Давняя мечта энергетиков применить водород для добычи тепла и электричества может осуществиться благодаря научным исследованиям ученых Пермского политехнического университета: они нашли способ использовать безопасное для экологии топливо в генерирующих турбинах теплоэлектростанций. Большинство современных генерирующих станций добывают ресурсы благодаря сжиганию угля, нефти или природного газа.
Именно эти ископаемые обеспечивают большую часть энергии в мире, но из-за их повсеместного использования необратимо растет концентрация парниковых газов в атмосфере. Кроме того, запасы углеводородов ограничены, а их добыча с каждым годом требует все больших затрат и освоения труднодоступных месторождений. Наиболее перспективным вариантом замены является водород.
После сгорания он оставляет водяной пар, который не представляет опасности для окружающей среды. Более того, водород дает очень много энергии - при сжигании он выделяет почти в три раза больше тепла, чем бензин, и в четыре раза больше, чем метан. Это значит, что для получения той же мощности нужно меньше топлива. Однако перевести на водород уже работающие генерирующие станции без предварительной адаптации невозможно.
Высокая энергоемкость этого газа опасна для оборудования - может вывести его из строя всего за несколько часов работы. Разработка новых камер сгорания требует огромных вложений и многолетних испытаний. Ученые нашли способ заставить водород стабильно сгорать в камере газотурбинной установки и не повреждать при этом оборудование. Для этого они создали 3D-модель камеры сгорания, учтя все ее конструктивные особенности.
Такой подход позволил отследить процессы, происходящие внутри устройства: как меняется температура, формируется пламя и как распределяются вредные вещества. "С помощью модели мы нашли точные значения, при которых горение водорода остается стабильным. В частности, исследования показали, что при использовании определенных режимов подачи топлива и воздуха положение пламени становится фиксированным, а температура на выходе из камеры соответствует норме.
То есть этот режим позволяет исключить риск перегрева генерирующего оборудования", - рассказал один из авторов научной разработки Станислав Архипов. По словам эксперта, теперь инженеры смогут использовать полученные цифры для настройки существующих турбин, спроектированных под природный газ. Научное исследование позволит защитить оборудование от перегрева и разрушения.