Porównanie różnych struktur zaawansowanej technologicznie zeroemisyjnej elektrowni gazowo-parowej ze spalaniem tlenowym

Zaawansowane technologicznie zeroemisyjne elektrownie gazowo-parowe stanowią technologię pozwalającą na produkcję energii elektrycznej z zerową emisją dwutlenku węgla i wysoką sprawnością. Utrata sprawności względem nowoczesnych elektrowni gazowo-parowych bez technologii wychwytu CO2 wynosi nawet poniżej 5 punktów procentowych. Koncepcja ta wykorzystuje reaktor membranowy, który zastępuje komorę spalania w turbinie gazowej. Reaktor ten realizuje trzy kluczowe funkcje: separację tlenu od powietrza w membranie wysokotemperaturowej, spalanie paliwa oraz ogrzewanie ubogiego w tlen powietrza. Ogrzane powietrze jest rozprężane w turbinie i zasila kocioł odzyskowy. Reaktor membranowy może pracować przy niskim lub podwyższonym poziomie ciśnienia. W pierwszym przypadku spaliny opuszczające reaktor zasilają dodatkowy kocioł odzyskowy, natomiast w drugim przypadku możliwe jest zastosowanie dodatkowej turbiny zasilanej spalinami. Separacja spalin, składających się niemal wyłącznie z CO2 i H2O, jest ograniczona do ochłodzenia i wykroplenia wilgoci. W artykule przedstawiono różne struktury oraz wyniki analiz termodynamicznych elektrowni gazowo-parowych zintegrowanych z reaktorem membranowym.

---

The advanced zero-emission combined cycle power plants (AZEP) are based on a technology enabling electric energy production from natural gas with a zero carbon dioxide emission and a high efficiency. The efficiency loss related to a modern natural gas combined cycle plant without CO2 capture installation is even lower than 5 percentage points. This concept is based on the use of a membrane reactor replacing the combustor in the gas turbine. The reactor combines three key functions: oxygen separation from air through the high-temperature membrane, fuel combustion in an internal reactor cycle and heating of the oxygen-depleted air. The hot air expands in the turbine and subsequently feeds the steam cycle through a heat recovery steam generator. The membrane reactor can operate on a low or a higher pressure level. In the first case the flue gas leaving reactor feeds an additional heat recovery steam generator, while in the second case it is possible to apply an additional turbine powered by flue gas. Carbon dioxide separation from the flue gas, composed almost entirely of H2O and CO2, is limited to the flue gas cooling and condensation of water vapor. Presented are various structures and results of thermodynamic analyses of natural gas combined cycle plants integrated with membrane reactors.