Научная статья на тему 'ОБЗОР МИРОВЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕМ ТОПЛИВЕ'

ОБЗОР МИРОВЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕМ ТОПЛИВЕ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
0
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
водород / экология / эмиссия / газовые турбины / мировой рынок топлива / производители / потребление / мощность / тенденции / разработки / прогноз / энергия / hydrogen / environment / emission / gas turbines / global fuel market / manufacturers / consumption / capacity / trends / developments / forecast / energy

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Кузнецов Иван Сергеевич, Безбог Дмитрий Алексеевич, Бульбович Роман Васильевич, Соколовский Михаил Иванович

Затронута актуальная проблема экологии в сфере топлива, в частности его сжигания в газотурбинных установках наземного применения. В мире прослеживается тенденция на поиск альтернативных источников энергии, и одним из таких источников может стать водород. Мировые компании, разрабатывающие газотурбинные установки, использующиеся для выработки энергии, перекачки газа или служащие приводом, стремятся применить водород в качестве части топлива для таких установок, а в будущем использовать топливо, состоящее полностью из водорода. Этому процессу способствует ужесточение экологических норм для промышленного сектора, ведь именно он является главным источником вредных выбросов на нашей планете. В первой части статьи приведен обзор мирового топливного рынка и описаны факторы роста потребления энергии человечеством, основные потребители энергии, прогноз роста потребления топлива, недостатки использования традиционных видов топлива, преимущества использования водорода в качестве топлива, а также прогнозирование мирового рынка водородного топлива. В основной части статьи показаны последние разработки мировых лидеров производства промышленных газотурбинных установок, занимающихся разработкой и производством промышленных газовых турбин, использующих водород в качестве топлива или его части. В статье представлены такие компании, как Siemens, Baker Hughes, Kawasaki, General Electric, Man, Mitsubishi и др. Далее представлены основные линейки газовых турбин данных компаний, их рабочие характеристики и процент использования водорода в топливе, также упомянуты их стремления и направления разработки, особенно в сторону увеличения содержания водорода в топливе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Кузнецов Иван Сергеевич, Безбог Дмитрий Алексеевич, Бульбович Роман Васильевич, Соколовский Михаил Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

REVIEW OF WORLD TRENDS IN THE FIELD OF GTU DEVELOPMENT ON HYDROGEN-CONTAINING FUEL

The presented article touches upon the urgent problem of ecology in the field of fuel, and in particular its combustion in gas turbine units of ground application. In the world there is a tendency to search for alternative energy sources and hydrogen can become one of such sources. World companies, developing gas turbine plants used for power generation, gas pumping or as a drive, seek to use hydrogen as part of the fuel for such plants, and in the future to use fuel consisting entirely of hydrogen. This process is facilitated by the tightening of environmental regulations for the industrial sector, which is the main source of harmful emissions on our planet. The first part of the article gives an overview of the world fuel market and describes: factors of growth of energy consumption by mankind, the main consumers of energy, forecast of fuel consumption growth, disadvantages of using traditional fuels, advantages of using hydrogen as a fuel, as well as forecasting the world market of hydrogen fuel. The main part of the article shows the latest developments of the world leaders in the production of industrial gas turbines, engaged in the development and production of industrial gas turbines that use hydrogen as a fuel or part of it. The article presents such companies as: Siemens, Baker Hughes, Kawasaki, General Electric, Man, Mitsubishi and others. Then the main lines of gas turbines of these companies, their performance characteristics and the percentage of hydrogen in the fuel are presented, also their aspirations and development directions are mentioned, especially in the direction of increasing the hydrogen content in the fuel.

Текст научной работы на тему «ОБЗОР МИРОВЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕМ ТОПЛИВЕ»

