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Aug 19, 2023

Power Plants of the World: un proyecto piloto de hidrógeno de GE

Serie de características especiales patrocinada por INNIO08 de marzo de 2023 Proyecto mostrado

Serie de características especiales patrocinada por INNIO08 de marzo de 2023

El proyecto mostró reducciones sustanciales en las emisiones de CO2, dice GE

La turbina de gas aeroderivada LM6000 de GE funcionó con éxito con mezclas de hasta un 44 % (en volumen) de hidrógeno verde en un proyecto piloto en la central eléctrica de Brentwood de la Autoridad de Energía de Nueva York en Long Island. Las pruebas revelaron una clara reducción en las emisiones de CO2 con mezclas más altas de hidrógeno que allanaron el camino para un futuro con cero emisiones netas de carbono y un mayor desarrollo del hidrógeno verde en otros sitios, según GE. El proyecto también reveló reducciones sustanciales en las emisiones de CO, lo que podría generar beneficios adicionales al operar con mezclas de hidrógeno, dijo la compañía.

Nueva York ordenó, a través de su Ley de Liderazgo Climático y Protección Comunitaria (CLCPA, por sus siglas en inglés), generar el 70 % de la electricidad del estado a partir de fuentes renovables para 2030 y el 100 % de electricidad sin emisiones para 2040. Se espera que esto proporcione un fuerte incentivo para explorar alternativas al gas natural. Si bien es probable que las energías renovables, como la eólica y la solar, proporcionen la mayor parte de la electricidad a la región, los combustibles bajos en carbono pueden desempeñar un papel importante y ser parte de la solución, dijo GE.

La capacidad de adaptar las turbinas de GE que alimentan un tercio de la generación de electricidad del mundo allana potencialmente el camino hacia un viaje de descarbonización para la industria de generación de energía. GE tiene más de 100 turbinas de gas en todo el mundo que tienen o funcionan con entre un 5 % y un 100 % de hidrógeno en 20 países y una de ellas está instalada en la central eléctrica de Brentwood de la Autoridad de Energía de Nueva York (NYPA). La planta, impulsada por una turbina de gas aeroderivada GE LM6000, se puso en marcha en 2001 para aumentar la capacidad de generación de energía para Long Island y la ciudad de Nueva York en previsión de escasez.

GE dijo que NYPA, la mayor empresa de servicios públicos de energía en los EE. UU., ha señalado que la transición energética está en marcha en el estado con su Brentwood Power Station en Long Island que representa la vanguardia de un futuro de hidrógeno verde. En 2022, NYPA se convirtió en una de las primeras empresas de servicios públicos en quemar hidrógeno verde en una planta de energía de gas natural modernizada en operación comercial. Esto requirió coordinación entre todas las partes involucradas en el proyecto, la autoridad de la red local y otras agencias estatales.

Si bien la mayor parte del hidrógeno se produce a través del reformado de metano con vapor, en el que el gas natural (CH4) reacciona con el vapor bajo presión y calor para producir hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) y monóxido de carbono (CO2), el hidrógeno verde se produce mediante electrólisis. . En este proceso, una corriente eléctrica divide el agua (H2O) en sus elementos constituyentes para producir oxígeno (O2) e hidrógeno (H2). Si el proceso utiliza energía renovable, que por definición no genera emisiones de CO2, esto se conoce como hidrógeno verde.

En la primavera de 2022, la NYPA llevó a cabo una demostración de combustible de hidrógeno verde, investigando el potencial de sustituir el hidrógeno (producido con energía hidroeléctrica) por una parte del gas natural utilizado para alimentar la central eléctrica de Brentwood de la NYPA.

La cartera de turbinas de gas aeroderivadas de GE actualmente tiene la capacidad de quemar mezclas de hidrógeno y gas natural; el límite específico depende de la configuración del sistema de combustión. Por ejemplo, LM2500 de GE Las turbinas de gas aeroderivadas de GE pueden funcionar con mezclas de hasta un 85 % de hidrógeno (por volumen) usando una configuración de combustor anular único (SAC) con inyección de agua para controlar las emisiones, con un camino hacia una combustión de 100 % de hidrógeno en el futuro.

