Энергетический цикл Аллама - Allam power cycle

ВЦикл Аллама-Фетведта илиЦикл Аллама это процесс преобразования газообразного топлива в тепловую энергию с улавливанием генерируемыхуглекислый газ и вода. Этот цикл с нулевым уровнем выбросов был утвержден при подаче природного газа 50 МВт тепл. испытательный центр в Ла Порт, Техас, в мае 2018 года. Это промышленное предприятие принадлежит и управляется NET Power LLC, частной компанией по лицензированию технологий. NET Power принадлежит Корпорация Exelon, McDermott International ООО, Occidental Petroleum Corporation (Oxy) Low Carbon Ventures и 8 Rivers Capital. Два изобретателя, стоящие за процессом, - английский инженер. Родни Джон Аллам и американский инженер Джереми Эрон Фетведт.[1] Цикл Аллама-Фетведта был включен MIT Technology Review в список 10 прорывных технологий 2018 года.[2]

Описание

В Цикл Аллама-Фетведта который работает как рекуперативная система высокого давления, Цикл Брайтона с использованием транскритической рабочей жидкости CO2 с кислородно-топливное горение режим. Этот цикл начинается с сжигания газообразного топлива с кислородом и горячей рециркулированной сверхкритической рабочей жидкостью CO2 под высоким давлением в камере сгорания. Рециркулируемый поток CO2 служит двойной цели: понижения температуры пламени сгорания до приемлемого уровня и разбавления продуктов сгорания таким образом, что рабочая жидкость цикла представляет собой преимущественно CO2. Давление в камере сгорания может достигать примерно 30 МПа, а сырье для сжигания состоит из примерно 95% рециркулируемого CO2 по массе. Камера сгорания обеспечивает выхлоп под высоким давлением, который может подаваться в турбодетандер, работающий при перепаде давлений от 6 до 12. Выход из детандера выходит в виде докритической смеси CO2, преимущественно смешанной с водой, полученной при сжигании. Эта жидкость поступает в теплообменник экономайзера, который охлаждает выходную часть детандера до температуры ниже 65 ° C против потока CO2, который возвращается в камеру сгорания. После выхода из теплообменника экономайзера выхлоп 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 для полезного использования.

Оставшаяся рабочая жидкость, представляющая собой почти чистый CO2, затем поступает на этап сжатия и откачки. Система сжатия состоит из обычного центробежного компрессора с промежуточным охлаждением и давлением на входе ниже критического давления CO2. Рабочая жидкость CO2 сжимается и затем охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды, в доохладителе компрессора. На этом этапе сочетание сжатия и охлаждения рабочего тела позволяет достичь плотности, превышающей 500 кг / м3. В этом состоянии поток CO2 можно перекачивать до необходимого высокого давления сгорания с помощью многоступенчатого центробежного насоса. Наконец, рабочая жидкость под высоким давлением отправляется обратно через теплообменник экономайзера для повторного нагрева и возврата в камеру сгорания.

Чистый продукт CO2, полученный при добавлении топлива и кислорода в камеру сгорания, удаляется из потока высокого давления; на этом этапе продукт CO2 находится под высоким давлением и высокой чистотой, готов к секвестрации или утилизации без необходимости дальнейшего сжатия. Упрощенная технологическая схема этого цикла представлена ​​на рисунке 1.

[3][4][5][6][7][8][9]

Массовый расход компонентов цикла Аллама для природного газового топлива (процент от общей массы, поступающей на стадию сжигания)
Стадия циклаКислородНатуральный

газ

Вода (H2O)Углекислый газ (CO2)
Вход для горения4.75%1.25%–94% (горячее, высокое давление)
Вход турбины––2,75% (очень горячий пар)97,25% (очень жарко)
Вход теплообменника (выхлоп)––2,75% (горячий пар)97,25% (горячее, низкое давление)
Выход теплообменника (выхлоп)––2,75% (конденсированный пар)97,25% (до компрессора-насоса)
Выход компрессора и насоса––94% (в теплообменник)3,25% (CCS / CCUS)
Вход теплообменника (рециркуляция)––94% (сжатый)
Выход теплообменника (рециркуляция)––94% (горячие, сжатые, для вторичной переработки)


Чтобы система достигла высокого теплового КПД, необходим близкий температурный подход на высокотемпературной стороне первичного теплообменника. Из-за процесса охлаждения, используемого на стадии сжатия и нагнетания цикла Аллама-Фетведта, в цикле между выхлопным потоком охлаждающего детандера и рециркулирующим потоком повторного нагрева CO2 обычно существует большой энергетический дисбаланс.

