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Aug 19, 2023

Power Plants of the World : un pilote hydrogène par GE

Série de reportages spéciaux sponsorisée par INNIO08 mars 2023 Projet présenté

Série de reportages spéciaux sponsorisée par INNIO08 mars 2023

Le projet a montré des réductions substantielles des émissions de CO2, selon GE

La turbine à gaz aérodérivée LM6000 de GE a fonctionné avec succès avec des mélanges contenant jusqu'à 44 % (en volume) d'hydrogène vert dans le cadre d'un projet pilote à la centrale électrique de Brentwood de la New York Power Authority à Long Island. Selon GE, les tests ont révélé une nette réduction des émissions de CO2 avec des mélanges plus élevés d'hydrogène ouvrant la voie à un avenir zéro carbone net et à la poursuite du développement de l'hydrogène vert sur d'autres sites. Le projet a également révélé des réductions substantielles des émissions de CO, ce qui pourrait entraîner des avantages supplémentaires lors de l'utilisation de mélanges d'hydrogène, a déclaré la société.

New York a mandaté, par le biais de sa Climate Leadership and Community Protection Act (CLCPA), de produire 70 % de l'électricité de l'État à partir de sources renouvelables d'ici 2030 et 100 % d'électricité à zéro émission d'ici 2040. Cela devrait fournir une forte incitation à explorer alternatives au gaz naturel. Alors que les énergies renouvelables, telles que l'éolien et le solaire, sont susceptibles de fournir la majeure partie de l'électricité à la région, les carburants à faible émission de carbone peuvent jouer un rôle important et faire partie de la solution, a déclaré GE.

La possibilité de moderniser les turbines GE qui alimentent un tiers de la production mondiale d'électricité ouvre potentiellement la voie à un parcours de décarbonation pour l'industrie de la production d'électricité. GE possède plus de 100 turbines à gaz dans le monde qui contiennent ou fonctionnent entre 5 % et 100 % d'hydrogène dans 20 pays et l'une d'entre elles est installée à la centrale électrique de Brentwood de la New York Power Authority (NYPA). L'usine, alimentée par une turbine à gaz GE LM6000 aéro-dérivée, a été mise en service en 2001 pour augmenter la capacité de production d'électricité de Long Island et de New York en prévision des pénuries.

GE a déclaré que NYPA, le plus grand service public d'électricité aux États-Unis, a signalé que la transition énergétique était en cours dans l'État avec sa centrale électrique de Brentwood à Long Island représentant l'avant-garde d'un avenir d'hydrogène vert. En 2022, NYPA est devenu l'un des premiers services publics à brûler de l'hydrogène vert dans une centrale électrique au gaz naturel modernisée en exploitation commerciale. Cela a nécessité une coordination entre toutes les parties impliquées dans le projet, l'autorité locale du réseau et d'autres agences de l'État.

Alors que la plupart de l'hydrogène est fabriqué par reformage du méthane à la vapeur - dans lequel le gaz naturel (CH4) réagit avec la vapeur sous pression et la chaleur pour produire de l'hydrogène (H2), du monoxyde de carbone (CO) et du monoxyde de carbone (CO2) - l'hydrogène vert est fabriqué par électrolyse . Dans ce processus, un courant électrique divise l'eau (H2O) en ses éléments constitutifs pour produire de l'oxygène (O2) et de l'hydrogène (H2). Si le procédé utilise une énergie renouvelable, qui par définition ne génère pas d'émissions de CO2, on parle alors d'hydrogène vert.

Au printemps 2022, la NYPA a mené une démonstration de carburant à l'hydrogène vert, étudiant le potentiel de substitution de l'hydrogène - produit à l'aide d'énergie hydroélectrique - à une partie du gaz naturel utilisé pour alimenter la centrale électrique de Brentwood de la NYPA.

Le portefeuille de turbines à gaz aérodérivées de GE a actuellement la capacité de brûler des mélanges d'hydrogène et de gaz naturel ; la limite spécifique dépend de la configuration du système de combustion. Par exemple, les turbines à gaz aérodérivées LM2500 de GE peuvent fonctionner avec des mélanges contenant jusqu'à 85 % d'hydrogène (en volume) en utilisant une configuration de chambre de combustion annulaire unique (SAC) avec injection d'eau pour contrôler les émissions, avec une voie vers une combustion à 100 % d'hydrogène dans l'avenir.

