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Failure Modes and Effects Analysis of Hydrogen in Gas Turbines
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Abstract(s)
In 2020, gas turbines generated 22% of global electricity demand. As the world focuses on decarbonization for a sustainable future, hydrogen has emerged as a leading alternative to conventional fuels in gas turbines. Consequently, significant efforts are underway to adapt existing turbines or develop new ones capable of burning hydrogen, presenting new risks and safety concerns. Therefore, it is essential to evaluate and mitigate potential hazards associated with hydrogen combustion in turbines. Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) is a proven risk assessment tool that identifies and evaluates potential failure modes based on their occurrence, detection, and severity. The FMEA process typically involves seven key steps, ranging from system analysis to failure analysis, risk mitigation, and communication. This dissertation applies FMEA to the use of hydrogen in gas turbines, aiming to ensure safe and efficient utilization of hydrogen as an energy source. The study identifies key risks related to hydrogen storage and combustion, including hydrogen leakage, malfunctions due to low temperatures, flame-out, and excessive temperatures in the turbine and compressor. It then proposes strategies to mitigate these risks. Future research will focus on validating these mitigation measures in operational turbines and refining the FMEA framework to accommodate advancements in hydrogen technology. This work aims to support the safe integration of hydrogen into gas turbine systems, contributing to a more sustainable and reliable energy future.Documento em Acesso Embargado até dia 23-05-2028. Tente solicitar cópia ao autor carregando no ficheiro.
Em 2020, as turbinas a gás foram responsáveis por produzir 22% da procura global de eletricidade. Com a crescente necessidade de descarbonização para um futuro mais sustentável, o hidrogénio surge como uma alternativa promissora aos combustíveis convencionais nas turbinas a gás. Dessa forma, esforços significativos têm sido direcionados para a adaptação de turbinas existentes ou o desenvolvimento de novos modelos capazes de operar com hidrogénio. No entanto, esta transição introduz riscos e desafios de segurança, tornando essencial a avaliação e mitigação de potenciais perigos associados ao armazenamento e combustão do hidrogénio. A Análise de Modos de Falha e Efeitos (Failure Modes and Effects Analysis) é uma ferramenta consolidada de avaliação de riscos, utilizada para identificar e analisar potenciais falhas em sistemas com base na sua probabilidade, deteção e severidade. O processo de FMEA normalmente segue sete etapas principais, desde a análise do sistema até à mitigação e comunicação dos riscos. Este trabalho aplica a metodologia FMEA ao uso de hidrogénio em turbinas a gás, garantindo uma operação mais segura e eficiente. O estudo identifica riscos críticos relacionados com o armazenamento e combustão do hidrogénio, como fugas, mau funcionamento de componentes devido à baixa temperatura, extinção de chama (flame-out) e temperaturas excessivas na turbina e no compressor. Além disso, são propostas estratégias para mitigar estes riscos. Pesquisas futuras deverão concentrar-se na validação dessas estratégias em turbinas operacionais e na otimização do modelo FMEA para acompanhar os avanços tecnológicos do hidrogénio. Este estudo contribui para a integração segura do hidrogénio em sistemas de turbinas a gás, promovendo um futuro energético mais sustentável e fiável.
Em 2020, as turbinas a gás foram responsáveis por produzir 22% da procura global de eletricidade. Com a crescente necessidade de descarbonização para um futuro mais sustentável, o hidrogénio surge como uma alternativa promissora aos combustíveis convencionais nas turbinas a gás. Dessa forma, esforços significativos têm sido direcionados para a adaptação de turbinas existentes ou o desenvolvimento de novos modelos capazes de operar com hidrogénio. No entanto, esta transição introduz riscos e desafios de segurança, tornando essencial a avaliação e mitigação de potenciais perigos associados ao armazenamento e combustão do hidrogénio. A Análise de Modos de Falha e Efeitos (Failure Modes and Effects Analysis) é uma ferramenta consolidada de avaliação de riscos, utilizada para identificar e analisar potenciais falhas em sistemas com base na sua probabilidade, deteção e severidade. O processo de FMEA normalmente segue sete etapas principais, desde a análise do sistema até à mitigação e comunicação dos riscos. Este trabalho aplica a metodologia FMEA ao uso de hidrogénio em turbinas a gás, garantindo uma operação mais segura e eficiente. O estudo identifica riscos críticos relacionados com o armazenamento e combustão do hidrogénio, como fugas, mau funcionamento de componentes devido à baixa temperatura, extinção de chama (flame-out) e temperaturas excessivas na turbina e no compressor. Além disso, são propostas estratégias para mitigar estes riscos. Pesquisas futuras deverão concentrar-se na validação dessas estratégias em turbinas operacionais e na otimização do modelo FMEA para acompanhar os avanços tecnológicos do hidrogénio. Este estudo contribui para a integração segura do hidrogénio em sistemas de turbinas a gás, promovendo um futuro energético mais sustentável e fiável.
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Keywords
Análise de Modos de Falha e Efeitos Armazenamento de Hidrogénio Líquido Fmea Hidógenio Líquido Hidrogénio Turbinas de Gás