УДК 621.438

DOI: 10.15593/2224-9982/2024.77.08

И.С. Кузнецов, Д.А. Безбог, Р.В. Бульбович, М.И. Соколовский

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация

ОБЗОР МИРОВЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕМ ТОПЛИВЕ

Затронута актуальная проблема экологии в сфере топлива, в частности его сжигания в газотурбинных установках наземного применения. В мире прослеживается тенденция на поиск альтернативных источников энергии, и одним из таких источников может стать водород. Мировые компании, разрабатывающие газотурбинные установки, использующиеся для выработки энергии, перекачки газа или служащие приводом, стремятся применить водород в качестве части топлива для таких установок, а в будущем использовать топливо, состоящее полностью из водорода. Этому процессу способствует ужесточение экологических норм для промышленного сектора, ведь именно он является главным источником вредных выбросов на нашей планете. В первой части статьи приведен обзор мирового топливного рынка и описаны факторы роста потребления энергии человечеством, основные потребители энергии, прогноз роста потребления топлива, недостатки использования традиционных видов топлива, преимущества использования водорода в качестве топлива, а также прогнозирование мирового рынка водородного топлива. В основной части статьи показаны последние разработки мировых лидеров производства промышленных газотурбинных установок, занимающихся разработкой и производством промышленных газовых турбин, использующих водород в качестве топлива или его части. В статье представлены такие компании, как Siemens, Baker Hughes, Kawasaki, General Electric, Man, Mitsubishi и др. Далее представлены основные линейки газовых турбин данных компаний, их рабочие характеристики и процент использования водорода в топливе, также упомянуты их стремления и направления разработки, особенно в сторону увеличения содержания водорода в топливе.

Ключевые слова: водород, экология, эмиссия, газовые турбины, мировой рынок топлива, производители, потребление, мощность, тенденции, разработки, прогноз, энергия.

I.S. Kuznetsov, D.A. Bezbog, R.V. Bulbovich, M.I. Sokolovsky

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

REVIEW OF WORLD TRENDS IN THE FIELD OF GTU DEVELOPMENT ON HYDROGEN-CONTAINING FUEL

The presented article touches upon the urgent problem of ecology in the field of fuel, and in particular its combustion in gas turbine units of ground application. In the world there is a tendency to search for alternative energy sources and hydrogen can become one of such sources. World companies, developing gas turbine plants used for power generation, gas pumping or as a drive, seek to use hydrogen as part of the fuel for such plants, and in the future to use fuel consisting entirely of hydrogen. This process is facilitated by the tightening of environmental regulations for the industrial sector, which is the main source of harmful emissions on our planet. The first part of the article gives an overview of the world fuel market and describes: factors of growth of energy consumption by mankind, the main consumers of energy, forecast of fuel consumption growth, disadvantages of using traditional fuels, advantages of using hydrogen as a fuel, as well as forecasting the world market of hydrogen fuel. The main part of the article shows the latest developments of the world leaders in the production of industrial gas turbines, engaged in the development and production of industrial gas turbines that use hydrogen as a fuel or part of it. The article presents such companies as: Siemens, Baker Hughes, Kawasaki, General Electric, Man, Mitsubishi and others. Then the main lines of gas turbines of these companies, their performance characteristics and the percentage of hydrogen in the fuel are presented, also their aspirations and development directions are mentioned, especially in the direction of increasing the hydrogen content in the fuel.

Keywords: hydrogen, environment, emission, gas turbines, global fuel market, manufacturers, consumption, capacity, trends, developments, forecast, energy.

Обзор мирового топливного рынка. Направления и приоритеты

Энергия является одним из базовых ресурсов, необходимых для существования человечества. С каждым годом потребление энергии неуклонно растет (рис. 1). Рост потребления энергии обеспечивают три главных фактора:

1. Рост численности населения.

2. Рост потребления энергии на душу населения за счет развития технологий производства и потребления в развивающихся странах.

3. Рост потребления энергии на душу населения за счет развития слаборазвитых стран.

Факторы перечислены в порядке убывания их влияния на потребление энергии. Традиционно выделяют три группы стран по количеству потребления топлива:

1. Экономически развитые страны, к которым относятся 37 стран, входящих в Организацию экономического сотрудничества и развития (ОЭСР).

2. Развивающиеся страны, к которым относятся Бразилия, Россия, Индия, Китай и ЮАР (объединение БРИКС) и некоторые другие страны.

3. Слаборазвитые страны, которых больше 150 [1].

Потребление первичной энергии мировыми лидерами и прочими странами в 2007-2021 гг.,ЭДж/год

нсюагзк

Рис. 1. Потребление первичной энергии мировыми лидерами

Основными видами энергетического сырья являются: нефть и продукты её переработки, природный газ, уголь, ядерное топливо.

Мировое потребление жидкого топлива, согласно прогнозу, увеличится в среднем с 99,4 млн баррелей в сутки в 2022 г. до 100,9 млн баррелей в сутки в 2023 г. Прогнозируется, что мировое потребление жидкого топлива вырастет еще на 1,4 млн баррелей в сутки в 2024 г. и такой же рост прогнозируется на 2025 г.

