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Aug 19, 2023

Kraftwerke der Welt: Ein Wasserstoff-Pilotprojekt von GE

Von INNIO gesponserte Sonderserie 08. März 2023. Projekt gezeigt

Sonderserie gesponsert von INNIO08 März 2023

Das Projekt habe erhebliche Reduzierungen der CO2-Emissionen gezeigt, sagt GE

Die aeroderivative Gasturbine LM6000 von GE wurde in einem Pilotprojekt im Brentwood-Kraftwerk der New York Power Authority auf Long Island erfolgreich mit Mischungen von bis zu 44 Volumenprozent grünem Wasserstoff betrieben. Laut GE ergaben Tests eine deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen durch höhere Wasserstoffmischungen, was den Weg für eine Netto-Null-Kohlenstoff-Zukunft und die weitere Entwicklung von grünem Wasserstoff an anderen Standorten ebnet. Das Projekt ergab außerdem erhebliche Reduzierungen der CO-Emissionen, was zu zusätzlichen Vorteilen beim Betrieb mit Wasserstoffmischungen führen könnte, so das Unternehmen.

New York hat mit seinem Climate Leadership and Community Protection Act (CLCPA) die Verpflichtung festgelegt, bis 2030 70 % des Stroms des Staates aus erneuerbaren Quellen und bis 2040 100 % emissionsfreien Strom zu erzeugen. Dies wird voraussichtlich einen starken Anreiz für die Erkundung bieten Alternativen zu Erdgas. Während erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie wahrscheinlich den größten Teil des Stroms in der Region liefern werden, können kohlenstoffarme Kraftstoffe eine wichtige Rolle spielen und Teil der Lösung sein, sagte GE.

Die Möglichkeit, GE-Turbinen nachzurüsten, die ein Drittel der weltweiten Stromerzeugung antreiben, ebnet möglicherweise den Weg zu einer Dekarbonisierungsreise für die Stromerzeugungsindustrie. GE verfügt weltweit über mehr als 100 Gasturbinen in 20 Ländern, die zwischen 5 % und 100 % Wasserstoff verwenden oder damit betrieben werden. Eine davon ist im Kraftwerk Brentwood der New York Power Authority (NYPA) installiert. Die Anlage wird von einer aerodynamischen Gasturbine vom Typ GE LM6000 angetrieben und wurde 2001 in Betrieb genommen, um in Erwartung von Engpässen die Stromerzeugungskapazitäten für Long Island und New York City zu erhöhen.

GE sagte, dass NYPA, der größte öffentliche Energieversorger in den USA, signalisiert hat, dass die Energiewende im Bundesstaat im Gange ist, wobei sein Brentwood-Kraftwerk auf Long Island die Vorreiter einer Zukunft mit grünem Wasserstoff darstellt. Im Jahr 2022 war NYPA einer der ersten Energieversorger, der grünen Wasserstoff in einem nachgerüsteten Erdgaskraftwerk im kommerziellen Betrieb verbrannte. Dies erforderte eine Koordination zwischen allen am Projekt beteiligten Parteien, der örtlichen Netzbehörde und anderen staatlichen Behörden.

Während der meiste Wasserstoff durch Dampf-Methan-Reformierung hergestellt wird, bei der Erdgas (CH4) mit Dampf unter Druck und Hitze reagiert, um Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenmonoxid (CO2) zu erzeugen, wird grüner Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt . Bei diesem Prozess spaltet ein elektrischer Strom Wasser (H2O) in seine Bestandteile auf, um Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) zu erzeugen. Wird dabei erneuerbarer Strom genutzt, der per Definition keine CO2-Emissionen verursacht, spricht man von grünem Wasserstoff.

Im Frühjahr 2022 führte die NYPA eine Demonstration von grünem Wasserstoff als Brennstoff durch und untersuchte dabei das Potenzial, einen Teil des Erdgases, das für den Betrieb des Brentwood-Kraftwerks der NYPA verwendet wird, durch Wasserstoff zu ersetzen, der mithilfe von Wasserkraft erzeugt wird.

Das aeroderivative Gasturbinen-Portfolio von GE ist derzeit in der Lage, Mischungen aus Wasserstoff und Erdgas zu verbrennen; Der spezifische Grenzwert hängt von der Konfiguration des Verbrennungssystems ab. Beispielsweise können die aeroderivativen Gasturbinen LM2500 von GE mit Mischungen von bis zu 85 % Wasserstoff (nach Volumen) betrieben werden, wobei eine einzelne Ringbrennkammer (SAC)-Konfiguration mit Wassereinspritzung zur Emissionskontrolle verwendet wird, mit einem Weg zu einer 100 %igen Wasserstoffverbrennung die Zukunft.

