Las turbinas de combustión (gas) son componentes clave de sistemas avanzados diseñados para nuevas plantas de energía eléctrica en los Estados Unidos. Con las turbinas de gas, las plantas de energía suministrarán energía limpia, cada vez más eficiente en el consumo de combustible y de un costo relativamente bajo.
Los ciclos avanzados basados en turbinas, como los ciclos de potencia supercríticos basados en CO2 (sCO2), han mostrado el potencial de aumentar la eficiencia de conversión de calor a electricidad, la alta densidad de potencia y la simplicidad de operación en comparación con los ciclos de potencia basados en vapor existentes. El ciclo de alimentación sCO2 utiliza turbomaquinaria pequeña, es neutro en combustible y/o fuente de calor, y eficiente.
El Departamento de Energía de EE.UU. continúa sus esfuerzos para superar los límites del rendimiento de las turbinas en respuesta a los crecientes desafíos de suministro de energía de la nación, centrándose en los factores subyacentes que afectan la combustión, la aerodinámica / transferencia de calor y los materiales para turbinas avanzadas y ciclos de potencia basados en turbinas. La temperatura sigue siendo la barrera para aumentar la eficiencia de la turbina. La investigación que lleva a cabo el programa permitirá que las turbinas operen por encima de los 3100°F, con bajas emisiones de NOx, mayor producción de energía y eficiencias superiores al 65%. Algunas de las tecnologías que permitirán este salto transformacional en capacidades incluyen compuestos de matriz cerámica (CMC) para perfiles de aire y componentes de combustión, un avanzado sistema de combustión de micro mezcladores de bajo contenido de NOx que puede disparar de manera eficiente múltiples combustibles a diferentes cargas mientras mantiene bajas las emisiones, y combustión con ganancia de presión. La combustión de ganancia de presión es una forma alternativa de combustión que aumenta la presión a través del combustor en comparación con las técnicas de combustión estándar que resultan en una pérdida de presión. La integración de esta tecnología en una turbina de combustión podría proporcionar mayores aumentos de rendimiento.
Los ciclos supercríticos de energía de CO2 que utilizan turbomaquinaria avanzada podrían ofrecer mejoras de eficiencia y rendimiento para algunos ciclos de energía fósil. Las turbinas para estos ciclos son únicas en el sentido de que tendrán una alta densidad de potencia, velocidades periféricas más bajas, alta carga de palas y altas velocidades de eje, todo lo cual se tendrá en cuenta en los diseños finales de la turbina. La alta presión, la temperatura relativamente alta, la incertidumbre del estado de CO2 cerca del punto crítico y la alta densidad de potencia crean desafíos de diseño para la turbomaquinaria de CO2 supercrítica.
Los ciclos de potencia ultrasupercríticos avanzados (AUSC) ofrecen mejoras de eficiencia y rendimiento para turbinas de vapor que funcionan a más de 700°C y 220 bar de temperatura y presión de vapor principal. Los diseños de turbinas de vapor para estos ciclos y superiores tendrán desafíos de turbomaquinaria relacionados con los materiales de construcción, los sellos de extremo de eje, los sellos de álabe de turbina y las válvulas de control/derivación de turbina.
NETL Involvement
El programa de turbinas Avanzadas apoya proyectos para el desarrollo de nuevas tecnologías que pueden ser implementadas por la industria para nuevas construcciones y adaptadas a la flota existente, y cataliza una base de conocimientos para los OEM nacionales de turbinas de combustión y vapor.
El Laboratorio Nacional de Tecnología Energética (NETL, por sus siglas en inglés) es compatible con la tecnología avanzada de turbinas de combustión, como la combustión con ganancia de presión, diseños innovadores de refrigeración, materiales avanzados y sistemas de combustión para la combustión de hidrógeno o mezclas de hidrógeno y gas natural. Puede encontrar más información sobre el programa de turbinas Avanzadas aquí.