今天由燃气轮机聚焦带来“德国燃气轮机氢气驱动天然气压缩机成功试验”。
由欧洲两大天然气传输系统运营商(TSOs)领导的一个项目已经成功地在Titan 130 SoLoNOx索拉透平燃气轮机上测试了高达25%的氢气混合率，该燃气轮机是德国天然气压缩机的原动机。
该项目的成功标志着欧洲天然气输送部门的胜利，该部门正在寻求多样化的燃料，用于机械压缩天然气管道中不同阶段使用的天然气——从提取到分配到最终消费者。
图1：德国GRTgaz公司、OGE公司和索拉透平已成功测试低排放 Titan 130 SoLonOx Solar 燃气轮机作为天然气压缩机的原动机，氢气混合率高达 25%。
这个为期六周的项目是由德国GRTgaz公司、OGE公司(欧洲领先的燃气TSOs之一)和索拉透平公司合作完成的。GRTgaz公司在德国南部运行一条1200公里长的燃气输送系统。OGE和GRTgaz Deutschland共同拥有的位于巴伐利亚Waidhaus的MEGAL压缩站，两家公司开始在Titan 130 SoLoNOx燃气轮机中测试混合氢，该燃气轮机驱动气体压缩机(图1)。
该压缩机服务于MEGAL天然气管道系统，该系统在Waidhaus的德国-捷克边境提供双向跨境点。两家公司在2月份的一份声明中指出：“该项目的准备工作始于两年前，当时为测试建立了一个40英尺ISO集装箱大小的移动混合工厂和临时氢气供应。”“根据适用于公共能源供应的规则和条例，由独立专家对整个配置进行了验收测试，并批准运行。在这些测试中，至关重要的是不能损害压缩站的安全性和可用性。”
挑战：为氢气需求准备关键天然气管网组件
天然气压缩机原动机是为压缩机提供动力的关键设备。虽然往复式发动机和电动机有时被用作压缩机原动机，但燃气轮机是最常见的，主要是因为它们通常比其他选择成本更低。他们还提供可靠性和相当低的排放。然而，燃气轮机通常由从管道系统中获取的天然气提供动力。
然而，行业组织欧洲天然气传输系统运营商网络(ENTSOG)建议，随着脱碳的发展，天然气电网——包括传输系统运营商(TSO)和分配系统运营商(DSO)级别——将需要配备以满足氢气需求。
该公司去年指出，到目前为止，将高达2%的氢气混合到天然气中是可能的。然而，根据国家和地区的情况，以及客户的需求、要求和电网拓扑，在中期可能需要高达20%的混合氢气量。“从长远来看，大多数行业将改造为专用氢气系统。然而，这对于特定的工业过程可能是不可能的，例如化学品的生产，这在很大程度上依赖于甲烷分子。因此，根据地区不同，使用天然气、生物甲烷和/或合成气的甲烷网络也将在未来发挥作用。”
图2. 欧洲天然气输送系统运营商网络 (ENTSOG) 正在主持一个工作组，以实现天然气价值链的脱碳。这张图展示了一个未来能源系统互联度更高的潜在场景。
然而，就目前而言，天然气TSOs和DSOs必须管理和适应“为了气候和所有消费者的利益和安全而选择的多样性，同时确保内部天然气能源市场的成就以及不同能源载体之间的互操作性得到维持和进一步发展，包括氢气，”ENTSOG说(图2)。
ENTSOG指出，作为起点，2%的氢体积混合是一个“合理的值”。“尽管有些行业已经可以处理高达10%的vol. H2甚至25%vol. H2，2%vol. H2反映了共同的最小分母，因为一些工业过程不能处理超过2%的vol.H2。值得一提的是，在整个欧洲，连接到DSO或TSO的客户差异很大。”
然而，向天然气中更高比例的氢混合物的转变，将给TSO资产带来新的挑战，包括可能遭受氢脆的钢管和阀门，其内部和外部密封性仍在研究中，ENTSOG补充道。而且由于氢气的摩尔质量比天然气低得多，如果氢气的比例更高，可能需要更换压缩机。它建议，压缩机驱动器也必须适应氢外加剂。
ENTSOG解释说：“大多数用于管道的燃气轮机已经在燃料中燃烧了大量的H2。然而，根据所使用的材料、控制系统、化学计量学和叶片，现有涡轮机的合适H2阈值可能在1-20% vol. H2之间变化。”
多公司、跨境合作
根据德国GRTgaz和OGE的说法，MEGAL压缩站混合率高达25%的成功测试标志着良好的第一步。GRTgaz Deutschland 董事总经理 Nicolas Delaporte 表示:“这次测试是跨国界合作解决能源行业重要问题的一个很好的例子。”
两家公司指出，测试只使用了“绿色”氢，在不同负荷下以不同的氢混合速率进行了200多个小时。“对排放和涡轮性能进行了测量，证明了涡轮机在满足要求的排放水平的同时，能够以相同的可用功率运行。”他们说，“燃气轮机在混合燃料时安全启动的能力也得到了证明。”
这次成功的测试对索拉透平来说也是一个好消息。该公司的16.5MW Titan 130燃气轮机，配备了SoLoNOx燃烧系统，是一种广泛使用的工业汽轮机。该公司于1997年推出，销售用于压缩机和机械驱动应用的双轴型号燃气轮机。该公司表示，压缩机组的设计可提供36%的简单循环热效率。
该公司表示，它在提供具有氢气功能的包装方面拥有近40年的经验，使用高达70%的氢气记录了超过200万小时的运行时间。他说：“随着市场和客户需求的发挥作用，人们更加关注用于更高氢气浓度的[干式低排放(DLE)]配置。我们的团队致力于在体积浓度增加的天然气燃料上运行燃气轮机套件。”
然而，测试对行业努力的更大影响仍有待观察。“该项目显示了扩大和实现氢经济的愿望和能力。”OGE管理委员会成员Thomas Hüwener博士指出：“但要做到这一点，我们现在需要正确的法律和监管框架，在强大的融资模式的支持下，加速德国的氢经济。”