Turbin Gas Hidrogen Menjanjikan Listrik Bersih

Read Also

Pembangkit listrik 34 MW yang menggunakan hidrogen yang dihasilkan sepenuhnya dari sumber terbarukan akan mulai beroperasi pada tahun 2024.

Dalam dua tahun, Lingen di Jerman utara akan menjadi rumah bagi pembangkit listrik percontohan yang menggunakan 100% hidrogen hijau, menawarkan solusi bebas karbon untuk pembangkit listrik. Sebagai bagian inti dari proyek tersebut, Kawasaki Heavy Industries (KHI) Jepang, yang berbasis di Kobe dan Tokyo, memasok RWE, sebuah perusahaan tenaga listrik besar Jerman, dengan teknologi turbin gas hidrogen terbaru.

Uji coba ini merupakan bagian dari ambisi RWE untuk mengalihkan pembangkit listriknya dari gas alam, batu bara, dan tenaga nuklir, dan secara dramatis memperluas produksi listrik hijaunya menjadi 50 GW kapasitas global pada tahun 2030, dengan tujuan menjadi netral iklim pada tahun 2040.

Proyek percontohan yang dioperasikan bersama, bernama 'H2GT-Lingen', penting karena menunjukkan bahwa pembangkit listrik berbasis hidrogen layak untuk skala industri, dan dapat memainkan peran penting dalam produksi energi dekarbonisasi. Ini juga memberikan pengalaman dan kepercayaan diri yang berharga bagi penyedia energi dalam menjalankan turbin berbahan bakar hidrogen, daripada turbin berbahan bakar gas alam.

Daya tarik utama penggunaan hidrogen untuk pembangkit listrik dengan turbin gas, tidak seperti gas alam, hidrogen dapat dibakar untuk menghasilkan listrik tanpa menghasilkan CO₂, gas rumah kaca utama yang bertanggung jawab atas perubahan iklim.

Tantangan turbin gas hidrogen

KHI telah mengembangkan teknologi yang memungkinkan konversi turbin gas alam yang ada menjadi turbin yang dapat membakar hidrogen. Dengan hanya menukar ruang bakar, tanpa modifikasi pada bodi utamanya, seluruh sistem turbin dapat disesuaikan dengan sifat pembakaran hidrogen yang unik.

Namun, ada beberapa tantangan dalam mengoperasikan turbin gas hidrogen dibandingkan dengan menjalankannya dengan gas alam. Pertama, desain yang cermat diperlukan untuk membuat pembakaran hidrogen stabil, karena kecepatan perambatan api hidrogen sangat tinggi — hingga tujuh kali lebih cepat daripada gas alam, yang dapat menyebabkan ketidakstabilan nyala api, fluktuasi tekanan yang tidak diinginkan, dan tekanan mekanis pada bagian-bagian ruang bakar.

Hidrogen terbakar pada suhu yang lebih tinggi, yang menyebabkan produksi hingga tiga kali lebih banyak nitrogen oksida (NOx) daripada pembakaran gas alam. Emisi NOx merupakan polutan udara yang berhubungan dengan masalah kesehatan. Menemukan cara untuk mengurangi atau menghilangkannya adalah tujuan penting untuk turbin gas hidrogen.

Intinya, ada dua strategi yang diterapkan KHI untuk mengatasi masalah ini. Pendekatan pertama didasarkan pada pembakaran api difusi, di mana air atau uap disemprotkan ke dalam ruang bakar. Ini juga menawarkan fleksibilitas untuk menggunakan bahan bakar campuran dan dapat digunakan dengan 100% hidrogen, 100% gas alam, atau campuran keduanya. Rasio bahan bakar campuran dari 0 hingga 100% dapat diubah hanya dalam lima menit. Injeksi air, bagaimanapun, memperkenalkan peralatan tambahan dan dengan demikian biaya tambahan dan ketidaknyamanan.

Yang kedua — dikembangkan sebagai tanggapan terhadap keterbatasan pendekatan nyala api difusi — adalah teknologi rendah emisi kering 'micro-mix burner' KHI. Ini adalah desain ruang bakar baru yang memiliki serangkaian cincin konsentris dari lubang injeksi hidrogen kecil dengan diameter kurang dari satu milimeter, dan menghasilkan api hidrogen yang lebih kecil yang lebih stabil dan bersih saat terbakar, dengan pengurangan emisi NOx.

