stringtranslate.com

Цикл мощности Аллама

Цикл Аллама или цикл Аллама-Фетведта представляет собой процесс преобразования углеродсодержащего топлива [1] в тепловую энергию с одновременным улавливанием образующихся углекислого газа и воды.

Изобретателями являются английский инженер Родни Джон Аллам , американский инженер Джереми Эрон Фетведт, американский ученый доктор Майлз Р. Палмер и американский бизнесмен и новатор Г. Уильям Браун-младший. [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Цикл Аллама-Фетведта был включен в список 10 прорывных технологий по версии MIT Technology Review за 2018 год. [10]

Этот цикл был проверен на испытательном полигоне мощностью 50 МВт, работающем на природном газе, в Ла-Порте , штат Техас, в мае 2018 года.

Описание

Цикл Аллама-Фетведта представляет собой рекуперированный цикл Брайтона высокого давления, использующий транскритическое рабочее тело CO 2 с режимом сжигания кислородно-топливного топлива . Этот цикл начинается со сжигания газообразного топлива с кислородом и горячим, высоконапорным, рециркулированным сверхкритическим рабочим телом CO 2 в камере сгорания. Рециркулированный поток CO 2 выполняет двойную функцию: снижает температуру пламени сгорания до управляемого уровня и разбавляет продукты сгорания таким образом, чтобы рабочим телом цикла был преимущественно CO 2 . Давление в камере сгорания может достигать приблизительно 30 МПа. Исходное сырье для сгорания состоит приблизительно из 95% рециркулированного CO 2 по массе.

Камера сгорания обеспечивает выпуск под высоким давлением, который может подаваться в турбодетандер, работающий при степени сжатия от 6 до 12. Выпуск из детандера выходит в виде субкритической смеси CO2 , преимущественно смешанной с водой, полученной в результате сгорания. Эта жидкость поступает в теплообменник экономайзера, который охлаждает выпуск из детандера до температуры ниже 65 °C против потока CO2 , который рециркулируется в камеру сгорания. После выхода из теплообменника экономайзера выпуск из детандера дополнительно охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды, с помощью центральной системы охлаждения, что позволяет удалять жидкую воду из рабочей жидкости и рециркулировать ее для полезного использования.

Оставшаяся рабочая жидкость почти чистого CO2 затем поступает на стадию сжатия и нагнетания. Система сжатия состоит из обычного центробежного компрессора с промежуточным охлаждением и входным давлением ниже критического давления CO2 . Рабочая жидкость CO2 сжимается , а затем охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды, в доохладителе компрессора. На этом этапе сочетание сжатия и охлаждения рабочей жидкости позволяет ей достичь плотности свыше 500 кг/м3. В этом состоянии поток CO2 может быть перекачан до требуемого высокого давления сгорания с помощью многоступенчатого центробежного насоса. Наконец, рабочая жидкость высокого давления отправляется обратно через теплообменник экономайзера для повторного нагрева и возврата в камеру сгорания.

Чистый продукт CO 2 , полученный в результате добавления топлива и кислорода в камеру сгорания, удаляется из потока высокого давления; на этом этапе продукт CO 2 находится под высоким давлением и имеет высокую чистоту, готов к секвестрации или использованию без необходимости дальнейшего сжатия. [11] [12] [13] [14]

Для того, чтобы система достигла высокой тепловой эффективности , необходим близкий температурный подход на высокотемпературной стороне первичного теплообменника. Из-за процесса охлаждения, используемого на этапе сжатия и нагнетания, обычно существует большой энергетический дисбаланс в цикле между потоком выхлопных газов охлаждающего расширителя и потоком рециркуляции CO2 повторного нагрева .

Цикл Аллама-Фетведта исправляет этот дисбаланс посредством включения низкопотенциального тепла на низкотемпературном конце рекуперативного теплообменника. Из-за низких температур на холодном конце цикла это низкопотенциальное тепло должно быть только в диапазоне от 100 °C до 400 °C. Удобным источником этого тепла является блок разделения воздуха (ASU), необходимый для режима сжигания кислородно-топливного топлива.

