来源：国际透平机械 西门子能源在华盛顿州雷德蒙德开设了一个新的实验室，专注于开发和测试基于涡轮机械的关联技术，旨在支持大规模的工业脱碳。该实验室正在商业化多种旋转设备技术，以加速能源转型。当前正在开展三种处于商业化早期阶段的技术：先进的氢气压缩机、涡轮加热器和旋转烯烃裂化装置（ROC）。 氢气压缩机 利用涡轮压缩机来处理氢气等低摩尔质量的气体存在一些技术挑战。为了获得有意义的压力比，需要做大量的具体工作，因为相对于甲烷或二氧化碳等较重的气体，每级的压力上升相对较低。 西门子能源的STC-SVm单轴涡轮压缩机采用先进的转子技术，旨在解决这些限制。该平台采用多级转子，叶轮外径的周向速度可达600米/秒，而不超过API 617中规定的材料应力极限。在低摩尔重量气体应用中，与传统涡轮压缩机解决方案相比，这使得压缩机级数和占地面积减少了50%。 STC-SVm平台可以100%使用氢气，适用于所有主要工业市场，额定电压高达350 bar (g)，放电温度高达193°C。它适用于高氢流量的应用，由于占地面积的限制，安装几个往复式压缩机包是不经济或不切实际的。在需要高度操作灵活性的大批量应用中，STC-SVm还可以与混合压缩包中的往复式装置结合使用，以降低总拥有成本。 新转子技术的开发和测试包括在100%氦气的闭环中运行。在新的测试设施中，将继续使用100%氢气进行进一步的验证测试和额外的技术开发。第一次现场实施将在英国进行，在那里，一个三级先进转子压缩机将推动地下天然气-氢气流动回路。 涡轮加热器 西门子能源公司的涡轮加热器是一种涡轮机器，利用高速气体动力学直接加热气体通过冲击波列车。该机器由电动机驱动，不需要直接燃烧化石燃料或热交换器。使用涡轮加热器，流体通过几个级加速到高速，每个级由旋转叶片组成，然后是定子叶片，将流体重新定向到后续级。然后，流体被引导到一个固定的扩散器，该扩散器迅速降低流速，并将流体的动能转化为热能，从而使静态温度迅速升高。 涡轮加热器还具有可扩展性：流动能力，因此转移到流动的能量大约是线性尺寸的二次函数。这意味着机器的直径翻倍会导致流量增加大约四倍。 概念验证测试 一个1.6兆瓦的原型成功地完成了涵盖广泛操作条件的概念验证测试活动。测试程序显示出口温度高于700°C，符合测试前的性能预测。同时还完成了4小时的API机械下入测试。使用在燃气轮机和其他涡轮机械产品中经过验证的材料和设计实践，可实现的温度水平预计可达到1000°C。 明年，第一个实地示范项目将在华盛顿的一家纸浆和造纸厂进行，为一个回转窑提供过程热量。西门子能源公司从华盛顿州清洁能源基金获得了170万美元的配套赠款，以支持这项工作。 旋转烯烃裂解器 ROC是一种涡轮机器，利用与涡轮加热器相同的流体动力学原理来生产烯烃而不燃烧化石燃料。这项技术是西门子能源公司和德西尼普能源公司共同努力的一部分。这两家公司已经在实验室环境中验证了反应堆化学的基本原理，并成功测试了一台使用惰性气体运行的涡轮机原型机。 像涡轮加热器，ROC是由一个电动马达或氢燃料燃气轮机驱动。旋转产生的动能通过受控的冲击波迅速转化为热量，在气体中产生近乎瞬时的温度上升，从而启动热解反应，而无需从换热器表面传热。 ROC的原型 除了消除化石燃料燃烧之外，与传统炉加热盘管中长管束的体积决定的逐渐加热和长停留时间相比，快速升温优化了反应体积，更好地控制了化学动力学，最大限度地提高了所需高价值化学品的产量。消除对管盘管表面热交换的依赖将降低焦炭形成的倾向。ROC是紧凑的，高度可扩展的，并且可以在一个小的足迹将大量的能量转换为热量。 额外的实验室工作 西门子能源公司的雷德蒙德涡轮机械实验室加速了公司推进工业脱碳的目标。除了高速转子氢气压缩机、涡轮加热器和ROC之外，该团队还在开发其他几种基于涡轮机械的发电和储能脱碳技术。