Trang Kỹ thuật Thú vị cho biết, SwRI đã xây dựng một nhà máy sản xuất điện thí điểm San Antonio, Texas, được gọi là Nhà máy điện biến đổi siêu tới hạn (STEP), nhà máylà kết quả hợp tác của SwRI với công ty GTI Energy, GE Vernova (GE) và Bộ Năng lượng Mỹ.
Tua bin hơi nước được sử dụng trong tất cả các nhà máy điện trên toàn thế giới hiện nay hoàn toàn là công nghệ lạc hậu. Nguồn gốc của tua bin hơi nước có từ thế kỷ 19, đến nay chưa hề có bất cứ cải tiến căn bản nào về công nghệ, mặc dù có nhiều tua bin hơi nước với những kích cỡ và ứng dụng khác nhau.
Nhiệm vụ của tuabin là khai thác động năng của nước trong môi trường nhiệt và chuyển hóa động năng này thành chuyển động quay của thiết bị để phát điện. Nhưng nếu thay đổi môi trường thì tuabin có thể có kích thước nhỏ hơn nhiều. Các nhà khoa học đã nhận thấy, sử dụng carbon dioxide làm chất lỏng hoạt động sẽ cho phép các tuabin máy phát điện có thể thu nhỏ kích thước đáng kể.
Tua bin khí CO2 siêu tới hạn
Carbon dioxide tồn tại ở dạng khí, nhưng CO2 có thể cô đặc lại bằng phương pháp nén dưới nhiệt độ và áp suất cao. Trong điều kiện này CO2 hoạt động tương tự như chất khí nhưng có mật độ của chất lỏng. Trạng thái này được gọi là CO2 siêu tới hạn (sCO2) và được Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đặc biệt quan tâm do sCO2 cho phép các tua bin tiết kiệm năng lượng hơn 10% so những tua bin thông thường.
Một ưu điểm khác là một tua bin dài ba foot (1 mét) sử dụng sCO2 có thể cung cấp công suất tương đương tua bin hơi nước dài 65 foot (20 m), cho phép giảm rất lớn kích thước của tua bin. Từ những tuabin có kích thước cỡ xe buýt đang được sử dụng ngày nay, các kỹ sư có thể chế tạo các tua bin sCO2 có kích thước như xe golf hoặc nhỏ như một bàn làm việc. Nhà máy sản xuất thí điểm STEP đặt mục tiêu biến khả năng đó thành hiện thực. Công ty đang phát triển một máy phát điện thử nghiệm, sử dụng sCO2 cho công suất 10 MW tại trụ sở chính của công ty SwRI ở Texas. Lượng năng lượng này đủ để cung cấp năng điện lượng cho 10.000 ngôi nhà.
Sử dụng năng lượng mặt trời hội tụ
Một lợi thế nữa của việc sử dụng sCO2 là khả năng đưa khí về trạng thái siêu tới hạn bằng năng lượng mặt trời hội tụ. Phương pháp này sử dụng một hệ thống gương cầu lõm tập trung năng lượng mặt trời và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ sưởi ấm đến phát điện.
Theo trang CleanTechnica, DOE đã phối hợp với các doanh nghiệp và viện nghiên cứu trong nhiều năm để phát triển các hệ thống năng lượng mặt trời tập trung nhưng thành công còn hạn chế. Sử dụng sCO2 có thể giảm đáng kể chi phí, mang lại hiệu quả sản xuất điện năng với hiệu quả cao và giá thành hạ.
Chương trình STEP đã được triển khai từ năm 2018 và là nhà máy trình diễn công nghệ sCO2 lớn nhất thế giới. Nhà máy điện thí điểm vận hành máy nén khí CO2 đầu tiên đạt điều kiện chất lỏng siêu tới hạn vào đầu năm 2023. Mục đích của dự án là chứng minh hiệu quả, tính kinh tế, tính linh hoạt trong vận hành của công nghệ cũng như hiệu quả về sử dụng không gian và tác động tích cực đến môi trường của công nghệ mới sắp được thương mại hóa này.
Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành SwRI Adam Hamilton trong thông cáo báo chí cho biết: “STEP chắc chắn sẽ thay đổi phương thức sản xuất điện của thế giới.”