Un bon nettoyage : les turbines à gaz mobiles de GE peuvent désormais respecter certaines des réglementations les plus strictes en matière d'émissions de CO et de NOx

Apr 27, 2023

Les deux premières décennies de ce siècle n'ont pas été tendres avec les Californiens. La méga-sécheresse en cours qui en est maintenant à sa 22e année est la plus grave depuis l'an 800, laissant d'immenses étendues vulnérables aux incendies de forêt record. La sécheresse a également laissé les réservoirs de la Californie, et donc son approvisionnement hydroélectrique, à des niveaux alarmants. Anticipant une pénurie d'approvisionnement si l'hydroélectricité s'épuise, le Département des ressources en eau (DWR) de l'État a agi en tant qu'agent d'approvisionnement, mettant en service quatre des turbines à gaz aérodérivées TM2500 à démarrage rapide de GE pour aider à garder les lumières des clients allumées en cas de catastrophe naturelle et lorsque l'hydroélectricité et d'autres les énergies renouvelables ne suffisent pas à elles seules à produire suffisamment d'électricité pour répondre à la demande.

Les quatre turbines alimentées au gaz naturel, d'une capacité combinée de 136 mégawatts - assez pour alimenter l'équivalent d'environ 130 000 foyers américains - ont été installées par Kiewit Power Constructors dans les usines de Roseville et de Yuba City, au nord de Sacramento. Les unités peuvent être démarrées et fournir leur pleine puissance pour soutenir le réseau en cinq minutes, sous la direction du California Independent System Operator ou de la Western Area Power Authority.

Dans leur configuration standard, les turbines mobiles, généralement utilisées pour une utilisation d'urgence, répondent déjà aux normes d'émissions de la Banque mondiale. La Californie, qui possède l'une des réglementations sur les émissions les plus strictes au monde, exige des émissions d'oxyde d'azote (NOx) et de monoxyde de carbone (CO) encore plus faibles. GE et ses partenaires ont donc dû développer une solution pour sa turbine à gaz mobile.

Le monoxyde de carbone contribue indirectement au changement climatique en se transformant dans l'atmosphère en ozone (alias smog) et en méthane, les deuxième et troisième gaz à effet de serre les plus impactants après le dioxyde de carbone. Les oxydes d'azote (principalement NO et NO2, collectivement appelés NOx), quant à eux, peuvent avoir un impact important sur la santé humaine.

Pour faire face à ce défi des émissions, GE a travaillé en juin avec DWR pour développer une solution pour ses turbines à gaz mobiles utilisant la technologie de réduction catalytique sélective, ou SCR. Essentiellement un convertisseur catalytique comme celui sur le tuyau d'échappement d'une voiture, mais avec une cheminée de 70 pieds (22 mètres) de haut, le SCR peut réduire les émissions de CO et de NOx jusqu'à 90 %.

« La technologie mobile aérodérivée de GE, généralement utilisée pour l'alimentation de secours, est un complément parfait aux énergies renouvelables et aux cas d'utilisation de puissance de pointe dans le monde entier », déclare Clive Nickolay, PDG de la ligne d'activité aérodérivation de GE Gas Power. "Nous sommes ravis de fournir aux exploitants de centrales électriques comme DWR la flexibilité d'installer rapidement une alimentation temporaire en cas de besoin, tout en réalisant des progrès significatifs dans la réduction des niveaux d'émissions de NOx et de CO à un chiffre à un chiffre, ce qui les positionne pour un avenir à faible émission de carbone."

L'une des vertus du TM2500 - une turbine aérodérivée, c'est-à-dire un moteur à réaction reconfiguré - est qu'il peut être monté sur une remorque, remorqué jusqu'à un site et mis en place rapidement, soutenant les opérateurs de réseau et les fournisseurs d'électricité confrontés à une urgence du réseau.

"L'unité TM2500 peut être installée en à peine deux semaines", déclare Patrick Maher, responsable de la commercialisation des projets d'énergie aérodérivée chez GE Gas Power, qui a supervisé le projet SCR. "Nous voulions créer une solution pour le SCR qui puisse être installée presque à la même vitesse. Il n'a fallu que quelques semaines pour assembler cette unité, grâce à ses composants modulaires préassemblés." Le temps d'installation plus rapide se traduit par une réduction des coûts pour le client.

Comment ça marche? "Un catalyseur est un peu comme un nid d'abeilles - de très petits carrés à travers lesquels les gaz d'échappement de la turbine à gaz passeront", explique Maher. "Lorsque les gaz d'échappement traversent ce catalyseur, le CO s'oxyde en CO2, éliminant efficacement le CO du flux d'échappement." Pour réduire les NOx, il faut un deuxième catalyseur. L'échappement de la turbine est mélangé avec de l'ammoniac vaporisé puis passe à travers le deuxième catalyseur. La réaction convertit les NOx en azote et en vapeur d'eau.

Plus de 300 TM2500 sont déployés dans le monde, avec plus de 6 millions d'heures de fonctionnement. Un client récent est l'Office fédéral de l'énergie de la Suisse, qui installe huit des turbines dans une centrale électrique près de Zurich pour aider à faire face à une éventuelle pénurie d'électricité cet hiver. Désormais, des pays comme la Suisse et d'autres pays plus avancés ayant des exigences strictes en matière de CO et de NOx ont la possibilité de réduire davantage leurs émissions selon les besoins en utilisant des turbines à gaz mobiles GE.

À l'avenir, le Saint Graal est la capacité de faire fonctionner ces turbines avec des carburants à zéro ou à faible émission de carbone, comme l'hydrogène vert. Aujourd'hui, ces machines sont déjà capables de brûler 75 % d'hydrogène, et à mesure que l'économie de l'hydrogène (H2) se développe, GE développera davantage la capacité du TM2500 à brûler 100 % de H2 dans ses turbines à gaz mobiles, éliminant ainsi les émissions de CO2 pendant le fonctionnement. Cela donnera à terme aux exploitants de centrales électriques l'avantage non seulement d'utiliser les solutions de démarrage rapide/de pointe, mais également de disposer d'une solution de production d'électricité à émissions nettes nulles de carbone pouvant être utilisée dans le monde entier.

GE travaille déjà pour tester des mélanges d'hydrogène et de gaz naturel. Un exemple est le test récent avec la New York Power Authority sur une turbine à gaz aérodérivée GE LM6000 qui a montré une corrélation claire entre plus d'hydrogène et moins d'émissions de CO2, où les taux ont été réduits d'environ 14 % à 35 % en volume de cocombustion d'hydrogène, tandis que les NOx Les niveaux de , de CO et d'ammoniac ont également été maintenus en dessous des limites réglementaires. Pourtant, alors que le CO2 et le CO disparaîtraient dans un monde axé sur l'hydrogène, les NOx resteraient et des solutions comme celles que GE a développées en Californie fonctionneront pour maintenir les émissions de NOx à un faible niveau.

Comme pour tout problème complexe, maintenir les gaz à effet de serre et autres émissions hors de l'air nécessite une série de stratégies complémentaires. La flexibilité de la technologie des turbines à gaz aérodérivées de GE avec des machines telles que la TM2500 représente un outil clé dans le mix énergétique, compte tenu de sa capacité à compléter l'énergie renouvelable avec des temps de démarrage rapides. "C'est une belle addition", dit Maher. "En raison de sa modularité, c'est une option rentable, elle a un faible coût de maintenance et elle a un impact plus faible sur l'environnement que les options précédentes."