| dc.description.abstract | Verdens energiproduserende industri står overfor flere utfordringer i sin søken etter å minimere ut- slippene av drivhusgasser. Nyvinninger i lav- og nullutslipps energiproduksjon og forventninger om videre innovasjon resulterer i et behov for et transport- og lagringsmedium til denne miljøvennlige energien. Petroleumsprodukter som metangass, bensin og diesel er alt annet enn miljøvennlige, men med sin høye energitetthet og lav kostnad svært anvenlige. Utfasingen av petroleumsproduk- ter blir ikke en enkel oppgave. Komprimert hydrogengass blir sett på som en mulig erstatning. For å få til dette må storskala, kostnadseffektiv kompresjon av hydrogengass bli en realitet. Petroleum- sindustrien har i en årrekke drevet utviklingen av gasskomprimering, og sentrifugalkompressorer er hyppig brukt til å komprimere naturgass for lagring og transport via rørledninger. For å kunne nyttiggjøre kompressorer av denne typen til bruk på hydrogengass må det undersøkes hvordan sentrifugalkompressorer opererer ved komprimering av denne gassen.
I løpet av prosjektet har kompressorkarakteristikken for NTNU sin våtgasskompressor ved kom- primering av luft blitt eksperimentelt fastsatt. En konverteringsprosedyre har blitt lagd for å tilnærme kompressorens ytelse ved komprimering av hydrogen basert på kompressorkarateristikken. Denne viste en markant reduksjon i trykkforhold over kompressoren for hydrogengass relativt til luft.
Systemresponsen til kompressoren ved tap av drivkraft ble også undersøkt. Lukking av utløpsven- tilen ble brukt til å justere nedkjøringsforløpet til kompresoren. En dynamisk modell i prosessimu- leringsprogrammet Aspen Hysys ble justert til å gjengi kompresorkarakteristikken til kompressoren. Videre ble simuleringer med tap av drivkraft simulert både med og uten lukking av utløpsven- til. Simuleringene var lovende, med en god gjengivelse av systemresponsen til kompressoren. For simuleringer hvor kompressoren opererer i det ustabile området av kompressorkarakteristikken (surge-området) ble modellen numerisk ustabil. Simuleringer med tap av drivkraft og blokkering av kompressorutløpet ble også gjennomført. Disse simuleringene bekreftet Hysys dynamics man- glende evne til å simulere kompressorer i surge.
Den justerte Hysysmodellen ble også brukt til å undersøke kompressorens systemrespons ved kom- primering av hydrogengass. Her viste Hysys nok en gang lovende resultater. I tillegg fremhevet modellen nødvendigheten av videre undersøkelser da blant annet bremseffekten hydrogengassen har på kompressorens impeller kan være en viktig faktor for hydrogenkompressorer som opererer med et høyere trykkforhold enn angitt i denne oppgaven. | |
| dc.description.abstract | The energy industry is facing multiple challenges as a result of the world’s strive to minimize the carbon footprint. Innovation in low and zero CO2 emitting energy production and high expectations of further innovation result in the need for a transfer and storage medium for this green energy. Petroleum products such as methane gas, petrol and diesel may not be environmentally friendly, but they are extremely practical. Their high energy density and relatively low production cost have made it possible to for exampel travel farther, faster and cheaper. To phase out petroleum products will not be an easy task, but compressed hydrogen gas is looked upon as a possible replacement. For this to happen large scale, cost effective compression of hydrogen gas has to become a reality. The petroleum industry has for many years driven the innovation of compressing gas. Centrifugal compressors are widely used for compressing natural gas for storage and pipeline transportation. In order to utilize these compressors for hydrogen gas, their behaviour while running on hydrogen must be studied and understood.
During this project compressor performance for the NTNU wet gas compressor test facility has been experimentally established. A conversion procedure has been made, approximating the compressors performance on hydrogen gas based on it’s performance on air, showing a significant reduction in pressure ratio for the compressor if it were to compress hydrogen gas.
Driver trip tests with and without tuning of the rundown trajectory were conducted. Ramping down the discharge throttle valve was the technique used to tune the trajectory. A Hysys Dynamics based process model was tuned to the compressor’s performance characteristics and trip with and with- out ramping of the discharge throttle valve was simulated. The results were promising, with high levels of accuracy and the general non-surging behaviour of the compressor during trip was well replicated in the simulations. As for simulations of surge, the model became numerically unstable. Trip simulations with the discharge valve blocking the outlet of the compressor was also conducted, only to confirm that Hysys dynamics is not yet suited for simulations of surge.
The tuned Hysys model was also used to investigate the compressor’s behaviour during transient operation while compressing Hydrogen gas. Here Hysys displayed promising results. Additionally, this highlighted the necessity of further investigation as a low impeller breaking effect of hydrogen gas during trip was present which, among several factors, could be important for hydrogen gas compressor operating with a high pressure increase. | |
