ההשפעה הסביבתית של גז Turbine Emissions ו- Mitigation Technologies

טורבינות גז מניעות את עמוד השדרה של הדור העולמי של כוח, תעופה אזרחית, ותהליכים תעשייתיים רבים, פרס על צפיפות הכוח הגבוהה שלהם, יכולות סטארט-אפ מהירות ויעילות תרמית.עם זאת, ההסתמכות שלהם על שריפת דלק מאובנים משחררת קוקטייל של פליטות המשפיעות עמוקות על איכות האוויר, בריאות האדם, ואת האקלים.הבנת היקף המלא של השפעות סביבתיות אלה וטכנולוגיות שנועדו להקטין אותם הוא קריטי עבור פיתוח גז טורבינות ואסטרטגיות מתקדמות עם התפתחות מקיפה היום.

זיהום ראשוני של גז Turbine Combustion

טורבינות גז מכיל מספר קטגוריות שלמזהמים, כל אחד עם השלכות סביבתיות ובריאות נפרדות.שלושת המשמעותיים ביותר הם פחמן דו חמצני (CO2), תחמוצת חנקן (NOx), וחומר חלקיקים (PM) פחות אך עדיין פליטות חשובות כוללות תחמוצת sulfur (SOx), פחמימנים לא מבושלים (UHC), פחמן חד תחמוצת (CO) בדיוק תלוי בסוג דלק (ne, גז טבעי, גזי גס, דלק, דלק, דלק).

פחמן די תחמוצת (CO2) ואקלים

CO2 הוא גז החממה הדומיננטי (GHG) הנפלט טורבינות גז.למרות שבעירה גז טבעי מייצרת כמחצית מ- CO2 ליחידת האנרגיה בהשוואה לפחם, נפח הטורפת גז ברחבי העולם (מעל 1,800 GW מותקנת) הופך אותו לגורם מרכזי ללכידת פחמן דו-חמצני, על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA), תחנות כוח גז בעלות על 22% מהאנרגיה העולמית, ו- 202F2F2 מצמצם את פליטות הפחמן באופן אגרסיבי להפחתה של צריכת דלק באופן משמעותי, כמעט כל שנה.

Nitrogen Oxides (NOx) - Smog ו- Acidification

(בעיקר NO ו- NO2) צורה כאשר חנקן באוויר ההבעירה מגיב עם חמצן בטמפרטורות גבוהות של להבה (תוספתן NOx) או באמצעות חנקן גז טורבינות לפעול בטמפרטורות גבוהות כדי להשיג יעילות תרמית, אשר באופן טבעי מקדם את היווצרות NOx.לאחר פולטים, NOx תורם לאזון ברמה הקרקעית (רכיב מרכזי של smog), גירוי נשימתי, ומערכת אקולוגית מופחתת לדלקת ריאות (OL) מופחתת (אוקס) הוא גורם נמוך יותר להתקפות חומצה כימית של HIV.

Particulate Matter (PM) - בריאות וזמינות

טורבינות גז פולטות חלקיקים יפים המורכבים מ-Soot (פחמן שחור), אפר, ומזהמים הידרופחמנים (פחמימנים) חלקיקים אלה, במיוחד אלה קטנים מ-2.5 מיקרונים (PM2.5), יכולים לחדור עמוק לתוך הריאות ולחדור למחזור הדם, מה שגורם לב וכלי דם ומחלות.הארגון הבריאות העולמי מצמצם את PM2.5 כ-ACT1.

הרשאות אחרות: SOx, CO, ו- Unburned Hydrocarbons

תחמוצות Sulfur מתעוררות מ גופרית בדלק; גז טבעי הוא בדרך כלל ללא גופר, אבל דלק נוזלי כמו דיזל או kerosene עשוי להכיל גופרית, המוביל לפליטת SO2 וגשם חומצי.פחמן פחמן חד תחמוצת הפחמן ופחמימנים ללא שריפת שומן כתוצאה מבעירה לא שלמה, במיוחד בהגדרות כוח נמוכות או במהלך פעולות טרנספורמטים מודרניים, הם נשארים רלוונטיים עבור איכות האוויר המקומית ותפקוד רגולטורי.