Ситуация на газовом рынке не столь однозначна, но прослеживается тренд на снижение или отсутствие роста потребления. Очевидно, что это долгоиграющий тренд: при высоких ценах, нестабильных поставках и угрозе дефицита крупные предприятия будут и дальше отказываться от газовой генерации или как минимум не станут реализовывать новые проекты на этом топливе [2].

Однако все эти виды топлива имеют общий существенный недостаток - они оказывают пагубное воздействие на окружающую среду. В первую очередь речь идет о выбросах углекислого газа (С02), который, по мнению большинства научного сообщества [3], может по мере накопления в атмосфере приводить к возникновению парникового эффекта и оказывать негативное влияние на климат. Кроме этого, добыча, переработка и хранение практически всех ископаемых топлив приводит к утечкам и естественному выходу в атмосферу еще более серьезного по влиянию на парниковый эффект газа - метана [4].

Помочь в борьбе с вредными выбросами может использование в качестве топлива водорода. Сегодня в мире производится около 75 млн т водорода, но только 1 % не оставляет после себя углеродный след, так как источником практически всего водорода является углеводородное сырье [5].

В настоящее время многие страны встают на путь водородной энергетики (рис. 2). В мире три основных источника выбросов, способствующих потеплению климата: транспорт, производство электроэнергии и промышленность. Водород может использоваться во всех трех областях. При использовании в топливных элементах водородная энергия оставляет минимальные потери, а после использования в качестве побочного продукта остается только вода, из которой снова можно добывать водород. Запасы водорода практически безграничны. Так как он встречается почти всюду, его можно использовать там, где он производится.

Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с КПД от 33 до 35 %, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию с КПД до 65 %. Для примера, у солнечных элементов КПД - 20 %, а у ветряных - 40 %.

Рис. 2. Прогноз мирового рынка водородного топлива, млрд долл. США в год

Если рассматривать водород именно в качестве топлива, решение перевода таких энергетических установок, как газовые турбины, представляется весьма перспективным на пути к «декарбонизации».

Ведущие мировые лидеры производства газотурбинных установок на водородосодержащем топливе

Capstone

Микротурбина CAPSTONE GREEN ENERGY C65, ее внешний вид представлен на рис. 3.

Повторная сертификация CARB отражает долгосрочную приверженность Capstone разработке микротурбин с исключительной надежностью, низкими требованиями к техническому обслуживанию и соблюдением строгих требований по выбросам. В совокупности эти характеристики помогают клиентам Capstone достигать своих целей в области энергоэффективности и сокращения выбросов углекислого газа.

C65 будет в перспективе использовать водород в качестве топлива или его части [6].

Рис. 3. Микротурбина C65

Baker Hughes

Газовая турбина NovaLT™12 (13 МВт, 50/60 Гц), внешний вид представлен на рис. 4. Газовые турбины NovaLT™12 могут сжигать до 30 % водорода в режиме DLN, также компания движется к возможности сжигания 100 % H2.

Характеристики NovaL™T12 представлены в табл. 1 [7].

Рис. 4. Газовая турбина NovaLT™12

Характеристики газовой турбины NovaL™T12

Таблица 1

Характеристики NovaL™T12

Мощность, МВт 12,5

Частота, Гц 50/60

КПД, % 35,3

Температура выхлопных газов, °С 496

Газовая турбина ^уаЦГ™16 (17,5 МВт, 50/60 Гц), внешний вид представлен на рис. 5, характеристики в табл. 2.

Рис. 5. Газовая турбина NovaLT™16

Характеристики газовой турбины NovaL™T16

Таблица 2

Характеристики NovaL™T16

Мощность, МВт 16,9

Частота, Гц 50/60

КПД, % 36,4

Температура выхлопных газов, °С 495

Аналог NovaLT™12 с повышенной мощностью [8].

Газовая турбина Frame 9/1E (132 МВт, 50 Гц), внешний вид представлен на рис. 6, характеристики в табл. 3.

Рис. 6. Газовая турбина Frame 9/1E

Таблица 3

Характеристики газовой турбины Frame 9/1E

Характеристики Frame 9/1E

Мощность, МВт 132

Частота, Гц 50/60

КПД, % 34,6

Температура выхлопных газов, °С 544

Газовая турбина может работать с синтез-газом/технологическим газом, дистиллятом нефти, сырым/остаточным или природным газом в различных областях применения, а также может сжигать топливо с высоким содержанием водорода (нефтеперерабатывающее и нефтехимическое) [9].

Siemens

SGT-600 (24.5 МВт), внешний вид представлен на рис. 7.

