Pierwszy na świecie wielkogabarytowy silnik wodorowy przeszedł testy w hiszpańskiej sieci energetycznej

Jak działa i co potrafi silnik Wärtsilä 31H2

31H2 to nie mały prototyp. Jest to średnioobrotowy, czterosuwowy, przemysłowy silnik tłokowy zbudowany na platformie Wärtsilä 31 – tej samej architekturze, której wariant wysokoprężny trafił kiedyś do Księgi Rekordów Guinnessa za swoją sprawność .

Fizycznie to prawdziwy kolos – ma około 4,5 metra wysokości i blisko 9 metrów długości. W konwencjonalnej formie generuje około 13 000 koni mechanicznych (około 9,8 MW), choć moc wyjściowa zmienia się w zależności od użytego paliwa .

Kluczem do spalania czystego wodoru w silniku tłokowym jest zaawansowany system kontroli procesu spalania. Wodór spala się z bardzo dużą prędkością płomienia i potrzebuje minimalnej energii do zapłonu, co drastycznie zwiększa ryzyko spalania stukowego i cofnięcia płomienia. Model 31H2 radzi sobie z tym ryzykiem, wykorzystując dedykowany układ sterowania, który w czasie rzeczywistym dostosowuje parametry pracy, zapewniając stabilne spalanie w pełnym zakresie elastyczności paliwowej .

Dwie ścieżki do wodoru – specyfikacja silników

Wärtsilä postawiła na dwutorową strategię silnikową w przejściu na wodór. Oba silniki bazują na tej samej platformie V31, ale odpowiadają na różne potrzeby:

• Wärtsilä 31SG-H2 (gotowy na wodór): Ten model jest ewolucją silników gazowych firmy. Pracuje na gazie ziemnym lub na mieszance z maksymalnie 25-procentowym (objętościowo) dodatkiem wodoru, bez żadnych modyfikacji sprzętowych – wystarczy zmiana nastaw w sterowniku. Można go później zmodernizować w warunkach polowych do pracy na 100% wodorze, gdy tylko odbiorca zapewni sobie niezawodne dostawy .
• Wärtsilä 31H2 (silnik na czysty wodór): To jednostka zaprojektowana od podstaw z myślą o pełnej elastyczności paliwowej – od 0% do 100% wodoru w mieszance z gazem ziemnym. Test w Bermeo zwalidował właśnie ten silnik, pracujący wyłącznie na czystym wodorze .

Kluczowe wskaźniki wydajności, na podstawie dokumentacji i publicznych oświadczeń Wärtsilä, przedstawiają się następująco:

• Moc na gazie ziemnym: ~12 MW. Rzecznik firmy potwierdził, że silnik średniootworowy V31 osiąga 12 MW na gazie .
• Moc na 100% wodorze: Niższa niż na gazie. Wärtsilä demonstrowała już wcześniej ciągłą pracę na czystym wodorze na poziomie około 70% typowego obciążenia silnika okrętowego. Rzecznik przyznał, że moc przy zasilaniu wodorowym jest obniżona w stosunku do gazu ziemnego, chociaż nie podano dokładnej wartości redukcji dla testu z podłączeniem do sieci .
• Wydajność mieszanek wodorowych: Przy 25-procentowym dodatku wodoru silnik w poprzednich testach komercyjnych osiągał 95% obciążenia. Natomiast przy 17-procentowym udziale wodoru w mieszance był w stanie osiągnąć pełne, 100-procentowe obciążenie .
• Czas rozruchu: Silnik może osiągnąć pełną moc zaledwie w dwie minuty. To jego ogromna przewaga nad tradycyjnymi elektrowniami cieplnymi i powód, dla którego świetnie nadaje się do bilansowania niestabilnych źródeł odnawialnych, takich jak wiatr i słońce .
• Synchronizacja z siecią: Od komendy startu do synchronizacji z siecią mija maksymalnie 30 sekund .

Rola elektrolizera Air Liquide

Wodór użyty w teście w Bermeo nie był tzw. szarym wodorem powstałym z reformingu gazu ziemnego. Firma Air Liquide dostarczyła zielony wodór, wyprodukowany na drodze elektrolizy wody – procesu, który przy zasilaniu energią odnawialną nie generuje emisji CO₂. Firma ma w tej dziedzinie ogromne doświadczenie – jej europejski zakład HyBalance był jedną z pierwszych instalacji przemysłowej elektrolizy PEM na dużą skalę .

Wodór wykorzystany w Bermeo był zgodny z dyrektywą UE w sprawie energii odnawialnej (RED), co oznacza, że spełniał surowe kryteria zrównoważonego rozwoju. Air Liquide dynamicznie zwiększa również skalę swoich projektów: buduje w Holandii elektrolizer ELYgator o mocy 200 MW, który ma docelowo produkować do 23 000 ton odnawialnego i niskoemisyjnego wodoru rocznie .

Praktyczny sprawdzian: co tak naprawdę udowodnił test w Bermeo

Czerwcowy test w Bermeo z udziałem klientów nie jest zwykłym eksperymentem laboratoryjnym. Oficjalny komunikat Wärtsilä opisuje go jako początek fazy „walidacji” silnika. Firma uruchomiła jednostkę w hiszpańskiej sieci, by zademonstrować producentom energii i użytkownikom przemysłowym, że ta technologia może dostarczać stałą, elastyczną i bezemisyjną energię w rzeczywistych warunkach .

