Les turbines à combustion (gaz) sont des composants clés des systèmes avancés conçus pour les nouvelles centrales électriques aux États-Unis. Avec les turbines à gaz, les centrales électriques fourniront une énergie propre, de plus en plus économe en carburant et relativement peu coûteuse.
Des cycles avancés basés sur des turbines comme les cycles de puissance à base de CO2 supercritique (sCO2) ont montré le potentiel d’une efficacité de conversion chaleur-électricité accrue, d’une densité de puissance élevée et d’une simplicité de fonctionnement par rapport aux cycles de puissance à base de vapeur existants. Le cycle de puissance sCO2 utilise de petites turbomachines, est neutre en combustible et / ou en source de chaleur et efficace.
Le DOE américain poursuit ses efforts pour repousser les limites de la performance des turbines en réponse aux défis croissants de l’alimentation électrique du pays en se concentrant sur les facteurs sous-jacents affectant la combustion, l’aérodynamique / transfert de chaleur et les matériaux pour les turbines avancées et les cycles de puissance basés sur des turbines. La température continue d’être la barrière pour augmenter l’efficacité de la turbine. Les recherches menées dans le cadre du programme permettront aux turbines de fonctionner à plus de 3100 ° F, avec de faibles émissions de NOx, une puissance de sortie accrue et un rendement supérieur à 65%. Parmi les technologies qui permettront ce saut transformationnel dans les capacités, citons les composites à matrice céramique (CMC) pour les profils aérodynamiques et les composants de combustion, le système de combustion avancé à micro-mélangeurs à faible teneur en NOx qui peut brûler efficacement plusieurs combustibles à différentes charges tout en maintenant les émissions faibles, et la combustion à gain de pression. La combustion à gain de pression est une autre forme de combustion qui augmente la pression à travers la chambre de combustion par rapport aux techniques de combustion standard qui entraînent une perte de pression. L’intégration de cette technologie dans une turbine à combustion pourrait permettre d’augmenter encore les performances.
Des cycles de puissance au CO2 supercritique utilisant des turbomachines avancées pourraient améliorer l’efficacité et les performances de certains cycles d’énergie fossile. Les turbines pour ces cycles sont uniques en ce sens qu’elles auront une densité de puissance élevée, des vitesses périphériques plus faibles, une charge élevée des pales et des vitesses d’arbre élevées, ce qui sera pris en compte dans les conceptions finales des turbines. La pression élevée, la température relativement élevée, l’incertitude de l’état de CO2 près du point critique et la densité de puissance élevée créent des défis de conception pour les turbomachines à CO2 supercritiques.
Les cycles de puissance Ultrasupercritiques avancés (AUSC) offrent des améliorations de l’efficacité et des performances pour les turbines à vapeur fonctionnant au-dessus de 700 ° C et de la température et de la pression de la vapeur principale de 220 bars. Les conceptions de turbines à vapeur pour ces cycles et plus poseront des problèmes de turbomachines liés aux matériaux de construction, aux joints d’extrémité d’arbre, aux joints d’aubes de turbine et aux vannes de commande / dérivation de turbine.
Participation NETL
Le programme Turbine avancée soutient des projets de développement de nouvelles technologies pouvant être déployées par l’industrie pour de nouvelles constructions et adaptées au parc existant, et il catalyse une base de connaissances pour les équipementiers nationaux de turbines à combustion et à vapeur.
Le National Energy Technology Laboratory (NETL) prend en charge la technologie avancée des turbines à combustion telles que la combustion à gain de pression, des conceptions de refroidissement innovantes, des matériaux avancés et des systèmes de combustion pour la combustion de l’hydrogène ou des mélanges d’hydrogène et de gaz naturel. Plus d’informations sur le programme de turbine avancée peuvent être trouvées ici.