El proyecto de demostración fue parte de una colaboración entre NYPA, GE, el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI), los ingenieros Sargent y Lundy, Fresh Meadow Power y Airgas, una subsidiaria de Air Liquide con sede en Francia. El equipo examinó el impacto de las mezclas de combustible del 5 % al 44 % (por volumen) de hidrógeno, lo que representa uno de los volúmenes más altos de hidrógeno mezclado en una turbina de gas comercial. Como fabricante de equipos originales de turbinas de gas, GE suministró un sistema de mezcla de hidrógeno y gas natural y apoyó la planificación y ejecución del proyecto.

Durante el proyecto, el equipo examinó el impacto de las tasas de inyección de agua mientras operaba con la mezcla de combustible de hidrógeno y demostró que las emisiones de NOx podían mantenerse iguales o incluso reducirse ligeramente, pero esto requería un aumento en la tasa de inyección de agua. Con la central eléctrica de Brentwood generando 47 MW, según el informe del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, las tasas de emisión de dióxido de carbono se redujeron en aproximadamente un 14 % con una mezcla de combustible que contenía un 35 % de hidrógeno, lo que coincidió con las predicciones previas a la prueba. El control del motor se mantuvo estable durante toda la prueba; la presión dinámica de combustión (es decir, las amplitudes) medidas durante la prueba no indicaron cambios durante la operación en la mezcla. El equipo de combustión estuvo en buenas condiciones antes, durante y después de la prueba; las inspecciones periódicas con boroscopio no mostraron daños aparentes en el hardware de combustión debido a la operación con mezclas de hidrógeno.

Además de demostrar que la mezcla de combustible podría generar electricidad con menores emisiones de carbono, la demostración destacó que bajo ciertas condiciones, otras emisiones, incluidos los óxidos de nitrógeno (NOx), el monóxido de carbono (CO) y el amoníaco (NH3), se mantuvieron por debajo de los niveles operativos reglamentarios. límites permitidos utilizando la reducción catalítica selectiva existente y los sistemas de control de poscombustión del catalizador de CO. De hecho, los niveles de CO disminuyeron hasta en un 88 % a medida que aumentaba la fracción de combustible de hidrógeno. Este hallazgo podría ayudar a permitir que las turbinas de gas que funcionan con mezclas de hidrógeno y gas natural operen en un rango de carga más amplio con catalizadores de oxidación de CO reducidos o sin ellos, lo que podría reducir los costos operativos. Estos son hallazgos críticos, ya que demuestran la capacidad de reducir las emisiones de carbono sin aumentar las emisiones de la planta de otros contaminantes, dijo GE.

GE dijo que el proyecto de la NYPA también destaca que las turbinas de gas como la Brentwood LM6000 que funcionan como "picos" pueden ayudar simultáneamente a mantener una red eléctrica confiable y proporcionar electricidad con menos emisiones de carbono. Las emisiones de CO más bajas mientras se opera con una mezcla de hidrógeno y gas natural podrían tener beneficios a largo plazo al mejorar la flexibilidad operativa de la turbina de gas, lo que puede volverse más importante cuando se respalda una red con un porcentaje creciente de energía renovable variable.

Esfuerzos como el Proyecto de demostración de hidrógeno verde son vitales para validar el importante papel que el hidrógeno puede desempeñar en la reducción de las emisiones de carbono de la generación de energía al mismo tiempo que proporciona energía confiable y asequible, según GE.

El proyecto de NYPA está revelando nuevos entendimientos que impactan mucho más allá de Nueva York. Según GE, había aproximadamente 1,6 teravatios (mil millones de MW) de turbinas de gas instaladas en todo el mundo a partir de 2020, lo que representa alrededor del 21 % de la generación de energía mundial. El imperativo es enfocar sistemáticamente convertir los activos de generación de gas de alta eficiencia existentes y futuros en un recurso energético de cero o casi cero carbono y compartir los resultados de este estudio con la industria y el público puede ayudar a allanar el camino para futuros esfuerzos de descarbonización. .