NO324542B1 - Fremgangsmåte og innretning for utførelse av en termodynamisk syklisk prosess - Google Patents
Fremgangsmåte og innretning for utførelse av en termodynamisk syklisk prosess Download PDFInfo
- Publication number
- NO324542B1 NO324542B1 NO20065267A NO20065267A NO324542B1 NO 324542 B1 NO324542 B1 NO 324542B1 NO 20065267 A NO20065267 A NO 20065267A NO 20065267 A NO20065267 A NO 20065267A NO 324542 B1 NO324542 B1 NO 324542B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- working medium
- medium stream
- expanded
- phase
- liquid
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 22
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 title 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 18
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 16
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 15
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 14
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
- F01K25/065—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
Description
Oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte og en innretning for utførelse av eh termodynamisk sirkelprosess ifølge krav 1 og henholdsvis krav 8.
Varmekraftverk anvender termodynamiske sirkelprosesser til omvandling av varme
i mekanisk henholdsvis elektrisk energi. Konvensjonelle varmekraftverk produserer varmen gjennom forbrenning av brennstoffer hovedsakelig av fossile energibærere som kull, olje og gass. Sirkelprosessene blir herved drevet eksempelvis på basis av den klassiske Rankine-sirkelprosessen med vann som arbeidsmedium. Sitt høye kokepunkt gjør derimot vann økonomisk uattraktivt for bruken av varmekilder med temperaturer mellom 100°C til 200°C, eksempelvis geotermiske væsker eller spillvarme av forbrenningsprosessene.
For varmekilder med slike lave temperaturer ble det i de siste årene utviklet forskjellige teknologier som tillater å omvandle varmen med god virkningsgrad i mekanisk henholdsvis elektrisk energi. Ved siden av Rankine-sirkelprosessen med organisk arbeidsmedium (organic Rankine cycle, ORC) utmerker seg først og fremst den såkalte Kalina-sirkelprosessen med klart bedre virkningsgrad i forhold til den klassiske Rankine-sirkelprosessen. På basis av Kalina-sirkelprosessen ble det utviklet diverse kretsløp for forskjellige anvendelser. Disse kretsløpene anvender som arbeidsmedium i stedet for vann en blanding av to stoffer (f.eks. ammoniakk og vann) hvorved det utnyttes den ikke-isotermiske koke- og kondensasjonsforløpet av blandingen for å øke virkningsgraden av kretsløpet i sammenligning med Rankine-kretsløpet.
For temperaturer av varmekilden fra 100 til 140°C anvendes foretrukket Kalina-krétsløpet KCS 34 (Kalina Cycle System 34), som anvendes eksempelvis i det geotermiske kraftverket Husavik på Island (se også EP 1 070 830 Al). Ved dette kretsløpet (se også fig. 3) pumpes et flytende arbeidsmedium i en første varmeveksler hvorved den oppvarmes gjennom delvis kondensasjon av en ekspandert arbeidsmediestrøm. Den dermed dannede oppvarmede arbeidsmediestrømmen blir deretter videre oppvarmet gjennom avkjøling av den flytende fasen av en delvis fordampet arbeidsmediestrøm i en annen varmeveksler og etterfølgende delvis fordampet i en tredje varmeveksler under anvendelse av varmen som blir overført fra en ekstern varmekilde (f.eks. en geotermisk væske)
(f.eks. til et væskeinnhold fra 14-18 %). Deretter skilles den flytende fasen i den delvis fordampede arbeidsmediestrømmen i en separator fra den dampformige fasen.
Den dampformige fasen blir ekspandert i en turbin og dens energi blir anvendt for fremstilling av strøm. Den flytende fasen ledes gjennom den andre varmeveksleren og brukes til videre oppvarmingen av den oppvarmede arbeidsmediestrømmen. I en blander føres den flytende fasen og den ekspanderte dampformige fasen sammen og det dannes den allerede nevnte ekspanderte arbeidsmediestrømmen. Den ekspanderte arbeidsmediestrømmen blir deretter delvis kondensert i den første varmeveksleren og avsluttende kondensert fullstendig i en kondensator slik at det dannes den nevnte flytende arbeidsmediestrømmen og kretsløpet lukkes.
Ut fra den allerede kjente sirkelprosessen er det hensikten av den foreliggende oppfinnelsen å angi en fremgangsmåte og en innretning for utførelse av en termodynamisk sirkelprosess som med lik ekstern varmekilde og kjølevannstemperatur og hovedsakelig like anleggskostnader tillater et likt eller enda høyere utbytte av mekanisk og/eller elektrisk energi hvorved den utmerker seg gjennom en fremgangsmåte og en innretning med en lavere kompleksitet.
