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Aug 19, 2023

世界の発電所: GE による水素パイロット

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INNIO主催の特集シリーズ08 2023年3月

プロジェクトはCO2排出量の大幅な削減を示したとGEは言う

GE の LM6000 航空転用ガス タービンは、ロングアイランドにあるニューヨーク電力公社のブレントウッド発電所でのパイロット プロジェクトにおいて、最大 44% (体積比) のグリーン水素のブレンドで正常に動作しました。 GEによると、水素の混合量を増やすことでCO2排出量が明らかに削減され、ネットゼロカーボンの未来と他の拠点でのグリーン水素のさらなる開発に道が開かれることがテストで明らかになったという。 このプロジェクトでは二酸化炭素排出量の大幅な削減も明らかになったため、水素混合物を使用する場合にはさらなる利点が得られる可能性があると同社は述べた。

ニューヨーク州は、気候変動リーダーシップおよび地域保護法（CLCPA）を通じて、2030年までに州内の電力の70%を再生可能資源から生成し、2040年までに100%ゼロエミッション電力を生成することを義務付けている。これは、探求への強力なインセンティブとなることが期待される。天然ガスの代替品。 風力や太陽光などの再生可能エネルギーがこの地域の電力の大部分を供給する可能性が高いが、低炭素燃料は重要な役割を果たし、解決策の一部となり得るとGEは述べた。

世界の発電量の 3 分の 1 に電力を供給する GE タービンを改修できることは、発電業界の脱炭素化への道を開く可能性があります。 GEは、世界20カ国で5%から100%の水素を使用または稼働している100台以上のガスタービンを保有しており、そのうちの1台はニューヨーク電力公社（NYPA）のブレントウッド発電所に設置されています。 この発電所は GE LM6000 航空転用ガスタービンを搭載しており、不足に備えてロングアイランドとニューヨーク市の発電能力を増強するために 2001 年に委託されました。

GEによると、米国最大の公共電力会社であるNYPAは、ロングアイランドにあるブレントウッド発電所がグリーン水素の未来の先駆けとなる同州でエネルギー転換が進行中であることを示唆したという。 2022 年、NYPA は商業運転中の改造天然ガス発電所でグリーン水素を燃焼させる最初の電力会社の 1 つとなりました。 これには、プロジェクトに関係するすべての関係者、地元の電力網当局、およびその他の州機関の間の調整が必要でした。

ほとんどの水素は水蒸気メタン改質（天然ガス（CH4）が圧力と熱の下で水蒸気と反応して水素（H2）、一酸化炭素（CO）、一酸化炭素（CO2）を生成する）によって製造されますが、グリーン水素は電気分解によって製造されます。 。 このプロセスでは、電流によって水 (H2O) がその構成要素に分解され、酸素 (O2) と水素 (H2) が生成されます。 プロセスで再生可能電力が使用される場合、定義上 CO2 排出が発生せず、これはグリーン水素として知られます。

2022 年の春、NYPA はグリーン水素燃料のデモンストレーションを実施し、NYPA のブレントウッド発電所の燃料に使用される天然ガスの一部を水力発電を使用して生成された水素に置き換える可能性を調査しました。

GE の航空転用ガス タービン ポートフォリオには現在、水素と天然ガスの混合物を燃焼する機能があります。 具体的な制限は燃焼システムの構成によって異なります。 たとえば、GE の LM2500 GE の航空転用ガス タービンは、排出量を制御するための水噴射を備えた単一環状燃焼器 (SAC) 構成を使用して、最大 85% の水素 (体積比) の混合物で稼働でき、100% の水素燃焼を実現します。未来。

この実証プロジェクトは、NYPA、GE、電力研究所（EPRI）、エンジニアのサージェントとランディ、フレッシュ・メドウ・パワー、そしてフランスに本拠を置くエア・リキードの子会社であるエアガスとのコラボレーションの一環であった。 研究チームは、5％から44％（体積比）の水素を混合した燃料の影響を調査した。これは、商用運転中のガスタービンに混合される水素の量としては最も多いものの一つに相当する。 GE はガスタービンの OEM メーカーとして、水素/天然ガス混合システムを供給し、プロジェクトの計画と実行をサポートしました。

プロジェクト中、チームは水素混合燃料での運転中の水注入率の影響を調査し、NOx 排出量を同じに保つかわずかに減らすことさえできるが、それには水注入率の増加が必要であることを実証しました。 電力研究所の報告書によると、ブレントウッド発電所は47MWを発電し、35%の水素を含む混合燃料により二酸化炭素排出率が約14%減少し、試験前の予測と一致した。 エンジン制御はテスト期間中ずっと安定していました。 試験中に測定された燃焼動圧 (つまり、振幅) は、ブレンドの操作中に変化がないことを示しました。 燃焼装置は試験前、試験中、試験後ともに良好な状態にありました。 定期的なボアスコープ検査では、水素混合物の操作による燃焼ハードウェアへの明らかな損傷は見られませんでした。

この実証では、混合燃料が炭素排出量の少ない発電が可能であることを実証したことに加え、特定の条件下では、窒素酸化物 (NOx)、一酸化炭素 (CO)、アンモニア (NH3) などの他の排出量が運転規制値以下に維持されていることも強調しました。既存の選択的接触還元および CO 触媒燃焼後制御システムを使用して、許容制限をクリアします。 実際、水素燃料の割合が増加すると、CO レベルは 88% も減少しました。 この発見は、水素と天然ガスの混合物で稼働するガスタービンが、CO 酸化触媒の有無にかかわらず、より広い負荷範囲で稼働できるようにするのに役立ち、潜在的に運転コストを削減できる可能性があります。 これらは、工場からの他の汚染物質の排出量を増加させることなく炭素排出量を削減できることを実証するものであり、これらは重要な発見であるとGEは述べた。

GEは、NYPAプロジェクトはまた、「ピーカー」として動作するブレントウッドLM6000のようなガスタービンが信頼性の高い送電網の維持と、より炭素排出量の少ない電力の供給に同時に役立つことを強調していると述べた。 水素と天然ガスの混合物で運転する際の CO 排出量の削減は、ガスタービンの運用の柔軟性を改善することで長期的なメリットをもたらす可能性があり、変動する再生可能電力の割合が増加して送電網をサポートする場合には、これがより重要になる可能性があります。

GEによれば、グリーン水素実証プロジェクトのような取り組みは、発電による炭素排出量を削減しながら、信頼性が高く手頃な電力を提供する上で水素が果たせる重要な役割を検証するために不可欠であるという。

NYPA のプロジェクトは、ニューヨークをはるかに超えて影響を与える新たな理解を明らかにしています。 GE によると、2020 年時点で世界中で約 1.6 テラワット (10 億 MW) のガスタービンが設置されており、世界の発電量の約 21% を占めています。 不可欠なことは、既存および将来の高効率ガス発生資産を炭素ゼロまたは炭素ゼロに近いエネルギー資源に変えることに体系的に取り組むことであり、この研究結果を業界や一般の人々と共有することで、将来の脱炭素化への取り組みへの道を開くことができます。 。