המונחים: environmental consequences

שינויי אקלים והתחממות גלובלית

פליטות גז ישירות להשפיע על מאזן האנרגיה העולמי. CO2 יש חיים אטמוספיריים ארוכים (המרכזים), כך שכל אחד מהם פולט טון מצטבר.דוח השישי של ה- IPCC קובע כי התחממות הנגרמת על ידי אדם הגיעה ל-1.1 מעלות צלזיוס מעל רמות טרום-תעשייתיות ב-2010, עם אספקת דלק מאובנים של גזי אנרגיה היא גם פולטת את הדליפה הטבעית (מחילת גז של פחמן) ו- 10.

איכות האוויר והבריאות האנושית

NOx, ראש הממשלה ו- ozone נוצרו מתופעות אוויריות מרמות בקנה מידה עירוניים ואזוריים.מחקרים על ידי מכון הבריאות מראים כי חשיפה למזהמים בעלי יכולת הבעירה קשורה למיליוני מקרי מוות מוקדמים מדי שנה.תחנות כוח ומנועי מטוסים הפועלים בסמוך לאזורים מאוכלסים בצפיפות מחמירים את מצב זיהום האוויר המקומי.

גשם חומצי ומערכת אקולוגית

NOx הופך חומצה חנקית באווירה, להפקיד על הקרקע וגופים מים, גרימת חומציות. זה מזיק יערות, פוגע חיים מימיים, וחוסנים חומרים מזינים חיוניים מן הקרקעות. בעוד תקנות כמו חוק האוויר נקי ארה"ב והאיחוד האירופי Emissions הוראה לחתוך באופן משמעותי את קצב הסימון nox מאז שנות ה -70, מתקני גז גדולים ללא SCR או שליטה מקומית עדיין לתרום לרקמות משניות, ללא חומרים רעילים.

המונחים: growth Emission Reductions

תקנות גלובליות, לאומיות ומקומיות יותר ויותר לכפות מפעילי גז לאמץ טכנולוגיות בקרה זמינות ביותר.EPA מגדירות סטנדרטים חדשים של ביצועי מקור (NSPS) עבור טורבינות גז מתחת ל-40 CFR חלק 60, הטלת מגבלות NOx המבוססות על מעמד טורבינות ודלק.החוק של האיחוד האירופי ללכידת דלק (IED) דורש בסופו של דבר את מיטב הטכניקות הזמינות (BAT) של ארגון התעופה הבינלאומי (O) יש צורך ב-CO2 לכידת פחמן (התקן בינלאומי) ו-CO-C) לתקני אבטחה (IED) לתקני פחמן (IED) ו-CDC (IED) אשר דורשות אבטחה (IED) של האיחוד האירופי, אשר דורשות אבטחה גבוהה יותר מ-CO2, אשר דורשות אבטחה (IED) של מערכת שיפוטיתחליף יותר מ-CO) של מערכת שיפוטית תקן בינלאומי (IED) דרישות אבטחה גבוהה יותר, EU.

טכנולוגיות: פתרונות נוכחיים ועתידיים

טכנולוגיות מייגציה מקיימות שינויים בהתקפה, לאחר טיפול במערכות, שיפורי דלק ולכידת פחמן.כאן אנו חוקרים את השיטות המשפיעות ביותר בשימוש ופיתוח הנוכחי.

Exhaust Gas Recirculation (EGR)

EGR להסיט חלק גזי ממצה בחזרה לתוך הקובוסטור, מלוטש ריכוז החמצן והורדת טמפרטורת הלהבה שיא.זה מפחית היווצרות NOx תרמי על ידי עד 40-60% בעיצובים מסוימים.אתגרים כוללים השפעות פוטנציאליות על יציבות הבעירה, מהירות הלהבה, ופליטת COGR. מערכות EGR מתקדמות בשימוש בטורבינה גז משולב (CCGT) עוזרות ללא מגבלות חמורות ללא מרשם, בעיקר לא יכולות של פחמן או לא.