Løsningen av hensikten rettet mot fremgangsmåten oppnås ifølge oppfinnelsen gjennom en fremgangsmåte ifølge krav 1. Fordelaktige utførelser av fremgangsmåten blir henholdsvis gjenstand av underkravene 2 til 7. Løsningen av hensikten rettet mot innretningen skjer ifølge oppfinnelsen gjennom en innretning ifølge krav 8. Fordelaktige utforminger av innretningen blir henholdsvis gjenstand av underkravene 9 til 14.
Ifølge den foreliggende oppfinnelsen blir den trykkøkte flytende arbeidsmediestrømmen gjennom delvis kondensasjon av den ekspanderte arbeidsmediestrømmen ikke bare oppvarmet men også delvis fordampet. Dette er mulig fordi det i sammenligning med det nevnte kretsløpet KCS 34 avstås fra den andre varmeveksleren og dermed fra den for overføring av varme fra den flytende fasen av den delvis fordampede arbeidsmediestrømmen til videre oppvarming henholdsvis til delvis fordampning av den oppvarmede arbeidsmediestrømmen. Herved trekkes det mindre varme ut av den flytende fasen som derved etterfølgende anvendes for en bedre oppvarming og delvis fordampning av den trykkøkte flytende arbeidsmediestrømmen gjennom avkondensasjon av den ekspanderte arbeidsmediestrømmen.
Gjennom en tilsvarende tilpasning av varmeflatene av den gjenværende varmeveksleren og andre kretsløpsparametere er det mulig å holde utbyttet av mekanisk og/eller elektrisk energi ikke bare lik i sammenligning til det kjente kretsløpet, men også å øke det. Kostnaden av et henholdsvis økt behov av varmeflater på de gjenværende varmevekslere kan herved bli kompensert hovedsakelig gjennom fjerning av den andre varmeveksleren og den forenklede rørledningsføringen slik at anleggskostnadene hovedsakelig er like.
Gjennom avkall av den inngangsnevnte andre varmeveksleren henholdsvis avkall av en varmeoverføring fra den flytende fasen til den første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen utmerker seg innretningen ifølge oppfinnelsen henholdsvis fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjennom mindre kompleksitet i sammenligning til dagens teknikk.
Den delvise fordampningen av den trykkøkte flytende arbeidsmediestrømmen gjennom delvis kondensasjon av den ekspanderte arbeidsmediestrømmen kan bli enda forbedret ved at trykket av den dampformige fasen er mindre enn 24 bar og som dermed er klart lavere enn de 33 bar i de hittil kjente kretsløpene. Dermed kan det totale trykknivået i kretsløpet senkes slik at koketemperaturen av arbeidsmediet kan minskes.
Når trykket av den dampformige fasen er tre ganger så stor som trykket av den ekspanderte dampformige fasen før inngang i turbinen, er det mulig å anvende konvensjonelle ett-trinns ekspansjonsturbiner. Slike ekspansjonsturbiner har en virkningsgrad opptil 88 % og dermed en klart høyere virkningsgrad enn de hittil i slike kretsløp anvendte flertrinns ekspansjonsturbiner som har et maksimalt trykk av f.eks. 33 bar og en virkningsgrad på ca. 75 %. Minskning av virkningsgraden i kretsløpet på grunn av det lavere trykknivået henholdsvis det lavere trykkforholdet over ekspansjonsturbinen blir dermed mer enn utlignet gjennom en bedret virkningsgrad av turbinen. Den økte mulige driftskapasiteten av arbeidsmediet tillater i tillegg å dra ut forholdsvis mer energi av termalvannet.
Ved anvendelse av en konvensjonell ett-trinns ekspansjonsturbin unngås også kostnaden av det andre turbintrinnet eller økte kostnader for en spesiell utforming av turbinen til store trykkforskjeller.
Ifølge én utforming av oppfinnelsen anvendes som arbeidsmedium en blanding av flere stoffer. Ved en blanding av flere stoffer, dreier det seg foretrukket om en blanding av to stoffer foretrukket en ammoniakkvannblanding. På grunn av den ikke isotermiske fordampningen og kondensasjonen av slike blandinger kan det oppnås en spesiell høy virkningsgrad av kretsløpet.
En spesiell miljøvennlig energiutvinning er mulig gjennom anvendelse av en geotermisk væske foretrukket termalvann fira en geotermisk kilde som varmekilde. Som varmekilde kan det også anvendes avgasser (røykegass) fra gass- og/eller dampturbinanlegg eller den i industrielle produksjonsprosesser (f.eks. ved stålproduksjon) utviklede varmen.
En høyere virkningsgrad av kretsløpet kan herved bli oppnådd ved at varmekilden har en temperatur fra 100°C til 200°C, foretrukket 100°C til 140°C.
