Analiza integracji instalacji wytwarzającej odnawialny metanol z nowoczesną elektrownią gazowo – parową z CCS w technologii oxy–combustion – efekty synergii

• Autorzy: Brzęczek Mateusz , Kotowicz Janusz

Warianty tytułu

EN

Analysis of integration of renewable methanol installation with a modern CCPP with CCS in oxy-combustion technology - synergy effects

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę termodynamiczną i korzyści wynikające z integracji układu wytwarzającego metanol z CO2 pochodzącego z nowoczesnej elektrowni gazowo – parowej z CCS pracującej w technologii oxy-combustion. W układzie wytwarzania „odnawialnego” metanolu wykorzystano farmę wiatrową o mocy 90 MW, która zasila generatory wodoru. Analizę przedstawiono w szerokim zakresie funkcji mocy nominalnej elektrolizerów odniesionej do mocy farmy wiatrowej NHG.nom/NWF.nom (0,01÷0,45). Wykazano efekt synergii towarzyszący integracji instalacji wytwarzania metanolu z elektrownią gazowo – parowymi z CCS wynikający zarówno z podniesienia sprawności bloków jak i samej instalacji. Integracja z blokiem (dla NHG.nom/NWF.nom = 0,45) pozwoliła na zwiększenie sprawności instalacji ηMG o 1,84 p.p. do wartości ηMG = 70,88%, co w konsekwencji pozwoliło na wzrost sprawności całego układu do poziomu przekraczającego 56% (wzrost o 1,46 p.p. względem wariantu referencyjnego). Wykorzystując strumienie ciepła odpadowego jak i energię chemiczną gazów resztkowych sprawność instalacji ηMG.Q.E wzrosta o 2,11 p.p. do wartości ηMG.Q.E = 81,5% (sprawność całego układu osiąga wtedy maksymalnie η = 64,41%). Integracja po stronie elektrowni w wariancie O:8WF dała możliwość wzrostu sprawności elektrycznej turbiny gazowej o 0,24 p.p., a w przypadku całej elektrowni o 0,54 p.p sprawności elektrycznej netto.

EN

The article presents a thermodynamic analysis and benefits resulting from the integration of a system generating methanol from CO 2 coming from a modern combined cycle power plant with CCS operating in the oxycombustion technology. The "renewable" methanol production system uses a 90 MW wind farm to power hydrogen generators. The analysis is presented in a wide range of functions of the nominal power of electrolysers related to the power of the wind farm N HG.nom /N WF.nom (0.01 ÷ 0.45). The synergy effect accompanying the integration of the methanol production installation with the CCS gas and steam power plant was demonstrated, resulting both from increasing the efficiency of the units and the installation itself. Integration with the unit (for N HG.nom /N WF.nom = 0.45) allowed to increase the efficiency of the installation η MG by 1.84 pp. to the value of η MG = 70.88%, which in consequence allowed the increase of the efficiency of the entire system to a level exceeding 56% (an increase by 1.46 pp compared to the reference variant). Using waste heat streams and the chemical energy of residual gases, the efficiency of the installation η MG.Q.E increases by 2.11 pp. up to the value of η MG.Q.E = 81.5% (the efficiency of the entire system then reaches a maximum of η = 64.41%). Integration on the side of the power plant in the O:8WF variant made it possible to increase the electrical efficiency of the gas turbine by 0.24 pp, and in the case of the entire power plant by 0.54 pp of net electrical efficiency.

Słowa kluczowe

PL

synergia; wytwarzanie metanolu; technologie wodorowe; OZE; magazynowanie energii

EN

synergy; methanol production; hydrogen technologies; renewable energy; energy storage

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2021
• Tom: Nr 5
• Strony: 41--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Brzęczek Mateusz

• Politechnika Śląska

autor

Kotowicz Janusz

• Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Bui M., Adjiman C. S., Bardow A., Anthony E. J., Boston A., Brown S., Fennell P. S., Fuss S., Galindo A., Hackett L. A., Hallett J. P., Herzog H. J., Jackson G., Kemper J., Krevor S., Maitland G. C., Matuszewski M., Metcalfe I. S., Petit C., Puxty G., Reimer J., Reiner D. M., Rubin E. S., Scott S. A., Shah N., Smit B., Trusler J. P. M., Webley P., Wilcox J., Mac Dowell N.: Carbon capture and storage (CCS): the way forward. Energy Environ. Sci., 2018, 11, 1062-1176.
• [2] Facchini B., Innocenti L., Carvnevale E.: Evaluation and Comparison of Different Blade Cooling Solutions to Improve Cooling Efficiency and Gas Turbine Performances. Proc. of ASME Turbo Expo 2001, 2001-GT-0571, June 2001, New Orleans, USA.
• [3] Kotowicz J., Brzęczek M. Job M.: The thermodynamic and economic characteristics of the modern combined cycle power plant with gas turbine steam cooling. Energy, Vol. 164, 2018, str. 359-376.
• [4] Kotowicz J., Brzęczek M.: Analysis of increasing efficiency of modern combined cycle power plant: A case study. Energy, Vol. 153, 2018, str. 90-99.
• [5] Kotowicz J., Brzęczek M.: Comprehensive multivariable analysis of the possibility of an increase in the electrical efficiency of a modern combined cycle power plant with and without a CO2 capture and compression installations study. Energy, Volume 175, 15 May 2019, Pages 1100-1120.
• [6] Kotowicz J., Job M., Brzęczek M.: The characteristics of ultramodern combined cycle power plants. Energy 2015, Vol. 92, Part 2, 2015, str. 197-211.
• [7] Kotowicz J., Job M., Brzęczek M.: Thermodynamic analysis and optimization of an oxy-combustion combined cycle power plant based on a membrane reactor equipped with a high-temperature ion transport membrane ITM. Energy, Volume 205, 15 August 2020, 117912.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).