ניכוי קטליטי (SCR)

SCR היא טכנולוגיה שלאחר-בעירה שמזריקת אמוניה או urea לתוך זרם ממצה, אשר מגיבה עם NOx על זרז כדי ליצור N2 ומים. מערכות SCR יכול להשיג יעילות של הסתברות של 80-95% על פני חלון טמפרטורה רחב (בדרך כלל 300-450 מעלות צלזיוס) הם פרוסים נרחבים בתחנות כוח טורבינות גז גדולות ויישומים תעשייתיים.

Lean Premixed Combustion & יבש נמוך-NOx (DLN) Burners

טורבינות גז מודרניות להעסיק כוויות מתוחכמות יותר כאשר דלק ואוויר מעורבים ביסודיות לפני הזרה, וכתוצאה מכך תערובת רזה יותר וטמפרטורות להבה נמוכה יותר. כוויות דלות יבשות להשתמש בבעירה ממולאת כדי לשלוט בטמפרטורה.טכנולוגיות אלה יכולות להשיג רמות NOx מתחת 9 ppm (ב 15% O2) ללא מים או זריקה.

איכות דלק ודלק Switching

מעבר שמן דלק כבד (HFO) או דיזל גז טבעי מיד להפחית SOx, ראש הממשלה, ו CO2 פליטות. Beyond Natural גז טבעי, גזים מתחדשים כמו ביומטראן (התמ"ג) ניתן להשתמש עם שינויים מינימליים לטורבינה הקיימת, מתן הפחתה של CO2 נטו ל- hydrogen הוא הדלק ה- Zero-carbon המבטיח ביותר, אך הבעירה דורש ניהול זהה של מהירות ו- NOx2 לצריכת דלק גרעיני (Flastic) עם ממוצע של 10.

לכידת פחמן, אוחוסן ואחסון (CCUS)

CCUS היא הטכנולוגיה היחידה שיכולה לחסל פליטות CO2 מטורפות גז מבלי להחליף את תהליך הבעירה. Post-combustion ללכוד באמצעות פותרים כימיים (amines) יכול להפריד CO2 מגז פלון עבור צינורות והובלת אתרי אחסון או ניצול.עמוד האנרגיה (עומס כפול) עבור CCUS הוא משמעותי, בדרך כלל 8-12% הפסד, אך ההתקדמות בתהליך כימיה ואינטגרציה הם צמצום עלויות ייצור אוויריות מסחריות כגון: CCS).

הזרקת מים וזריקות Steam

הזרקת מים או קיטור לתוך אזור ההבעירה מפחיתה את טמפרטורת הלהבה ואת היווצרות NOx. שיטה זו יכולה לחתוך NOx על ידי 50-80%.עם זאת, זה מגביר את צריכת הדלק (היעילות השנייה טיפות) ויכול לגרום קורוזיה, בעיות צריכת מים, ופליטות פחמן גבוה יותר.זה טכנולוגיה בוגרת בשימוש בטורפות ישנות יותר, אבל כוויות DLN מודרניות שולבו אותו בעיקר עבור מתקנים חדשים.

שיקולים כלכליים ומבצעיים

יישום טכנולוגיות הקטנת כרוך בהוצאות הון (CapEx) ועלויות התפעול (OpEx) SCR, למשל, דורש החלפת זרז כל 2-3 שנים. כוויות דלות יבשות ללא כל אפשרות, אך עשוי לדרוש תחזוקה תכופה יותר.פחמן לכידת מוסיף 60-100% למחיר המטבולי של חשמל (LE) עבור תחנת דלק NGCC, אם כי עלויות מופחתות של הממשלה, תמחור פחמן (g) מ- 20 תחזיות כוח חדשות), לאחר אינפלציה, החל מ-32, החל מ-Reactative, לאחר תקנים חדשים של סוכנות הפחתת עלויות תפעוליים, החל מ-C.