Oppfinnelsen og andre fordelaktige utforminger av oppfinnelsen ifølge kjennetegnene av underkravene blir forklart ved hjelp av de følgende utformingseksemplene i figurene. Det vises: Fig. 1 en kobling av en innretning ifølge oppfinnelsen for utførelse av en termodynamisk sirkelprosess i forenklet skjematisk fremstilling,
Fig. 2 en kretsløpsberegning av en innretning ifølge fig. 1,
Fig. 3 en kobling av en innretning ifølge dagens teknikk for utførelse av en termodynamisk sirkelprosess i forenklet skjematisk fremstilling,
Fig. 4 en kretsløpsberegning av en innretning ifølge fig. 3.
Den i fig. 1 viste innretning 1 for utførelse av en termodynamisk sirkelprosess har en (rekuperativ) varmeveksler HE 4, som blir gjennomstrømmet på primærsiden av varmt termalvann 20 fra en ikke nærmere vist geotermiske kilde og på sekundærsiden er forbundet med en varmeveksler HE2 og også med en separator 4. Separatoren 4 tjener til separasjon av en dampformig fra en flytende fase av et delvis fordampet arbeidsmedium. En dampsidig utgang av separatoren 4 er forbundet med turbin 2. Turbinen 2 er på utgangssiden forbundet med en blander 5 som er forbundet i tillegg med væskeutgangen av separatoren 4. På utgangssiden er blanderen 5 forbundet med sekundærsiden av en (rekuperativ) varmeveksler HE2 som videre er forbundet med primærsiden av en sekundærsidig kondensator HEI som er gjennomstrømmet med kjølevann. Kondensatoren HEI er på sin primærsidige utgang, henholdsvis over en kondensattank over en pumpe 3, forbundet med primærsiden av varmeveksleren HE2. Primærsiden av varmeveksleren HE2 er videre forbundet med sekundærsiden av den allerede nevnte varmeveksleren HE4.
I innretning 1 anvendes som arbeidsmedium en blanding av to stoffer av vann og ammoniakk, som har en ikke-isotermisk fordampning og kondensasjon. Arbeidsmediet foreligger etter kondensator HEI i en flytende tilstand som flytende arbeidsmediestrøm 13. Ved hjelp av pumpe 3 pumpes hele den flytende arbeidsmediestrømmen 13 til et høyere trykk og det dannes en trykkøkt flytende arbeidsmediestrøm 14.
Den trykkøkte flytende arbeidsmediestrømmen 14 blir overført til primærsiden av varmeveksleren HE2 og oppvarmet gjennom delvis kondensasjon av den sekundærsidig gjennom varmeveksleren HE2 førte ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12 og delvis fordampet slik at det foreligger primærsidig etter varmeveksleren HE2 den første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 15 og sekundærsidig den delvis kondenserte ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12a. Dampandelen i den første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 15 ligger f.eks. ved 15 %.
Den første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 15 blir overført til sekundærsiden av varmeveksleren HE4 uten videre oppvarming.
Primærsidig blir varmeveksleren HE4 gjennomstrømmet av varmt termalvann 20.1 varmeveksleren HE4 blir den første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 15 videre fordampet gjennom avkjøling av termalvannet 20 og den andre delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 18 dannes. Den andre delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 18 blir ført til separatoren 4 der den dampformige fasen 10 blir separert fra den flytende fasen 19 av den andre delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 18. Den dampformige fasen 10 blir etterfølgende ekspandert i turbinen 2 og energien blir overført i en anvendbar form f.eks. i strøm over en ikke vist generator. Dermed blir det fremstilt den ekspanderte dampformige fasen 11.
I blanderen 5 blir den ekspanderte dampformige fasen 11 og den i separatoren 4 separerte flytende fasen 19 ført sammen igjen og det dannes den ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12.
En målrettet varmeoverføring fra den flytende fasen 19 til den første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 15 f.eks. ved hjelp av en spesiell for dette planlagt varmeveksler er ikke planlagt. Den delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 15 viser dermed, før den videre fordampningen i varmeveksleren HE4, for det vesentlige den samme temperaturen som etter sin fremstilling gjennom delvis kondensasjon av den ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12. Under "i det vesentlige lik temperatur" forstås herved at temperaturdifferansen ligger ved få Kelvin og er eksempelvis forårsaket av en lett avkjøling av den fra varmeveksleren HE2 utgående første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen på grunn av varmetap i forbindelsesrørene til varmeveksleren HE4.