SGT-600 обеспечивает лучшую в своем классе топливную гибкость, которая обеспечивает высокое содержание инертных газов, водорода и тяжелых углеводородов: этан 100 %, пропан 100 %, бутаны и тяжелые алканы 15 %, водород до 60 %, азот 40 %, H>S < 3,5 %. SGT-600 оснащен двухтопливной системой сухого сжигания с низким уровнем выбросов (DLE) третьего поколения:

• уровень выбросов NOX < 9 ppm;

• уровень выбросов CO < 20 ppm [10].

У

Рис. 7. Газовая турбина SGT-600

Турбины Siemens подразделяются на три вида:

Размер S - малые промышленные газовые турбины, например SGT-400, внешний вид представлен на рис. 8.

Рис. 8. Газовая турбина SGT-400

Возможность работы на смесях природного газа и водорода с использованием технологии сухого сжигания с низким уровнем выбросов (DLE).

Размер М - газовые турбины среднего размера, например 80Т-800, внешний вид представлен на рис. 9.

Рис. 9. Газовая турбина SGT-800

Более 10 лет опыта, основанного на непрерывных исследованиях и разработках с примесью Н2. Размер L - большие газовые турбины, например SGT5-9000HL, внешний вид представлен на рис. 10.

Рис. 10. Газовая турбина SGT5-9000HL

Более 45 лет опыта использования H2 при сжигании синтез-газа. Содержание H2 в топливе до 60 % проверено в ходе испытаний на горение при полном давлении с диффузионным сжиганием в системах с кольцевым сечением [11]. На сегодняшний день газовые турбины, которые Siemens тестирует в новом Центре водородных турбин с нулевым уровнем выбросов, готовы сжигать до 75 % водорода в топливной смеси. И Siemens шаг за шагом стремится достичь 100 % к 2030 г.

Kawasaki Heavy Industries Газовая турбина GPB17H2, внешний вид представлен на рис. 11.

Рис. 11. Газовая турбина GPB17H2

Серия турбин М1А-17 состоит из двухступенчатого центробежного компрессора, трехступенчатой осевой турбины и единственной камеры сгорания типа сап. Модель может быть оснащена диффузионной камерой сгорания или сухой камерой сгорания с низким уровнем выбросов (DLE), на рис. 12 представлены характеристики газовой турбины М1А-17.

Gas Turbine Type M1A-17 M1A-17

Fuel type Natural Gas Hydrogen

Electrical Power kW 1,817 T.Í02.......

Fuel input kW 6,673 6,907

Efficiency % 27.2 27.5

Exhaust gas mass flow kg/s 7.99 7.89

Exhaust gas temperature °C 528 528

Generator voltage kV 0.4 t 6.3/ 10.5 0.4 ! 6.3/ 10.S

Steam mass flow S bar!g) saturated t/h 5.2 5.2

Nox Reduction method Water injection Water injection

Emissions 4NOx) ppm 37 50

Emissions (C02) % 3 0.0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Performance al 15flc, 6ÍI% RH. at Generator Terminal Inlet Pressure Loss 0.93 Ewnaij&t Pressure Loss 2.45

Рис. 12. Технические характеристики M1A-17 на природном газе и водороде

В 2017 и 2018 гг. проведены демонстрационные испытания водородной газовой турбины, оснащенной диффузионными камерами сгорания, которые могут работать со 100 % водородом/смесью природного газа и водорода (0 ~ 100 %). Количество NOx соответствовало нормативному значению закона о борьбе с загрязнением воздуха - 70 ppm или менее (эквивалент 16 % O2).

В 2019 и 2020 гг. проходила разработка и демонстрация водородной газовой турбины с использованием камеры сгорания DLE, используя 100 % водорода. Количество NOx составляло 70 ppm [12].

General Electric Gas Power

Газовая турбина 9HA и 7HA, внешний вид представлен на рис. 13.

Высокоэффективная газовая турбина GE 9HA с воздушным охлаждением является одним из лидеров отрасли среди предложений H-класса, и теперь газовая турбина 9HA лежит в основе самой эффективной в мире парогазовой электростанции, характеристики турбин 9HA и 7HA представлены в табл. 5.

Рис. 13. Газовая турбина 9HA и 7HA

Таблица 5

Технические характеристики турбин 9ИЛ и 7ИЛ

Турбина 9HA 7HA

Чистая мощность, МВт 448 290

Чистый расход тепла, кДж/кВтч 8398 8567

Чистый КПД, % 42,9 42,0

Скорость нарастания, МВт/мин 65 55

Частота, Гц 50 60

Газовые турбины 9ИЛ работают на водороде (И2) до 50 %, а технологический путь доведен до 100 % (рис. 14 и 15).

