Într-un colț din Nebraska, o centrală electrică continuă o istorie de 60 de ani de inovație, deoarece își propune să ardă hidrogen pentru generarea de energie electrică

Ar trebui să fii destul de pierdut într-o excursie rutieră prin partea de sud-est a statului Cornhusker pentru a traversa centrala electrică Sheldon din Nebraska Public Power District (NPPD’s).

nucleare

Și ar fi prea rău, pentru că Sheldon ar putea merita cel puțin o mențiune în analele istoriei industriale. Dacă da, atunci este pe cale să se adauge la citarea respectivă.

Centrala a fost construită pentru prima dată între 1958 și 1963 ca o centrală nucleară experimentală pentru S.U.A. Comisia pentru energie atomică. Echipamentul respectiv a dispărut de mult. În locul său se află o centrală pe bază de cărbune de două unități care a încercat o vreme (fără prea mult noroc) să folosească ca combustibil anvelopele vechi. A ars estul SUA cărbune și livrează astăzi încărcături de cărbune cu conținut scăzut de sulf din bazinul râului Powder din Wyoming.

Acest lucru se va schimba pe măsură ce inginerii NPPD avansează planurile de a converti unitatea 2 de 125 megawatt (MW) a Sheldon din cărbune în hidrogen. Acest lucru ar face din Sheldon cea mai mare centrală electrică alimentată cu hidrogen din Statele Unite.

„Sunt în vigoare contracte pentru a avansa proiectul”, spune John Swanson, manager de strategie de generație pentru NPPD. Slujba lui este să „caute sub pietre” pentru noi oportunități. Lucrarea NPPD privind stocarea și metodele de sechestrare a carbonului a condus la introducerea unor posibile surse de hidrogen pentru centrala electrică.

În 2015, NPPD a fost de acord să colaboreze cu Monolith, cu sediul în California, care a început terenul în septembrie anul trecut, la prima fabrică planificată în două etape de 50 de milioane de dolari pentru a produce negru de fum din gaze naturale. (Un fel de funingine cu suprafață ridicată, negru de fum se formează prin arderea incompletă a produselor petroliere.) Negrul de fum ar găsi utilizări comerciale în orice, de la materiale plastice până la anvelopele auto. Între timp, hidrogenul lăsat în urmă ca produs secundar ar călători pe o distanță scurtă prin conductă până la stația Sheldon. Acolo ar declanșa un nou cazan cu dublu combustibil și va genera până la 125 MW de energie electrică pentru clienții de distribuție NPPD.

Prima etapă a fabricii de negru de fum de la Monolith se așteaptă să fie finalizată mecanic în 2018. Când va fi în funcțiune, centrala va cumpăra energie electrică de la Norris Public Power District, un distribuitor local de energie electrică a NPPD.

Și, până în 2020 ar putea fi în desfășurare o lucrare pentru transformarea lui Sheldon în arderea hidrogenului. Conform planurilor actuale, până în 2022 o mare parte din puterea producției centralei ar putea contribui la furnizarea de energie electrică la mai multe linii de producție de la fabrica Monolith, care ar putea angaja până la 600 de persoane.

Totuși, de acum până atunci, trebuie să se facă o mulțime de lucrări de inginerie pentru a pregăti Unitatea 2 pentru conversie.

Gândirea acum, spune John Meacham, inginer senior al personalului de la NPPD, este să rupă cazanul pe cărbune și să utilizeze cadrul structural existent pentru a atârna un cazan nou. Dar, deoarece caracteristicile de căldură ale hidrogenului sunt diferite de cărbune, va fi necesar un cazan mai mare pentru a menține capacitatea de producție a centralei electrice de 125 MW. Pentru a se potrivi, noul cazan mai mare se va extinde până în zona subsolului fabricii, care găzduiește în prezent echipamente de colectare a cenușii de cărbune. Echipamentul respectiv devine depășit după conversie, spune Meacham.