Den ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12 blir delvis kondensert i varmeveksleren HE2 og det dannes den delvis kondenserte ekspanderte arbeidsmediestrøm 12a. Den delvis kondenserte ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12 blir etterfølgende kondensert i kondensatoren HEI ved hjelp av (tilstrømmende) kjølevannsstrøm 25 og det dannes den flytende arbeidsmediestrømmen 13. Den gjennom kondensasjon av den ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12a til kjølevannsstrømmen 25 overførte varmen blir ledet bort gjennom den avløpende kjølevannsstrømmen 26.
Fig. 2 viser en kretsløpsberegning for innretningen for utførelse av den termodynamiske sirkelprosessen som svarer hovedsakelig til den i fig. 1 fremstilte innretning 1 og er supplert i tillegg med noen ventiler 27. Som utgangsbetingelse for beregningen ble det antatt en ammoniakkonsentrasjon i vann på 95 % (ved flytende fullstendig kondensert arbeidsmedium) og en termalvannsstrøm 20 med en temperatur på 120°C og en massestrøm på 141,8 kg/s. Temperaturen av kjølevannsstrømmen 25 er 9,4°C. Som vist i fig. 1 og 2 er endringer av ammoniakkonsentrasjonen til en høyere virkningsgrad ikke planlagt unntatt den som kommer fra separasjon av den dampformige fra den flytende fasen etter varmeoverføringen fra den eksterne varmekilden der begge foreliggende faser har forskjellige ammoniakkonsentrasjoner.
Tabell 1 viser resultatet av kretsløpsberegningen for noen utvalgte strømmer av kretsløpet hvorved ytelsen av varmeveksleren er valgt ifølge tabell 2. Temperaturen av den første delvis fordampede arbeidsmediestrømmen 15 ligger før inngang i varmeveksleren HE4 ved 53,52°C og er dermed den samme temperaturen som etter utgang fra varmeveksleren HE2. Den under disse betingelser med hjelp av turbinen 2 dannede elektriske ytelsen ligger ved 4033 kW.
Trykket av den dampformige fasen 10 før inngang i turbinen 2 ligger ved 22,3 bar og trykket av den ekspanderte dampformige fasen 11 etter utgang fra turbinen 2 ligger ved 7,158 bar. Gjennom det valgte inngangstrykket på 22,3 bar og trykkforholdet på ca. 3,1 mellom trykket av den dampformige fasen før og etter turbinen 2 kan det anvendes som turbin 2 en konvensjonell ett-trinns turbin med høyere virkningsgrad som dermed har tilsvarende fordeler for kostnader og virkningsgraden. Fig. 3 viser en kobling av en ifølge dagens teknikk som KCS 34 (Kalina Cycle System 34) kjent innretning 30 for utførelse av en termodynamisk sirkelprosess. For en bedre sammenligning av den kjente innretningen 30 med den i fig. 1 fremstilte innretningen ifølge oppfinnelsen er de tilsvarende komponentene og strømmene utstyrt med like tegn. Innretning 30 er forskjellig fra den på fig. 1 viste innretningen ifølge oppfinnelsen gjennom en tilleggsvarmeveksler HE3 primærsidig koblet mellom varmeveksler HE2 og varmeveksler HE4 og sekundærsidig mellom separatoren 4 og blanderen 5. Ved hjelp av varmeveksler HE2 oppvarmes den trykkøkte flytende arbeidsmediestrømmen 14 gjennom delvis kondensasjon av den ekspanderte arbeidsmediestrømmen 12 og en oppvarmet (flytende) arbeidsmediestrøm 15 dannes. Den oppvarmede arbeidsmediestrømmen 15 blir deretter videre oppvarmet gjennom varmeveksleren HE3 gjennom avkjøling av den flytende fasen 19 og dermed dannes det den mer oppvarmede arbeidsmediestrømmen 15a. Fig. 4 viser en kretsløpsberegning for en innretning ifølge dagens teknikk som tilsvarer hovedsakelig den i fig. 3 fremstilte innretningen 30 og ble supplert i tillegg med noen ventiler 27. Som utgangsbetingelser på beregningen ble det antatt en ammoniakkonsentrasjon i vann på 89,2 % og - som i tilfellet av kretsløpsberegningen av fig. 2 - en termalvannstrøm 20 med en temperatur på 120°C og en massestrøm på 141,8 kg/s. Temperaturen av kjølevannstrømmen 25 ligger ved 9,4°C.
Tabell 3 viser for noen utvalgte strømmer av kretsløpet resultatet av kretsløpsberegningen hvorved ytelsen av varmeveksleren er valgt ifølge tabell 4.
Den herved produserte elektriske ytelsen ligger ved kun 3818 kW. Den oppnådde elektriske ytelsen er 5,6 % høyere i tilfelle av kretsløpet ifølge oppfinnelsen som vist i fig. 1 og 2 enn i tilfellet av sirkelprosessen fra dagens teknikk.
