Thermodynamic Analysis of Semi-Closed Cycles with Oxy-Fuel Combustion and Carbon Dioxide-Steam Working Fluid

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Reducing emissions of harmful substances during the production of electricity at thermal power plants is possible by the transition to semi-closed gas turbine cycles with oxy-fuel combustion and carbon dioxide-steam working fluid. Their main advantages compared with closed Rankine cycles with water vapor and open Brayton cycles with combustion products of the air-fuel mixture are the absence of the toxic substances formation danger and the effective separation of working fluid components based on the thermodynamic principle, which allows to subsequently dispose of high-purity carbon dioxide. This paper presents the results of the energy performance thermodynamic analysis of the most known oxy-fuel combustion power cycles with a carbon dioxide-steam working fluid. A technique for modeling thermal schemes of promising power units is described in detail, taking into account losses for cooling high-temperature carbon dioxide turbines, energy costs for the production and compression of oxygen, as well as compression of carbon dioxide before disposal. Based on the results of mathematical modeling, it was found that the net electrical efficiency for the semi-closed combined cycle with oxy-fuel combustion can reach 44.5% at a gas turbine inlet temperature of 1400°C, and 43.2% for the Allam cycle at 1100°C.

作者简介

V. Kindra

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

编辑信件的主要联系方式.
Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russia, Moscow

I. Komarov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russia, Moscow

S. Osipov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russia, Moscow

O. Zlyvko

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russia, Moscow

V. Naumov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russia, Moscow

参考

  1. Pata U.K. Linking renewable energy, globalization, agriculture, CO2 emissions and ecological footprint in BRIC countries: A sustainability perspective // Renewable Energy. 2021. V. 173. P. 197–208.
  2. Emissions from public electricity and heat production-explanatory indicators (ENER 009) – European Environment Agency [Electronic resource]: Indicator Specification. URL: https://www. eea.europa.eu/data-and-maps/indicators/emissions-co2-so2-nox-from-1 (accessed: 17.06.2022).
  3. US EPA OAR. Sources of Greenhouse Gas Emissions [Electronic resource]: Overviews and Factsheets. 2015. URL: https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions (accessed: 17.06.2022).
  4. Jacobson M.Z. The health and climate impacts of carbon capture and direct air capture // Energy Environ. Sci. 2019. V. 12. № 12. P. 3567–3574.
  5. Rogalev A. et al. Research and Development of the Oxy-Fuel Combustion Power Cycles with CO2 Recirculation // Energies. 2021. V. 14. № 10. P. 2927.
  6. Allam R. et al. Demonstration of the Allam Cycle: An Update on the Development Status of a High Efficiency Supercritical Carbon Dioxide Power Process Employing Full Carbon Capture // Energy Procedia. 2017. V. 114. P. 5948–5966.
  7. Allam R.J. et al. High Efficiency and Low Cost of Electricity Generation from Fossil Fuels While Eliminating Atmospheric Emissions, Including Carbon Dioxide // Energy Procedia. 2013. V. 37. P. 1135–1149.
  8. Aspen Technology Inc. Aspen Plus [Electronic resource]: USA. 2013. URL: https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-plus (accessed: 19.07.2021).
  9. Рогалев А. и др. Исследование экологически безопасных энергетических комплексов с кислородным сжиганием топлива // Новое в российской электроэнергетике. 2019. № 8. P. 6–25.
  10. Yang H. et al. Evaluation of design performance of the semi-closed oxy-fuel combustion combined cycle // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2012. V. 134. № 11.
  11. Kindra V.O. et al. Parametric optimization of the semi-closed oxy-fuel combustion combined cycle // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1683. № 5. P. 052028.
  12. Rogalev A. et al. Thermodynamic optimization and equipment development for a high efficient fossil fuel power plant with zero emissions // Journal of Cleaner Production. 2019. V. 236. P. 117592.
  13. Трухний А.Д. Парогазовые установки электростанций: учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2017. P. 675.
  14. Choi B.S. Influence of a recuperator on the performance of the semi-closed oxy-fuel combustion combined cycle // Applied Thermal Engineering. 2017. P. 11.
  15. Mitchell C. et al. An initial assessment of the value of Allam Cycle power plants with liquid oxygen storage in future GB electricity system // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2019. V. 87. P. 1–18.
  16. Scaccabarozzi R., Gatti M., Martelli E. Thermodynamic analysis and numerical optimization of the NET Power oxy-combustion cycle // Applied Energy. 2016. V. 178. P. 505–526.
  17. Zhao Y. et al. Parametric study of a direct-fired supercritical carbon dioxide power cycle coupled to coal gasification process // Energy Conversion and Management. 2018. V. 156. P. 733–745.
  18. Lemmon E.W. et al. NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 10.0, National Institute of Standards and Technology. 2018.
  19. Bertini M. et al. Evaluation of the property methods for pure and mixture of CO2 for power cycles analysis // Energy Conversion and Management. 2021. V. 245. P. 114568.
  20. White C.W., Weiland N.T. Evaluation of Property Methods for Modeling Direct-Supercritical CO2 Power Cycles // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2018. V. 140. № 1. P. 011701.
  21. Ануров С.А. Криогенные технологии разделения газов. ООО “АР-Консалт”. М.: Общество с ограниченной ответственностью АР-Консалт, 2017. С. 233.
  22. Кортиков А., Тарасова Е., Агекян Г. Современные типы воздухоразделительных установок ОАО Криогенмаш для получения технического кислорода // Технические газы. 2010. № 2. С. 31–38.
  23. Dokhaee E. et al. Simulation of the Allam cycle with carbon dioxide working fluid and comparison with Brayton cycle // Int J Energy Environ Eng. 2021. V. 12. № 3. P. 543–550.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (42KB)
3.

下载 (51KB)
4.

下载 (282KB)
5.

下载 (329KB)
6.

下载 (58KB)
7.

下载 (295KB)
8.

下载 (926KB)
9.

下载 (331KB)
10.

下载 (906KB)

版权所有 © Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».