Genomförbarhetsstudie av biobränslen i effektiva gasturbiner med Humphrey-cykel

Sveriges och Europas framtida elsystem kommer troligen vara mycket beroende av förnybara men väderberoende kraftkällor, främst vind och sol, vilket även innebär ett beroende av flexibla topplastkraftverk. Gasturbiner kan fylla denna funktion, men då behövs hög effektivitet och ett bränsleval i linje med klimatmålen. Idag körs gasturbiner i Europa främst på naturgas. Förnybara bränslen som skulle kunna användas inkluderar biogas från rötning eller pyrolys, etanol och andra alkoholer, olika typer av biodiesel, samt e-bränslen som vätgas eller ammoniak. Biogas är särskilt intressant eftersom det är enkelt och billigt att tillverka.

I det här projektet utforskar vi en ny förbränningsteknik: roterande detonationsförbränning. Det är en teknik där förbränning sker vid konstant volym istället för konstant tryck, vilket möjliggör betydligt lägre bränsleförbrukning och högre verkningsgrad. Nästan all tidigare forskning om den här tekniken har fokuserat på ren vätgas. Vi kommer istället att studera olika bränsleblandningar, främst biogas med inblandning av vätgas, en kombination som borde fungera och som dessutom skulle vara speciellt lämplig i ett energisystem där både biogas och vätgas (energilagring) produceras i stor skala.

Målet med projektet är att designa en demonstrationsbrännare i laboratorieskala som i ett senare skede ska byggas och användas för praktiska tester. För att det ska vara möjligt behöver vi besvara en del frågor om hur den valda bränsleblandningen beter sig under roterande detonationsförbränning, hur ett lämpligt insprutningssystem ska designas, och hur uppställningen kan göras säker för användning i labbmiljö. För att svara på detta kommer vi främst att använda olika typer av modeller och datorsimuleringar. Projektet bygger dels på vår egen erfarenhet inom roterande detonationer, biobränslen och förbränningsmodellering, men även på direkt samarbete med andra universitet och med industrin.