Modeling of hydrogen combustion for industrial safety analyses

Hydrogen vil være en viktig energibærer i et miljøvennlig og bærekraftig samfunn. Sikker lagring og håndtering av store mengder hydrogen er en utfordring. Konsekvensene av ulykker med hydrogen kan bli svært dramatiske med potensielle tap av menneskeliv og omfattende materielle og økonomiske kostnader. Ved planlegging, design og drift av anlegg og infrastruktur for hydrogen vil pålitelige eksplosjons- og brannsikkerhetsanalyser være avgjørende for aksept fra regulerende myndigheter og befolkning. Hensikten med dette prosjektet er å forbedre det avanserte beregningsverktøyet KAMELEON FIREEX KFX med hensyn til simulering av hydrogenbrann og -eksplosjon for realistiske forhold. Dette vil kunne gi et avansert, industrielt simuleringsverktøy for detaljerte, 3-dimensjonale, kvantitative analyser med tanke på økt forståelse av hydrogensikkerhet. Forbedrede og nye modeller for hydrogenutslipp og -spredning, hydrogenbrann og hydrogeneksplosjoner er utviklet i prosjektet. Beregningsteknologien er testet og validert mot eksperimentelle data fra både mellomskala- og storskala hydrogenforsøk. KFX er opprinnelig utviklet for tredimensjonale, tidsavhengige beregninger av gasspredning, eksplosjon og brann under realistiske forhold i oljeindustrien. Teknologien bygger på mer enn 40 år med FoU-aktiviteter ved ComputIT, NTNU og SINTEF i Norge. Et viktig formål med prosjektet er å utnytte og videreutvikle avansert simuleringsteknologi og kompetanse innen brann- og eksplosjonssikkerhetsanalyser i offshore oljeindustri for bruk i nye markeder, som hydrogenrelatert virksomhet på land. Resultatene fra prosjektet vil kunne komme til nytte i prosessindustrien, transportsektoren, kjernekraftindustrien og industri knyttet til fornybar energi.

Pålitelige eksplosjons- og brannsikkerhetsanalyser vil være avgjørende ved planlegging og drift av hydrogenanlegg og tilhørende infrastruktur i samfunnet. Prosjektet har styrket kompetansen, beregningsverktøy og rådgivningstjenestene til DNV GLs fagmiljø for beregningsorientert fluiddynamikk (tidligere ComputIT). Dette gjelder særlig modellering og simulering av hydrogen i forbindelse med utslipp, spredning, brann og eksplosjoner under realistiske forhold. Videre har prosjektet gjort avansert beregningsteknologi som opprinnelig er utviklet for konsekvensberegninger av utslipp av hydrokarboner på olje- og gassinstallasjoner, anvendbar for hydrogenrelatert virksomhet. I et større perspektiv vil utnyttelse av resultatene kunne bidra til sikrere innføring av framtidige bærekraftige og miljøvennlige energiløsninger med hydrogen som energibærer.

Hydrogen vil være en viktig energibærer i et miljøvennlig og bærekraftig samfunn. Sikker lagring og håndtering av hydrogen er en utfordring. Konsekvensene ved ulykker med hydrogen kan bli svært dramatiske med potensielt tap av menneskeliv og omfattende materielle og økonomiske kostnader. Ved håndtering av store mengder hydrogen vil eksplosjons- og brannsikkerhetsanalyser derfor være avgjørende for aksept fra regulerende myndigheter og befolkning ved planlegging og drift av anlegg og tilhørende infrastruktur. For å beregne konsekvensene ved hydrogenbrann og -eksplosjoner under realistiske forhold er det behov for pålitelige, avanserte simuleringsverktøy for industriell bruk. Modellering og beregning av turbulent strømning og forbrenning i komplekse, realistiske geometrier er en stor utfordring, særlig når beregningsmetodene må være egnet til å finne praktiske løsninger innenfor rimelig tid og kostnad. I beregninger av hydrogenforbrenning må en dessuten ta hensyn til hydrogenets særegne termodynamiske, transport- og forbrenningstekniske egenskaper. Hovedmålet med dette prosjektet er å gjøre CFD-verktøyet KAMELEON FIREEX KFX bedre i stand til å beregne hydrogenbrann og -eksplosjon under realistiske forhold. Dette vil gi et pålitelig industrielt simuleringsverktøy for detaljerte, kvantitative analyser med tanke på økt hydrogensikkerhet. KFX er et internasjonalt ledende, industrielt simuleringsverktøy for tredimensjonale, transiente beregninger av gasspredning, eksplosjon og brann under realistiske forhold i oljeindustrien. Det er basert på 40 år med FoU-aktiviteter ved ComputIT, NTNU og SINTEF. Et viktig formål med prosjektet er å utnytte og videreutvikle avansert simuleringsteknologi og kompetanse for sikkerhetsanalyser i offshore oljeindustri for bruk i nye markeder, som hydrogenrelatert virksomhet på land. Resultatene fra prosjektet vil komme til nytte i prosessindustrien, transportsektoren, kjernekraftindustrien og industri knyttet til fornybar energi.