The impact of hydrogen addition into natural gas on combustion characteristics and operational parameters of public natural gas distribution network

• Autorzy: Czyżewski Paweł , Goraj Rafał , Ślefarski Rafał

Identyfikatory

DOI

10.21008/ j.2449-920X.2019.71.1.02

Warianty tytułu

PL

Badania wpływu wodoru na parametry działania sieci przesyłowej gazu ziemnego oraz charakterystykę spalania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Addition of H₂ into high methane natural gas induce some technical and operational adversities. Hydrogen has different than natural gas chemical and thermodynamic properties influencing the combustion process and operation parameters of public network. Numerical simulations were applied to study on hydrogen influence on toxic compounds concentration, adiabatic flame temperature or laminar flame speed. Calculations were extended with thermodynamic properties determination like Methane Number, Wobbe Index, specific heat, low and heating values as well as upper and lower flammability limits. Basically the 0-15% of hydrogen in natural gas stream was considered but NO concentration and flame speed calculations were extended till 100% of hydrogen content. Obtained results show very minor increase of NO concentration for hydrogen addition up to 20%. Similar trend was observed in case of laminar flame speed. Major drop in Methane Number was observed from 95 for natural gas without hydrogen to 75 for case with 15% of hydrogen.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu dodawania wodoru na parametry działania sieci oraz charakterystykę spalania gazu ziemnego. Wodór jest obiecującym nośnikiem energii w nowoczesnych systemach magazynowania energii nazywanych Power to Gas. Jednakże dodawanie wodoru do gazu ziemnego, którego głównym palnym składnikiem jest metan, może powodować wiele technicznych oraz operacyjnych komplikacji. Z racji innych właściwości fizycznych wpływa na zmianę charakterystyki spalania. W pracy przedstawiono wpływ dodawania wodoru na podstawowe właściwości termodynamiczne takie jak liczba metanowa, liczba Wobbego, wykładnik adiabaty, wartość opałową oraz górną i dolną granicę zapłonu. Początkowo został przebadany wpływ 10-15% udziału wodoru w mieszance z gazem ziemnym. Badania numeryczne zostały rozwinięte do 100% wodom jako dostarczanego paliwa. Wykazano niewielki wpływ wzrostu udziału wodom (do 20%) na emisję tlenków azotu Taka sama relacja została zaobserwowana dla laminarnej prędkości spalania. Dla liczby metanowej zanotowano bardzo duży spadek. Z wartości równej 95 dla gazu ziemnego spadła ona do 75 dla 15% udziału wodom w dostarczanym paliwie.

Słowa kluczowe

EN

hydrogen; natural gas; power to gas

PL

wodór; gaz ziemny; power to gas

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Journal of Mechanical and Transport Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 71, No 1
• Strony: 17--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czyżewski Paweł

• Poznan University of Technology, Faculty of Transport Engineering

autor

Goraj Rafał

• Polska Spółka Gazownictwa Sp. z o.o

autor

Ślefarski Rafał

• Poznan University of Technology, Faculty of Transport Engineering

Bibliografia

• [1] 6976:2016, I., 2016. ISO 6976:2016. Natural gas - Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe indices from composition, 2016.
• [2] Abp Wärtsilä Oyj, 2018. Wärtsilä Methane Number Calculator, https://www.wartsila.com/products/marine-oil-gas/gas-solutions/methane-number-calculator (access on March 5, 2019).
• [3] Alliat I., 2011. The First Hythane Refueling Station in France: A Successful Demonstration. In International GasUnion Research Conference 2011.
• [4] Ayoub M. et al., 2012. An experimental study of mild flameless combustion of methane/hydrogen mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 37, p. 6912-6921. http://ac.els-cdn.com/S0360319912000687/l-s2.0-S0360319912000687-main.pdf?_tid=ld62f856-4b66-11e7-91b9-00000aacb360&acdnat=1496828941_e75f4a68528a 43b9222dec416dclafa0 (access on June 7, 2017).
• [5] Barczyński A., Łaciak M., 2014. Zamienność paliw gazowych (gazu ziemnego). Wiadomości naftowe i gazownicze, 8(196).
• [6] Betts R.A. et al., 2016. El Niño and a record C02 rise. Nature Climate Change, 6(9), p. 806-810, http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nclimate3063 (access on June 6,2017).
• [7] Engineering ToolBox, 2003. Gases - Explosion and Flammability Concentration Limits, [online], https://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html (access on December 6, 2018).
• [8] Farid M.M. et al., 2004. A review on phase change energy storage: Materials and applications. Energy Conversion and Management, 45(9-10), p. 1597-1615.
• [9] Goodwin D.G., Moffat H.K., Speth R.L., 2017. Cantera: An object - oriented software toolkit for chemical kinetics, thermodynamics, and transport processes, http://www.cantera.org.
• [10] Koltsaklis N.E., Gioulekas I., Georgiadis M.C., 2018. Optimal scheduling of interconnected power systems. Computers & Chemical Engineering, 111, p. 164-182, http://linking-hub.elsevier.com/retrieve/pii/S0098135418300140.
• [11] Kunz O. et al., 2007. GERG Technical Monograph 15 (2007) The GERG-2004 wide-range equation of state for natural gases and other mixtures, http://scholar.google.com/scholar?hl=en&btnG=Search&q=intitle:The+GERG-2004+Wide-Range+Equation+ of+State+for+Natural+Gases+and+Other+Mixtures#0.
• [12] Luo X. et al., 2015. Overview of current development in electrical energy storage technologies and the application potential in power system operation. Applied Energy, 137, p. 511-536. Available at: http://dx.doi.Org/10.1016/j.apenergy.2014.09.081.
• [13] Müller-Syring G. et al., 2013. Entwicklung von modularen Konzepten zur Erzeugung, Speicherung und Einspeisung von Wasserstoff und synthetischem Methan in das Erdgasnetz, Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V.
• [14] PGE Dystrybucja S.A., 2013. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej (IRiESD) zatwierdzona decyzją Prezesa URE nr DRR-4321-29(5)/2013/MKo4 z dnia 10 września 2013 r.
• [15] Polski Komitet Normalizacyjny, 2011 PN-C-04752:2011. Gaz ziemny - Jakość gazu w sieci przesyłowej.
• [16] Polski Komitet Normalizacyjny, 2011 PN-C-04753:2011. Gaz ziemny - Jakość gazu dostarczanego odbiorcom z sieci dystrybucyjnej.
• [17] Polskie Sieci Energetyczne, 2011. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Przesyłowej (IRIESP). Wersja 2.0 zatwierdzona decyzją Prezesa URE nr DPK-4320-l(4)/2011/LK z dnia 15 grudnia 2011 r.
• [18] Sejm RP, 1997. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne. Dz. U. 1997 nr 54 poz. 348.
• [19] Sung C.J., Law C.K. and Chen J.-Y., Augmented Reduced Mechanisms for NO Emission in Methane Oxidation. Available at: http://ac.els-cdn.com/S0010218000002480/l-s2.0-S0010218000002480-main.pdf?_tid=134e09da-2c00-11 e7-844e-00000aacb35 e&acdnat=1493376629_lb3091bd64421eb3670f840fac96535a (access on April 28, 2017).
• [20] Zhang Q. et al., 2019. Exergy-based analysis combined with LCA for waste heat recovery in coal-fired CLIP plants. Energy, 169, p. 247-262, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544218323831 (access on 6, 2019).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).