Japon : une turbine à gaz alimentée par un mélange d’hydrogène à 30%

Une turbine à gaz à grande échelle destinée à la production d’électricité est actuellement en cours de développement chez Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS). La co-entreprise a réalisé avec succès un essai de combustion à partir d’un mélange d’hydrogène à 30% (*1).

Les résultats de l’essai ont confirmé qu’en utilisant le brûleur exclusif de MHPS, qui a récemment été développé pour brûler de l’hydrogène, une combustion stable peut être obtenue même lorsque l’hydrogène est mélangé avec du gaz naturel. En utilisant un mélange d’hydrogène à 30%, une réduction de 10% des émissions de dioxyde de carbone (CO2) a été obtenue, par rapport aux centrales électriques au gaz naturel.

L’essai de combustion à l’hydrogène a été réalisé par Taksago Works au niveau d’un site d’essai de combustion utilisant des situations de pression réelle, et ce dans le cadre d’un projet de la New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) du Japon visant à développer des technologies permettant de créer une « société de l’hydrogène (*2) ».

Les conditions d’essai de combustion ont nécessité une température d’entrée turbine de 1600°C, soit l’équivalent de 700 mégawatts (MW), en utilisant la chambre de combustion de prémélange des turbines à gaz de série J alimentées au gaz naturel, qui fournit une efficacité énergétique supérieure à 63 %. Avec un mélange d’hydrogène à 30%, une combustion stable a été démontrée tout en obtenant des valeurs seuils satisfaisantes et utilisables concernant les émissions d’oxyde d’azote (NOx), l’oscillation de combustion, etc. (*3)

La technologie de combustion basée sur un mélange d’hydrogène stable appliquée à la turbine à gaz à grande échelle utilise la chambre de combustion à sec à faible production de NOx (dry low-NOx, DLN) de MHPS, développée pour ce projet et qui constitue une version améliorée par rapport aux chambres de combustion au gaz naturel de la société. La méthode de combustion est le prémélange, domaine dans lequel MHPS possède une grande expérience grâce à son utilisation de chambres de combustion à DLN. La buse de carburant de la chambre de combustion crée un flux d’air rotationnel qui permet la formation d’un gaz prémélangé plus uniforme, conduisant à un faible taux de NOx. Outre la chambre de combustion, les équipements actuellement en place peuvent être utilisés sans modification, réduisant ainsi les coûts potentiels de conversion d’une centrale électrique au gaz naturel en une usine d’hydrogène.

Au Japon, sous l’égide du ministère de l’Économie, du Commerce et de l’Industrie et du bureau du Cabinet, des efforts sont en cours pour faire de l’hydrogène l’une des principales énergies de la nation. La recherche et le développement de turbines à gaz alimentées à l’hydrogène se concentrent actuellement sur des turbines à gaz de petite et moyenne taille pour des centrales thermiques à petite échelle adaptées à la production d’énergie distribuée ou à la cogénération entre plusieurs zones. Désormais, après des essais réussis montrant qu’il est possible d’utiliser de l’hydrogène comme combustible dans une turbine à gaz à grande échelle destinée aux centrales thermiques à grande échelle, les attentes se concentrent sur la nouvelle technologie qui devrait contribuer grandement à alléger le fardeau sur l’environnement mondial que représente la production d’électricité. Ceci est la première étape vers la réalisation d’une société de l’hydrogène sans CO2, une stratégie clé établie en décembre dernier lors de la deuxième réunion du Conseil ministériel japonais sur l’énergie renouvelable, l’hydrogène et les questions connexes.

Suite aux résultats positifs de cet essai, MHPS va accélérer le développement de turbines à gaz alimentées à l’hydrogène et encourager l’utilisation d’hydrogène par les exploitants de centrales thermiques. Mitsubishi Heavy Industries Group est également un leader dans la technologie de captage et de stockage du CO2 (CSC), ce qui est indispensable pour la fourniture d’hydrogène sans carbone. En reliant ces technologies, le Groupe est en mesure de mener le développement d’une chaîne d’approvisionnement internationale couvrant l’approvisionnement en hydrogène, ainsi que son transport et son stockage, contribuant ainsi à la réalisation d’une société de l’hydrogène.

Notes :

*1 : Le rapport de la teneur en hydrogène indique le rapport volumique.
*2 : Une société de l'hydrogène utilise largement l'hydrogène, une énergie propre et sans carbone qui ne dégage aucun gaz à effet de serre.
*3 : Dans les faits, le projet de la NEDO vise un mélange d'hydrogène à 20 %. À des fins d'essai, un mélange à 30 % a été utilisé afin d'obtenir une tolérance suffisante pour une utilisation dans les centrales électriques réelles. À l'avenir, les efforts continueront de se concentrer sur l'amélioration de la technologie de combustion mixte.