CC BY
3
(°0
УДК 621.311 DOI:10.30724/1998-9903-2024-26-4-150-159
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СО2-ЦИКЛОВ ПРИ КИСЛОРОДНОМ
СЖИГАНИИ МЕТАНОЛА
Щинников П.А., Садкин И.С., Боруш О.В., Романенко Р.В.
Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск, Россия
shchinnikov@corp. тШ. т
Резюме: ЦЕЛЬ работы заключается в определении массо-расходных характеристик рабочих веществ и энергетических показателей установки на основе СО2-цикла с двухступенчатым повышением давления (цикла Аллама) при кислородном сжигании метанола. МЕТОДЫ. Представлена методика, в которой массо-расходные характеристики рабочих веществ определяют на основе реакций горения и синтеза метанола и электролиза воды. Эти реакции являются основными для обеспечения рабочих процессов в установке. В основе метода лежат мольные соотношения веществ, участвующих в реакциях при стехиометрических условиях. С использованием термодинамических параметров цикла и при заданной мощности установки определяют расходы рабочего тела, долю обновления углекислоты, количество метанола, получаемого в установке синтеза, количество свежего метанола, подводимого к циклу, количество водорода, получаемого в установке электролиза воды и количество кислорода, необходимого для процессов горения топлива. Одновременно определяют количество коммерческого водорода, то есть выводимого на склад. Затраты электроэнергии на определение мощности собственных нужд определяют по нормативными методам и данным заводов изготовителей оборудования. РЕЗУЛЬТАТЫ. Показано, что при близких значениях термических КПД СО2-циклов на основе кислородного сжигания метана и метанола у последнего количество углекислоты, выводимой из цикла на захоронение на 11% меньше. Показано, что СО2-цикл, работающий на метаноле, одновременно с выработкой электроэнергии способен вырабатывать коммерческий водород. Удельные затраты электроэнергии на его производство составят на -22 % меньше, чем при производстве без сочетания с СО2-циклом.
Ключевые слова: цикл Аллама; метанол; водород; кислородное сжигание; метод исследования; эффективность.
Для цитирования: Щинников П.А., Садкин И.С., Боруш О.В., Романенко Р.В. Энергетические особенности С02-циклов при кислородном сжигании метанола // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2024. Т.26. № 4. С. 150-159. ао1:10.30724/1998-9903-2024-26-4-150-159.
ENERGY FEATURES OF CO2-CYCLES DURING OXYGEN COMBUSTION OF
METHANOL
Shchinnikov P.A., Sadkin I.S., Borush O.V., Romanenko R.V.
Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia
shchinnikov@corp. nstu. ru
Abstract: The PURPOSE of the work is to determine the mass-flow characteristics of working substances and energy indicators of an installation based on a CO2 cycle with a two-stage pressure increase (Allam cycle) during oxygen combustion of methanol. METHODS. A research methodology is presented in which the mass-flow characteristics of working substances are determined based on the reactions of combustion and synthesis of methanol and electrolysis of water. These reactions are basic for ensuring operational processes in the installation. The method is based on the molar ratios of substances participating in reactions under stoichiometric conditions. Using the thermodynamic parameters of the cycle being implemented and at a given installation power, the consumption of the working fluid, the share of carbon dioxide renewal in
the cycle, the amount of methanol produced in the synthesis unit, the amount offresh methanol, the amount of hydrogen produced in the water electrolysis unit and the amount of oxygen are determined, necessary to ensure fuel combustion processes. At the same time, the amount of commercial hydrogen is determined. Electricity consumption for own needs is determined using regulatory methods and data from equipment manufacturers. RESULTS. The article shows that with similar values of thermal efficiency of CO2 cycles based on oxygen combustion of methane and methanol, the amount of carbon dioxide removed from the cycle for disposal is 11% less. It has been shown that a CO2 cycle operating on methanol is capable of producing commercial hydrogen simultaneously with electricity generation. The specific electricity consumption for hydrogen production is 22% less than for its production without combination with the CO2 cycle.
Keywords: Allama cycle; methanol; hydrogen; oxygen combustion; research method; indicators.
For citation: Shchinnikov P.A., Sadkin I.S., Borush O.V., Romanenko R.V. Energy features of CO2-cycles during oxygen combustion of methanol. Power engineering: research, equipment, technology. 2024; 26 (4): 150-159. doi:10.30724/1998-9903-2024-26-4-150-159.
