أصبح وقود الهيدروجين والطاقة المتجددة أكثر أهمية في صناعة توربينات الغاز مع تحول العالم نحو إزالة الكربون. يُنظر إلى وقود الهيدروجين ، على وجه الخصوص ، على أنه بديل واعد للوقود الأحفوري التقليدي نظرًا لخصائصه النظيفة للاحتراق. نتيجة لذلك ، يستكشف العديد من مصنعي التوربينات الغازية طرقًا لتعديل المحركات الحالية للعمل على خليط الهيدروجين أو الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية لتوليد وقود الهيدروجين يكتسب قوة دفع ، مما يوفر حلاً مستدامًا لصناعة التوربينات الغازية. تعتبر هذه التطورات حاسمة في الحد من انبعاثات الكربون وتحقيق الأهداف المناخية ، مما يجعل الهيدروجين والطاقة المتجددة محورًا أساسيًا لمستقبل صناعة توربينات الغاز.

في ضوء هذه التطورات ، تتمثل إحدى الطرق الرئيسية لتحقيق إزالة الكربون في استخدام غاز متجدد مختلط (مثل الهيدروجين الأخضر ، والغاز الحيوي ، وغاز التخليق) أو الهيدروجين النقي (في المستقبل) كوقود لمحركات التوربينات الغازية الثابتة (GTE) التي تولد الكهرباء.

الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي أن الشركات لا تحتاج إلى تصميم وتصنيع محركات جديدة بشكل أساسي لاحتراق الهيدروجين. بدلاً من ذلك ، يعد تعديل أسطول GTE الحالي كافيًا. فائدة أخرى لإدخال تكنولوجيا توربينات غاز الهيدروجين هي إمكانية استخدام معدات خاملة أو غير مستغلة بالكامل ، وبالتالي توفير دورة حياة جديدة.

عند تعديل محرك توربيني غازي ليعمل على الهيدروجين ، تتطلب وحدة غرفة الاحتراق تغييرات كبيرة في المقام الأول. تستخدم الشركات الرائدة في إنتاج المحركات التوربينية الغازية أساليب مختلفة لتطوير غرفة احتراق معيارية منخفضة الانبعاثات قادرة على حرق الهيدروجين النقي ومخاليطه. بعض الأمثلة على غرف الاحتراق الحديثة موضحة في الشكل 2.

لمزيد من المعلومات حول التعديلات الحالية لغرف الاحتراق التي يمكن أن تعمل على كل من مخاليط الهيدروجين والغاز الطبيعي والهيدروجين النقي ، يرجى الرجوع إلى [3].

ومع ذلك ، إلى جانب التحكم في الوقود وتحويل نظام التسليم (للتعامل مع معدل تدفق الوقود المتزايد للمحطة مقارنة بالتوربينات الغازية التي تعمل بالغاز الطبيعي أو الديزل) [2] ، قد يلزم تعديل أجزاء GTE باهظة الثمن مثل الضواغط والتوربينات.

مقارنة بالغاز الطبيعي ، يؤدي احتراق الهيدروجين إلى انخفاض معدل تدفق الكتلة وتكوين مختلف لغازات المنتج ، مع محتوى مائي أعلى يؤثر على الوزن الجزيئي والحرارة النوعية للخليط. التأثيرات الأكثر صلة بتشغيل التوربينات الغازية هي اختلاف انخفاض المحتوى الحراري في التمدد ، وتغير معدل التدفق في مدخل التوربين ، والذي بدوره يؤثر على مطابقة التوربين / الضاغط ، وتغير في معامل انتقال الحرارة على الجانب الخارجي من ريش التوربينات ، مما يؤثر على أداء نظام التبريد [4]. بالنظر إلى هذه التأثيرات ، يمكن استخدام الحلول التالية:

• تثبيت دوارات توجيه هندسية متغيرة (VGV) ؛ لا يلزم إجراء تعديلات كبيرة على GTE ، ويضمن هامش التوقف.
• قم بزيادة نسبة الضغط عن طريق تركيب مرحلة واحدة أو أكثر من مراحل الضاغط عالي الضغط عندما تظل دوارات التوجيه الهندسية المتغيرة مفتوحة بالكامل ويتم إعادة ضبط مطابقة الضاغط / التوربين عن طريق زيادة نسبة الضغط التصميمي.
• إعادة تصميم هندسة التوربينات ؛ لم يتغير الضاغط ، ويزداد ارتفاع ريشة التوربين لضمان تدفق الغاز المطلوب وتكييف كمية تدفق التبريد للعمل بنفس نسبة الضغط ودرجة حرارة مدخل التوربين.
• تركيب دوارات فوهة ذات هندسة متغيرة ؛ لا يلزم إجراء تعديلات كبيرة على GTE ويضمن هامش توقف الضاغط (للتوربينات غير المبردة).

­

للتعامل مع هذه التحديات ، اكسستريم يمنحك يدًا لتعديل آلات المكره الحالية (تثبيت VGVs ، وإضافة مراحل الضاغط بتصميمها الكامل ، وإعادة تصميم التوربينات ، والعثور على مقدار تدفق التبريد المطلوب ، وما إلى ذلك) ، والتأكد من مطابقة التوربينات / الضاغط بواسطة ION ، والحصول على أداء جديد للآلات وما إلى ذلك وهلم جرا. أحد الأمثلة على ملف اكس ستريم ايون يظهر سير العمل لتوربينات الغاز في الشكل 3.

يتضمن الجزء الأحمر من الصورة أعلاه تقارب خوارزمية الحساب والتخمينات الأولية ، بالإضافة إلى تخصيص زوايا إعادة ترتيب IGV / VGVs مع مراعاة ظروف الطيران. يجمع الجزء الأزرق من الصورة بين جميع نماذج مسارات تدفق الماكينات التوربينية 1D / 2D ومنهجية حساب غرفة الاحتراق. أخيرًا ، يحتوي الجزء الأخضر من الصورة على وحدات التوربينات الغازية ، والتي تم تصميم هندستها في النموذج اكسستريم. يعد هذا البرنامج ضروريًا لإنشاء عمليات محاكاة دقيقة لوحدات التوربينات الغازية ، مما يسمح بإجراء تحليل دقيق ومفصل لأدائها وكفاءتها.

إذا كنت مهتمًا باستكشاف كيفية القيام بذلك اكسستريم يمكن أن تساعدك في مشروع تصميم التوربينات الغازية التالية ، تواصل معنا عن طريق مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني على معلومات@Softinway.com.

مراجع حسابات

1. https://www.ansaldoenergia.com/offering/equipment/turbomachinery/heavy-duty-gas-turbine/ae943a 
2. https://etn.global/wp-content/uploads/2020/02/ETN-Hydrogen-Gas-Turbines-report.pdf
3. https://blog.softinway.com/the-evolution-of-gas-turbines-from-the-first-designs-to-the-latest-environmentally-friendly-development-trends-part-2/
4. Chiesa P. ، Lozza G ، Mazzocchi L. ، استخدام الهيدروجين كوقود لتوربينات الغاز. مجلة الهندسة للتوربينات الغازية والطاقة ، 2005 ، المجلد 127 ، ص. 73-80.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://blog.softinway.com/modifying-gas-turbines-to-burn-hydrogen-fuel/