Được thúc đẩy bởi các mục tiêu kép về carbon, các dự án sản xuất hydro bằng cách điện phân nước kết hợp năng lượng mặt trời và gió đã nhanh chóng đạt được quy mô lớn, trở thành lộ trình chính cho sản xuất hydro xanh. Chúng có thể hấp thụ hiệu quả điện năng dư thừa từ năng lượng mới và giúp ngành công nghiệp đạt được quá trình chuyển đổi xanh. Quá trình sản xuất hydro bằng điện phân có các điều kiện đặc biệt và tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Các thiết bị giám sát khí, với vai trò là thiết bị hỗ trợ cốt lõi, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, kiểm soát chất lượng, vận hành và bảo trì thiết bị, cũng như tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí. Bài viết này phân tích ngắn gọn tình hình ngành hiện tại, giá trị cốt lõi của việc giám sát và kế hoạch lựa chọn thiết bị tổng thể cho toàn bộ quy trình.
01 Quy trình sản xuất hydro bằng điện phân nước và Tình hình ngành
(1) Nguyên lý quy trình
Sản xuất hydro bằng điện phân nước sử dụng điện một chiều từ năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Thông qua tế bào điện phân, các phân tử nước bị phân hủy để tạo ra hydro và oxy. Đây là một quy trình sản xuất hydro không carbon trưởng thành và sạch. Toàn bộ quy trình có thể đạt được việc chuyển đổi và sử dụng tài nguyên năng lượng mới.
Quy trình hoàn chỉnh: Nguồn điện trạm gió → Điện phân tế bào điện phân để tạo khí → Sấy khô và tinh chế khí → Lưu trữ và vận chuyển hydro → Lưu trữ năng lượng, vận chuyển, các ứng dụng trong công nghiệp và các kịch bản khác
Sau khi năng lượng mới được ổn định và đưa vào tế bào điện phân để sản xuất khí, khí hydro và oxy được tạo ra sẽ được sấy khô và tinh chế để đáp ứng các tiêu chuẩn trước khi được lưu trữ trong bể chứa, được sử dụng rộng rãi trong việc điều chỉnh đỉnh tải lưu trữ năng lượng, vận chuyển năng lượng hydro, xử lý công nghiệp và các lĩnh vực khác, tạo thành một chuỗi năng lượng hydro không carbon hoàn chỉnh.
(2) Tình hình ngành và Thách thức cốt lõi
Dựa trên các chính sách và lợi ích thị trường, các dự án sản xuất hydro quy mô lớn ở các khu vực có nhiều năng lượng gió và năng lượng mặt trời đã được triển khai liên tục, và quy mô ngành đã mở rộng nhanh chóng, giải quyết hiệu quả vấn đề tiêu thụ năng lượng mới và thúc đẩy quá trình chuyển đổi xanh của ngành công nghiệp. Tuy nhiên, hoạt động dự án thường đối mặt với hai thách thức cốt lõi:
1. Áp lực quản lý cao: Hydro và oxy có thể trộn lẫn, tạo thành hỗn hợp dễ nổ, với rủi ro quy trình cao và khả năng chịu lỗi sản xuất cực kỳ thấp;
2. Khó khăn cao về chất lượng và vận hành: Hàm lượng oxy và độ ẩm trong hydro ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sử dụng ở hạ nguồn. Tế bào điện phân có nhiều lỗi tiềm ẩn và khó dự đoán, có thể gây ra vấn đề chất lượng vượt quá giới hạn, tiêu thụ năng lượng cao và hao mòn thiết bị.
2. Giá trị ứng dụng cốt lõi của thiết bị giám sát khí trực tuyến
Các thiết bị giám sát khí trực tuyến không gây nổ có thể đạt được giám sát có độ chính xác cao trong toàn bộ quy trình sản xuất hydro, bao gồm các kịch bản bảo vệ, kiểm soát chất lượng và vận hành, bảo trì thiết bị, giúp dự án hoạt động ổn định và liên tục.