Den oppvarmede arbeidsmediestrømmen 15 som forlater varmeveksleren HE2 med en temperatur av 39°C blir oppvarmet videre til 48,87°C i varmeveksleren HE3 gjennom avkjøling av den flytende fasen 19 og blir overført til varmeveksler HE4 som arbeidsmediestrøm 15a.
Mens i det kjente tilfellet temperaturen av det avførte termalvannet 22 ligger enda ved 70,46°C viser det avførte termalvannet 22 i tilfelle av sirkelprosessen ifølge oppfinnelsen som vist i fig. 2 kun en temperatur på 57,45°C. I tilfelle av sirkelprosessen ifølge oppfinnelsen kan det dermed dras mer energi ut av termalvannet.*
På grunn av trykket av den dampformige fasen 10 ved inngangen av turbinen 2 på 32,41 bar og trykkforholdet på 4,8 mellom trykket av den dampformige fasen ved inngang til turbin 2 og trykket av den ekspanderte dampformige fasen 11 ved utgangen av turbinen kan det i tilfelle av kretsløpet fra fig. 4 ikke anvendes konvensjonelle ett-trinns turbiner. Enten må det anvendes to etter hverandre koblede konvensjonelle ett-trinns turbiner eller det må anvendes en enkel turbin som er tilpasset for høye trykk og trykkforhold større enn 4. Dette er i begge tilfeller forbundet med høyere kostnader og tap av virkningsgrad i forhold til enkle konvensjonelle turbiner.
Det på grunn av den økte varmevekslerytelsen til 28,5 % økte behovet for varmeflater fører til et økt investeringsbehov. Disse økte kostnadene kan derimot bli kompensert gjennom den forenklede rørledningsføringen og gjennom bortfall av varmeveksleren HE3 slik at de totale anleggskostnadene hovedsakelig forblir like.
Oppfinnelsen ble ovenfor beskrevet ved hjelp av foretrukne utførelseseksempler, men ikke skal anses generelt å være begrenset til disse utførelseseksemplene. Det består derimot mulighet til et flertall av variasjoner og modifikasjoner av oppfinnelsen henholdsvis av disse utførelseseksemplene. F.eks. kan - som også i koblingseksemplet ifølge fig. 2 vist - i tillegg kobles ventiler til koblingen.
Claims (14)
1. Fremgangsmåte for utførelse av en termodynamisk sirkelprosess karakterisert ved at den innbefatter minst følgende prosesseringssteg: pumping av en flytende "arbeidsmediestrøm"(13) til et økt trykk og dannelse av en trykkøkt, flytende arbeidsmediestrøm (14); oppvarming og delvis fordampning av den trykkøkte, flytende arbeidsmediestrømmen (14) gjennom delvis kondensasjon av en ekspandert arbeidsmediestrøm (12) og fremstilling av en første delvis fordampede arbeidsmediestrøm (15) og en delvis kondensert ekspandert arbeidsmediestrøm (12a); videre fordampning av den delvis fordampede arbeidsmediestrømmen (15) gjennom varme som blir overført av en ekstern varmekilde (20) og fremstilling av en andre minst delvis fordampede arbeidsmediestrøm (18); separering av en flytende fase (19) fra en dampformig fase (10) av den andre minst delvis fordampede arbeidsmediestrømmen (18); ekspansjon av den dampformige fasen (10), overføring av energien i en anvendbar form og fremstilling av en ekspandert dampformig fase (11); blanding av den flytende fasen (19) med den ekspanderte dampformige fasen (11) og dannelse av den ekspanderte arbeidsmediestrømmen (12); fullstendig kondensasjon av den delvis kondenserte ekspanderte arbeidsmediestrømmen (12a) og fremstilling av den flytende arbeidsmediestrømmen (13).
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
karakterisert ved at trykket av den dampformige fasen (10) er lavere enn 24 bar.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,
karakterisert ved at trykket av den dampformige fasen (10) er tre- til fire ganger så stor som trykket av den ekspanderte dampformige fasen (11).
4. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,
karakterisert ved det anvendes en blanding av flere stoffer som arbeidsmedium.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,
karakterisert ved at blandingen av flere stoffer er en blanding av to stoffer, foretrukket en blanding av ammoniakk og vann.
6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,
karakterisert ved at det anvendes en geotermisk væske, foretrukket termalvann, som ekstern varmekilde (20).
7. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,
karakterisert ved at varmekilden (20) har en temperatur fra 100°C til 140°C.