Введение (Introduction)
В условиях сохранения в мировом энергетическом балансе высокой доли органического топлива, что характерно и для России, требуется разработка углероднейтральных технологий его использования при производстве электроэнергии. Одним из направлений развития таких технологий является создание энергетических установок на основе СО2-циклов с нулевыми выбросами углекислоты в атмосферу [1-10]. В их основе лежит кислородное сжигание топлива [8, 11, 12]. Могут быть реализованы разные варианты термодинамических циклов [9, 13-15] и разные технические особенности энергетических установок [15-17]. Одновременно рассматривают разные виды топлива - от метана до синтез-газа из угля [2, 8, 9, 16, 18, 19]. Активность исследований СО2-циклов возросла после практической реализации подобной экспериментальной установки компанией NetPower в г.Ла-Порте, США [6, 20, 21]. Многие научные коллективы США [6, 17, 18], Китая [9], стран Евросоюза [1, 13, 15] развивают данное направление энергетики. В России этим направлением активно занимаются в НИУ МЭИ [12, 22], ОИВТ РАН [3, 10], НГТУ [14, 23]. К последнему коллективу принадлежат авторы статьи.
Постановка задачи (Formulation of the problem)
В основе работы СО2-циклов лежит использование в качестве рабочего тела углекислоты, полученной при кислородном сжигании углеводородного топлива, например, метана по реакции
СН4+2О2 ^ СО2+2Н2О. (1)
В этом случае избыток углекислоты, полученный при сжигании топлива и не требующийся для обеспечения работоспособности цикла, а также вся вода выводятся за его рамки [4, 11, 14, 20]. Углекислота выводится для захоронения, а вода сбрасывается в окружающую среду. Подобная организация цикла характерна для сжигания любого газообразного углеводородного топлива, очищенного от негорючих элементов и примесей. Вместе с тем из выводимых за рамки цикла продуктов сгорания может быть получен метанол по реакции
СО2+3Н2 ^ СН3ОН + Н2О, (2)
в которой водород берут в результате электролизного разложения воды, так же выводимой за рамки цикла
Н2О ^ Н2 + О. (3)
Таким образом, при использовании в качестве топлива метанола можно обеспечить его частичное восполнение по реакции (2).
Реакция горения метанола
2СН3ОН + 3О2 ^ 2СО2 + 4Н2О. (4)
Кислород, полученный по реакции (3), может быть использован в реакции горения (4) и частично компенсировать полные затраты кислорода, а избыток водорода отправлен на склад для последующей реализации.
Рис. 1. Принципиальная схема установки на основе СО2-цикла при кислородном сжигании метанола: 1, 2, 3 - функциональные части установки; КС - камера сгорания; СО2-Т - СО2-турбина; К-СО2 - компрессор первой ступени подъема давления; Р - ресивер; ВРУ -воздухоразделительная установка; УСЖ -установка по сжижению кислорода; УЭ -установка электролиза воды; УСН - установка синтеза метанола; ТО - теплообменники; ТН -топливный насос; ТНВД - топливный насос высокого давления; КНВД - кислородный насос высокго давления; ПНВД - питательный насос высокого давления второй ступени подъема; ДВ -дутьевой вентилятор; ЦН - циркуляционный насос; К-Н2 - компрессор водорода; ТО-R -регенеративный теплообменник; Г - генератор; СН4О - метанол
*Источник: Составлено авторами. Source: compiled by the authors.
Fig. 1. Schematic diagram of an installation based on the CO2-cycle for oxygen combustion of methanol: 1, 2, 3 - functional parts of the installation; KC - combustion chamber; CO2-T -CO2-turbine; K-CO2 - compressor of the first stage of pressure rise; P - receiver; ВРУ - air separation unit; УСЖ - oxygen liquefaction unit; УЭ - water electrolysis installation; УСН - methanol synthesis unit; TO - heat exchangers; TN - fuel pump; ТНВД - high pressure fuel pump; КНВД - high pressure oxygen pump; ПНВД - high-pressure feed pump of the second stage of lift; ДВ - blower fan; ЦН -circulation pump; K-H2 - hydrogen compressor; TOR - regenerative heat exchanger; Г - generator; CH4O - methanol
Установку можно представить в виде функциональных частей (рис. 1). Первая часть включает оборудование, объединяющее процессы, реализуемые в термодинамическом цикле и предназначенное для генерации электроэнергии. В эту группу оборудования входят камера сгорания, СО2-турбина, регенеративный теплообменник, теплообменники для отвода теплоты в окружающую среду, нагнетатели, генератор. Вторая функциональная часть предназначена для обеспечения подвода топлива к камере сгорания. В ней сосредоточены установка синтеза метанола, установка электролиза воды, вспомогательное оборудование и нагнетатели. Здесь же обеспечивается вывод избытка углекислоты на захоронение и вывод избытка водорода на склад. Третья функциональная часть
обеспечивает подвод окислителя к камере сгорания. В ней сосредоточены установка сжижения кислорода, получаемого при электролизе воды, воздухоразделительная установка, а так же вспомогательное оборудование и нагнетатели.
