Possible applications of supercritical carbon dioxide cycles – a review

• Autorzy: Wołowicz Marcin , Milewski Jarosław

Warianty tytułu

PL

Możliwości zastosowania obiegów z nadkrytycznym dwutlenkiem węgla - przegląd

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Supercritical CO2 is a fluid state of carbon dioxide where it is held above its critical point (i.e., critical pressure and temperature). The density at that point is similar to that of a liquid and allows for the pumping power needed in a compressor to be significantly reduced, thus significantly increasing the thermal-to-electric energy conversion efficiency. In the 1960s were studied various gases properties for a purpose of finding the most suitable one for a supercritical thermodynamic cycle. Carbon dioxide was proposed as a working fluid due to several reasons. The paper presents the possibilities of using systems with supercritical carbon dioxide cycles for applications in cooperation with other technologies. The possibility of cooperation with nuclear reactors has been presented. In addition, the possibility of cooperation with concentrating solar power is described. The use of this technology together with the Solar Concentrating Rankine Cycle (SCRC) seems particularly promising. Other possibilities of using supercritical carbon dioxide described in the paper are cooperation with fuel cells, in particular high-temperature fuel cells (SOFC and MCFC), with cycles fueled by conventional fuels and using waste heat.

PL

Dwutlenek węgla o parametrach nadkrytycznych jest płynnym stanem dwutlenku węgla, który utrzymywany jest powyżej jego punktu krytycznego (to jest krytycznego ciśnienia i temperatury). Gęstość w tym punkcie jest podobna do gęstości cieczy i pozwala znacznie zmniejszyć moc pompowania, zwiększając sprawność konwersji energii cieplnej na elek-tryczną. W latach sześćdziesiątych badano różne właściwości gazów w celu znalezienia najbardziej odpowiedniego dla zastosowań w nadkrytycznych obiegach termodynamicznych. Dwutlenek węgla został zaproponowany jako czynnik roboczy z wielu powodów. W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania układów z nadkrytycznym obiegiem CO2 do zastoswań we współpracy z innymi technologiami. Zaprezentowano możliwość współpracy z reaktorami jądrowymi. Po-nadto opisano możliwość współpracy z koncentrycznymi układami solarnymi. Szczególnie perspektywiczne wydaje się zastosowanie tej technologii łącznie z koncentrycznymi układami solarnymi współpracującymi z obiegiem Rankine’a (SCRC). Inne możliwości zastosowania nadkrytycznych obiegów CO2 opisane w artykule to współpraca z ogniwami paliwowymi, w szczególności wysokotemperaturowymi (SOFC oraz MCFC), z obiegami na paliwa konwencjonalne oraz z wykorzystaniem ciepła odpadowego.

Słowa kluczowe

EN

carbon dioxide; supercritical cycle

PL

dwutlenek węgla; obiegi nadkrytyczne

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 4
• Strony: 71--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fig.

Twórcy

autor

Wołowicz Marcin

• Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskie

autor

Milewski Jarosław

• Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskie

Bibliografia

• [1] Feher E., The Supercritical Thermodynamic Power Cycle, Energy Conversion 1968, pp. 85-90.
• [2] Dostal V., Driscoll M.J., Hejzar P., A Supercritical Carbon Dioxide Cycle for Next Generation Nuclear Reactors, Advanced Nuclear Power Technology Program, 2004.
• [3] Ho Joon Yoon, Yoon Han Ahn, Jeong Ik Lee, Yacine Addad, Potential advantages of coupling supercritical CO2 Brayton cycle to water cooled small and medium size reactor, Nuclear Engineering and Design 2012, pp. 223 - 232.
• [4] Moisseytsev A., Sienicki J., Investigation of alternative layouts for the supercritical carbon dioxide Brayton cycle for a sodium-cooled fast reactor, Nuclear Engineering and Design 2009, pp. 1362 - 1371.
• [5] Harvego E., McKellar M., Optimization and comparison of direct and indirect supercritical carbon dioxide power plant cycles for nuclear applications, International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 2011.
• [6] Vasquez Padilla R., Yen Chean Soo Too, Benito R., Stein W., Exergetic analysis of supercritical CO2 Brayton cycles integrated with solar central receivers, 2015, Applied Energy , pp. 348 - 365.
• [7] Cheang V.T., Hedderwick R.A., McGregor C., Benchmarking supercritical carbon dioxide cycles against steam Rankine cycles for Concentrated Solar Power, Solar Energy 2015, pp. 199 - 211.
• [8] Zhang X.R., Yamaguchi H., Uneno D., Fujima K., Enomoto M., Sawada N., Analysis of a novel solar energy-powered Rankine cycle for combined power and heat generation using supercritical carbon dioxide, Renewable Energy 2006, pp. 1839 - 1854.
• [9] Yamaguchi H., Zhang X., Fujima K., Enomoto M., Sawada N., Solar energy powered Rankine cycle using supercritical CO2, Applied Thermal Engineering 2006, pp. 2345 - 2354.
• [10] Zhang X.R., Yamaguchi H., Uneno D., Experimental study on the performance of solar Rankine system using supercritical CO2, Renewable Energy 2007, pp. 2617 - 2628.
• [11] Muto Y., Kato Y., Aritomi M., Ishizuka T., Watanabe N., New concept of solar thermal power generation combined with aluminum and supercritical CO2 gas turbine, Third Southern African Solar Energy Conference, 2015.
• [12] Sánchez D., Chacartegui R., Jiménez-Espadafor F., Sánchez T., A New Concept for High Temperature Fuel Cell Hybrid Systems Using Supercritical Carbon Dioxide, Journal of Fuel Cell Science and Technology 2009, pp. 1 - 11.
• [13] Le Moullec Y., Conceptual study of a high efficiency coal-fired power plant with CO2 capture using a supercritical CO2 Brayton cycle, Energy 2013, pp. 32 - 46.
• [14] Strakey P., Holcomb G., Dogan O., Richards G., Technology needs for fossil fuel supercritical CO2 power systems, The 4th International Symposium – Supercritical CO2 Power Cycles , 2014.
• [15] McClung A., Brun K., Chordia L., Technical and economic evaluation of supercritical oxy-combustion for power generation, The 4th International Symposium - Supercritical CO2 Power Cycles , 2014.
• [16] Chen Y., Lundqvist P., Johansson A., Platell P., A comparative study of the carbon dioxide transcritical power cycle compared with an organic rankine cycle with R123 as working fluid in waste heat recovery, Applied Thermal Engi-neering 2006, pp. 2142 - 2147.
• [17] Vidhi R., Yogi Goswami D., Chen H., Stefanakos E., Kuravi S., Sabau A., Study of supercritical carbon dioxide power cycle for low grade heat conversion, 2011.
• [18] Cayer E., Galanis N., Desilets M., Nesreddine H., Roy P., Analysis of a carbon dioxide transcritical power cycle using a low temperature source, Applied Energy 86(7–8), 2009, pp. 1055 – 1063.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).