Proyek H2GT akan menggunakan teknologi pengurangan emisi NOx KHI. Teknologi tersebut telah diuji pada tahun 2018 di sistem kogenerasi turbin gas hidrogen 1 MW yang dibangun oleh KHI di Kobe, Jepang. Ini adalah contoh pertama di dunia dari co-generation menggunakan turbin gas berbahan bakar hidrogen murni di daerah kota, memasok fasilitas umum tetangga dengan panas dan listrik secara bersamaan. Proyek ini didanai oleh hibah dari New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) Jepang.

Proyek Jerman bertujuan untuk meningkatkan teknologi ini dengan 'turbin L30A' KHI, yang mampu menghasilkan 34,38 MW listrik dengan efisiensi (dalam operasi berbahan bakar hidrogen) sebesar 40,3%.

“Kami mengkomersialkan turbin gas kelas 30MW, tetapi di masa depan, pembangkit listrik yang beroperasi dengan hidrogen pada ratusan megawatt akan digunakan oleh perusahaan utilitas listrik, dan ini adalah teknologi yang sudah dekat,” kata Motohiko Nishimura, eksekutif petugas dan wakil manajer umum Divisi Strategi Hidrogen KHI.

Mengejar seluruh rantai hidrogen

Pengembangan teknologi dan demonstrasi turbin gas hidrogen merupakan bagian dari komitmen jangka panjang KHI untuk membangun rantai pasokan hidrogen dari produksi hingga transportasi, penyimpanan dan pemanfaatan. KHI juga telah bekerja pada pembentukan rantai pasokan hidrogen internasional, mengangkut hidrogen cair ke Jepang dari luar negeri.

Pada Februari 2022, KHI dan mitra proyeknya menyelesaikan proyek percontohan percontohan, mengangkut hidrogen yang diproduksi dan dicairkan di Australia ke Jepang melalui laut (proyek yang juga didanai oleh NEDO).

Pengangkut hidrogen cair pertama di dunia, Suiso Frontier, dan terminal penerima Hy touch Kobe, yang dibangun oleh KHI, adalah kunci untuk memungkinkan perjalanan sejauh 9.000 km.

Suiso Frontier menandai puncak kegiatan pembuatan kapal untuk Kawasaki, yang mulai membuat kapal hampir 150 tahun yang lalu. KHI berasal dari tahun 1878, ketika Shozo Kawasaki mendirikan Kawasaki Tsukiji Shipyards, yang berkembang menjadi pembuat utama kapal, kapal selam, lokomotif, dan pesawat terbang di Jepang.

Saat ini, KHI aktif di sektor kedirgantaraan, kelautan dan kendaraan bermotor, dan juga telah berkembang mencakup 100 perusahaan di seluruh dunia, membuat segala sesuatu mulai dari robot dan satelit hingga pembangkit listrik dan pabrik.

Nishimura mengatakan bahwa pengurangan biaya dan peningkatan semua bagian dari rantai hidrogen adalah masalah yang paling penting untuk masa depan. Awal 2020-an adalah tentang demonstrasi kelayakan teknologi, dan pertengahan 2020-an akan fokus pada perluasan kemampuan penyimpanan dan transportasi secara dramatis, diikuti oleh penawaran komersial mulai 2030 dan seterusnya.

“Pemerintah Jepang sedang berpikir serius untuk membangun infrastruktur hidrogen skala besar. Suiso Frontier memiliki kapasitas transportasi 1.250 meter kubik hidrogen cair, tetapi kapal kami berikutnya akan memiliki kapasitas 160.000 meter kubik,” komentar Nishimura. “Ini adalah bagian dari strategi kami untuk mengurangi biaya transportasi hidrogen dari 89 per meter kubik (US$0,61), menjadi hanya ¥2.5 per meter kubik.”

Visi KHI adalah untuk terus bekerja pada semua aspek rantai pasokan hidrogen untuk menjadi produsen top dunia.