Дослідження впливу газо-водневої суміші на газотермодинамічні параметри роботи газоперекачувального агрегату компресорної станції

Abstract

Розглянуто можливості реалізації вимог водневої стратегії ЄС (EU Hydrogen Strategy), яка передбачає широке використання водню як енергоносія для тих галузей, які не можна електрифікувати, і має за мету довести викиди вуглекислого газу промисловими об’єктами до нуля. Важливим елементом стратегії є розвиток проектів водневої енергетики в рамках підготовки до програми H2Ready, тобто впровадження комплексного підходу щодо можливості транспортування в газотранспортних та газопровідних мережах сумішей природного газу з воднем із вмістом останнього до 20%. Проведено розрахунки режимів роботи ГПА компресорної станції для різної концентрації водню газо-водневої суміші за двома незалежними методиками, що дозволило оцінити достовірність отриманих результатів та зробити відповідні висновки щодо можливості використання наявного обладнання компресорної станції для транспорту газо-водневої суміші магістральним газопроводом. Доведено, що збільшення концентрації водню в газо-водневій суміші призводить до зменшення її енергетичної цінності, але за рахунок зменшення відносної по повітрю густини суміші число Воббе практично не змінюється, тому газо-воднева суміш може бути замінником природного газу. Показано, що збільшення концентрації водню в газо-водневій суміші при її транспортуванні магістральним трубопроводом призводить до збільшення частоти обертання ротора нагнітача, що призводить до необхідності збільшення потужності приводу ГПА компресорної станції,. Отже, є необхідним проведення реконструкції компресорної станції, а саме заміна приводу з більшою потужністю або зміни конструкції проточної частини нагнітача. Зроблено висновок, що використання наявної інфраструктури ГТС України для транспортування газо-водневої суміші можливо при концентраціях водню до 4%.

The possibilities of implementing the requirements of the EU hydrogen strategy (EU Hydrogen Strategy), which provides for the wide use of hydrogen as an energy carrier for those industries that cannot be electrified, and aims to reduce carbon dioxide emissions by industrial facilities to zero, are considered. An important element of the strategy is the development of hydrogen energy projects in preparation for the H2Ready program, i.e., the implementation of a comprehensive approach to the possibility of transporting mixtures of natural gas with hydrogen up to 20% in gas transportation and gas pipeline networks. Calculations of the operation modes of the compressor station's HPA for different hydrogen concentrations of the gas-hydrogen mixture were carried out using two independent methods, which made it possible to assess the reliability of the obtained results and draw appropriate conclusions about the possibility of using the available equipment of the compressor station for the transport of the gas-hydrogen mixture through the main gas pipeline. It has been proven that an increase in the concentration of hydrogen in a gas-hydrogen mixture leads to a decrease in its energy value, but due to a decrease in the density of the mixture relative to air, the Wobbe number practically does not change, so the gas-hydrogen mixture can be a substitute for natural gas. It is shown that an increase in the concentration of hydrogen in the gas-hydrogen mixture during its transportation through the main pipeline leads to an increase in the rotation frequency of the supercharger rotor, which leads to the need to increase the power of the HPA drive of the compressor station. Therefore, it is necessary to carry out the reconstruction of the compressor station, namely, the replacement of the drive with greater power or the design change of the flow part of the supercharger. It was concluded that the use of the existing infrastructure of Ukraine's GTS for the transportation of a gas-hydrogen mixture is possible with hydrogen concentrations up to 4%.