В камере сгорания (КС) обеспечивают сжигание метанола в кислороде по реакции (4) и нагрев рабочего тела в виде углекислоты за счет смешения с продуктами сгорания, рис.1. Полученную смесь углекислоты и водяных паров направляют в СО2-турбину (СО2-Т), где совершается работа. Затем смесь направляют в регенеративный теплообменник (ТО-R), где сбросным потоком обеспечивают нагрев углекислоты, подводимой к камере сгорания. Повышение давления рабочего тела обеспечивают по двухступенчатой схеме в компрессоре (К-СО2) и насосе (ПНВД), что отражает реализацию цикла Аллама [4, 5]. Отвод теплоты в окружающую среду обеспечивают в воздушных теплообменниках (ТО) при нагнетании охлаждающего воздуха дутьевыми вентиляторами (ДВ). Избыток углекислоты направляют в установку синтеза метанола (УСН). Полученный в результате рециклинга углекислоты по реакции (2) метанол направляют в ресивер (Р) для смешения со свежим метанолом. Затем, при помощи топливного насоса высокого давления (ТНВД), направляют в камеру сгорания. Вода, полученная в результате реакции (4) выводится из цикла и направляется в ресивер, где смешивается с водой, полученной по реакции (2) в установке синтеза метанола. Затем ее направляют в установку электролиза (УЭ). Полученный при электролизе воды по реакции (3) водород при помощи нагнетателя (К-Н2) направляют в установку синтеза метанола, а его избыток выводят на склад. Полученный при электролизе кислород направляют в установку сжижения (УСЖ), откуда в ресивер для смешения с кислородом, полученным в воздуразделительной установке (ВРУ). Затем кислородным насосом высокого давления (КНВД) направляют в камеру сгорания. Для функционирования установки электролиза обеспечивают ее охлаждение водой в собственном контуре замкнутого типа при помощи циркуляционного насоса (ЦН).
Представленная установка обладает следующими преимуществами: высокая термодинамическая эффективность; замкнутость всех контуров; минимальное использование воды; отсутствие жидких стоков; сниженный выброс СО2; рециклинг топлива; наработка коммерческого Н2 на склад.
Анализ работоспособности установки по представленной схеме представляет интерес. Задачей исследования является оценка энергетических и массо-расходных показателй установки. Эта информация необходима при проектировании ее узлов и агрегатов.
Методика исследования (Research methodology)
Массовые расходы веществ, обусловленные химическими реакциями горения (4) и синтеза (2) метанола и электролиза (3) воды определяются на основании их мольных отношений на 1 кг СО2 рабочего тела при стехиометрических условиях
Г — »Я20 ,
ито — ~ >
■"С02
г - »02 .
02 ~ ~и-'
•"С02
"снз' »0.01
г — ■"снзон .
"снзон —
Сс02 — ¿"Сснзон ,МС02 > •"снзон
сН2 = жСНЗОн ;
(1)
Г —ЯГ •"нго UH20 — OUU2
■"снзон
иН20 МН2
В этих выражениях О - расход вещества, кг/с; ц - мольная масса вещества; 5 - доля обновления углекислоты в цикле.
Расход рабочего тела при обеспечении заданной мощности установки определяют выражением, кг/с
N ■ 103
д = " (2)
0 №о->Ч)7о£'
где N - электрическая мощность установки, МВт; h-i - энтальпия на входе в СО2-турбину и выходе из нее, кДж/кг; г| 0,- - внутренний отноистельный КПД СО2-турбины. Количество метанола, получаемого в установке синтеза, кг/с
тлсинтез _ no ^С H 3 О H п
исн зо н - и - z---°
■"С02
При работе установки синтеза метанола учитывают, что секвестируется 20% подведенной углекислоты [24].
Количество свежего метанола, подводимого к циклу, кг/с
П _ D _ г\синтез
в ^снзон-
(4)
где B - расход топлива на выработку электроэнергии, кг/с
В =
ОР <
(5)
В этом выражении 0РН=22,7 МДж/кг - низшая рабочая теплота сгорания метанола; "Л э = "Л ¿Л 0£'Лкс1! эм - КПД выработки электроэнергии (г| - КПД цикла термический; г| £ -внутренний отноистельный КПД СО2-турбины; - КПД камеры сгорания; - КПД электромеханический).
Мощность собственных нужд определяется выражением
iN,
(6)
где i - характеризует затраты электроэнергии на обеспечение работы установок электролиза воды, сжижения кислорода, воздухоразделения, насосов высокого давления, топливного и циркуляционного насосов, компрессоров и дутьевых вентиляторов.
Затраты электроэнергии на привод вращающихся механизмов определяют по нормативным методам, а затраты на работу элеткролизёра, воздухоразделения и сжижения кислорода на основе данных заводов изготовителей установок.
Представленный метод позволяет оценить энергетические и массо-расходные показатели установки на основе СО2-цикла при кислородном сжигании метанола.
Обсуждение результатов (Discussions and results)
Условия проведения расчетов. Массо-расходные характеристики потоков веществ определены на 1 кг СО2 рабочего тела при условии стехиометричности процессов химических преобразований. Рсчеты выполнены при давлении и температуре на входе в СО2-турбину 300 бар и 1200 °С соответственно для цикла с двухступенчатым повышением давления (цикла Аллама). Термический КПД цикла (r|t) определен по известной методологии [14], внутренний относительный турбины, камеры сгорания и электромеханический КПД приняты в порядке оценки r 0¿=0,92, r кс =0,99, r ^=0,99. Расчеты выполнены при использовании двух видов топлива: метана и метанола (табл. 1).
Массо-расходные характеристики рабочих веществ СО2-циклов
Таблица 1 Table 1
Наименование показателя Метан (СН4) Метанол (СН4О)
Расход топлива для обеспечения горения при генерации 1 кг СО2, кг/кг СО2 0,363 0,727
Расход кислорода при горении для генерации 1 кг СО2, кг/кг СО2 1,45 1,091
Образование водяных паров при горении топлива и генерации 1 кг СО2, кг/кг СО2 0,818 0,818
Теплоты, выделяемая при горении топлива и генерации 1 кг СО2, МДж/кг 18,232 16,5
Доля обновления углекислоты в цикле, от.ед. 0,0454 0,0506
Расход углекислоты в систему рециклинга, кг/кг СО2 - 0,0506
Углекислота, направленная на захоронение, кг/кг СО2 0,0454 0,0404
Расход водорода в системе рециклинга на синтез метанола, кг/кг СО2 - 0,00138
Метанол, полученный в системе рециклинга, кг/кг СО2 - 0,00736
Вода, полученная в результате синтеза метанола, кг/кг СО2 - 0,00414
Водород, наработанный "на склад", кг/кг СО2 - 0,00368
Расход топлива в камере сгорания, кг/кг СО2 0,0166 0,03649
Расход кислорода в камере сгорания, кг/кг СО2 0,0658 0,0552
Образование водяных паров в камере сгорания, кг/кг СО2 0,0371 0,0413
2
Свежий метанол, подводимый к камере сгорания, кг/кг СО2 - 0,0294
Кислород от ВРУ, кг/кг СО2 0,0658 0,0147
Термический КПД цикла с учетом работы сжатия, от.ед 0,64 0,635
*Источник: Составлено авторами. Source: compiled by the authors.
Можно видеть, что при близких значениях термических КПД циклов на основе сжигания метана и метанола у последнего количество углекислоты, выводимой за рамки цикла на 11% ниже. Одновременно цикл, работающий на метаноле способен генерировать коммерческий водород в количестве 3,68 г на каждый килограмм рабочего тела. При циркуляции в контуре 100 кг/с углекислоты (что приблизительно соответствует 50 МВт установленной мощности) установка в сутки будет производить около 318 т водорода. Кроме того, для цикла, работающего на метаноле требуется в 4,47 раза меньше кислорода, подготовленного в воздухоразделительной установке. Вместе с тем следует отметить, что для этого цикла требуется установка электролиза воды и сжижения кислорода. Обе эти установки потребуют затрат электроэнергии собственных нужд.
Далее в статье рассматриваются три варианта исполнения энергетической установки мощностью 100 МВт на основе СО2-цикла с двухступенчатым повышением давления (цикла Аллама), при кислородном сжигании метанола.
Вариант 1. Установка обеспечивает переработку 20-ти % выводимого из цикла СО2 с превращением его в метанол. Обеспечивается полная переработка выводимой из рабочего тела воды в электролизёре с выработкой водорода и кислорода. Водород используют для синтеза метанола, а его избыток направляют на склад для последующей реализации. Недостаток кислорода, необходимый для сжигания топлива, получают в воздухоразделительной установке. Схема, представленная на рисунке 1, в этом варианте реализована в полном объеме.
Вариант 2. Установка обеспечивает переработку 20-ти % выводимого из цикла СО2 с превращением его в метанол, аналогично варианту 1. Водород в электролизёре вырабатывают только для обеспечения реакции синтеза метанола, без наработки на склад. Недостаток кислорода, необходимый для сжигания топлива, получают в воздухоразделительной установке так же, как в варианте 1. Схема, представленная на рисунке 1, в этом варианте так же реализована в полном объеме, но при меньшей загрузке электролизёра и большей загрузке воздухоразделительной установки.
Вариант 3. Установка обеспечивает переработку 20-ти % выводимого из цикла СО2 с превращением его в метанол, аналогично вариантам 1 и 2. Водород в установку синтеза метанола поступает (закупается) от внешнего источника. Весь кислород, необходимый для сжигания топлива получают в воздухоразделительной установке. Электролизёр и установка сжижения кислорода отсутствуют.
Таблица 2 Table 2
Расходные и энергетические характеристики установки на основе цикла Аллама с кислородным
сжиганием метанола
Consumption and energy characteristics of a plant based on the Allama cycle with oxygen combustion of
methanol
Наименование показателя Значение показателя
Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Установленная мощность, МВт 100
Расходы, кг/с
Рабочего тела 196,5
Расход топлива в камере сгорания 7,228
СО2 в установку синтеза метанола 9,94
СО2 на захоронение 7,952
СО2 на синтез метанола 1,988
Н2 на синтез метанола 0,271
Вывод воды из установки синтеза метанола 0,813
Метанол из установки синтеза 1,446
Подвод свежего метанола 5,782
Вода в установку электролиза 8,945 2,445 -
Н2 на склад 0,719 - -
О2 из воздухоразделительной установки 2,892 8,677 10,846
Вода, выводимая из цикла 0 6,5 8,945
Мощности установок собственный нужд, МВт
Установка электролиза * 164,5 45 -
Установка сжижения О2 4 1,1 -
Воздухоразделительная установка 5,8 17,5 21,87
Суммарная мощность всех насосов, компрессоров и вентиляторов 23,4 23,2 23,43
Суммарная мощность собственных нужд (СН) 197,7 86,8 45,3
Коэффициент собственных нужд с учетом потерь энергии в трансформаторе СН - 0,88 0,46
Полезная мощность, МВт - 12 54
* - при удельных затратах электроэнергии 4,2 кВт- ч/м3 Н2
*Источник: Составлено авторами. Source: compiled by the authors.
Можно видеть, что во всех вариантах при заданной электрической мощности установки расходы рабочего тела, топлива, работа камеры сгорания, работа установки синтеза метанола и вывод углекислоты на захоронение остаются неизменными (табл. 2). Несложные расчеты показывают, что при реализации варианта 1 с производством коммерческого водорода, удельные затраты электроэнергии составят ~3,43 кВт-ч/1 м3 Н2, что на ~22 % меньше, чем при условии поставки электроэнергии для его производства только от внешнего источника.
Вариант 2 характеризуется отсутствием наработки коммерческого водорода, при этом его энергетическая эффективность невысока, так как полезная мощность составляет лишь 12 МВт. Вариант, характеризуемый внешней поставкой водорода для работы синтеза метанола обладает полезной мощностью в 54 МВт.
Авторы обращают внимание, что для принятия решений о практической реализации рассмотренных вариантов необходимо провести их технико-экономический анализ с оценкой коммерческой эффективности продукции, однако подобный анализ является самостоятельной задачей и требует отдельного исследования.
Выводы (Conclusions)
1. Показано, что при близких значениях термических КПД СО2-циклов на основе кислородного сжигания метана и метанола у последнего количество углекислоты, выводимой из цикла на захоронение на 11% меньше.
2. Показано, что СО2-цикл, работающий на метаноле, одновременно с выработкой электроэнергии способен вырабатывать коммерческий водород. Удельные затраты электроэнергии на его производство составят ~3,43 кВт -ч/1 м3 Н2, что на ~22 % меньше, чем при его производстве без сочетания с СО2-циклом.
3. При реализации цикла без выработки коммерческого водорода, полезная мощность для установки в 100 МВт составит лишь 12 МВт, а при внешней поставке водорода на уровне 54 МВт.
Литература
1. Sanz., W., Jericha, H., Moser, M., Heitmeir, F., 2004, "Thermodynamic and Economic Investigation of an Improved Graz Cycle Power Plant for CO2 Capture", ASME Paper GT2004-53722, ASME Turbo Expo 2004, Vienna, Austria. (Conference presentation).
2. Wimmer, K., Sanz, W., 2020, "Optimization and comparison of the two promising oxy-combustion cycles NET Power cycle and Graz Cycle ", International Journal of Greenhouse Gas Control 99 (2020), 103055 (DOI).
3. Парогазовые установки с полным улавливанием диоксида углерода для чистой энергетики / В.В. Даценко, Ю.А. Зейгарник, Е.А. Калашникова, А.А. Косой, А.С. Косой, М.В. Синкевич // Теплофизика и аэромеханика, 2020, том 27, № 5. - С.1-8.
4. R. J. Allam, J. E. Fetvedt, B. A. Forrest and D. A. Freed, "The oxy-fuel, supercritical CO2 Allam Cycle: New cycle developments to produce even lower-cost electricity from fossil fuels without atmospheric еmissions," in ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition (American Society of Mechanical Engineers, 2014).