Топливная гибкость позволяет использовать широкий спектр газообразного топлива (сланцевый газ, высокоэтан, водород) и жидкого топлива (дизельное топливо, сырая нефть) [13, 14].

Рис. 14. Содержание водорода в топливе в зависимости от класса турбин

Gas Turbine Output1 MW Heat Input1 GJ/hour (MMBTU/hour) 100% И 2 Flow Rate kg/hour CO,: Generated kg/hour I Metric tonnes/year

GE-10 11.2 129 (122) -1,140 -6,250 -50,000

ТМ2500 54.3 350 1332) -5,120 -16,950 -135,600

66.03 44.0 473 (4481 -4,170 -22,900 -183,000

6F.03 87 857 (813) -7,550 -41,500 -332,000

7F.OS 243 2,197 12,083) -19,500 -106,500 -852,000

9F.04 288 2,677 (2,5371 -23,600 -130,000 -1,040,900

9НА.02 557 4,560 14,322) -40,200 221,000 -1,800,000

Рис. 15. Характеристики турбин GE [15]

OPRA

Газовая турбина OP16, внешний вид представлен на рис. 16.

Рис. 16. Газовая турбина OP16 [16]

Передовые камеры сгорания OPRA Turbines могут работать с разными видами топлива, в том числе и на водороде, что позволяет использовать для OP16 широкий диапазон его видов. Компания применяет собственные разработки диффузионных и DLE камер сгорания, выделяя следующие модификации установок:

• OP16-3A: диффузионная камера сгорания, газообразное топливо в диапазоне 25-70 МДж/кг, жидкое топливо в диапазоне 38-43 МДж/кг, мощность 1883 кВт;

• OP16-3B: сухая камера сгорания с низким содержанием NOx, газообразное топливо в диапазоне 30-52 МДж/кг, жидкое топливо в диапазоне 41-43 МДж/кг, дизельное топливо в качестве резервного топлива.

MAN energy solution

Газовые двигатели MAN рассчитаны на использование H2 и могут работать в стационарном режиме при содержании водорода в газотопливной смеси до 25 % по объему. В стадии разработки находится сжигание 100 % H2.

MGT6000-1S, внешний вид представлен на рис. 17.

Одновальная газовая турбина MGT6000 имеет выходную электрическую мощность до 7,8 МВт и разработана специально для промышленного использования и коммунальных служб.

Еще одной установкой, работающей на водородном топливе, является THM1304 (рис. 18).

Рис. 17. Газовая турбина MGT6000-1S Рис. 18. Газовая турбина ТНМ1304

Двухвальная газовая турбина ТНМ с диапазоном электрической мощности от 10,0 до 11,5 МВт подходит как для выработки электроэнергии, так и для механических приводов -как на суше, так и в море [17].

Ansaldo

Обширный ассортимент турбомашин компании включает газовые турбины большой мощности и паровые турбины для крупномасштабного применения, а также микротурбины для быстрорастущей отрасли распределенной энергетики.

Турбины Ansaldo Energía (рис. 19) могут сжигать широкий спектр различных видов топлива (от природного газа до тяжелой нефти), и все они содержат водород в разном процентном соотношении [18].

Hydrogen capability 1 Model U standard offering I (up to)

Heavy-duty turbines GT3G 70%

GT2G 45%

АЕ94гЗА 404

AEM¿ 40%

AE&4.3A 40%

Microti, rbines АЕ л СО 8С%

Рис. 19. Процентное соотношение водорода в топливе турбин Ansaldo Energia

Двигатель GT36 (рис. 20 и табл. 6) ^класса представляет собой перспективную инвестицию благодаря своей высокой эффективности и лучшей в своем классе с 70-процентным использованием водорода, что также обеспечивается последовательным сжиганием топлива. Основанный на двух последовательных стадиях сгорания, этот подход восстанавливает снижение мощности первой ступени путем перевода топлива во вторую ступень. Это обеспечивает полную эксплуатационную гибкость при низком содержании NOX [19].

