ADONIS

 

Image

 

Image

Contexte

Le besoin urgent de solutions à faibles émissions de carbone dans la production et le transport d'électricité décentralisée est souvent associé aux tendances récentes vers des densités de puissance de plus en plus élevées. En conséquence, une part importante de futures turbines à gaz sera alimentée à l'aide de nouveaux combustibles sans carbone, à savoir l'hydrogène (H₂) et/ou l'ammoniac (NH₃).

Être capable de brûler ces carburants alternatifs dans des turbines à gaz tout en répondant aux normes d'émissions et d'efficacité des polluants  nécessitera des réponses précises à plusieurs questions ouvertes de caractère scientifique fondamental conjointement a une évaluation des conséquences possibles sur les performances du cycle de la turbine à gaz.

Le projet ADONIS cible les micro turbines à gaz dans la gamme de puissance 100 kWel utilisant des mélanges NH₃/H₂. L'ammoniac peut être commodément utilisé comme molécule porteuse d'hydrogène, pour le stockage à haute densité et le transport sur de longues distances. Il peut être reconverti en H₂, ou directement utilisé pour la production d'électricité par combustion dans une turbine à gaz – pur ou en mélange.

Objectifs

Le projet ADONIS cherche des réponses à des questions fondamentales de recherche ouverte de haute pertinence pour le développement de micro-turbines à gaz liées aux sujets suivants :

• Interaction flamme-parois,
• Dynamique de combustion,
• Stratégie d'injection de carburant.

Les trois sujets ont un impact significatif sur la stabilité, l'efficacité, les émissions et, en fin de compte, les performances globales du cycle de la turbine à gaz. Par conséquent, les nouvelles connaissances fondamentales acquises dans l'étude de ces trois sujets seront condensées, comme résultat principal du projet, pour fournir une évaluation réaliste actualisée et à la pointe de la technologie des performances du cycle de la turbine à gaz.

Partenaires

Image

 

Déroulement

Le projet produira une évaluation de pointe des performances du cycle des micro-turbines à gaz (WP1) étayée par trois éléments constitutifs qui traitent de trois questions ouvertes importantes de nature scientifique fondamentale. Ces questions sont : l'interaction flamme-paroi dans les flammes ammoniac/hydrogène (WP2), les caractéristiques thermoacoustiques des flammes ammoniac/hydrogène (WP3) et l'optimisation de l'injection de carburant, la préparation du mélange et l'allumage (WP4).

• WP1 : Conception et optimisation, à l'aide de cycles thermodynamiques et de simulations CFD, d'une micro-turbines à gaz générique alimenté à l'ammoniac, tant pour la production d'électricité que pour une configuration de cogénération (SUT). La géométrie de la chambre de combustion sera sélectionnée en fonction des conceptions de turbines à gaz existantes disponibles dans la littérature ouverte (par exemple Turbec T100).
• WP2 : Avancement des connaissances scientifiques de base dans le domaine des écoulements réactifs laminaires et turbulents proches des parois en déployant à la fois des mesures expérimentales de pointe (AIST/UT) et une modélisation numérique (SINTEF) en s'appuyant sur des travaux antérieurs sur le thème des interactions flammes-parois  au Japon et en Norvège.
• WP3 : Des modèles d'ordre bas capables de représenter la réponse de la flamme aux perturbations acoustiques seront créés (ZHAW) sur la base de simulations numériques (SINTEF) et d'expériences en laboratoire (AIST).
• WP4 : La première tâche du WP4 concernera la réalisation d'une base de données expérimentale qui caractérise les pulvérisations d'ammoniac liquide et leur vaporisation ultérieure à différentes conditions (U Orléans). La deuxième partie du WP vise à utiliser les calculs CONVERGETM RANS ou/et LES dans des configurations de micro-turbines a gaz pour évaluer l'impact de la vaporisation d'ammoniac sur le processus de combustion (IFP).

Résultats Attendus

ADONIS devrait être une étape significative vers la maîtrise de la combustion NH₃/H₂ dans les micro-turbines a gaz. En tant que vecteur énergétique efficace, le NH3 permet un stockage à long terme sûr et efficace de grandes quantités de H2 et un transport maritime à longue distance d'énergie renouvelable, équilibrant le déséquilibre énergétique mondial. Son utilisation dans les micro-turbines a gaz pourrait être particulièrement pertinente pour les petites communautés isolées ou insulaires, qui dépendent actuellement souvent de la production d'électricité avec des combustibles fossiles

Dans le cadre du projet de recherche, des questions essentielles sont étudiées qui sont nécessaires pour réduire les émissions de CO₂ de l'approvisionnement énergétique futur. Le projet ADONIS apporte ainsi une contribution importante à la réalisation des objectifs climatiques de l'Accord de Paris et de la Stratégie énergétique 2050.

Contact : Christine ROUSSELLE ⇒ christine.rousselle@univ-orleans.fr