محطة توليد الطاقة بالغاز

تختلف التوربينات الغازية الصناعية عن التصاميم المستخدمة في صناعة الطيران في أن هياكلها ومحاملها وشفراتها تتميز ببنية أثقل. كما أنها أكثر تكاملاً مع الأجهزة التي تشغلها - والتي غالباً ما تكون مولداً كهربائياً - ومع معدات الطاقة الثانوية المستخدمة لاستعادة الطاقة المتبقية (الحرارة في الغالب).

تُصبح التوربينات الغازية فعّالة للغاية عند استعادة الحرارة المهدرة منها بواسطة مولد بخار لاستعادة الحرارة (HRSG) لتشغيل توربين بخاري تقليدي في دورة مركبة . ^{[ 7 ]} حقق توربين جنرال إلكتريك 9HA بقدرة 605 ميجاواط معدل كفاءة بلغ 62.22% عند درجات حرارة تصل إلى 1540 درجة مئوية (2800 درجة فهرنهايت) . ^{[ 8 ]} في عام 2018، طرحت جنرال إلكتريك توربين HA بقدرة 826 ميجاواط بكفاءة تزيد عن 64% في الدورة المركبة بفضل التطورات في التصنيع الإضافي والاختراقات في مجال الاحتراق، مرتفعةً من 63.7% في طلبات عام 2017، وهي على المسار الصحيح لتحقيق 65% بحلول أوائل العقد الثالث من القرن الحادي والعشرين. ^{[ 9 ]} في مارس 2018، حققت جنرال إلكتريك للطاقة كفاءة إجمالية بلغت 63.08% لتوربين 7HA. ^{[ 10 ]}  

يمكن استخدام التوربينات الغازية المشتقة من محركات الطائرات في دورات مركبة، مما يؤدي إلى كفاءة أعلى، ولكنها لن تصل إلى مستوى كفاءة التوربينات الغازية الصناعية المصممة خصيصًا لهذا الغرض. كما يمكن تشغيلها في نظام توليد مشترك للطاقة : حيث يُستخدم العادم لتسخين المساحات أو المياه، أو لتشغيل مبرد امتصاص لتبريد هواء المدخل وزيادة إنتاج الطاقة، وهي تقنية تُعرف بتبريد هواء مدخل التوربين .

من المزايا الهامة الأخرى لهذه المحطات إمكانية تشغيلها وإيقافها في غضون دقائق، مما يوفر الطاقة خلال فترات ذروة الطلب أو الطلب غير المجدول. ونظرًا لأن محطات الطاقة أحادية الدورة (التي تعمل بتوربينات الغاز فقط) أقل كفاءة من محطات الدورة المركبة، فإنها تُستخدم عادةً كمحطات طاقة احتياطية ، حيث تعمل من عدة ساعات يوميًا إلى بضع عشرات من الساعات سنويًا، وذلك حسب الطلب على الكهرباء وقدرة التوليد في المنطقة. في المناطق التي تعاني من نقص في قدرة محطات الطاقة الأساسية أو محطات الطاقة الاحتياطية ، أو ذات تكاليف الوقود المنخفضة، قد تعمل محطة طاقة تعمل بتوربينات الغاز بانتظام معظم ساعات اليوم. ينتج توربين الغاز الكبير أحادي الدورة عادةً ما بين 100 و400  ميغاواط من الطاقة الكهربائية، وتبلغ كفاءته الديناميكية الحرارية 35-40% . ^{[ 11 ]}

تستخدم محطات الغاز والبخار الغاز لتشغيل المراجل التي تنتج البخار اللازم لتشغيل التوربينات البخارية. وقد شُيّد العديد من هذه المحطات خلال القرن العشرين كبديل مباشر لمحطات الفحم. إلا أنها تفتقر إلى سرعة بدء التشغيل التي تتميز بها محطات التوربينات الغازية ذات الدورة البسيطة، كما أنها أقل كفاءة بكثير من محطات الدورة المركبة. ونظرًا لقدمها وعيوبها، فإنها تمثل الغالبية العظمى من محطات الغاز التي ستُغلق في الولايات المتحدة، ومع ذلك، لا تزال تُشكّل خيارًا لإطالة عمر محطات توليد الطاقة بالفحم مع تقليل الانبعاثات عن طريق التحويل إلى مواقد الغاز. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

تميل محركات الاحتراق الداخلي الترددية إلى أن تكون أقل من 20 ميغاواط، وبالتالي فهي أصغر بكثير من الأنواع الأخرى من مولدات الكهرباء التي تعمل بالغاز الطبيعي، وتستخدم عادةً لتوفير الطاقة في حالات الطوارئ أو لموازنة مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. ^{[ 18 ]}

عدد قليل جداً من محطات الطاقة لديها تقنية احتجاز وتخزين الكربون . ^{[ 24 ]}

يمكن تعديل محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز لتشغيلها بالهيدروجين ، ^{[ 25 ]} ووفقًا لشركة جنرال إلكتريك، فإن الخيار الأكثر جدوى اقتصاديًا من احتجاز الكربون وتخزينه هو استخدام كميات متزايدة من الهيدروجين في وقود التوربينات الغازية. ^{[ 26 ]} يمكن في البداية إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي من خلال إعادة تشكيل البخار ، أو عن طريق التسخين لترسيب الكربون، كخطوة نحو اقتصاد الهيدروجين ، مما يقلل في نهاية المطاف من انبعاثات الكربون. ^{[ 27 ]} ومع ذلك، يعتقد آخرون أن الهيدروجين منخفض الكربون (مثل الهيدروجين الطبيعي ) يجب استخدامه في مجالات يصعب فيها إزالة الكربون ، مثل صناعة الأسمدة ، لذا قد لا يكون كافيًا لتوليد الكهرباء. ^{[ 28 ]}

اعتبارًا من عام 2019يتم إيقاف تشغيل عدد قليل من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز لعدم قدرتها على التوقف والتشغيل بالسرعة الكافية. ^{[ 29 ]} على الرغم من انخفاض تكلفة الطاقة المتجددة المتغيرة، لا تزال معظم محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز القائمة مربحة، لا سيما في البلدان التي لا تفرض تسعيرًا للكربون ، وذلك بفضل قدرتها على توليد الطاقة حسب الطلب ، وانخفاض أسعار الغاز الصخري والغاز الطبيعي المسال منذ إنشائها. ^{[ 30 ]} حتى في الأماكن التي تفرض تسعيرًا للكربون، مثل الاتحاد الأوروبي، تظل محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز القائمة مجدية اقتصاديًا، ويعود ذلك جزئيًا إلى القيود المتزايدة المفروضة على الطاقة المولدة من الفحم بسبب تلوثها. ^{[ 31 ]}