Рис. 20. Газовая турбина GT36

Таблица 6

Характеристики газовой турбины GT36

Характеристики GT36

Мощность, МВт 538

Частота, Гц 50

КПД, % 42,8

Расход выхлопных газов, кг/с 1020

Температура выхлопных газов, ^ 621

Mitsubishi power

Mitsubishi Power предлагает широкий ассортимент газовых турбин класса от 30 до 560 МВт (рис. 21) для удовлетворения различных потребностей по всему миру. Однако максимально достигнутый для МЭКС на сегодняшний день результат - 30 % доля водорода в природном газе, но это не отменят её заслуг в том, что Mitsubishi power обладает опытом по сжиганию чистого водорода в диффузионных камерах сгорания, а к следующему году планирует выпустить собственную DLN камеру сгорания.

650-840

H-2S Н-ЮО M701DA M701F M701G M701J M701JAC

Gas Turbine Model Рис. 21. Сравнение мощности газовых турбин Mitsubishi Power

Газовые турбины средней и малой мощности (класс от 40 до 120 МВт, рис. 22).

Данный класс отличает: надежность более 99 % (фактическая наработка более 6,6 млн ч); камера сгорания с низким воздействием на окружающую среду, совместимая с широким спектром видов топлива; Используют природный газ, сжиженный нефтяной газ, отходящий газ, синтетический газ, дизельное топливо, керосин и биоэтанол; общий КПД более 80 % на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) с использованием выхлопных газов газовой турбины; линейка моделей мощностью от 60 до 350 МВт и высоким КПД установки 55-58 %.

Газовые турбины большой мощности (класс от 120 до 560 МВт, рис. 23).

Рис. 22. Газовые турбины средней и малой мощности Рис. 23. Газовые турбины большой мощности [20]

Данный класс отличает: производительность установки комбинированного цикла с лучшей в мире эффективностью более 64 %, сухая камера сгорания Mitsubishi Power с низким уровнем выбросов NOx, применимы к комбинированной теплоэлектроцентрали.

Газовая турбина Н-25, внешний вид представлен на рис. 24, а характеристики в табл. 7.

Рис. 24. Газовая турбина H-25 [21]

Таблица 7

Характеристики газовой турбины серии H-25

Характеристики H-25

Мощность, МВт 41

Частота, Гц 50/60

КПД, % 36,2

Расход выхлопных газов, кг/с 114

Температура выхлопных газов, °С 569

Заключение

Был проведен обзор мировых топливных тенденций, а также мирового опыта по применению и разработке газотурбинных двигателей на водородном топливе. Рассмотрены разработки ведущих мировых компаний в области водородной энергетики.

Из проведенного обзора следует, что мировые тенденции в отношении использования во-дородосодержащих топлив неоднозначны. Лидирующими энергоресурсами остаются нефть и природный газ. В связи с нестабильной мировой ситуаций переход на водородную энергетику затягивается. Однако мировой интерес к водороду не угас, компании продолжают свои разработки в области малоэмиссонных камер сгорания, позволяющих сжигать чистый водород, также отдельно можно выделить разработки в области водородых микрогазотурбинных установок.

В дальнейшем данная работа может быть продолжена в направлении уточнения списка научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ, производителей, относящихся к области водородных газотурбинных установок. Отдельно планируется выделить достижения РФ в данной области.

Библиографический список

1. Мировая энергетика [Электронный ресурс] // Инфотэк: [сайт]. - URL: https://itek.ru/reviews/ mirovaya-energetika (дата обращения: 12.03.2024).

2. Газовый рынок 2023: контуры нового миропорядка [Электронный ресурс] // Добывающая промышленность: [сайт]. - URL: https://dprom.online/oilngas/gazovyj-rynok-2023-kontury-novogo-miroporyadka (дата обращения: 22.04.2023).

3. Electricity Mix [Электронный ресурс] // Our world in data: [сайт]. - URL: https://ourworldindata.org/ electricity-mix (дата обращения: 12.03.2024).

4. Семенов, С.В. Обзор исследований и разработок по газотурбинным энергетическим установкам на водородном топливе / С.В. Семенов, М.Ш. Нихамкин, А.И. Плотников // Авиационные двигатели. - 2022. -№ 3 (16). - C. 73-85. - URL: https://ciam.ru/upload/iblock/197/Семенов.pdf (дата обращения: 29.04.2023).

5. Водородная энергетика, точки роста [Электронный ресурс] // Эколого-просветительский проект: [сайт]. - URL: https://eco.atomgoroda.ru/content/media_files/1639985559-25786.pdf (дата обращения: 22.04.2023).

