Post on 11-Mar-2020
H2-Gasturbinen: Status und Ausblick
Wasserstoff – Energieträger für die Industrie der Zukunft?!
IN4CLIMATE.NRW
Prof. Dr. Thomas Thiemann, 23.05.2019
Siemens AG © 2019
H2-Gasturbinen: Status und Ausblick Unrestricted © Siemens AG 2019 23th May 2019 Prof. Dr. Thomas Thiemann
Inhalt
• Situation
• Strom- und Wärmeversorgung mit H2-Gasturbinen
• Herausforderungen
• Ausblick
H2-Gasturbinen: Status und Ausblick Unrestricted © Siemens AG 2019 23th May 2019 Prof. Dr. Thomas Thiemann
Versorgungssicherheit / “Dispatchable Power”
Beispiel Deutschland, Januar 2017
Li Ion batteries, each 129MWh
~ 10200 x Tesla battery parks
(Source: Hornsdale Power Reserve)
German pump storage
capacity: ~ 0.04 TWh
Residual load demand: 11 days x 24h/day x 60 GW ~ 16 TWh
assessment of storage solutions
Assumed 100% E-mobility: ~ 1.32 TWh (44 Mill. Cars, 20kWh/100km, capacity 300km,
100% charged, discharge down to 50% cap. level)
solar wind onshore wind offshore hydro conv. plants
bio mass power demand
Installed Wind/Solar capacity (Dec. 2018): 45.0 GW wind
39.2 GW solar
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Versorgungssicherheit / “Dispatchable Power”
Beispiel Deutschland, Januar 2017
360 TWhtherm
16 TWhelektr
Gassystem-Kapazität: ~360 TWhthermal
• 230 TWh Speicherkapazität (Kavernen)
• plus 130 TWh Gasnetz (500.000 km)
(Basis: Methan)
Residuallast (Beispiel Jan. 2017):
~16 TWhelektrich
entspricht ~9% der Gassystem-Kapazität
(mit =0,5)
Erneuerbares Gas: Ein Energieträger der Zukunft!
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Inhalt
• Situation
• Strom- und Wärmeversorgung mit H2-Gasturbinen
• Herausforderungen
• Ausblick
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Industry Mobility
Sector coupling
Grid
Renewable energy
Re-electrification in Gas Turbines
Electrical storage
Energy conversion Compression & Storage
Battery
Hydrogen
Grid
stabilization
Intermittent generation
System mit wasserstoffbasierter
Strom- und Wärmeversorgung
Cities
Heat Heat
H2-Gasturbinen: Status und Ausblick Unrestricted © Siemens AG 2019 23th May 2019 Prof. Dr. Thomas Thiemann
GET H2 Initiative
60MW Gasturbine, Upgrade auf H2
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Inhalt
• Situation
• Strom- und Wärmeversorgung mit H2-Gasturbinen
• Herausforderungen
• Ausblick
H2-Gasturbinen: Status und Ausblick Unrestricted © Siemens AG 2019 23th May 2019 Prof. Dr. Thomas Thiemann
EUTurbines: “Renewable Gas Commitment“
Quelle: www.euturbines.com
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Siemens H2 in Gasturbinen
Status Neuanlagen-Portfolio
Heavy-duty
gas turbines
Industrial
gas turbines
Aeroderivative
gas turbines
50H
z
50H
z o
r 60H
z
60H
z
450 MW
329 MW
187 MW
310 MW
215 to 260 MW
117 MW
60 to 71/58 to 62 MW
27 to 37/28 to 38 MW
4 to 6 MW
48 to 57 MW
40/34 to 41 MW
33/34 MW
24/25 MW
10 to 14/11 to 15 MW
8/8 to 9 MW
5/6 MW
41 to 44 MW
SGT5-9000HL
SGT5-8000H
SGT5-4000F
SGT5-2000E
SGT6-9000HL
SGT6-8000H
SGT6-5000F
SGT6-2000E
SGT-A65
SGT-800
SGT-A45
SGT-750
SGT-700
SGT-A35
SGT-600
SGT-400
SGT-300
SGT-100
SGT-A05
593 MW
405 MW
5
10
15
27
5
10
25
27
15
50
100
40
55
15
60
10
30
30
65
2
100
100
65
15
Diffusion burner with unabated NOx emissions DLE burner WLE burner 1 ISO, Base Load, Natural Gas Version 2.0, March 2019
Higher H2 contents
to be discussed
on a project
specific basis
Values shown are indicative
for new unit applications and
depend on local conditions and
requirements. Some operating
restrictions/special hardware
and package modifications
may apply. Any project >25%
requires dedicated engineering
for package certification.
H2 capabilities in vol. % Gas turbine model Power Output1
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Zero Emissions via Hydrogen Combustion –
Some physics to be handled in the system
Physics of hydrogen H2 Volume Impact on Package
Differences of hydrogen and natural gas as a fuel in gas turbines
Hydrogen flame
H2
Less density
Higher
diffusivity
CH4 O2 N2
CH4
CH4
CH4
CH4
H2
H2
H2
H2
• Larger fuel flows to be handled in
fuel system for same energy content
• Hydrogen gas travels ~3x
faster than Methane gas
Flame speed ~10x faster
Explosive mixtures created quickly
Jet Momentum less coherent
for mixing control
Flame stabilizes further upstream
• Decreasing CO2 with increasing
H2% admixture 30% H2 40% H2 50% H2
90% H2
Flame location closer to the burner
increases risk of flashback
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2011
2015 2018
2023+ 2030+
Silyzer portfolio scales up by factor 10 every 4-5 years driven
by market demand and co-developed with our customers
Silyzer 100
Lab-scale demo
~4.500 op.h1
~150k Nm³ of H2
Silyzer 300
Biggest PEM cell in the
world built by Siemens!
First investigations
in cooperation with
chemical industry Next generation
Under development
Silyzer 200
~43.000 op.h
~6.0 mio Nm³ of H2
World’s largest Power-to-
Gas plants with PEM
electrolyzers in 2015 and
2017 built by Siemens!
Silyzer portfolio roadmap
1) op.h.: operating hours
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Herausforderungen - Anregungen zur Podiumsdiskussion ….
• Entwicklung von 100% H2 Gasturbinen
(incl. upgrade Packages für Bestandskraftwerke)
• Entwicklung großtechnischer Elektrolyse-Systeme (“Economy of Scale”)
• Günstiger Strom / Strom-Überschuss aus erneuerbaren Energien
• Auslastung des Elektrolysesystems (Betriebsstunden)
• H2 Infrastruktur incl. Speicher
• Geeignete Förderkulisse für den Bau vorwettbewerblicher großtechnischer
Referenzanlagen (CAPEX, OPEX, Umlagen/Entgelte!)
• ……
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Inhalt
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• Strom- und Wärmeversorgung mit H2-Gasturbinen
• Herausforderungen
• Ausblick
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CO2-free H2-Energy Center (CHP)
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NRW fördert Siemens-Studie für ein
CO2-freies Energieversorgungssystem
H2-Gasturbinen: Status und Ausblick Unrestricted © Siemens AG 2019 23th May 2019 Prof. Dr. Thomas Thiemann
Vielen Dank!