При сжигании природного газа в качестве топлива эта базовая конфигурация была смоделирована для достижения эффективности до 60% (LHV) в качестве цикла мощности за вычетом всех паразитных нагрузок, включая энергоемкую ASU. Несмотря на новизну, компоненты, необходимые для этого цикла, имеются в продаже, за исключением пакета турбины сгорания. Турбина основана на проверенных технологиях и подходах, используемых в существующих инструментах проектирования газовых и паровых турбин. [15] [16]

Приложения

Строительство началось в марте 2016 года в Ла-Порте, штат Техас, на испытательном промышленном объекте мощностью 50 МВт для демонстрации цикла Аллама-Фетведта и было завершено в 2017 году. В 2018 году цикл Аллама-Фетведта и поддерживающие его технологии были проверены [17] , что позволило производителям оригинального оборудования сертифицировать компоненты для использования на будущих производственных предприятиях.

15 ноября 2021 года примерно в 19:40 по восточноевропейскому времени испытательная установка успешно синхронизировалась с сетью ERCOT [18], доказав, что цикл Аллама Фетведта способен генерировать электроэнергию с частотой 60 Гц.

Этот испытательный полигон принадлежит и управляется компанией NET Power, которая, в свою очередь, принадлежит Constellation Energy Corporation, Occidental Petroleum (Oxy) Low Carbon Ventures, Baker Hughes и 8 Rivers Capital (изобретатель технологии).

Компания NET Power была удостоена награды «Международное совершенство в области энергетического прорыва» за технологический проект года 2018 года на Международной нефтяной выставке и конференции в Абу-Даби (ADIPEC). [19]