Цикл Аллама-Фетведта исправляет этот дисбаланс за счет включения низкопотенциального тепла в низкотемпературный конец рекуперативного теплообменника. Из-за низких температур в конце холодного цикла это низкопотенциальное тепло должно быть только в диапазоне от 100 ° C до 400 ° C. Удобным источником этого тепла является установка разделения воздуха (ASU), необходимая для режима газокислородного сжигания, как показано на рисунке 1.

Эта базовая конфигурация при сжигании природного газа в качестве топлива была смоделирована для достижения КПД до 60% (LHV) в качестве энергетического цикла за вычетом всех паразитных нагрузок, включая энергоемкие ASU. Несмотря на новизну, все компоненты, необходимые для этого цикла, в настоящее время имеются в продаже, за исключением турбины внутреннего сгорания. Турбина основана на проверенных технологиях и подходах, используемых существующими инструментами проектирования газовых и паровых турбин.[10][11]

Приложения

Строительство началось в марте 2016 года в Ла-Порте, штат Техас, на промышленной испытательной установке мощностью 50 МВт, которая продемонстрирует цикл Аллама-Фетведта, строительство было завершено в 2017 году. В 2018 году цикл Аллама-Фетведта и вспомогательные технологии были проверены на этой демонстрационной установке. который сейчас служит испытательная установка,[12] позволяя OEM-производителям сертифицировать компоненты для использования с будущими установками Allam-Fetvedt Cycle. Этот испытательная установка принадлежит и управляется NETPower, которой владеют Exelon Corporation, McDermott International Ltd, Occidental Pertroleum Corporation (Oxy) Low Carbon Ventures и 8 Rivers Capital. В знак признания испытательного центра Allam-Fetvedt Cycle в Ла-Порте, штат Техас, компания NET Power была удостоена награды за лучший технологический проект года в области энергетического прорыва 2018 года на Международной нефтяной выставке и конференции в Абу-Даби (ADIPEC).[13]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «Цикл Аллама-Фетведта и чистая мощность». 8rivers.com. Получено 2020-10-01.
  2. ^ "2018". Обзор технологий MIT. Получено 2020-10-01.
  3. ^ «Основа для новатора: первая электростанция Allam Cycle». Современные энергосистемы. 15 мая 2016. Получено 29 ноябрь 2016.
  4. ^ Айлс, младший (2014). "Подготовка к новому сверхкритическому CO2 система силового цикла " (PDF). Газотурбинный мир. 44 (6). Pequot Publishing. Получено 29 ноябрь 2016.
  5. ^ 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 ноябрь 2016.
  6. ^ Додж, Эдвард (14 ноября 2014 г.). «Прорыв в технологии CCS: циклы включения sCO2 обеспечивают повышенную эффективность и интегрированный улавливание углерода». Нарушение энергии. Разрыв СМИ. Получено 29 ноябрь 2016.
  7. ^ «Цикл Аллама и чистая сила». 8 Риверс Кэпитал. Получено 29 ноябрь 2016.
  8. ^ "Технологии". NetPower. Получено 29 ноябрь 2016.
  9. ^ «Цикл CO2 от NET Power: прорыв, необходимый для CCS». Современные энергосистемы. 10 июля 2013 г.. Получено 29 ноябрь 2016.
  10. ^ Аллам, Родни; Мартин, Скотт; Форрест, Брок; Фетведт, Джереми; Лу, Сицзя; Фрид, Дэвид; Браун, Г. Уильям; Сасаки, Такаши; Ито, Масао; Мэннинг, Джеймс (2017-07-01). «Демонстрация цикла Аллама: обновленная информация о состоянии разработки высокоэффективного сверхкритического энергетического процесса с использованием диоксида углерода с использованием полного улавливания углерода». Энергетические процедуры. 13-я Международная конференция по технологиям контроля парниковых газов, GHGT-13, 14-18 ноября 2016 г., Лозанна, Швейцария. 114: 5948–5966. Дои:10.1016 / j.egypro.2017.03.1731. ISSN  1876-6102.
  11. ^ Лу, Сицзя; Форрест, Брок; Мартин, Скотт; Фетведт, Джереми; МакГродди, Майкл; Фрид, Дэвид (2016-09-20). «Интеграция и оптимизация систем газификации угля с почти нулевым уровнем выбросов сверхкритического диоксида углерода». Цифровая коллекция Американского общества инженеров-механиков. Дои:10.1115 / GT2016-58066. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  12. ^ Рати, Акшат. «Американский стартап зажег первый пожар на своей электростанции, работающей на ископаемом топливе с нулевым уровнем выбросов». Кварцевый. Получено 2020-10-01.
  13. ^ ООО, NET Power. «Демонстрационная установка NET Power выиграла прорывной технологический проект года ADIPEC 2018». www.prnewswire.com. Получено 2020-10-01.

внешняя ссылка