6. Capstone green energy C65 microturbine successfully recertified by the stringent california air resources board [Электронный ресурс] // Capstone Green Energy: [сайт]. - URL: https://www.capstonegreenenergy.com/ info/news/press-releases/detail/3993/ (дата обращения: 19.03.2023).

7. NovaLT™12 [Электронный ресурс] // Baker Hughes: [сайт]. - URL: https://www.bakerhughes. com/gas-turbines/novalt-technology/novalt12 (дата обращения: 23.04.2023).

8. NovaLT™16 [Электронный ресурс] // Baker Hughes: [сайт]. - URL: https://www.bakerhughes. com/gas-turbines/novalt-technology/novalt16 (дата обращения: 23.04.2023).

9. Frame 9/1E [Электронный ресурс] // Baker Hughes: [сайт]. - URL: https://www.bakerhughes.com/ gas-turbines/frame-technology/frame-91e (дата обращения: 23.04.2023).

10. SGT-600 [Электронный ресурс] // Siemens Energy: [сайт]. - URL: https://www.siemens-energy.com/ global/en/offerings/power-generation/gas-turbines/sgt-600.html (дата обращения: 21.03.2023).

11. Hydrogen-solution [Электронный ресурс] // Siemens Energy: [сайт]. - URL: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/renewable-energy/hydrogen-solutions.html (дата обращения: 19.03.2023).

12. Energy [Электронный ресурс] // Kawasaki Heavy Industry: [сайт]. - URL: https://global.kawasaki. com/en/energy/intro_hydrogen.html (дата обращения: 19.03.2023).

13. 9HA Gas Turbine [Электронный ресурс] // General Electric: [сайт]. - URL: https://www.ge.com/ gas-power/products/gas-turbines/9ha (дата обращения: 23.04.2023).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14. 7HA Gas Turbine [Электронный ресурс] // General Electric: [сайт]. - URL: https://www.ge.com/ gas-power/products/gas-turbines/7ha (дата обращения: 23.04.2023).

15. Hydrogen fueled gas turbines [Электронный ресурс] // General Electric: [сайт]. - URL: https:// www.ge.com/gas-power/future-of-energy/hydrogen-fueled-gas-turbines (дата обращения: 23.04.2023).

16. Flexible in Fuel and Reliable in Operation [Электронный ресурс] // OPRA: [сайт]. - URL: https:// www.destinus.energy/solution/oil-and-gas/ (дата обращения: 23.04.2023).

17. Gas turbines [Электронный ресурс] // OPRA: [сайт]. - URL: https://www.man-es.com/oil-gas/ products/gas-turbines (дата обращения: 23.04.2023).

18. Turbomachinery [Электронный ресурс] // Ansaldo energia: [сайт]. - URL: https://www.ansaldoenergia. com/offering/equipment/turbomachinery (дата обращения: 23.04.2023).

19. GT36 - The superior value [Электронный ресурс] // Ansaldo energia: [сайт]. - URL: https:// www.ansaldoenergia.com/offering/equipment/turbomachinery/gt36 (дата обращения: 23.04.2023).

20. Product lineup [Электронный ресурс] // Mitsubishi power: [сайт]. - URL: https:// power.mhi.com/products/gasturbines/lineup#anc01 (дата обращения: 23.04.2023).

21. Product lineup H-25 Series Gas Turbines [Электронный ресурс] // Mitsubishi power: [сайт]. - URL: https://power.mhi.com/products/gasturbines/lineup/h25 (дата обращения: 23.04.2023).

References

1. Mirovaya energetika (Global Energy), Available at: https://itek.ru/reviews/mirovaya-energetika/ (accessed 12 March 2024).

2. Gazovyj rynok 2023: kontury novogo miroporyadka (Gas Market 2023: Contours of a New World Order), Available at: https://dprom.online/oilngas/gazovyj-rynok-2023-kontury-novogo-miroporyadka/ (accessed 22 April 2023).

3. Electricity Mix, Available at: https://ourworldindata.org/electricity-mix/ (accessed 12 March 2024).

4. Semenov S.V., Nihamkin M.SH., Plotnikov A.I. A review of research and development on hydrogen-fueled gas turbine power plants. Aviacionnye dvigateli (Aircraft engines). 2022. No. 3 (16). P. 73-85. URL: https://ciam.ru/upload/iblock/197/Семенов.pdf (accessed 29 April 2023).

5. Vodorodnaya energetika, tochki rosta (Hydrogen energy, growth points), Available at: https:// eco.atomgoroda.ru/content/media_files/1639985559-25786.pdf (accessed 22 April 2023).