История патента

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Углеродсодержащее топливо включает природный газ , биомассу , уголь , твердые бытовые отходы и сернистый газ (природный газ с высоким содержанием диоксида серы ).
  2. ^ ab патент США 8959887, Allam; Rodney John (Wiltshire, GB), Brown, Jr.; Glenn William (Durham, NC), Palmer; Miles R. (Chapel Hill, NC),; Brown, Jr., Glenn William & Palmer, Miles R., "Система и метод высокоэффективной генерации электроэнергии с использованием циркулирующей рабочей жидкости на основе диоксида углерода", опубликовано 2015-02-24, выдано 2013-11-04, передано Palmer Labs, LLC и 8 Rivers Capital, LLC 
  3. ^ ab патент США 8986002, Palmer; Miles R. (Chapel Hill, NC), Allam; Rodney John (Chippenham, GB), Brown, Jr.; Glenn William (Durham, NC), Fetvedt; Jeremy Eron (Raleigh, NC); Allam, Rodney John & Brown, Jr., Glenn William et al., "Устройство для сжигания топлива при высоком давлении и высокой температуре и связанная с ним система", опубликовано 2015-03-24, передано 8 Rivers Capital, LLC и Palmer Labs, LLC 
  4. ^ ab патент США 9062608, Allam; Rodney John (Wiltshire, GB), Palmer; Miles R. (Chapel Hill, NC), Brown, Jr.; Glenn William (Durham, NC); Palmer, Miles R. & Brown, Jr., Glenn William, "System and method for high efficient power generation using a carbonoxide circulating working fluid", опубликовано 2015-06-23, выдано 2013-03-13, передано Palmer Labs, LLC и 8 Rivers Capital, LLC 
  5. ^ ab патент США 9068743, Палмер; Майлз Р. (Грейт-Фолс, Вирджиния), Аллам; Родни Джон (Чиппенхэм, Великобритания), Браун, младший; Гленн Уильям (Дарем, Северная Каролина); Аллам, Родни Джон и Браун, младший, Гленн Уильям, "Устройство для сжигания топлива при высоком давлении и высокой температуре и связанная с ним система", выдан 24.03.2015, передано 8 Rivers Capital, LLC и Palmer Labs, LLC 
  6. ^ ab патент США 9416728, Палмер; Майлз Р. (Грейт-Фолс, Вирджиния), Аллам; Родни Джон (Чиппенхэм, Великобритания), Браун, младший; Гленн Уильям (Дарем, Северная Каролина); Аллам, Родни Джон и Браун, младший, Гленн Уильям, «Устройство и способ сжигания топлива при высоком давлении и высокой температуре, а также связанная с ним система и устройство», выдан 16 августа 2016 г., передано 8 Rivers Capital, LLC и Palmer Labs, LLC 
  7. ^ ab патент США 9869245, Allam; Rodney John (Wiltshire, GB), Palmer; Miles R. (Chapel Hill, NC), Brown, Jr.; Glenn William (Durham, NC); Palmer, Miles R. & Brown, Jr., Glenn William, "System and method for high efficient power generation using a carbonoxide circulating working fluid", опубликовано 10.09.2015, выдано 16.01.2018, передано 8 Rivers Capital, LLC 
  8. ^ ab патент США 10018115, Palmer; Miles R. (Chapel Hill, NC), Allam; Rodney John (Chippenham, GB), Brown, Jr.; Glenn William (Durham, NC), Fetvedt; Jeremy Eron (Raleigh, NC); Allam, Rodney John & Brown, Jr., Glenn William et al., "System and method for high efficient power generation using a carbonoxide circulating working fluid", опубликовано 24.03.2015, передано 8 Rivers Capital, LLC 
  9. ^ ab патент США 10047671, Allam; Rodney John (Wiltshire, GB), Brown, Jr.; Glenn William (Durham, NC), Palmer; Miles R. (Chapel Hill, NC),; Brown, Jr., Glenn William & Palmer, Miles R., "Система и метод высокоэффективной генерации электроэнергии с использованием циркулирующей рабочей жидкости на основе диоксида углерода", опубликовано 14 августа 2018 г., выдано 23 января 2015 г., передано Palmer Labs, LLC и 8 Rivers Capital, LLC 
  10. ^ "2018". MIT Technology Review . Получено 2020-10-01 .
  11. ^ "Breaking ground for a groundbreaker: the first Allam Cycle power plant". Modern Power Systems . 15 мая 2016 г. Получено 29 ноября 2016 г.
  12. ^ Isles, Junior (2014). «Подготовка к новой сверхкритической системе энергетического цикла CO2» (PDF) . Gas Turbine World . Том 44, № 6. Pequot Publishing. Архивировано из оригинала (PDF) 11 августа 2016 г. . Получено 29 ноября 2016 г. .
  13. ^ Грант, Аннали (6 марта 2015 г.). «Exelon, NET Power уверены в запланированном пилотном проекте по улавливанию углерода в Техасе». SNL . S&P Global . Получено 29 ноября 2016 г.
  14. ^ Додж, Эдвард (14 ноября 2014 г.). "Прорыв в области улавливания и хранения углерода: циклы питания sCO2 предлагают улучшенную эффективность и интегрированное улавливание углерода". Breaking Energy . Breaking Media . Получено 29 ноября 2016 г.
  15. ^ Аллам, Родни; Мартин, Скотт; Форрест, Брок; Фетведт, Джереми; Лу, Сицзя; Фрид, Дэвид; Браун, Г. Уильям; Сасаки, Такаши; Ито, Масао; Мэннинг, Джеймс (01.07.2017). «Демонстрация цикла Аллама: обновление информации о состоянии разработки высокоэффективного сверхкритического процесса получения энергии из диоксида углерода с использованием полного улавливания углерода». Energy Procedia . 114 : 5948–5966. doi : 10.1016/j.egypro.2017.03.1731 . ISSN  1876-6102.
  16. ^ Лу, Сицзя; Форрест, Брок; Мартин, Скотт; Фетведт, Джереми; МакГродди, Майкл; Фрид, Дэвид (2016-09-20). «Интеграция и оптимизация систем газификации угля с циклом сверхкритической углекислоты с почти нулевыми выбросами». Труды ASME Turbo Expo 2016: Техническая конференция и выставка по турбомашиностроению. Том 9: Применение в нефтегазовой отрасли; Сверхкритические циклы CO2; Ветроэнергетика . Цифровая коллекция Американского общества инженеров-механиков. doi : 10.1115/GT2016-58066. ISBN 978-0-7918-4987-3.
  17. ^ Рати, Акшат (31 мая 2018 г.). «Американский стартап зажег первый огонь на своей электростанции на ископаемом топливе с нулевым уровнем выбросов». Quartz . Получено 01.10.2020 .
  18. ^ "Power Engineering International". Power Engineering International . 18 ноября 2021 г. . Получено 18 ноября 2021 г. .
  19. ^ LLC, NET Power. «Демонстрационная установка NET Power побеждает в номинации «Прорывной технологический проект года» ADIPEC 2018 года». www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Получено 01.10.2020 .

Внешние ссылки