5. R. Allam, S. Martin, B. Forrest, J. Fetvedt, X. Lu, D. Freed and J. Manning, Demonstration of the Allam Cycle: an update on the development status of a high efficiency supercritical carbon dioxide power process employing full carbon capture, ENRGY PROCED, Letters 114, 5948-5966 (2017).
6. Zero Emissions Power from Natural Gas. NET Power Performance Data. -https://netpower.com/wp-content/uploads/2021/05/2021-NET-Power-Performance-Data-1-pager.pdf. -Чтение с экрана.
7. Разработка методики предварительного расчета проточной части газовых турбин цикла R.J. Allam на сверхкритическом диоксиде углерода / А.Н. Рогалев, Е.Ю. Григорьев, В.О. Киндра, С.К. Осипов, С.А. Павлычев // «Вестник ИГЭУ» Вып. 3 2018 г. - С. 5-14.
8. Thermodynamic features of the regenerative system of direct tired sCO2 power cycles with oxygen combustion of methane / I. S. Sadkin, P. A. Shchinnikov. - DOI 10.1016/j.applthermaleng.2023.121301. -Text : direct // Applied Thermal Engineering. - 2023. - Vol. 234. - Art. 121301.
9. Zhu, Z., Chen, Y., Wu, J., Zhang, S., Zheng, S.: A modified Allam cycle without compressors realizing efficient power generation with peak load shifting and CO2 capture. Energy. 174, 478-487 (2019). https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.01.165
10. Концептуальная схема парогазовой установки с полным улавливанием диоксида углерода из продуктов сгорания / А.С.Косой, Ю.А.Зейгарник, О.С.Попель, М.В.Синкевич, С.П.Филиппов, В.Я.Штеренберг // Теплоэнергетика, 2018. - С.1-10.
11. Садкин И.С., Щинников П.А. Способ производства электроэнергии на основе закритического СО2-цикла. - Патент на изобретение RU2810854 С1, 28.12.2023. Заявка от 06.07.2023.
12. Modeling methods for oxy-fuel combustion cycles with multicomponent working fluid / Andrey Rogalev, Vladimir Kindra and Sergey Osipov // AIP Conference Proceedings 2047, 020020 (2018); https://doi.org/10.1063/1.5081653.
13. Michel Moliere, Romain Privat, Jean-Noel Jaubert, Frederic Geiger Supercritical CO2 Power Technology: Strengths but Chellenges. - Energies 2024, 17, 1129. https://doi.org/10.3390/en17051129
14. Effect of thermodynamic parameters on energy characteristics of CO2 power cycles during oxygen combustion of methane / S. V. Alekseenko, P. A. Shchinnikov, I. S. Sadkin. - DOI [10]1134/S0869864323010109. - Text : direct // Thermophysics and Aeromechanics. - 2023. - Vol. 30, iss. 1. - P. 83-92.
15. Sanz, W., Braun, M., Jericha, H., Platzer, M.F., 2016, "Adapting the Zero-Emission Graz Cycle for Hydrogen Combustion and Investigation of its Part Load Behaviour", ASME Paper GT2016-57988, ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea (Conference presentation).
16. Влияние термодинамических параметров на мощность воздухоразделительной установки в цикле Аллама / П. А. Щинников, Е. М. Корепанова. - DOI 10.30724/1998-9903-2023-25-1-74-81. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2023. - Т. 25, № 1. - С. 74-81.
17. The 8th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium will be held in San Antonio, Texas, February 26-29, 2024 / February 26 - 29, 2024 Hilton Palacio del Rio 200 South Alamo Street San Antonio, Texas . - https://co2olheat-h2020.eu/wp-content/uploads/2024/03/2024-sC02-symposium_detailed-agenda-4.pdf - Чтение с экрана. Дата обращения 16.05.2024
18. Allam Cycle Zero Emission Coal Power / Reference Number: 89243319CFE000015 Coal-Based Power Plants of the Future. - May 19th, 2020. - https://netl.doe.gov/sites/default/files/2020-06/8-Rivers-Capital-Final-Pre-FEED-Report-Allam-Cycle-Coal-%208924331RFE000015-Public-Version-May-19.pdf -Чтение с экрана. Дата обращения 16.05.2024
19. U.S. Department of Energy Invests $7 Million for Projects to Advance Coal Power Generation under Coal FIRST Initiative. NETL, October 11, 2019 - https://netl.doe.gov/node/9282 - Чтение с экрана. Дата обращения 16.05.2024
20. NET Power's CO2 cycle: the breakthrough that CCS needs. Modern Power System.-//https://web.archive.org/web/20161130185339/http://www.modernpowersystems.com/features/featurenet-powers-co2-cycle-the-breakthrough-that-ccs-needs/featurenet-powers-co2-cycle-the-breakthrough-that-ccs-needs-3.html. - Чтение с экрана.
