Изследователи от Технологичния институт в Карлсруе (KIT) постигнаха значителен успех в областта на водородната енергетика, като пуснаха в експлоатация нова газова турбина без компресор, която работи рекордните 303 секунди. В горелката си те използват усъвършенствана форма на горене с повишено налягане, като надминаха предишния рекорд на НАСА, който беше 250 секунди.

Този резултат също така бележи напредък по пътя към използването на водород за по-чисто производство на енергия. За разлика от природния газ, водородът може да се получава чрез използване на възобновяеми енергийни източници. По-рано тази година екипът на KIT също така стана първият, който е произвел електроенергия с помощта на водородна газова турбина, която не разчита на механичен компресор. Предишните експерименти можеха да продължат само части от секундата, тъй като по-продължителната работа водеше до стопяване на горивните камери. Новото изпитание удължи времето на работа до повече от пет минути.

„Това е важна стъпка към високоефективна и гъвкава водородна енергетика за енергийна система без въглеродни емисии.“

твърдят учените

Ключовото предимство на конструкцията се състои в това, че тя не изисква разход на енергия за компресиране на въздуха преди началото на горенето. Обикновените газови турбини, например тези, която се използват в електроцентралите или под крилата на самолетите изразходват около 50% от мощността си за компресиране на въздуха до високото налягане, необходимо за ефективно изгаряне – тази мощност след това не е достъпна за производство на електроенергия.

Детонационните вълни заместват компресора

Новата турбина е изградена на принципа на горенето с повишаване на налягането. Обикновените газови турбини използват механичен компресор за повишаване на налягането на въздуха – процес, който може да отнеме приблизително половината от изходната мощност на турбината. Системата на KIT създава необходимото налягане директно вътре в горивната камера. Детонационните вълни се образуват в резултат на хидромеханична нестабилност, включваща вълнови и вихрови структури в газовите потоци. Това позволява на турбината да работи без механичен компресор. Премахването на компресора може да намали загубите на енергия, да намали броя на движещите се компоненти и да повиши общата ефективност.

Технологията може да работи с горива, различни от водорода, но водородът е особено подходящ, тъй като реагира много бързо и може да създаде стабилно повишаване на налягането. Изследователите твърдят, че този подход в крайна сметка може да доведе до създаването на по-леки, по-евтини и високоефективни турбини. Потенциалните области на приложение включват производството на електроенергия и в дългосрочен план – авиацията.

Свързването на горивната камера с турбината и превръщането на интензивното горене в нея в електроенергия създаде допълнителни инженерни предизвикателства. Бързите и мощни реакции вътре в камерата затрудняват стабилното предаване на енергия към турбината.

„Това е изключително сложно, защото много бързите и интензивни процеси на горене в камерата затрудняват стабилното предаване на енергия към турбината. Ние сме първите, които успяха успешно да пуснат такава турбина и да произведат електроенергия в процеса.“

заявиха учените