8. Innretning for utførelse av en termodynamisk sirkelprosess, foretrukket for gjennomføring av fremgangsmåten etter et av de foregående krav karakterisert ved at den består minst av: en pumpe for pumping av en flytende "arbeidsmediestrøm"(13) til et økt trykk og for dannelse av en trykkøkt, flytende arbeidsmediestrøm (14); en første varmeveksler (HE2) for fremstilling av en første delvis fordampede arbeidsmediestrøm (15) gjennom oppvarming og delvis fordampning av den trykkøkte, flytende arbeidsmediestrømmen (14) gjennom delvis kondensasjon av en ekspandert arbeidsmediestrøm (12); en andre varmeveksler (HE4) for fremstilling av en andre minst delvis fordampede arbeidsmediestrøm (18) gjennom videre fordampning av den delvis fordampede arbeidsmediestrømmen (15) gjennom varme som blir overført av en ekstern varmekilde (20); en separator for fraksjonering av en flytende fase (19) fra en dampformig fase (10) av den andre minst delvis fordampede arbeidsmediestrømmen (18); en innretning (2), foretrukket en turbin for ekspansjon av den dampformige fasen (10), overføring av energien i en anvendbar form og fremstilling av en ekspandert dampformig fase (11); blander (5) for blanding av den flytende fasen med den ekspanderte dampformige fasen og fremstilling av en ekspandert arbeidsmediestrømmen (12); en tredje varmeveksler (HEI) for fullstendig kondensasjon av den delvis kondenserte ekspanderte arbeidsmediestrømmen (12a) og fremstilling av den flytende arbeidsmedie strømmen (13).
9. Innretning ifølge krav 8,
karakterisert ved at trykket av den dampformige fasen (10) er lavere enn 24 bar.
10. Innretning ifølge ett av kravene 8 eller 9,
karakterisert ved at trykket av den dampformige fasen (10) er tre- til fire ganger så stor som trykket av den ekspanderte dampformige fasen (11).
11. Innretning ifølge ett av kravene 8 til 10,
karakterisert ved det anvendes en blanding av flere stoffer som arbeidsmedium.
12. Innretning ifølge krav 11,
karakterisert ved at blandingen av flere stoffer er en blanding av to stoffer, foretrukket en blanding av ammoniakk og vann.
13. Innretning ifølge et av kravene 8 til 12,
karakterisert ved at det anvendes en geotermisk væske, foretrukket termalvann, som ekstern varmekilde (20).
14. Innretning ifølge ett av kravene 8 til 13,
karakterisert ved at den eksterne varmekilden (20) har en temperatur fra 100 °Ctil 140 °C.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004018627 | 2004-04-16 | ||
| PCT/EP2005/051617 WO2005100755A1 (de) | 2004-04-16 | 2005-04-13 | Verfahren und vorrichtung zur ausführung eines thermodynamischen kreisprozesses |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20065267L NO20065267L (no) | 2006-11-16 |
| NO324542B1 true NO324542B1 (no) | 2007-11-19 |
Family
ID=34964640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20065267A NO324542B1 (no) | 2004-04-16 | 2006-11-16 | Fremgangsmåte og innretning for utførelse av en termodynamisk syklisk prosess |
Country Status (21)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8272217B2 (no) |
| EP (1) | EP1613841B1 (no) |
| CN (1) | CN1993536B (no) |
| AT (1) | ATE348946T1 (no) |
| AU (1) | AU2005233321B2 (no) |
| CA (1) | CA2562836C (no) |
| CY (1) | CY1106002T1 (no) |
| DE (2) | DE502005000242D1 (no) |
| DK (1) | DK1613841T3 (no) |
| ES (1) | ES2278377T3 (no) |
| HR (1) | HRP20070089T3 (no) |
| ME (1) | ME01101B (no) |
| MX (1) | MXPA06011948A (no) |
| NO (1) | NO324542B1 (no) |
| NZ (1) | NZ550556A (no) |
| PL (1) | PL1613841T3 (no) |
| PT (1) | PT1613841E (no) |
| RS (1) | RS50517B (no) |
| RU (2) | RU2006140382A (no) |
| SI (1) | SI1613841T1 (no) |
| WO (1) | WO2005100755A1 (no) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007041457B4 (de) * | 2007-08-31 | 2009-09-10 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung der Wärmeenergie einer Niedertemperatur-Wärmequelle in mechanische Energie |
| KR20100074166A (ko) * | 2007-08-31 | 2010-07-01 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하기 위한 방법 및 장치 |
| DE102007042541B4 (de) * | 2007-09-07 | 2009-08-13 | Gross, Johannes, Dipl.-Ing. | Anlage zur Energiegewinnung mittels einer Dampfkrafteinrichtung und Verfahren dazu |
| DE102008045450B4 (de) * | 2008-02-01 | 2010-08-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreislaufes sowie thermodynamischer Kreislauf |
| CN101552488B (zh) * | 2008-04-03 | 2011-01-26 | 苏庆泉 | 备用电源系统及其供电方法 |
| WO2009155754A1 (zh) * | 2008-06-24 | 2009-12-30 | Guan Li | 一种用于微冷凝发电的汽水往复加热、冷却内循环泵系给水装置 |
