای آمریکا است. زمانی که انرژی تجدیدپذیر نمی‌تواند پاسخگوی تقاضا باشد، نوعی تولید برق با سوخت گاز به نام نیروگاه پیک می‌تواند وارد عمل شود و به سرعت از مدار خارج شود، وقتی که تقاضا کاهش یابد یا تولید انرژی تجدیدپذیر افزایش یابد.
توربین‌های گاز برای حمایت از نیازهای رو به رشد انرژی آمریکا
با این حال، توربین‌های گاز نه تنها شکاف ناشی از حذف تدریجی نیروگاه‌های زغال‌سنگی و تولید پراکنده انرژی تجدیدپذیر را پر می‌کنند، بلکه می‌توانند پاسخگوی نیازهای رو به رشد انرژی آمریکا باشند. تحلیلگران تخمین می‌زنند که تقاضای انرژی طی پنج سال آینده ۴.۷ درصد افزایش یابد.
دو روند این افزایش تقاضا را تحریک می‌کنند. یکی رشد فعالیت‌های صنعتی و بازگشت تولید به داخل کشور با ساخت کارخانه‌های جدید به‌ویژه در جنوب آمریکا است. دیگری توسعه هوش مصنوعی است که تقاضا برای ظرفیت مراکز داده را افزایش می‌دهد. بر اساس پیش‌بینی انجام‌شده، تقاضای برق مراکز داده با نرخ رشد سالانه مرکب ۱۵ درصد بین سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۳۰ افزایش خواهد یافت که ۶۰ درصد آن، توسط گاز طبیعی و ۴۰ درصد آن توسط انرژی‌های تجدیدپذیر تامین خواهد شد.
بنابر اعلام شرکت میتسوبیشی پاور آمریکا، مراکز داده نیاز بسیار زیادی به تولید برق دارند. کاربران آنها به گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر ادامه می‌دهند، اما از توربین‌های گاز برای ایجاد تعادل استفاده می‌کنند. با این حال، توجه آنها به توربین‌های گاز فقط به دلیل قابلیت‌اطمینان نیست. کاربران مرکز داده، انرژی‌های تجدیدپذیر، ذخیره انرژی باتری و توربین‌های گاز را برای دستیابی به حجم بالای برق موردنیاز خود ترکیب می‌کنند.
تحول توربین‌های گاز در ترکیب انرژی مبتنی بر تجدیدپذیرها
البته با وجود اهمیت مداوم توربین‌های گاز و بهبود قابل‌توجه انتشار آلاینده‌های آنها در مقایسه با زغال‌سنگ، باید اذعان کرد که گاز طبیعی همچنان یک سوخت فسیلی است. برای مقابله با این چالش، شرکت‌هایی مانند میتسوبیشی در حال آماده‌سازی توربین‌های خود برای استفاده ترکیبی از گاز طبیعی و هیدروژن هستند که در زمان احتراق، دی‌اکسیدکربن تولید نمی‌کنند.
در سال ۲۰۲۳، این شرکت در مرکز T-Point 2 خود در ژاپن یک توربین گاز بزرگ را با ترکیب سوختی شامل ۳۰ درصد هیدروژن و گاز طبیعی آزمایش کرد. هدف این است که تا سال ۲۰۳۰ یا بعد از آن، تمامی توربین‌ها به ۱۰۰ درصد سوخت هیدروژن دست یابند. نقشه راه مشابهی برای آمونیاک که دیگر سوخت بدون کربن است، نیز در دست اجرا است و بار دیگر بر انعطاف‌پذیری گسترده توربین‌های گاز تاکید دارد.
بخوانید: “توربین گاز روزآمد آمریکایی در نیروگاه لهستانی عملیاتی شد“
همزمان، توجه مجددی به فناوری جذب، استفاده و ذخیره‌سازی کربن (CCUS) به‌ویژه برای کاهش کربن صنایع شکل گرفته‌است. آمریکا در حوزه CCUS پیشتاز جهان بوده و ظرفیت آن قرار است تا سال ۲۰۳۵ هفت برابر شود که توسط دولت کنونی حمایت می‌شود. یکی از پروژه‌های اخیر CCUS، یک کارخانه فرآوری مواد غذایی در ایلی‌نوی آمریکا است که در آن یک توربین گاز برق و بخار موردنیاز کارخانه را تامین کرده و همزمان دی‌اکسیدکربن تولیدی را جذب و به‌طور دائمی در چاه‌های زیرزمینی ذخیره می‌کند.
نکته عالی در مورد توربین گاز این است که گزینه‌های متنوعی وجود دارد. مصرف‌کنندگان انرژی می‌توانند ترکیب انرژی خود را ایجاد کرده و آن را بر اساس نیازها در طول زمان تطبیق دهند و مسیر انتقال انرژی خود را هموار سازند که در این راستا، توربین‌های گاز آماده تحول همراه با آنها هستند.
منبع:
