Analiza systemowa elektrowni ze spalaniem tlenowym węgla zintegrowanej z wychwytem CO2

• Autorzy: Ziębik A. , Gładysz P.

Warianty tytułu

EN

System analysis of an oxy-fuel combustion power plant integrated with CO2 capture

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Technologia spalania tlenowego paliw należy do najbardziej obiecujących rozwiązań układów usuwania CO₂. Integracja elektrowni z tlenownią i z instalacją usuwania oraz sprężania CO₂ zwiększa stopień złożoności układu energetycznego. Dlatego właściwym podejściem do badań jest analiza systemowa. W artykule zaprezentowano modele matematyczne bilansów bezpośredniego i skumulowanego zużycia energii oraz model analizy termoekologicznej oparte na input-output analysis. Przedstawiono wyniki wielowariantowej analizy systemowej zintegrowanej elektrowni ze spalaniem tlenowym, m.in. wpływ czystości tlenu technicznego, wykorzystanie energii odpadowej, zastąpienia tlenowni kriogenicznej przez instalacje membranową na wskaźniki energetyczne. Spadek sprawności energetycznej netto elektrowni zintegrowanej w stosunku do układu bazowego wynosi około 10,5 p.p. (punktu procentowego). Wykorzystanie ciepła odpadowego z instalacji chłodzenia międzystopniowego sprężarek tlenowni i CO₂ powoduje zmniejszenie tego spadku o 0,17 p.p. Znaczącą poprawę spadku sprawności o około 2,6 p.p. mogłoby dać zastąpienie obecnie dostępnej tlenowni kriogenicznej przez przyszłościową tlenownię membranową.

EN

Oxy-fuel combustion technology belongs to one of the most promising solutions of CO₂ capture systems. Integration of a power plant with air separation and CO₂ capture and compression units makes a power system more complex that is why the right approach to the research is a system analysis. Described are mathematical models of direct and cumulative energy consumption balances and a model of a thermoecological analysis based on the input-output analysis. Presented are results of a multi-alternative system analysis of an oxy-fuel combustion integrated power plant concerning, among the others, an impact of various factors like oxygen purity, use of waste energy and replacing the cryogenic air separation with a membrane installation on energy rates. The reduction of an integrated power plant energy efficiency compared to the basic system equals about 10,5 p.p. (percentage point). Recovery of waste heat from interstage cooling of air separation and CO₂ compressors increases this efficiency by 0,17 p.p. But a significant improvement, by about 2,6 p.p., could be reached by replacing the presently existing cryogenic air separation unit with a future-oriented membrane one.

Słowa kluczowe

PL

elektrownia węglowa; spalanie tlenowe węgla; wychwyt CO2

EN

coal-fired power plants; oxy-fuel combustion; CO2 capture

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 2
• Strony: 67--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ziębik A.

• Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej

autor

Gładysz P.

• Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej

Bibliografia

• [1] IEA: World Energy Outlook 2013. International Energy Agency, Paris, France, 2013.
• [2] Global CCS Institute: The Global Status of CCS: 2014. Global CCS Institute, Melbourne, Australia, 2014.
• [3] Jeleń K., Cała M.: Zarys stanu i perspektyw energetyki polskiej. Studium AGH 2012. Kraków, Polska: Wydawnictwo Akademii Górniczo-Hutniczej, 2012.
• [4] Leontief W.: Input-output economics. 2nd edition, New York, USA: Oxford University Press, 1986.
• [5] Gładysz P., Ziębik A.: State of the art for Oxy-Fuel Combustion. International Conference of Carbon Reduction Technologies - CaRe_Tech , Polska, 2011.
• [6] Zheng L. (red): Oxy-fuel combustion for power generation and carbon dioxide (CO2) capture. Cambridge, UK: Woodhead Publishing Limited, 2011.
• [7] Nowak W.: Podstawy spalania tlenowego w monografii Nowak W., Czakiert T. (red): Spalanie tlenowe dla kotłów pyłowych i fluidalnych zintegrowanych z wychwytem CO2. Częstochowa, Polska: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, 2012, pp. 11-16.
• [8] NETL, Ciferno J. (red): Advanced Carbon Dioxide Capture R&D Program: Technology Update. U.S Department of Energy, National Energy Technology Laboratory, 2010.
• [9] Ziębik A., Gładysz P.: System approach to the analysis of an integrated oxy-fuel combustion power plant. Archives of Thermodynamics 35(1), pp. 39-58, 2014.
• [10] Ziębik A.: Systemy Energetyczne. Skrypt Politechniki Śląskiej. Wydanie II. Wydawnictwo Politechniki Ś ląskiej, Gliwice 1991.
• [11] Ziębik A.: Mathematical Modelling of Energy Management Systems in Industrial Plants. Ossolineum, Wrocław 1990.
• [12] Szargut J.: Depletion of unrestorable natural energy resources. Biuletyn Polskiej Akademii Nauk 2, pp. 241-250, 1997.
• [13] Stanek W.: Metodyka oceny skutków ekologicznych w procesach cieplnych za pomocą analizy egzergetycznej. Wydawnictwo Politechniki Ś ląskiej, Gliwice 2009.
• [14] Szargut J.: Application of exergy for calculation of ecological cost. Biuletyn Polskiej Akademii Nauk 6, pp. 41-45, 1986.
• [15] NETL, Ciferno J. (red): Pulverized Coal Oxycombustion Power Plants. Volumne 1: Bituminous Coal to Electricity. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory, 2008.
• [16] NETL: NETL Life Cycle Inventory Data – Unit Process: CO2 Pipeline Operation. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. Last Updated: July 2012 (version 01), (http://www.netl.doe.gov/energy-analyses), 2012.
• [17] NETL: NETL Life Cycle Inventory Data – Unit Process: CO2 Pressure Boosting. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. Last Updated: July 2012 (version 01), (http://www.netl.doe.gov/energy-analyses), 2012.
• [18] NETL: NETL Life Cycle Inventory Data – Unit Process: Saline Aquifer CO2 Injection Site Operations. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. Last Updated: September 2012 (version 01), (http://www.netl.doe.gov/energy-analyses), 2012.
• [19] NETL: NETL Life Cycle Inventory Data – Unit Process: Brine Management from CO2 Sequestration in a Saline Aquifer, Operations. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. Last Updated: August 2012 (version 01), (http://www.netl.doe.gov/energy-analyses), 2012.
• [20] Ziębik A., Gładysz P.: Thermoecological analysis of an oxy-fuel combustion power plant integrated with a CO2 processing unit. The 27th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, simulation and Environmental Impact of Energy Systems., Turku, Finlandia, 2014.
• [21] NETL, Matuszewski M. (red): Cost and Performance for Low--Rank Pulverized Coal Oxycombustion Energy Plants. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory, 2010.
• [22] NETL, Matuszewski M. (red): Greenhouse Gas Reductions in the Power Industry Using Domestic Coal and Biomass - Volume 2: Pulverized Coal Plants. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory, 2012.
• [23] NETL, Matuszewski M. (red): Advancing Oxycombustion Technology for Bituminous Coal Power Plants: An R&D Guide. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory, 2012.
• [24] Ziębik A., Gładysz P.: Rozdział 7 pt. Analiza systemowa integracji tlenowni z blokiem energetycznym pracującym według technologii spalania tlenowego w monografii: Spalanie tlenowe dla kotłów pyłowych i fluidalnych zintegrowanych z wychwytem CO2. Produkcja tlenu na potrzeby spalania tlenowego. Pod redakcją Nowak W., Chorowski M., Czakiert T., Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, seria Monografie nr 300, Częstochowa 2014.
• [25] Romeo L., Bolea I., Lara Y., Escosa J.: Optimization of intercooling compression in CO2 capture systems. Applied Thermal Engineering 29, pp. 1744-1751, 2009.
• [26] Gładysz P., Ziębik A.: Environmental analysis of bio-CCS in an integrated oxy-fuel combustion power plant with CO2 transport and storage. Biomass and Bioenergy 85(2016), pp. 109-118.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.