(1) Giám sát thời gian thực và cảnh báo sớm, bảo vệ đường cơ sở sản xuất
Tế bào điện phân hoạt động với hydro và oxy được cách ly ở cả hai chiều. Nếu có sự trộn lẫn khí hoặc nồng độ vượt quá giới hạn, rất có khả năng gây ra tai nạn nổ, dẫn đến hư hỏng thiết bị và tai nạn sản xuất. Các thiết bị giám sát đặc biệt thu thập nồng độ khí theo thời gian thực 7x24 giờ và liên kết với hệ thống điều khiển trung tâm để đạt được bảo vệ cảnh báo đa cấp: cảnh báo kịp thời khi gần đến ngưỡng, tự động tắt và khóa liên động khi đạt đến ngưỡng nguy hiểm, tránh rủi ro nổ hydro và oxy từ nguồn và đảm bảo bản chất của dây chuyền sản xuất.
(2) Kiểm soát chất lượng trực tuyến, đảm bảo sản xuất hydro độ tinh khiết cao
Đối với các kịch bản hạ nguồn như pin nhiên liệu, hóa chất tinh khiết và luyện kim điện tử, yêu cầu hydro có độ tinh khiết và khô cao. Lượng oxy và độ ẩm dư thừa trong hydro sẽ làm hỏng thiết bị chính xác, rút ngắn tuổi thọ và tăng chi phí vận hành, bảo trì. Các thiết bị giám sát cung cấp phản hồi thời gian thực về dữ liệu thành phần khí và độ ẩm, cho phép nhân viên điều chỉnh động các thông số quy trình điện phân và sấy khô để ổn định chất lượng sản xuất khí và đáp ứng các tiêu chuẩn sử dụng hydro độ tinh khiết cao của các ứng dụng hạ nguồn.
(3) Giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị, bảo trì sớm, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả
Dữ liệu giám sát khí có thể phản ánh trực tiếp trạng thái hoạt động của tế bào điện phân. Sự gia tăng bất thường về hàm lượng oxy trong hydro có thể dự đoán các lỗi tiềm ẩn như rò rỉ và hư hỏng màng tế bào điện phân, hỗ trợ bảo trì sớm và bảo trì phòng ngừa để tránh các lỗi thiết bị lớn và tổn thất do ngừng hoạt động. Đồng thời, dựa vào dữ liệu thời gian thực, các thông số hoạt động như dòng điện điện phân, áp suất và mức chất lỏng có thể được tối ưu hóa để duy trì điều kiện hoạt động, giảm tiêu thụ điện năng sản xuất hydro và cải thiện doanh thu tổng thể của dự án.
3. Sơ đồ lựa chọn thiết bị đặc biệt cho quy trình sản xuất hydro toàn chuỗi
Đối với ba nút quy trình chính là sản xuất khí điện phân, lưu trữ oxy và sấy khô, tinh chế hydro, đáp ứng yêu cầu về chống cháy nổ và giám sát trực tuyến có độ chính xác cao tại các địa điểm sản xuất hydro, ba thiết bị chuyên dụng có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu giám sát, kiểm tra chất lượng và giám sát trạng thái thiết bị.
1. Máy phân tích hydro oxy RL-A100Ex được sử dụng để phát hiện oxy vết trong hydro trực tuyến, kiểm soát độ tinh khiết của khí sản xuất và ngăn ngừa hàm lượng oxy vượt quá giới hạn. Nó phù hợp cho toàn bộ quy trình sản xuất hydro bằng điện phân và tinh chế hydro.
2. Máy phân tích oxy-hydro RL-A200Ex có thể giám sát rò rỉ hydro ở phía oxy theo thời gian thực, ngăn ngừa rủi ro trộn lẫn hydro-oxy, loại bỏ nguy cơ cháy nổ từ nguồn và đảm bảo hoạt động trơn tru của dây chuyền sản xuất.
3. Máy đo điểm sương hydro RL-A300Ex đo chính xác lượng hơi ẩm vết trong hydro, giám sát hiệu quả của quá trình sấy khô và tinh chế, giải quyết vấn đề hàm lượng hơi ẩm hydro quá cao và đảm bảo chất lượng sản xuất hydro độ tinh khiết cao.
