Le turbine a combustione (gas) sono componenti chiave di sistemi avanzati progettati per nuove centrali elettriche negli Stati Uniti. Con le turbine a gas, le centrali elettriche forniranno energia pulita, sempre più efficiente in termini di carburante e relativamente a basso costo.
Cicli avanzati basati su turbine come i cicli di potenza supercritici basati su CO2 (sCO2) hanno mostrato il potenziale per aumentare l’efficienza di conversione da calore a elettricità, l’alta densità di potenza e la semplicità di funzionamento rispetto ai cicli di potenza esistenti basati su vapore. Il ciclo di potenza sCO2 utilizza piccole turbomacchine, è neutro e/o fonte di calore ed efficiente.
Il DOE degli Stati Uniti continua i suoi sforzi per spingere i limiti delle prestazioni delle turbine in risposta alle crescenti sfide di alimentazione della nazione concentrandosi sui fattori sottostanti che influenzano la combustione, l’aerodinamica / trasferimento di calore e i materiali per turbine avanzate e cicli di potenza basati sulle turbine. La temperatura continua ad essere la barriera per aumentare l’efficienza della turbina. La ricerca perseguita dal programma consentirà alle turbine di funzionare oltre i 3100°F, con basse emissioni di NOx, maggiore potenza e efficienze superiori al 65%. Alcune delle tecnologie che consentiranno questo salto di trasformazione nelle capacità includono compositi a matrice ceramica (CMC) per profili aerodinamici e componenti di combustione, avanzato sistema di combustione micro-mixer a basso contenuto di NOx che può sparare efficientemente più combustibili a carichi diversi mantenendo basse le emissioni e combustione a guadagno di pressione. Guadagno di pressione la combustione è una forma alternativa di combustione che aumenta la pressione attraverso il combustore rispetto alle tecniche di combustione standard che provocano una perdita di pressione. L’integrazione di questa tecnologia in una turbina a combustione potrebbe fornire ulteriori aumenti delle prestazioni.
I cicli supercritici di potenza CO2 che utilizzano turbomacchine avanzate potrebbero offrire miglioramenti di efficienza e prestazioni per alcuni cicli di energia fossile. Le turbine per questi cicli sono uniche in quanto avranno un’elevata densità di potenza, velocità periferiche inferiori, elevato carico delle pale e alte velocità dell’albero, tutte fattori nei progetti finali delle turbine. L’alta pressione, la temperatura relativamente elevata, l’incertezza dello stato di CO2 vicino al punto critico e l’alta densità di potenza creano sfide progettuali per la turbomacchineria supercritica di CO2.
I cicli di potenza ultrasupercritici avanzati (AUSC) offrono miglioramenti di efficienza e prestazioni per turbine a vapore che operano sopra 700°C e 220 bar di temperatura e pressione del vapore principale. I progetti di turbine a vapore per questi cicli e superiori avranno sfide turbomacchine relative ai materiali di costruzione, alle guarnizioni di estremità dell’albero, alle guarnizioni delle pale della turbina e alle valvole di controllo/bypass della turbina.
NETL Involvement
Il programma Advanced Turbine supporta progetti per lo sviluppo di nuove tecnologie che possono essere implementate dall’industria per nuove costruzioni e adattate alla flotta esistente, e catalizza una base di conoscenze per gli OEM domestici di turbine a combustione e vapore.
Il National Energy Technology Laboratory (NETL) supporta la tecnologia avanzata delle turbine a combustione come la combustione a guadagno di pressione, progetti innovativi di raffreddamento, materiali avanzati e sistemi di combustione per la combustione di idrogeno o miscele di idrogeno e gas naturale. Maggiori informazioni sul programma Advanced Turbine possono essere trovate qui.