ATAC i system - Energimyndigheten

Analys och optimering av avancerade kraftcykler med luftvattenblandning
som arbetsmedium
Projektnr: P20059-1
Projektledare: Prof. Jinyue Yan
Projektdeltagare: Maria Jonsson, innehar Excellenstjänst
Projektets varaktighet: 2001-09-01 till 2002-12-31
Beviljade medel: 279 000 kr
Referensgrupp: Geir Owren, NTNU (fadder), Lars Sjunnesson, Sydkraft (fadder)
___________________________________________________________________________
Projektbeskrivning:
På Avdelningen energiprocesser, KTH, har ett antal avancerade bränslebaserade kraftcykler
studerats inom Energimyndighetens program Termiska processer för elproduktion. Målet är
att finna effektiva, miljövänliga och billiga processer för energiomvandling för kraft- och
värmeproduktion.
Den evaporativa gasturbincykeln är en avancerad kraftcykel med hög elverkningsgrad och
hög specifik kraftproduktion. Den specifika investeringskostnaden (SEK/kW) är lägre för den
evaporativa gasturbincykeln än för en kombicykel (kombinerad gasturbin- och ångturbinprocess).
Detta beror på att de båda cyklerna har ungefär samma elverkningsgrad, men den evaporativa
gasturbincykeln undviker kostnaden för ångturbinbottencykeln. Detta medför att den
evaporativa gasturbincykeln är intressant för småskalig kraftproduktion, vilket är en tillämpning
där investeringskostnaden för en kombicykel är alltför hög.
I den evaporativa gasturbincykeln återvinns värmen i gasturbinavgasen med hjälp av ett befuktningstorn.
Avgasen värmer vatten som sedan tillförs befuktningstornet i motström med
tryckluften från gasturbinens kompressor. Vattnet i tornet förångas vid en kokpunkt lägre än
den kokpunkt systemets totala tryck ger, eftersom kokpunkten bestäms av vattenångans partialtryck
i luft-vattenblandningen i tornet. Detta medför att den evaporativa cykeln kan återvinna
spillvärme vid låg temperatur, som t.ex. en ånginjicerad gasturbincykel inte kan återvinna.
Det förångade vattnet ökar det volymetriska flödet genom expandern, vilket medför att
cykelns kraftproduktion och elverkningsgrad ökar, eftersom kompressorarbetet är konstant.
Den fuktiga förbränningsluften hjälper också till att minska bildningen av kväveoxider under
förbränningen. Evaporativa gasturbincykler kan användas för enbart kraftproduktion eller för
kombinerad kraft- och värmeproduktion. Vattenångan i avgasen kan återvinnas med rökgaskondensering
så att cykeln har möjlighet att bli självförsörjande med vatten.
I programmet Termiska processer för elproduktion finns två andra projekt nära förknippade
med den evaporativa gasturbinen: “Dimensionering av befuktare vid evaporativa cykler”
(P7013, avslutat) och “Termodynamiska data för luft-vattenblandningar vid höga tryck”
(P11762). Resultat från dessa projekt används i modelleringen av evaporativa gasturbincykler
på Avdelningen energiprocesser. Ett exempel är de olika modeller för termodynamiska data
för luft-vattenblandningen som studeras i projektet P11762. Dessa modeller kan användas i simuleringen
av befuktningstornet och den evaporativa cykeln. De simulerade evaporativa gasturbincyklerna
analyseras, t.ex. med exergianalys, för att finna de mest effektiva cyklerna.