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

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

Las cuatro turbinas alimentadas por gas natural, con una capacidad combinada de 136 megavatios (suficiente para alimentar el equivalente de aproximadamente 130.000 hogares estadounidenses) fueron instaladas por Kiewit Power Constructors en plantas en Roseville y Yuba City, al norte de Sacramento. Las unidades se pueden arrancar y proporcionar toda su potencia para respaldar la red en cinco minutos, según la dirección del Operador Independiente del Sistema de California o la Autoridad de Energía del Área Occidental.

En su configuración estándar, las turbinas móviles, normalmente utilizadas para uso de emergencia, 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 con mayor impacto 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 afrontar este desafío de emisiones, en 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 altura de 22 metros (70 pies), el SCR puede reducir el CO y los NOx hasta en un 90%.

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

Una de las virtudes de la TM2500 (una turbina aeroderivada, es decir, un motor a reacción reconfigurado) es que puede montarse en un remolque, remolcarse a un lugar e instalarse rápidamente, lo que ayuda a los operadores de red y a los proveedores de energía que enfrentan una emergencia de red.

"La unidad TM2500 se puede instalar en apenas dos semanas", afirma 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 pudiera instalarse casi a la misma velocidad. Sólo nos llevó unas pocas semanas montar esta unidad gracias a sus componentes modulares premontados”. El tiempo de instalación más rápido se traduce en menores costos para el cliente.

¿Como funciona? "Un catalizador es como un panal: cuadrados muy pequeños por los que pasarán los gases 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 los 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 los 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 Zurich 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 del TM2500 de quemar un 100 % de H2 en sus turbinas de gas móviles, eliminando las emisiones de CO2 durante el funcionamiento. Con el tiempo, esto brindará a los operadores de plantas de energía el beneficio de no solo utilizar las soluciones de inicio rápido/pico, sino también de tener una solución de generación de energía despachable con cero emisiones netas de carbono que se puede utilizar 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% a un 35% por volumen de combustión de hidrógeno, mientras que los NOx Los niveles de dióxido de carbono, CO y amoníaco también se mantuvieron por debajo de los límites reglamentarios. Aun así, aunque el CO2 y el CO desaparecerían en un mundo impulsado por el hidrógeno, los NOx permanecerían y soluciones como la que GE ha desarrollado en California funcionarán para mantener bajas las emisiones de NOx.

Como ocurre con cualquier problema complejo, mantener los gases de efecto invernadero y otras emisiones fuera de la atmósfera 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 arranque 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".