Das Demonstrationsprojekt war Teil einer Zusammenarbeit zwischen NYPA, GE, dem Electric Power Research Institute (EPRI), den Ingenieuren Sargent und Lundy, Fresh Meadow Power und Airgas, einer Tochtergesellschaft der französischen Air Liquide. Das Team untersuchte die Auswirkungen von Brennstoffmischungen mit 5 bis 44 Volumenprozent Wasserstoff, was zu den höchsten Wasserstoffmengen gehört, die einer kommerziell betriebenen Gasturbine beigemischt werden. Als Erstausrüster der Gasturbine lieferte GE ein Wasserstoff-/Erdgas-Mischsystem und unterstützte die Planung und Ausführung des Projekts.

Während des Projekts untersuchte das Team die Auswirkungen der Wassereinspritzraten beim Betrieb mit der Wasserstoff-Brennstoffmischung und zeigte, dass die NOx-Emissionen gleich gehalten oder sogar leicht reduziert werden konnten, dies erforderte jedoch eine Erhöhung der Wassereinspritzrate. Da das Brentwood-Kraftwerk 47 MW erzeugt, wurden laut dem Bericht des Electric Power Research Institute die Kohlendioxidemissionsraten mit einer Brennstoffmischung mit 35 % Wasserstoff um etwa 14 % reduziert, was den Vorhersagen vor dem Test entsprach. Die Motorsteuerung war während der gesamten Testdauer stabil; Der während des Tests gemessene dynamische Verbrennungsdruck (dh die Amplituden) zeigte keine Veränderung während des Betriebs der Mischung. Die Verbrennungsausrüstung war vor, während und nach dem Test in gutem Zustand; Regelmäßige Endoskopinspektionen ergaben keine offensichtlichen Schäden an der Verbrennungsanlage aufgrund des Betriebs mit Wasserstoffmischungen.

Die Demonstration zeigte nicht nur, dass mit der Kraftstoffmischung Strom mit geringeren Kohlenstoffemissionen erzeugt werden kann, sondern zeigte auch, dass unter bestimmten Bedingungen andere Emissionen, darunter Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Ammoniak (NH3), unter den vorgeschriebenen Betriebswerten gehalten wurden Erlauben Sie Grenzwerte unter Verwendung der vorhandenen selektiven katalytischen Reduktions- und CO-Katalysator-Nachverbrennungskontrollsysteme. Tatsächlich sank der CO-Gehalt um bis zu 88 %, als der Anteil des Wasserstoffbrennstoffs zunahm. Diese Erkenntnis könnte dazu beitragen, dass Gasturbinen, die mit Wasserstoff-Erdgas-Mischungen betrieben werden, in einem größeren Lastbereich mit oder ohne CO-Oxidationskatalysatoren betrieben werden können, was möglicherweise die Betriebskosten senkt. Dies seien entscheidende Erkenntnisse, da sie die Fähigkeit belegen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, ohne dass die Anlagenemissionen anderer Schadstoffe steigen, sagte GE.

GE sagte, das NYPA-Projekt unterstreiche auch, dass Gasturbinen wie die Brentwood LM6000, die als „Spitzenkraftwerke“ fungieren, gleichzeitig dazu beitragen können, ein zuverlässiges Stromnetz aufrechtzuerhalten und Strom mit geringeren Kohlenstoffemissionen bereitzustellen. Die geringeren CO-Emissionen beim Betrieb mit einer Mischung aus Wasserstoff und Erdgas könnten längerfristige Vorteile haben, indem sie die Betriebsflexibilität von Gasturbinen verbessern, was bei der Unterstützung eines Netzes mit einem zunehmenden Anteil variabler erneuerbarer Energie an Bedeutung gewinnen könnte.

Laut GE sind Bemühungen wie das Green Hydrogen Demonstration Project von entscheidender Bedeutung, um die wichtige Rolle zu bestätigen, die Wasserstoff bei der Reduzierung der Kohlenstoffemissionen bei der Stromerzeugung spielen und gleichzeitig zuverlässigen und erschwinglichen Strom bereitstellen kann.

Das Projekt der NYPA bringt neue Erkenntnisse zutage, die weit über New York hinaus Auswirkungen haben. Laut GE waren im Jahr 2020 weltweit etwa 1,6 Terawatt (Milliarden MW) an Gasturbinen installiert, was etwa 21 % der weltweiten Stromerzeugung ausmachte. Die Notwendigkeit besteht darin, systematisch an die Umwandlung bestehender und zukünftiger hocheffizienter Gaserzeugungsanlagen in eine Energieressource ohne oder nahezu ohne Kohlenstoffemissionen heranzugehen. Die Weitergabe der Ergebnisse dieser Studie an die Industrie und die Öffentlichkeit kann dazu beitragen, den Weg für künftige Dekarbonisierungsbemühungen zu ebnen .