Ten etap walidacji to ostatni krok przed przyjęciem zamówień komercyjnych. Wärtsilä spodziewa się, że sprzedaż na skalę przemysłową ruszy od 2027 roku . Celem firmy są wielkoskalowe elektrownie o mocach rzędu setek megawatów, zbudowane z wielu modułów silnikowych – podobnie jak dziś buduje się źródła zasilania dla centrów danych czy odległych zakładów przemysłowych .

Sześć lat żmudnego rozwoju: 2020–2026

Wärtsilä nie przeskoczyła z gazu ziemnego na czysty wodór z dnia na dzień. Firma prowadziła systematyczny, rozpisany na lata program testów:

• 2020: Wärtsilä i WEC Energy Group kończą pierwszy na świecie test mieszanki 25% wodoru na niezmodyfikowanym silniku 50SG. Przez trzy dni jednostka pracowała podłączona do sieci w Michigan, osiągając 95% obciążenia na tej mieszance .
• 2022: Rozszerzone testy mieszanek odbywają się w laboratoriach Wärtsilä w fińskiej Vaasa i Bermeo w Hiszpanii. Równolegle rusza komercyjna demonstracja w elektrowni WEC Energy Group .
• 2023: Test z EPRI i WEC Energy Group na silniku 20 MW pokazuje, że 25-procentowy dodatek wodoru daje lepszą niż oczekiwano sprawność i niższą emisję tlenków azotu (NOx), a wszystko to bez żadnych modyfikacji sprzętowych silnika .
• 2024: Wärtsilä prezentuje koncepcję pierwszej na świecie wielkoskalowej elektrowni silnikowej w 100% gotowej na wodór. Projekt otrzymuje certyfikat gotowości wodorowej (H2-Readiness) Phase 1 od jednostki certyfikującej TÜV SÜD .
• 2025: Firma wprowadza na rynek dwa warianty silników: 31SG-H2 i 31H2. Osiąga też zdolność do ciągłej pracy na czystym wodorze przy około 70% typowego obciążenia jednostki morskiej .
• Czerwiec 2026: Przełomowy test w Bermeo – pierwszy raz wielkogabarytowy silnik pracuje na 100% wodorze, zasilając sieć krajową .

Problem kosztów: Dlaczego 6,29 euro za kilogram ma znaczenie

W doniesieniach z testu w Bermeo pojawia się kwota 6,29 euro za kilogram zielonego wodoru w Hiszpanii. Cena ta wpisuje się w szersze europejskie szacunki kosztów zielonego wodoru, które zazwyczaj mieszczą się w przedziale od 5 do 8 euro za kilogram, w zależności od cen energii odnawialnej i stopnia wykorzystania elektrolizera .

Przy tej cenie koszt paliwa do produkcji energii elektrycznej z czystego wodoru jest znacząco wyższy niż w przypadku spalania gazu ziemnego. Propozycja wartości silnika nie polega zatem na taniej energii – chodzi o coś innego: o niezawodną, bezemisyjną i błyskawicznie reagującą na potrzeby sieci moc, czego nie jest w stanie w pełni zapewnić ani sama turbina gazowa, ani magazyn bateryjny. Dla branż z nakazami dekarbonizacji lub tam, gdzie energia z sieci jest zawodna, ten rachunek ekonomiczny może wyglądać zupełnie inaczej.

Gdzie ten silnik znajdzie zastosowanie

Wärtsilä kieruje platformę 31H2 do kilku sektorów, które potrzebują właśnie takiego połączenia zeroemisyjności i absolutnej niezawodności:

• Centra danych: Potrzebują one stałej, dyspozycyjnej mocy rezerwowej i podstawowej. Silnik wodorowy z dwuminutowym czasem rozruchu może błyskawicznie reagować na wahania w sieci, pomagając jednocześnie realizować korporacyjne cele neutralności węglowej .
• Górnictwo: Odległe kopalnie często są zdane na generatory dieslowskie. W pełni wodorowy silnik, zasilany ekologicznym wodorem produkowanym na miejscu z odnawialnych źródeł, otwiera drogę do zeroemisyjnej energii podstawowej bez konieczności budowy dalekosiężnego połączenia sieciowego.
• Cementownie i przemysł ciężki: Sektory te znane są z emisji procesowych, które ogromnie trudno zredukować. Elastyczny silnik wodorowy może zapewnić zarówno energię elektryczną, jak i wysokotemperaturowe ciepło wymagane w niektórych procesach przemysłowych.
• Produkcja tekstyliów: W regionach rozwijających infrastrukturę odnawialnego wodoru silnik ten oferuje ścieżkę dekarbonizacji dla znaczących mocy i ciepła potrzebnych w fabrykach włókienniczych.

Silnik Wärtsilä 31H2 jest elementem większego zakładu: że zielony wodór może stać się brakującym ogniwem między nieprzewidywalną energią odnawialną a gałęziami przemysłu, które potrzebują prądu 24 godziny na dobę, niezależnie od pogody.