6. CAPSTONE GREEN ENERGY C65 MICROTURBINE SUCCESSFULLY RECERTIFIED BY THE STRINGENT CALIFORNIA AIR RESOURCES BOARD, Available at: https://www.capstonegreen-energy.com/info/news/press-releases/detail/3993/ (accessed 19 March 2023).

7. NovaLT™12, Available at: https://www.bakerhughes.com/gas-turbines/novalt-technology/novalt12 (accessed 23 April 2023).

8. NovaLT™16, Available at: https://www.bakerhughes.com/gas-turbines/novalt-technology/novalt16 (accessed 23 April 2023).

9. Frame 9/1E, Available at: https://www.bakerhughes.com/gas-turbines/frame-technology/frame-91e (accessed 23 April 2023).

10. SGT-600, Available at: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines/sgt-600.html (accessed 21 March 2023).

11. Hydrogen-solution, Available at: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/renewable-energy/hydrogen-solutions.html (accessed 19 March 2023).

12. Energy, Available at: https://global.kawasaki.com/en/energy/intro_hydrogen.html (accessed 19 March 2023).

13. 9HA Gas Turbine, Available at: https://www.ge.com/gas-power/products/gas-turbines/9ha (accessed 23 April 2023).

14. 7HA Gas Turbine, Available at: https://www.ge.com/gas-power/products/gas-turbines/7ha (accessed 23 April 2023).

15. Hydrogen fueled gas turbines, Available at: https://www.ge.com/gas-power/future-of-energy/hydrogen-fueled-gas-turbines (accessed 23 April 2023).

16. Flexible in Fuel and Reliable in Operation, Available at: https://www.destinus.energy/solution/oil-and-gas (accessed 23 April 2023).

17. Gas turbines, Available at: https://www.man-es.com/oil-gas/products/gas-turbines (accessed 23 April 2023).

18. Turbomachinery, Available at: https://www.ansaldoenergia.com/ offering/equipment/turbomachinery (accessed 23 April 2023).

19. GT36 - The superior value, Available at: https://www.ansaldoenergia.com/offering/equipment/turbo-machinery/gt36 (accessed 23 April 2023).

20. Product lineup, Available at: https://power.mhi.com/products/gasturbines/lineup#anc01 (accessed 23 April 2023).

21. Product lineup H-25 Series Gas Turbines, Available at: https://power.mhi.com/products/gasturbines/ lineup/h25 (accessed 23 April 2023).

Об авторах

Кузнецов Иван Сергеевич (Пермь, Российская Федерация) - аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Radiofm_2010@mail.ru).

Безбог Дмитрий Алексеевич (Пермь, Российская Федерация) - аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: dmitry.bezbog@gmail.com)

Бульбович Роман Васильевич (Пермь, Российская Федерация) - доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Bulbovich@pstu.ru).

Соколовский Михаил Иванович (Пермь, Российская Федерация) - доктор технических наук, член-корреспондент РАН, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: pioneer241@mail.ru).

About the authors

Ivan S. Kuznetsov (Perm, Russian Federation) - Graduate Student, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, e-mail: radiofm_2010@mail.ru).

Dmitry A. Bezbog (Perm, Russian Federation) - Graduate Student, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, e-mail: dmitry.bezbog@gmail.com)

Roman V. Bulbovich (Perm, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Professor of Rocket and Space Engineering and Power Generating Systems Department, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, e-mail: Bulbovich@pstu.ru).

Mikhail I. Sokolovskiy (Perm, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Professor of Rocket and Space Engineering and Power Generating Systems Department, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, e-mail: pioneer241@mail.ru).

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов. Все авторы сделали равный вклад в подготовку публикации.

Поступила: 08.06.2024

Одобрена: 14.06.2024

Принята к публикации: 18.06.2024

Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом: Обзор мировых тенденций в области разработки газотурбинных установок на водородосодержащем топливе / И.С. Кузнецов, Д.А. Безбог, Р.В. Бульбович, М.И. Соколовский // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. - 2024. - № 77. - С. 89-103. DOI: 10.15593/2224-9982/2024.77.08

Please cite this article in English as: Kuznetsov I.S., Bezbog D.A., Bulbovich R.V., Sokolovsky M.I. Review of world trends in the field of gtu development on hydrogen-containing fuel. PNRPU Aerospace Engineering Bulletin, 2024, no. 77, pp. 89-103. DOI: 10.15593/2224-9982/2024.77.08

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.