| ES2562438T3 (es) * | 2008-06-25 | 2016-03-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Sistema de almacenamiento de energía y método para almacenar y suministrar energía |
| ITMI20090039A1 (it) * | 2009-01-19 | 2010-07-20 | Franco Finocchiaro | Procedimento e sistema per la generazione di energia utilizzante sorgenti di calore liquide e o gassose a bordo di unita navali |
| DE102009034580A1 (de) | 2009-07-24 | 2011-02-03 | Mtu Onsite Energy Gmbh | Einrichtung zur Bereitstellung von Energie |
| US20110100009A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Nuovo Pignone S.P.A. | Heat Exchanger for Direct Evaporation in Organic Rankine Cycle Systems and Method |
| US8418466B1 (en) * | 2009-12-23 | 2013-04-16 | David Hardgrave | Thermodynamic amplifier cycle system and method |
| US20120006024A1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Energent Corporation | Multi-component two-phase power cycle |
| US9638175B2 (en) * | 2012-10-18 | 2017-05-02 | Alexander I. Kalina | Power systems utilizing two or more heat source streams and methods for making and using same |
| DE102013227061A1 (de) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Abtrennung von Wasser aus einem Wasser enthaltenden Fluidgemisch |
| CN104454053A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 天津大学 | 一种高效的氨水发电系统 |
| CN104929708B (zh) * | 2015-06-24 | 2016-09-21 | 张高佐 | 一种利用混合组分工质的低温热源热电转换系统及方法 |
| US9745871B2 (en) * | 2015-08-24 | 2017-08-29 | Saudi Arabian Oil Company | Kalina cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power |
| US10227899B2 (en) | 2015-08-24 | 2019-03-12 | Saudi Arabian Oil Company | Organic rankine cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power and cooling |
| CN105888757B (zh) * | 2016-06-23 | 2017-04-12 | 中国石油大学(华东) | 一种闭式循环发电装置 |
| DE102017125355B3 (de) * | 2017-10-29 | 2019-01-10 | Carmen Lindner | Verfahren und Anordnung zur Umwandlung von Wärme in kinetische Energie |
| SE541522C2 (en) * | 2018-02-05 | 2019-10-29 | Climeon Ab | System and method for waste heat recovery in steel production facilities |
| BE1026296B9 (nl) * | 2018-05-23 | 2020-02-24 | Bart Gios | Absorptiesysteem met gesloten cyclus en werkwijze voor het afkoelen en genereren van stroom |
| CN109139160A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-04 | 上海柯来浦能源科技有限公司 | 一种氢气混合工质发电系统 |
| GB2581770B (en) * | 2019-01-14 | 2023-01-18 | Gas Expansion Motors Ltd | Engine |
| DE102019207957A1 (de) | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Thyssenkrupp Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturwärme durch Auskoppeln der Niedertemperaturwärme aus Prozessgas sowie Verwendung |
| US11280322B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-03-22 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on wellhead fluid temperature |
| US11493029B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-08 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11293414B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-04-05 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation |
| US11480074B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-10-25 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11486370B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-01 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations |
| US11326550B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-05-10 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| US11644015B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-05-09 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11421663B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-08-23 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation |
| US11592009B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-02-28 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| HUP2200394A1 (hu) | 2022-10-04 | 2024-04-28 | Balazs Szabo | Hõerõmû |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU375452A1 (ru) | 1971-04-21 | 1973-03-23 | Геотермальная энергетнческая установка | |
| JPH0794815B2 (ja) * | 1993-09-22 | 1995-10-11 | 佐賀大学長 | 温度差発電装置 |
| US5440882A (en) | 1993-11-03 | 1995-08-15 | Exergy, Inc. | Method and apparatus for converting heat from geothermal liquid and geothermal steam to electric power |
| JP3011669B2 (ja) * | 1997-01-21 | 2000-02-21 | 株式会社東芝 | 混合媒体サイクル発電システム |
| US5953918A (en) * | 1998-02-05 | 1999-09-21 | Exergy, Inc. | Method and apparatus of converting heat to useful energy |
| JP3091860B1 (ja) * | 1999-05-31 | 2000-09-25 | 春男 上原 | 吸収器 |
