Водородная турбина с детонационными волнами установила новый рекорд, вырабатывая электричество

Безкомпрессорная газовая турбина, разработанная командой KIT, работает почти на минуту дольше, чем турбина NASA. Фото: Joachim Grune, KIT

Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигли значительного успеха в области водородной энергетики, запустив новую безкомпрессорную газовую турбину на рекордные 303 секунды. В своей горелке они используют усовершенствованную форму горения с повышением давления, превзойдя предыдущий рекорд NASA, составлявший 250 секунд.

Этот результат также знаменует прогресс на пути к использованию водорода для более чистого производства энергии. В отличие от природного газа, водород можно получать с использованием возобновляемых источников энергии. Ранее в этом году команда KIT также стала первой, кто выработал электричество с помощью водородной газовой турбины, не полагающейся на механический компрессор.

Водородная турбина работает более пяти минут

Ранее эксперименты могли продолжаться лишь доли секунды, поскольку более длительная работа приводила к плавлению камер сгорания. Новое испытание увеличило время работы до более чем пяти минут.

«Это важный шаг к высокоэффективной и гибкой водородной энергетике для безуглеродной энергосистемы», — объясняет профессор Даниэль Банути, директор Института теплоэнергетических технологий и безопасности (ITES).

Ключевое преимущество конструкции заключается в том, что она не требует затрат энергии на сжатие воздуха перед началом сгорания.

«Обычная газовая турбина, например, используемая на электростанциях или под крыльями самолетов, потребляет около 50 процентов своей мощности на сжатие воздуха до высокого давления, необходимого для эффективного сгорания, — эта мощность затем недоступна для выработки электроэнергии», — поясняет Банути.

Детонационные волны заменяют компрессор

Новая турбина построена на принципе горения с повышением давления. Обычные газовые турбины используют механический компрессор для повышения давления воздуха, процесс, который может потреблять примерно половину выходной мощности турбины.

Система KIT создает необходимое давление непосредственно внутри камеры сгорания. Детонационные волны образуются из-за гидромеханической неустойчивости, включающей волновые и вихревые структуры в потоках газа. Это позволяет турбине работать без механического компрессора.

Удаление компрессора может снизить потери энергии, уменьшить количество движущихся компонентов и повысить общую эффективность.

Почему водород так хорошо подходит

Технология может работать на топливах, отличных от водорода, но водород особенно подходит, поскольку он очень быстро реагирует и может создавать стабильное повышение давления.

Исследователи говорят, что этот подход в конечном итоге может привести к созданию более легких, менее дорогих и высокоэффективных турбин. Потенциальные области применения включают производство электроэнергии и, в долгосрочной перспективе, авиацию.

Выработка электроэнергии без механического сжатия

Подключение камеры сгорания к турбине и преобразование ее интенсивного горения в электричество создало дополнительные инженерные проблемы. Быстрые и мощные реакции внутри камеры затрудняют стабильную передачу энергии на турбину.

«Это чрезвычайно сложно, потому что очень быстрые и интенсивные процессы горения в камере делают стабильную передачу энергии на турбину затруднительной. Мы первые, кому удалось успешно запустить такую турбину и выработать в процессе электричество», — говорит Банути.

Источники:

Материалы предоставлены Технологическим институтом Карлсруэ (KIT).