Le projet de démonstration faisait partie d'une collaboration entre NYPA, GE, l'Institut de recherche sur l'énergie électrique (EPRI), les ingénieurs Sargent et Lundy, Fresh Meadow Power et Airgas, une filiale de la société française Air Liquide. L'équipe a examiné l'impact des mélanges de carburant de 5 % à 44 % (en volume) d'hydrogène, ce qui représente certains des volumes les plus élevés d'hydrogène mélangés dans une turbine à gaz commerciale. En tant que fabricant d'équipement d'origine de la turbine à gaz, GE a fourni un système de mélange hydrogène/gaz naturel et a soutenu la planification et l'exécution du projet.

Au cours du projet, l'équipe a examiné l'impact des taux d'injection d'eau lors de l'utilisation du mélange de carburant hydrogène et a démontré que les émissions de NOx pouvaient être maintenues identiques ou même légèrement réduites, mais cela nécessitait une augmentation du taux d'injection d'eau. Avec la centrale électrique de Brentwood générant 47 MW, selon le rapport de l'Electric Power Research Institute, les taux d'émission de dioxyde de carbone ont été réduits d'environ 14 % avec un mélange de carburant contenant 35 % d'hydrogène, ce qui correspond aux prévisions des pré-tests. Le contrôle du moteur est resté stable pendant toute la durée de l'essai ; la pression dynamique de combustion (c'est-à-dire les amplitudes) mesurée pendant le test n'a indiqué aucun changement pendant le fonctionnement sur le mélange. L'équipement de combustion était en bon état avant, pendant et après l'essai ; des inspections périodiques à l'endoscope n'ont montré aucun dommage apparent au matériel de combustion dû au fonctionnement avec des mélanges d'hydrogène.

En plus de démontrer que le mélange de combustibles pouvait générer de l'électricité avec des émissions de carbone inférieures, la démonstration a mis en évidence que dans certaines conditions, d'autres émissions, y compris les oxydes d'azote (NOx), le monoxyde de carbone (CO) et l'ammoniac (NH3), étaient maintenues en dessous de la limite de fonctionnement réglementaire. limites d'autorisation en utilisant les systèmes existants de réduction catalytique sélective et de contrôle de la post-combustion du catalyseur de CO. En fait, les niveaux de CO ont diminué jusqu'à 88 % à mesure que la fraction de carburant hydrogène augmentait. Cette découverte pourrait aider à permettre aux turbines à gaz qui fonctionnent avec des mélanges hydrogène/gaz naturel de fonctionner sur une plage de charge plus large avec ou sans catalyseurs d'oxydation du CO, ce qui pourrait réduire les coûts d'exploitation. Ce sont des résultats critiques, car ils démontrent la capacité de réduire les émissions de carbone sans augmenter les émissions d'autres polluants des usines, a déclaré GE.

GE a déclaré que le projet NYPA met également en évidence que les turbines à gaz comme la Brentwood LM6000 qui fonctionnent comme des "pics" peuvent simultanément aider à maintenir un réseau électrique fiable et fournir de l'électricité avec moins d'émissions de carbone. La réduction des émissions de CO lors de l'utilisation d'un mélange d'hydrogène et de gaz naturel pourrait avoir des avantages à plus long terme en améliorant la flexibilité opérationnelle des turbines à gaz, ce qui peut devenir plus important lors de la prise en charge d'un réseau avec un pourcentage croissant d'énergie renouvelable variable.

Des efforts tels que le projet de démonstration de l'hydrogène vert sont essentiels pour valider le rôle important que l'hydrogène peut jouer dans la réduction des émissions de carbone provenant de la production d'électricité tout en fournissant une énergie fiable et abordable, selon GE.

Le projet de la NYPA révèle de nouvelles compréhensions qui ont un impact bien au-delà de New York. Selon GE, il y avait environ 1,6 térawatts (milliards de MW) de turbines à gaz installées dans le monde à partir de YE 2020, représentant environ 21 % de la production mondiale d'électricité. L'impératif est d'aborder systématiquement la transformation des actifs de production de gaz à haut rendement existants et futurs en une ressource énergétique à zéro ou presque zéro carbone et le partage des résultats de cette étude avec l'industrie et le public peut aider à ouvrir la voie à de futurs efforts de décarbonisation .