Un buen fregado: las turbinas de gas móviles de GE ahora pueden cumplir con algunas de las regulaciones de emisiones de CO y NOx más estrictas

Aug 13, 2023

Las primeras dos décadas de este siglo no han sido amables con los californianos. La megasequía en curso que ahora está en su vigésimo segundo año es la más severa desde el año 800, dejando grandes franjas vulnerables a incendios forestales sin precedentes. La sequía también ha dejado los embalses de California, y por lo tanto su suministro de energía hidroeléctrica, en niveles alarmantemente bajos. Anticipándose a una escasez de suministro si la energía hidroeléctrica se agota, el Departamento de Recursos Hídricos (DWR) del estado actuó como agente de adquisiciones, encargando cuatro de las turbinas de gas aeroderivadas TM2500 de arranque rápido de GE para ayudar a mantener las luces de los clientes encendidas cuando ocurren desastres naturales y cuando la energía hidroeléctrica y otros las energías renovables no pueden producir suficiente energía por sí solas para satisfacer la demanda.

Kiewit Power Constructors instaló las cuatro turbinas alimentadas con gas natural, con una capacidad combinada de 136 megavatios, suficiente para alimentar el equivalente de aproximadamente 130 000 hogares estadounidenses, en las plantas de Roseville y Yuba City, al norte de Sacramento. Las unidades se pueden encender y proporcionar toda su potencia para respaldar la red en cinco minutos, bajo la dirección del Operador Independiente del Sistema de California o la Autoridad de Energía del Área Occidental.

En su configuración estándar, las turbinas móviles, que generalmente se usan para emergencias, ya cumplen con los estándares de emisiones del Banco Mundial. California, que tiene una de las regulaciones de emisiones más estrictas del mundo, requiere emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) y monóxido de carbono (CO) aún más bajas, por lo que GE y sus socios necesitaban desarrollar una solución para su turbina de gas móvil.

El monóxido de carbono contribuye indirectamente al cambio climático al transformarse en la atmósfera en ozono (también conocido como smog) y metano, el segundo y tercer gas de efecto invernadero más impactante después del dióxido de carbono. Mientras tanto, los óxidos de nitrógeno (principalmente NO y NO2, denominados colectivamente NOx) pueden tener un gran impacto en la salud humana.

Para hacer frente a este desafío de emisiones, este junio, GE trabajó con DWR para desarrollar una solución para sus turbinas de gas móviles utilizando tecnología de reducción catalítica selectiva, o SCR. Esencialmente, un convertidor catalítico como el que se encuentra en el tubo de escape de un automóvil, pero con una pila de 70 pies (22 metros) de altura, el SCR puede reducir el CO y el NOx hasta en un 90 %.

"La tecnología móvil aeroderivada de GE, que normalmente se usa para energía de emergencia, es un complemento perfecto para los casos de uso de energía renovable y picos de potencia en todo el mundo", dice Clive Nickolay, director ejecutivo de la línea de negocios aeroderivada de GE Gas Power. "Estamos entusiasmados de brindarles a los operadores de plantas de energía como DWR la flexibilidad para instalar rápidamente energía temporal cuando sea necesario, mientras logramos un progreso significativo en la reducción de los niveles de emisiones de NOx y CO a un solo dígito bajo, posicionándolos para un futuro con menos carbono".

Una de las virtudes del TM2500, una turbina aeroderivada, es decir, un motor a reacción reconfigurado, es que puede montarse en un remolque, remolcarse a un sitio y configurarse rápidamente, apoyando a los operadores de red y proveedores de energía que enfrentan una emergencia de red.

"La unidad TM2500 se puede instalar en apenas unas dos semanas", dice Patrick Maher, líder de comercialización de proyectos de energía aeroderivada en GE Gas Power, quien supervisó el proyecto SCR. "Queríamos crear una solución para el SCR que se pueda instalar casi a la misma velocidad. Solo tomó unas pocas semanas armar esta unidad, gracias a sus componentes modulares preensamblados". El tiempo de instalación más rápido se traduce en menores costos para el cliente.

¿Como funciona? "Un catalizador es una especie de panal: cuadrados muy pequeños por los que pasará el gas de escape de la turbina de gas", explica Maher. "A medida que los gases de escape pasan a través de este catalizador, el CO se oxida a CO2, eliminando efectivamente el CO de la corriente de escape". Para reducir el NOx se requiere un segundo catalizador. El escape de la turbina se mezcla con amoníaco vaporizado y luego pasa a través del segundo catalizador. La reacción convierte el NOx en nitrógeno y vapor de agua.

Hay más de 300 TM2500 desplegados en todo el mundo, con más de 6 millones de horas de funcionamiento. Un cliente reciente es la Oficina Federal de Energía de Suiza, que está instalando ocho de las turbinas en una central eléctrica cerca de Zúrich para ayudar a cubrir un posible déficit de electricidad este invierno. Ahora, países como Suiza y otras naciones más avanzadas con estrictos requisitos de CO y NOx tienen la flexibilidad de reducir aún más sus emisiones según sea necesario utilizando turbinas de gas móviles de GE.

En el futuro, el santo grial es la capacidad de operar estas turbinas con combustibles con cero o bajas emisiones de carbono, como el hidrógeno verde. Hoy en día, estas máquinas ya son capaces de quemar un 75 % de hidrógeno y, a medida que crezca la economía del hidrógeno (H2), GE seguirá desarrollando la capacidad de la TM2500 para quemar un 100 % de H2 en sus turbinas de gas móviles, eliminando las emisiones de CO2 durante el funcionamiento. Con el tiempo, esto dará a los operadores de plantas de energía el beneficio de no solo usar las soluciones de inicio rápido/máximo, sino también de tener una solución de generación de energía despachable con cero emisiones netas de carbono que se puede usar en todo el mundo.

GE ya está trabajando para probar mezclas de hidrógeno y gas natural. Un ejemplo es la prueba reciente con la Autoridad de Energía de Nueva York en una turbina de gas aeroderivada GE LM6000 que mostró una clara correlación entre más hidrógeno y menores emisiones de CO2, donde las tasas se redujeron en aproximadamente un 14 % al 35 % por volumen de cocombustión de hidrógeno, mientras que las emisiones de NOx Los niveles de , CO y amoníaco también se mantuvieron por debajo de los límites reglamentarios. Aún así, mientras que el CO2 y el CO desaparecerían en un mundo impulsado por el hidrógeno, el NOx permanecería y las soluciones como las que GE ha desarrollado en California funcionarán para mantener bajas las emisiones de NOx.

Como con cualquier problema complejo, mantener los gases de efecto invernadero y otras emisiones fuera del aire requiere una serie de estrategias complementarias. La flexibilidad de la tecnología de turbinas de gas aeroderivadas de GE con máquinas como la TM2500 representa una herramienta clave en la combinación energética, dada su capacidad para complementar la energía renovable con tiempos de inicio rápidos. "Es un buen complemento", dice Maher. "Debido a su modularidad, es una opción rentable, tiene un bajo costo de mantenimiento y tiene un menor impacto en el medio ambiente que las opciones anteriores".