全球首个干式低NOx氢气专烧燃气轮机的技术验证大获成功！

Original AIpatent AIpatent 前沿研发信息介绍平台 2022-06-12

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本文1813字，阅读约需4分钟

摘要：研究小组利用川崎重工开发的使用微小氢火焰的“微混合燃烧”技术，开发出全球首个干式低NOx氢气专烧燃气轮机，并已从5月开始在日本神户市港岛对其进行技术验证测试。

关键字：干式低NOx氢气专烧燃气轮机、干式燃烧法、氢能发电、氢能社会、水喷射法、微混合燃烧

日本新能源产业技术综合开发机构（以下简称“NEDO”）、川崎重工业株式会社（以下简称“川崎重工”）和株式会社大林组（以下简称“大林组”）在“构建氢能社会的技术开发项目”中展开合作，利用川崎重工开发的“微混合燃烧”技术，于5月开始了干式低NOx氢气专烧燃气轮机的技术验证测试，并在全球首获成功。与一般燃烧方法相比，干式燃烧法的发电效率高，且能够减少NOx的排出量。

另外，还开发出一种将该氢气燃气轮机产生的热量和电力供应到附近设施的系统，并计划今年秋天在神户市港岛对该系统进行技术验证测试，其中，主要对利用干式燃烧法进行氢能发电的稳定运行，以及发电效率和减少环境负荷效果等方面进行性能验证。

图1 干式低NOx氢气专烧燃气轮机的验证测试设备

氢气用途广泛，例如可以用于燃气轮机的发电和燃料电池汽车等，氢气还具有作为能源使用时不排放二氧化碳的特性，因此未来有望作为终极清洁能源发挥重要作用。

NEDO作为实现氢能社会的一个重要组成部分，正在推进“构建氢能社会的技术开发项目”。从2017年到2018年，川崎重工和大林组认为氢气和天然气并用的发电方式是在引入氢能发电期间不可缺少的一项技术，并与神户市和关西电力株式会社展开合作，采用可抑制由局部高温燃烧引起的NOx生成的“水喷射法”，以对可实现天然气和氢气的混合燃烧以及纯氢燃烧的氢气燃气轮机进行验证测试。通过此次在神户市港岛进行的验证测试，全球首次通过氢气专烧实现了向市区的热电联供。

川崎重工从2019年开始对干式低NOx氢气专烧燃气轮机进行技术开发，而本次的技术验证测试所采用的正是由川崎重工开发的干式低NOx氢气专烧燃气轮机，并在全球首获成功。本次测试以进一步提高氢能的发电效率和降低环境负荷（减少氮氧化物（NOx）的排放量）为目的，对利用干式燃烧法的氢气专烧发电技术进行验证。

在以往的水喷射法中，一般通过将水喷洒到火焰的高温部分以抑制NOx排放，但是随着水的蒸发，发电效率会降低。与水喷射法相比，干式燃烧法的发电效率高，NOx排放量少，但是还存在如何在具有高燃烧速度的氢气燃烧中，抑制火焰回流的同时，使燃烧稳定这一课题。

因此，为解决这一课题，研究小组利用川崎重工开发的使用微小氢火焰的燃烧技术“微混合燃烧”，开发出全球首个干式低NOx氢气专烧燃气轮机，并从2020年5月开始在神户市港岛对其进行技术验证测试。由该氢气燃气轮机和废热回收锅炉组合而成的热电联供系统可以通过蒸汽或热水向周边公共设施提供约1100kW的电力和约2800kW的热能。

图2 干式低NOx氢气专烧燃气轮机和微混合燃烧的图像

验证测试计划从2020年5月间歇地进行至2020年底，对利用干式燃烧法进行氢能发电的稳定运行，以及发电效率和降低环境负荷效果等方面进行性能测试，并结合燃气轮机的技术验证，综合管理“氢”燃料和当地社区的附近设施所利用的“热”和“电”，同时从经济和环境的角度出发，从今年秋天开始实施以最佳控制为目的的综合型能源管理系统的验证测试，并评估未来的业务可行性。

另外，大林组还将研究可有效利用-253℃（1气压）下液态氢的冷热系统。燃气轮机运转所需的氢气是通过在蒸发器中对液态氢进行气化而得到的，但是目前，还无法有效利用从蒸发器释放出的冷热。在夏季等外部气温较高的情况下，燃气轮机的进气温度会上升，导致发电输出降低。另外，液态氢的蒸发器会因与外部空气的温差而结霜，而为了除霜必须停止蒸发器运行。

在本次研究的系统中，通过将液态氢气化时产生的冷热用于冷却燃气轮机的进气，在电力需求较高的夏季，可以提高发电输出和发电效率。

另外，通过利用中间热介质（丙烷气等）从液态氢中获取冷热，可以避免蒸发器的结霜，从而使其连续运行。如果该系统能够在将来投入实际使用，则可以利用液态氢的冷热而不会产生浪费，为能源管理系统整体的高效率化做出贡献。

图3 利用液态氢冷热的燃气轮机进气冷却系统的示意图

NEDO、川崎重工和大林组致力于建立可高效利用当地社区能源的新能源供给系统，以扩大氢能源利用规模，从而实现氢能社会。

【项目概要】

（1）项目名称：

构建氢能社会的技术开发项目/大规模氢能利用技术开发/干式低NOx氢气专烧燃气轮机技术开发与验证测试项目

（2）实施时间：

2019年5月～2021年2月

（3）开发内容：

i）干式低NOx氢气专烧燃气轮机的运行验证

・利用干式燃烧法的氢燃气轮机的运行验证（川崎重工）