Partially feeded gas turbine with hydrogen

Abstract

In recent years, gas turbines partially fueled by hydrogen have emerged as a promising solution for power generation, offering reduced carbon emissions and improved combustion efficiency. The MS5002C gas turbine, introduced in the 1970s and continually upgraded, exemplifies this trend with its dual-shaft design for heavy-duty service. Our study involved partially injecting hydrogen into the MS5002C's combustion chambers to assess its impact. Results showed that blending hydrogen with conventional fuels like natural gas lowered carbon emissions and enhanced combustion efficiency. This technology also supports renewable energy integration, with hydrogen serving as an energy storage medium. However, challenges remain in infrastructure and cost. Nonetheless, gas turbines like the MS5002C represent a significant stride towards sustainable energy production

في السنوات الأخيرة، اكتسبت التوربينات الغازية المغذاة جزئياً بالهيدروجين اهتماماً كبيراً كحل مبتكر لتوليد الطاقة، نظراً لقدرتها على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتحسين كفاءة الاحتراق. يعد توربين الغاز MS5002C، الذي تم تقديمه في السبعينات وتم تحديثه وترقيته على مر السنين، نموذجاً بارزاً في هذا المجال. يتميز MS5002C بتصميم ثنائي العمود للخدمة الشاقة، مما يسمح له بتحقيق كفاءة تشغيل عالية في ظروف متنوعة من السرعة والحمل. في إطار دراستنا، تم حقن الهيدروجين جزئياً في غرف الاحتراق لتوربين MS5002C بهدف دراسة تأثيرات هذا الحقن على أداء التوربين. أظهرت النتائج أن مزج الهيدروجين بالوقود التقليدي مثل الغاز الطبيعي يسهم في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بفضل الاحتراق النظيف للهيدروجين، الذي ينتج عنه بخار الماء فقط كمنتج ثانوي. كما يعزز هذا المزج من كفاءة الاحتراق، نظراً لسرعة الاشتعال العالية للهيدروجين والناتج الحراري الأكبر مقارنة بالغاز الطبيعي. تُسهم هذه التقنية أيضاً في دعم تكامل الطاقة المتجددة، حيث يمكن استخدام الهيدروجين كوسيلة لتخزين الطاقة من مصادر مثل الشمس والرياح وتحويلها لاحقاً إلى كهرباء. ومع ذلك، يواجه هذا التطور تحديات تتعلق بالبنية التحتية اللازمة لتخزين ونقل الهيدروجين بأمان، بالإضافة إلى التكلفة المرتفعة لإنتاج الهيدروجين ونقله. تتواصل الأبحاث لتطوير تقنيات اقتصادية وفعالة لإنتاج الهيدروجين، مثل التحليل الكهربائي للماء باستخدام الطاقة المتجددة، مما يعزز من الجدوى الاقتصادية والبيئية لهذه التقنية. بهذا يمكن اعتبار التوربينات الغازية المغذاة جزئياً بالهيدروجين، مثل توربين MS5002C، خطوة متقدمة نحو مستقبل أكثر استدامة في توليد الطاقة، من خلال تقليل الانبعاثات الكربونية وتحسين كفاءة استغلال الوقود.

Ces dernières années, les turbines à gaz partiellement alimentées en hydrogène ont attiré l’attention en tant que solution innovante de production d’énergie, en raison de leur capacité à réduire les émissions de dioxyde de carbone et à améliorer l’efficacité de la combustion. La turbine à gaz MS5002C, introduite dans les années soixante-dix et modernisée et améliorée au fil des ans, est un modèle de premier plan dans ce domaine. Le MS5002C est doté d’une conception robuste à double colonne, ce qui lui permet d’atteindre une efficacité de fonctionnement élevée dans une variété de conditions de vitesse et de charge. Dans le cadre de notre étude, de l’hydrogène a été partiellement injecté dans les chambres de combustion de la turbine MS5002C dans le but d’étudier les effets de cette injection sur les performances de la turbine. Les résultats ont montré que le mélange de l’hydrogène avec des carburants conventionnels tels que le gaz naturel contribue à réduire les émissions de dioxyde de carbone grâce à la combustion propre de l’hydrogène, qui ne produit que de la vapeur d’eau comme sous-produit. Ce mélange améliore également l’efficacité de la combustion, en raison de la vitesse d’allumage élevée de l’hydrogène et de la puissance thermique supérieure à celle du gaz naturel. Cette technologie soutient également l’intégration des énergies renouvelables, car l’hydrogène peut être utilisé comme moyen de stocker l’énergie provenant de sources telles que le soleil et le vent, puis de la convertir en électricité. Cependant, ce développement se heurte à des défis liés à l’infrastructure nécessaire pour stocker et transporter l’hydrogène en toute sécurité, ainsi qu’au coût élevé de la production et du transport de l’hydrogène. La recherche continue de développer des technologies de production d’hydrogène économiques et efficaces, telles que l’électrolyse de l’eau à l’aide d’énergies renouvelables, ce qui améliore la viabilité économique et environnementale de cette technologie. Les turbines à gaz partiellement alimentées à l’hydrogène, telles que la turbine MS5002C, peuvent être considérées comme un pas vers un avenir plus durable dans la production d’électricité, en réduisant les émissions de carbone et en améliorant l’efficacité énergétique