| US6829895B2 (en) * | 2002-09-12 | 2004-12-14 | Kalex, Llc | Geothermal system |
| US6820421B2 (en) * | 2002-09-23 | 2004-11-23 | Kalex, Llc | Low temperature geothermal system |
-
2005
- 2005-04-13 PL PL05733568T patent/PL1613841T3/pl unknown
- 2005-04-13 CA CA2562836A patent/CA2562836C/en active Active
- 2005-04-13 SI SI200530011T patent/SI1613841T1/sl unknown
- 2005-04-13 RU RU2006140382/06A patent/RU2006140382A/ru unknown
- 2005-04-13 MX MXPA06011948A patent/MXPA06011948A/es active IP Right Grant
- 2005-04-13 WO PCT/EP2005/051617 patent/WO2005100755A1/de active Application Filing
- 2005-04-13 CN CN2005800113333A patent/CN1993536B/zh active Active
- 2005-04-13 DE DE502005000242T patent/DE502005000242D1/de active Active
- 2005-04-13 DE DE102005017183A patent/DE102005017183A1/de not_active Ceased
- 2005-04-13 ME MEP-2008-818A patent/ME01101B/me unknown
- 2005-04-13 EP EP05733568A patent/EP1613841B1/de active Active
- 2005-04-13 AT AT05733568T patent/ATE348946T1/de active
- 2005-04-13 US US10/558,894 patent/US8272217B2/en active Active
- 2005-04-13 RS RSP-2007/0042A patent/RS50517B/sr unknown
- 2005-04-13 PT PT05733568T patent/PT1613841E/pt unknown
- 2005-04-13 NZ NZ550556A patent/NZ550556A/en unknown
- 2005-04-13 ES ES05733568T patent/ES2278377T3/es active Active
- 2005-04-13 DK DK05733568T patent/DK1613841T3/da active
- 2005-04-13 AU AU2005233321A patent/AU2005233321B2/en active Active
-
2006
- 2006-11-16 NO NO20065267A patent/NO324542B1/no not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-02-09 CY CY20071100176T patent/CY1106002T1/el unknown
- 2007-03-05 HR HR20070089T patent/HRP20070089T3/xx unknown
-
2010
- 2010-02-03 RU RU2010103664/22U patent/RU95358U1/ru active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20070022753A1 (en) | 2007-02-01 |
| US8272217B2 (en) | 2012-09-25 |
| CN1993536B (zh) | 2011-09-14 |
| EP1613841A1 (de) | 2006-01-11 |
| HRP20070089T3 (en) | 2007-05-31 |
| ATE348946T1 (de) | 2007-01-15 |
| CA2562836C (en) | 2010-03-23 |
| EP1613841B1 (de) | 2006-12-20 |
| PT1613841E (pt) | 2007-02-28 |
| CN1993536A (zh) | 2007-07-04 |
| SI1613841T1 (sl) | 2007-06-30 |
| AU2005233321B2 (en) | 2009-07-16 |
| ES2278377T3 (es) | 2007-08-01 |
| WO2005100755A1 (de) | 2005-10-27 |
| DE102005017183A1 (de) | 2005-12-01 |
| DK1613841T3 (da) | 2007-04-30 |
| MXPA06011948A (es) | 2007-01-16 |
| RS50517B (sr) | 2010-05-07 |
| CA2562836A1 (en) | 2005-10-27 |
| RU2006140382A (ru) | 2008-05-27 |
| RU95358U1 (ru) | 2010-06-27 |
| DE502005000242D1 (de) | 2007-02-01 |
| ME01101B (me) | 2013-03-20 |
| CY1106002T1 (el) | 2011-04-06 |
| PL1613841T3 (pl) | 2007-05-31 |
| NZ550556A (en) | 2011-01-28 |
| AU2005233321A1 (en) | 2005-10-27 |
| NO20065267L (no) | 2006-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO324542B1 (no) | Fremgangsmåte og innretning for utførelse av en termodynamisk syklisk prosess | |
| CA2713799C (en) | Method for operating a thermodynamic circuit, as well as a thermodynamic circuit | |
| NO330375B1 (no) | Fremgangsmåte og innretning for gjennomføring av en termodynamisk syklus | |
| RU2560606C1 (ru) | Способ утилизации теплоты тепловой электрической станции | |
| RU2560503C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560505C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560615C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560612C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560624C1 (ru) | Способ утилизации теплоты тепловой электрической станции | |
| RU2560613C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560499C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560614C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2560504C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2562725C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2560514C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2562737C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, варабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2562743C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2562733C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2560498C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2568348C2 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2570133C2 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией | |
| RU2560500C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
| RU2562728C1 (ru) | Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: KALINA POWER LIMITED, AU |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |