Il vettore idrogeno è considerato uno degli assi portanti dei sistemi energetici, almeno delle nazioni sviluppate, a partire dalla seconda metà del corrente secolo. L’impatto dell’idrogeno nel settore elettrico è tutto da verificare. Tra gli utilizzi dell’idrogeno per la generazione elettrica, oltre alle Fuel Cells, è opportuno investigare anche l’utilizzo nelle turbine a gas (attualmente una delle macchine di generazione più diffuse nel sistema elettrico), sia per verificarne le potenzialità per gli eventuali “retrofit” ad idrogeno, sia al fine di verificarne le potenzialità di sviluppo, per taglie limitate, nella generazione distribuita. In tale contesto è stato definito il Work Package H2TG del Sottoprogetto H2 del Progetto GEN21, nel quale sono inseriti sia studi sulla combustione dell’idrogeno in turbine a gas industriali, sia studi sulla combustione flameless dell’idrogeno. L’attività è condotta quasi interamente da Enel Produzione Ricerca. CESI ha partecipato alle fasi di definizione delle specifiche dell’attività ed alla valutazione dei risultati, anche al fine di un inquadramento ottimale nelle attività del sottoprogetto H2. La combustione “flameless” è un regime di combustione che utilizza aria comburente fortemente preriscaldata in una camera ad elevato ricircolo di gas, in modo da realizzare una combustione molto omogenea, prima dei punti caldi tipici delle normali fiamme diffusive e/o premiscelate. Questo tipo di combustione consente di ridurre fortemente, rispetto ai regimi di combustione classici, la formazione di ossidi di azoto, pur mantenendo buone efficienze di combustione, con costi ridotti rispetto alle tecnologie concorrenziali, quali la combustione catalitica. Nel rapporto sono riportati i risultati delle campagne sperimentali eseguite nel corso del 2004 sul combustore flameless installato presso l’Area Sperimentale Enel di Livorno. Lo scopo della sperimentazione effettuata sul combustore, alimentato a gas naturale in miscela con idrogeno in proporzioni variabili, era quello di verificare le performance del combustore stesso in condizioni di off- design e di testare la validità del modelli termici e fluidodinamici, sviluppati da Enel Ricerca. Le misure sperimentali hanno permesso di validare i risultati e i fenomeni previsti dall’attività modellistica CFD. In particolare si è riscontrato che il design attuale del combustore, pur permettendo una buona qualità della combustione, non permette il contenimento delle emissioni di NOx senza una modifica sostanziale del design, fatto ampiamente previsto dalla attività modellistica CFD.

In particolare l’attività di simulazione è stata estesa al caso in cui il combustibile è costituito da una miscela idrogeno-metano oppure da idrogeno puro. I risultati ottenuti sono stati confrontati, in termini di distribuzione di temperatura e di emissioni con quelli ottenuti nel caso di solo metano come combustibile.