Исследовательская группа Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии недавно объявила, что она совершила крупный прорыв в технологии газовых турбин без сжатия: она может стабильно приводить в действие газовую турбину для выработки электроэнергии без механического сжатия воздуха. Его последний эксперимент имеет непрерывное время работы более 5 минут, устраняя предыдущее техническое узкое место, заключающееся только в кратковременном зажигании и быстром выходе из строя из-за перегрева камеры сгорания.
Результаты рассматриваются как ключевой шаг на пути к будущей энергетической системе, нейтральной по выбросам CO2. Профессор Дэниел Банути, директор Института теплоэнергетических технологий и безопасности KIT (ITES), сказал, что этот прогресс обеспечивает важную техническую поддержку для реализации эффективного и гибкого использования водородной энергии и построения энергетической системы, свободной от ископаемого топлива.
В отличие от традиционных газовых турбин, в которых используются огромные механические компрессоры, эта новая система полностью устраняет необходимость в компрессорах — нет необходимости предварительно сжимать воздух под высоким давлением перед воспламенением. В распространенных в настоящее время газовых турбинах, будь то электростанции или авиационные двигатели, около половины выходной мощности используется для привода компрессора для сжатия воздуха до высокого давления для поддержания эффективного сгорания. Эта часть мощности не может быть преобразована в эффективную выходную мощность. Новый дизайн принципиально обходит это звено «внутреннего потребления» энергии.
Газовая турбина использует так называемый принцип «сгорания с увеличением давления»: вместо механического компрессора для создания необходимого давления используется детонационная волна внутри камеры сгорания. Эти детонационные волны возникают из-за гидродинамической нестабильности — взаимодействия вихревых структур и волн, которые естественным образом накладываются внутри камеры сгорания, увеличивая давление газа без каких-либо движущихся частей. Исследовательская группа отметила, что этот метод не только снижает потери энергии, но и упрощает структуру системы, что, как ожидается, значительно повысит общую эффективность.
В плане выбора топлива система обладает определенной универсальностью, но наиболее идеальным вариантом считается водород. Водород реагирует быстро, что способствует завершению процесса стабильного повышения давления за очень короткое время, тем самым поддерживая высокоэффективное горение. Это означает, что будущие газовые турбины, основанные на этом принципе, как ожидается, будут иметь более легкую и дешевую конструкцию в области производства электроэнергии и могут быть расширены для сценариев применения с более высоким спросом, таких как авиационная двигательная установка.
Настоящая трудность заключается в стабильном соединении такого бурного и быстрого процесса сгорания с турбонаддувом и надежном преобразовании энергии в электрическую мощность. Банути отметил, что из-за чрезвычайно высокой интенсивности сгорания и чрезвычайно короткого времени в камере сгорания очень сложной инженерной задачей является извлечение доступной мощности и привод турбины без нарушения стабильности поля потока. Он подчеркнул, что команда стала лидером в успешном запуске турбины и фактической выработке электроэнергии в этой системе без сжатия, что является первым рекордом в этой области.
Исследовательская группа планирует публично продемонстрировать эту несжимающую газовую турбину на предстоящей выставке в Ганновере, которая пройдет с 20 по 24 апреля 2026 года. Стенд будет расположен на стенде B06 в зале 11, чтобы продемонстрировать промышленности потенциал ее применения в будущем производстве водородной энергии и энергетических системах с нулевым выбросом углерода.