Configurația arzătorului cazanului va fi schimbată dintr-un model ciclon într-un aranjament pe perete cu o cutie de vânt. Noile arzătoare vor fi segmentate cu un set dedicat hidrogenului și un set separat pentru gaze naturale.

NPPD planifică capacitatea de combustibil dual în cazul în care alimentarea cu hidrogen de la Monolith este întreruptă din orice motiv, inclusiv eșecul afacerii.

Meacham spune că oțelul structural va trebui modificat pentru a face față schimbării rapide de căldură, în cazul în care mingea de foc alimentată cu hidrogen se stinge. Nu numai că o minge de foc cu hidrogen are un front de flacără mai fierbinte decât cărbunele, dar, spune el, dispare și mai repede într-o întrerupere. Acest lucru creează un tranzitor termic care trebuie planificat în structura de sprijin a cazanului.

În mod surprinzător, profilul de mediu al stației Sheldon se va îmbunătăți odată cu conversia hidrogenului. NPPD spune că aproximativ 1 milion de tone metrice de emisii de dioxid de carbon vor fi eliminate în fiecare an odată cu sfârșitul arderii cărbunelui la Unitatea 2. Iar portofoliul de surse de producție fără carbon al companiei va crește la aproape 50%.

Inginerii intenționează să adauge echipamente de control al emisiilor la Sheldon pentru a face față oxidului de azot (NOx) produs atunci când combustibilul cu hidrogen se amestecă cu aerul înconjurător în timpul arderii. Planta poate produce, de asemenea, o pană de vapori de apă, rezultatul arderii de hidrogen.

„Cu materialele adecvate nu va exista nicio problemă cu vaporii”, spune Meacham.

Deocamdată, cea mai mare îngrijorare a lui Meacham este cât de pur va fi fluxul de hidrogen. Gazul va avea aproximativ 95% hidrogen „cu câini și pisici” și în flux, spune el. Asta înseamnă că gazul nu este suficient de pur pentru a fi utilizat în celulele de combustibil sau în producția de alimente, dar este suficient de bun pentru o centrală electrică. Calitatea fluxului de gaze este probabil să varieze, deoarece producția Monolith produce diferite forme de negru de fum.

„Așteptăm o ultimă specificație privind combustibilul de la Monolith”, spune Meacham. Este puțin probabil ca calitatea să afecteze funcționarea cazanului, dar va avea un impact probabil asupra profilului de emisii de NOx de la Sheldon.

Atât Swanson, cât și Meacham au refuzat să dezvăluie estimări ale costurilor de conversie. Dar Meacham spune că NPPD a analizat mai multe tehnologii diferite înainte de a concluziona că conversia a oferit opțiunea cu cel mai mic cost.

O tehnologie examinată a fost o turbină cu ardere pe gaz. SUA. Departamentul Energiei estimează că costul dezvoltării unei centrale electrice ecologice cu o turbină cu ardere poate varia de la 680 dolari la 1100 dolari pe kilowatt. Acest lucru este de la ordinul 8,5-13,75 milioane USD pentru o nouă uzină de 125 MW. Dar Sheldon va fi o conversie cu o mulțime de echipamente deja instalate, inclusiv turbina și generatorul scump. Proiectul până în prezent a primit lumini verzi în parte, deoarece conversia sa nu va crește costul energiei electrice pentru clienții angro ai NPPD.

„Este o cotă de cost cu Monolith” și nu include nicio finanțare guvernamentală, spune Sheldon, adăugând „suntem în mare parte ei și puțini dintre noi”.

Deocamdată, este, de asemenea, cea mai mare parte a monolitului din partea construcției lucrurilor. În afară de Meacham și Swanson, NPPD nu are încă pe deplin o echipă de dezvoltare a proiectului.

Dar, discutând conversia planificată, Swanson trădează o parte din acțiunea antreprenorială care a condus NPPD în călătoria sa de la nuclear la cărbune și hidrogen la stația Sheldon, care nu se află în afara drumului.

„Avem întotdeauna un ochi pe viitor”, spune el.