21. High efficiency and low cost of electricity generation from fossil fuels while eliminating atmospheric emissions, including carbon dioxide / Allam R.J. et al. // Energy Procedia. - 2013. - T. 37. - P. 1135-1149.
22. Разработка методики предварительного расчета проточной части газовых турбин цикла R.J.Allam на сверхкритическом диоксиде углерода / А.Н. Рогалев, Е.Ю. Григорьев, В.О. Киндра, С. К. Осипов, С.А. Павлычев //«Вестник ИГЭУ» Вып. 3, 2018 г. - С. 5-14.
23. Сравнительный анализ расходов топлива перспективными энергетическими установками на основе СО2-циклов / П. А. Щинников, Е. М. Корепанова // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2023. - Т. 15, № 3 (59). - С. 94-106. - Работа выполнена: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00035, https://rscf.ru/project/23-29-00035/.
24. Исмагилов З.И., Пармон В.Н. Каталитические методы переработки углекислого газа. - 10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет. Глобальная энергия, 2021. - С.49-67.
Авторы публикации
Щинников Павел Александрович - докт. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой Тепловых электрических станций (ТЭС) ФГБОУ ВО «Новосибиский государственный технический университет». ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4313-6907
Садкин Иван Сергеевич - аспирант кафедры Тепловых электрических станций (ТЭС) ФГБОУ ВО «Новосибиский государственный технический университет».
Боруш Олеся Владимировна - докт. техн. наук, доцент, профессор кафедры Тепловых электрических станций (ТЭС) ФГБОУ ВО «Новосибиский государственный технический университет».
Романенко Роман Владимирович - студент кафедры Тепловых электрических станций (ТЭС) ФГБОУ ВО «Новосибиский государственный технический университет».
References
1. Sanz., W., Jericha, H., Moser, M., Heitmeir, F., 2004, "Thermodynamic and Economic Investigation of an Improved Graz Cycle Power Plant for CO2 Capture", ASME Paper GT2004-53722, ASME Turbo Expo 2004, Vienna, Austria. (Conference presentation).
2. Wimmer, K., Sanz, W., 2020, "Optimization and comparison of the two promising oxy-combustion cycles NET Power cycle and Graz Cycle ", International Journal of Greenhouse Gas Control 99 (2020), 103055 (DOI).
3. Combined-cycle plants with complete carbon dioxide capture for clean energy / V.V. Datsenko, Yu.A. Zeigarnik, E.A. Kalashnikova, A.A. Kosoy, A.S. Kosoy, M.V. Sinkevich // Thermophysics and aeromechanics, 2020, volume 27, no. 5. - P.1-8.
4. R. J. Allam, J. E. Fetvedt, B. A. Forrest and D. A. Freed, "The oxy-fuel, supercritical CO2 Allam Cycle: New cycle developments to produce even lower-cost electricity from fossil fuels without atmospheric еmissions," in ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition (American Society of Mechanical Engineers, 2014).
5. R. Allam, S. Martin, B. Forrest, J. Fetvedt, X. Lu, D. Freed and J. Manning, Demonstration of the Allam Cycle: an update on the development status of a high efficiency supercritical carbon dioxide power process employing full carbon capture, ENRGY PROCED, Letters 114, 5948-5966 (2017).
6. Zero Emissions Power from Natural Gas. NET Power Performance Data. -https://netpower.com/wp-content/uploads/2021/05/2021-NET-Power-Performance-Data-1-pager.pdf. -Reading from the screen.
7. Development of a methodology for preliminary calculation of the flow path of gas turbines of the R.J. cycle. Allam on supercritical carbon dioxide / A.N. Rogalev, E.Yu. Grigoriev, V.O. Kindra, S.K. Osipov, S.A. Pavlychev // "Bulletin of ISEU" Vol. 3 2018 - pp. 5-14.
8. Thermodynamic features of the regenerative system of direct fired sCO2 power cycles with oxygen combustion of methane / I. S. Sadkin, P. A. Shchinnikov. - DOI 10.1016/j.applthermaleng.2023.121301. // Applied Thermal Engineering. - 2023. - Vol. 234. - Art. 121301.
9. Zhu, Z., Chen, Y., Wu, J., Zhang, S., Zheng, S.: A modified Allam cycle without compressors realizing efficient power generation with peak load shifting and CO2 capture. Energy. 174, 478-487 (2019). https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.01.165
10. Conceptual diagram of a combined cycle plant with complete capture of carbon dioxide from combustion products / A.S. Kosoy, Yu.A. Zeigarnik, O.S. Popel, M.V. Sinkevich, S.P. Filippov, V.Ya. Shterenberg // Thermal power engineering, 2018. - pp. 1-10.