מחקרים בנושא Emission Reduction

צי טורבסין של יפן אולטרה-Low NOx Gas Turbine

יפן, עם תקני איכות אוויר מחמירים, כבר פרסה צינורות DLN מתקדמים ו-SCR על פני צי טורבינות גז שלה.שימושים גדולים כמו טוקיו חשמל החברה (TEPCO) מדווחים באופן עקבי על פליטות NOx מתחת 5 ppm בצמחים חדשים משולבים מחזור. צפיפות האוכלוסייה גבוהה מפעילה תקנות אגרסיביות, מראה כי ליד אפס טורבינות גז היא טכנית וחסכונית.

פרויקט אורות הצפון של Equinor

פרויקט האורות הצפוני של Equinor בנורבגיה הוא פרויקט התחבורה הפתוח הראשון בעולם ותשתית אחסון, קבלת פליטות ממקורות תעשייתיים מרובים כולל תחנות כוח מכוסות גז.הפרויקט, חלק מיוזמה CCS של נורוויג'ן, מדגים כיצד מפעילי טורבינות גז יכולים לגשת לקיבולת אחסון CO2 משותפת, ובכך להפחית משמעותית את העלות עבור CCUS.

דלתא Air Lines' Sustainable Air Fuel (SAF)

בעוד שלא ישירות טורבינות גז, ענף התעופה הוא משתמש מרכזי.דלתא משתפת פעולה עם יצרנים כדי לבדוק תערובת של kerosene סינתטי ממקורות מתחדשים (SAF) למרות ש- SAF אינו מקטין את CO2 במהלך הבעירה (הפחמן הוא ביוגני), ניתוח מחזור חיים מראה עד 80% ירידה בהשוואה לדלק סילון מאובנים.זה מדגיש את החשיבות של דלק שמקורו במשוואה הפליטה.

כיוונים עתידיים: Hydrogen, Electrification, ו- Digital Optimization

המסלול הארוך של טורבינות גז מצביע על מימן כדלק עיקרי.רוב OEM (GE, Siemens Energy, Mitsubishi Power) מפתחים 100% מקובעים בעלי יכולת מימן עם בדיקות.ייצור מימן מ אלקטרוליטיזה ( מימן ירוק) או מגז מאובנים עם CCS (כחול מימן) יספק את ההזנה.

Electrification של כמה תהליכים המשמשים כיום טורבינות גז (למשל, כונן מכני עבור דחיסות) הוא להאט את הצמיחה של הביקוש טורבינות גז נשאר חיוני ליציבות הרשת בשל יכולות הגדלות המהירות שלהם, משלימים משתנים מתחדשים.ברשת מחוסמת עמוק, טורבינות גז יפעלו בגורמים נמוכים, אך דורש פליטות אפסיות כמעט כאשר הם פועלים, מקבל מימן ונכונות עסקית חיונית.

תאומים דיגיטליים, למידת מכונה, ו ניטור פליטה בזמן אמת מאפשרים אופטימיזציה דינמי של פרמטרים של הבעירה למזער NOx ו CO בו זמנית על פני טווחי עומס. חיישנים מתקדמים ובקרות מאפשרות לטורבינות לפעול קרוב יותר לגבולות הפליטה מבלי להתעלות עליהם, למקסם את היעילות ולהפחית את השימוש לאחר טיפול מחדש.

מסקנה: A Pragmatic Path Forward

פליטות גז טורבינות הן אתגר סביבתי משמעותי אך מנוהל.המזהמים העיקריים - CO2, NOx, PM - כל אחד מהם יש השפעות מזיקות על האקלים, הבריאות, המערכת האקולוגית. למרבה המזל, ערכת כלים חזקה של טכנולוגיות הפחתה קיימת: החל משינויים בהפחתת דלקות ופחתת צריכת דלק של DCRUS, ללא טכנולוגיה אחת מספקת פתרון שלם; השילוב האופטימלי תלוי בדלק, לחץ רגולטורי, לחץ, ומערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה, וספקית אבטחה יעילה, וספקית אבטחה בטוחה של DD-D-D-D-D-COPSC, חייב להפחתת יעילות, כדי להמשיך את הפחתת יעילות, כדי להמשיך את הפחתת יעילות של אבטחה באופן דרסטי של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של תרופות אבטחה בטוחה.