由歐洲兩大天然氣傳輸系統(tǒng)運營商(TSOs)領(lǐng)導(dǎo)的一個項目已經(jīng)成功地在Titan 130 SoLoNOx索拉透平燃氣輪機上測試了高達25%的氫氣混合率，該燃氣輪機是德國天然氣壓縮機的原動機。
該項目的成功標(biāo)志著歐洲天然氣輸送部門的勝利，該部門正在尋求多樣化的燃料，用于機械壓縮天然氣管道中不同階段使用的天然氣——從提取到分配到最終消費者。
圖1：德國GRTgaz公司、OGE公司和索拉透平已成功測試低排放 Titan 130 SoLonOx Solar 燃氣輪機作為天然氣壓縮機的原動機，氫氣混合率高達 25%。
這個為期六周的項目是由德國GRTgaz公司、OGE公司(歐洲領(lǐng)先的燃氣TSOs之一)和索拉透平公司合作完成的。GRTgaz公司在德國南部運行一條1200公里長的燃氣輸送系統(tǒng)。OGE和GRTgaz Deutschland共同擁有的位于巴伐利亞Waidhaus的MEGAL壓縮站，兩家公司開始在Titan 130 SoLoNOx燃氣輪機中測試混合氫，該燃氣輪機驅(qū)動氣體壓縮機(圖1)。
該壓縮機服務(wù)于MEGAL天然氣管道系統(tǒng)，該系統(tǒng)在Waidhaus的德國-捷克邊境提供雙向跨境點。兩家公司在2月份的一份聲明中指出：“該項目的準(zhǔn)備工作始于兩年前，當(dāng)時為測試建立了一個40英尺ISO集裝箱大小的移動混合工廠和臨時氫氣供應(yīng)。”“根據(jù)適用于公共能源供應(yīng)的規(guī)則和條例，由獨立專家對整個配置進行了驗收測試，并批準(zhǔn)運行。在這些測試中，至關(guān)重要的是不能損害壓縮站的安全性和可用性。”
挑戰(zhàn)：為氫氣需求準(zhǔn)備關(guān)鍵天然氣管網(wǎng)組件
天然氣壓縮機原動機是為壓縮機提供動力的關(guān)鍵設(shè)備。雖然往復(fù)式發(fā)動機和電動機有時被用作壓縮機原動機，但燃氣輪機是最常見的，主要是因為它們通常比其他選擇成本更低。他們還提供可靠性和相當(dāng)?shù)偷呐欧?。然而，燃氣輪機通常由從管道系統(tǒng)中獲取的天然氣提供動力。
然而，行業(yè)組織歐洲天然氣傳輸系統(tǒng)運營商網(wǎng)絡(luò)(ENTSOG)建議，隨著脫碳的發(fā)展，天然氣電網(wǎng)——包括傳輸系統(tǒng)運營商(TSO)和分配系統(tǒng)運營商(DSO)級別——將需要配備以滿足氫氣需求。
該公司去年指出，到目前為止，將高達2%的氫氣混合到天然氣中是可能的。然而，根據(jù)國家和地區(qū)的情況，以及客戶的需求、要求和電網(wǎng)拓?fù)?，在中期可能需要高達20%的混合氫氣量。“從長遠來看，大多數(shù)行業(yè)將改造為專用氫氣系統(tǒng)。然而，這對于特定的工業(yè)過程可能是不可能的，例如化學(xué)品的生產(chǎn)，這在很大程度上依賴于甲烷分子。因此，根據(jù)地區(qū)不同，使用天然氣、生物甲烷和/或合成氣的甲烷網(wǎng)絡(luò)也將在未來發(fā)揮作用。”
圖2. 歐洲天然氣輸送系統(tǒng)運營商網(wǎng)絡(luò) (ENTSOG) 正在主持一個工作組，以實現(xiàn)天然氣價值鏈的脫碳。這張圖展示了一個未來能源系統(tǒng)互聯(lián)度更高的潛在場景。
然而，就目前而言，天然氣TSOs和DSOs必須管理和適應(yīng)“為了氣候和所有消費者的利益和安全而選擇的多樣性，同時確保內(nèi)部天然氣能源市場的成就以及不同能源載體之間的互操作性得到維持和進一步發(fā)展，包括氫氣，”ENTSOG說(圖2)。
ENTSOG指出，作為起點，2%的氫體積混合是一個“合理的值”。“盡管有些行業(yè)已經(jīng)可以處理高達10%的vol. H2甚至25%vol. H2，2%vol. H2反映了共同的最小分母，因為一些工業(yè)過程不能處理超過2%的vol.H2。值得一提的是，在整個歐洲，連接到DSO或TSO的客戶差異很大。”
然而，向天然氣中更高比例的氫混合物的轉(zhuǎn)變，將給TSO資產(chǎn)帶來新的挑戰(zhàn)，包括可能遭受氫脆的鋼管和閥門，其內(nèi)部和外部密封性仍在研究中，ENTSOG補充道。而且由于氫氣的摩爾質(zhì)量比天然氣低得多，如果氫氣的比例更高，可能需要更換壓縮機。它建議，壓縮機驅(qū)動器也必須適應(yīng)氫外加劑。
ENTSOG解釋說：“大多數(shù)用于管道的燃氣輪機已經(jīng)在燃料中燃燒了大量的H2。然而，根據(jù)所使用的材料、控制系統(tǒng)、化學(xué)計量學(xué)和葉片，現(xiàn)有渦輪機的合適H2閾值可能在1-20% vol. H2之間變化。”
多公司、跨境合作
根據(jù)德國GRTgaz和OGE的說法，MEGAL壓縮站混合率高達25%的成功測試標(biāo)志著良好的第一步。GRTgaz Deutschland 董事總經(jīng)理 Nicolas Delaporte 表示:“這次測試是跨國界合作解決能源行業(yè)重要問題的一個很好的例子。”
兩家公司指出，測試只使用了“綠色”氫，在不同負(fù)荷下以不同的氫混合速率進行了200多個小時。“對排放和渦輪性能進行了測量，證明了渦輪機在滿足要求的排放水平的同時，能夠以相同的可用功率運行。”他們說，“燃氣輪機在混合燃料時安全啟動的能力也得到了證明。”
這次成功的測試對索拉透平來說也是一個好消息。該公司的16.5MW Titan 130燃氣輪機，配備了SoLoNOx燃燒系統(tǒng)，是一種廣泛使用的工業(yè)汽輪機。該公司于1997年推出，銷售用于壓縮機和機械驅(qū)動應(yīng)用的雙軸型號燃氣輪機。該公司表示，壓縮機組的設(shè)計可提供36%的簡單循環(huán)熱效率。
該公司表示，它在提供具有氫氣功能的包裝方面擁有近40年的經(jīng)驗，使用高達70%的氫氣記錄了超過200萬小時的運行時間。他說：“隨著市場和客戶需求的發(fā)揮作用，人們更加關(guān)注用于更高氫氣濃度的[干式低排放(DLE)]配置。我們的團隊致力于在體積濃度增加的天然氣燃料上運行燃氣輪機套件。”
然而，測試對行業(yè)努力的更大影響仍有待觀察。“該項目顯示了擴大和實現(xiàn)氫經(jīng)濟的愿望和能力。”OGE管理委員會成員Thomas Hüwener博士指出：“但要做到這一點，我們現(xiàn)在需要正確的法律和監(jiān)管框架，在強大的融資模式的支持下，加速德國的氫經(jīng)濟。”