11. Sadkin I.S., Shchinnikov P.A. A method for producing electricity based on a supercritical CO2 cycle. - Patent for invention RU2810854 C1, 12/28/2023. Inception dated 07/06/2023.
12. Modeling methods for oxy-fuel combustion cycles with multicomponent working fluid / Andrey Rogalev, Vladimir Kindra and Sergey Osipov // AIP Conference Proceedings 2047, 020020 (2018); https://doi.org/10.1063/1.5081653.
13. Michel Moliere, Romain Privat, Jean-Noel Jaubert, Frederic Geiger Supercritical CO2 Power Technology: Strengths but Chellenges. - Energies 2024, 17, 1129. https://doi.org/10.3390/en17051129
14. Effect of thermodynamic parameters on energy characteristics of CO2 power cycles during oxygen combustion of methane / S. V. Alekseenko, P. A. Shchinnikov, I. S. Sadkin. - DOI 10.1134/S0869864323010109. - Text : direct // Thermophysics and Aeromechanics. - 2023. - Vol. 30, iss. 1. - P. 83-92.
15. Sanz, W., Braun, M., Jericha, H., Platzer, M.F., 2016, "Adapting the Zero-Emission Graz Cycle for Hydrogen Combustion and Investigation of its Part Load Behaviour", ASME Paper GT2016-57988, ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea (Conference presentation).
16. Effect of thermodynamic parameters on the capacity of an air separation unit in the Allam cycle / P.A.Shchinnikov, E.M.Korepanova. - DOI 10.30724/1998-9903-2023-25-1-74-81. // Power engineering: research, equipment, technology. - 2023. - Т. 25, № 1. - С. 74-81.
17. The 8th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium will be held in San Antonio, Texas, February 26-29, 2024 / February 26 - 29, 2024 Hilton Palacio del Rio 200 South Alamo Street San
Antonio, Texas . - https://co2olheat-h2020.eu/wp-content/uploads/2024/03/2024-sc02-symposium_detailed-agenda-4.pdf - Reading from the screen. Date of the application 16.05.2024
18. Allam Cycle Zero Emission Coal Power / Reference Number: 89243319CFE000015 Coal-Based Power Plants of the Future. - May 19th, 2020. - https://netl.doe.gov/sites/default/files/2020-06/8-Rivers-Capital-Final-Pre-FEED-Report-Allam-Cycle-Coal-%208924331RFE000015-Public-Version-May-19.pdf -Reading from the screen. Date of the application 16.05.2024
19. U.S. Department of Energy Invests $7 Million for Projects to Advance Coal Power Generation under Coal FIRST Initiative. NETL, October 11, 2019 - https://netl.doe.gov/node/9282 - Reading from the screen. Date of the application 16.05.2024
20. NET Power's C02 cycle: the breakthrough that CCS needs. Modern Power System.-//https://web.archive.org/web/20161130185339/http://www.modernpowersystems.com/features/featurenet-powers-co2-cycle-the-breakthrough-that-ccs-needs/featurenet-powers-co2-cycle-the-breakthrough-that-ccs-needs-3.html. - Reading from the screen.
21. High efficiency and low cost of electricity generation from fossil fuels while eliminating atmospheric emissions, including carbon dioxide / Allam R.J. et al. // Energy Procedia. - 2013. - T. 37. - P. 1135-1149.
22. Development of a method for preliminary calculation of the flow path of gas turbines of the R.J.Allam cycle on supercritical carbon dioxide / A.N. Rogalev, E.Yu. Grigoriev, V.O. Kindra, S.K. Osipov, S.A. Pavlychev // "Bulletin of ISEU" Vol. 3, 2018 - pp. 5-14.
23. Comparative analysis of fuel consumption by advanced power plants based on C02-cycles / P. A. Shchinnikov, E. M. Korepanova // Bulletin of the Kazan State Energy University. - 2023. - T. 15, No. 3 (59). - pp. 94-106. - Work completed: The research was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-29-00035, https://rscf.ru/project/23-29-00035/.
24. Ismagilov Z.I., Parmon V.N. Catalytic methods for carbon dioxide processing. - 10 breakthrough ideas in the energy sector for the next 10 years. Global Energy, 2021. - pp. 49-67.
Authors of the publication
Pavel A. Shchinnikov - Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia. ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4313-6907
Ivan S. Sadkin - Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia. Olesya V. Borush - Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia. Roman V. Romanenko - Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia.
Шифр научной специальности: 2.4.6. Теоретическая и прикладная теплотехника
Получено 28.07.2024 г.
Отредактировано 05.08.2024 г.
Принято 15.08.2024 г.
