RU2027046C1 - Способ производства электрической энергии и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ производства электрической энергии и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2027046C1
RU2027046C1 SU904830018A SU4830018A RU2027046C1 RU 2027046 C1 RU2027046 C1 RU 2027046C1 SU 904830018 A SU904830018 A SU 904830018A SU 4830018 A SU4830018 A SU 4830018A RU 2027046 C1 RU2027046 C1 RU 2027046C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel cell
low
turbine
gas
pressure
Prior art date
Application number
SU904830018A
Other languages
English (en)
Inventor
Хендрикс Рудольф
Ян Анкерсмит Хендрик
Original Assignee
Турбоконсулт Б.В.
Эй С.Эй.Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Турбоконсулт Б.В., Эй С.Эй.Б.В. filed Critical Турбоконсулт Б.В.
Application granted granted Critical
Publication of RU2027046C1 publication Critical patent/RU2027046C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/36—Open cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/003—Gas-turbine plants with heaters between turbine stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051—Carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Использование: в устройствах для производства электроэнергии. Сущность изобретения: дополнительно производят выработку электроэнергии в топливном элементе типа MCSC, или PCSC, или SOFS, катод которого размещен в потоке продуктов сгорания перед или за силовой турбиной низкого давления, впускная линия анода топливного элемента подключена к источнику природного газа, а выпускная - к дополнительной камере сгорания. 2 с, 3 з.п.ф-лы, 6 ил, 1 табл.

Description

Изобретение касается способа производства электроэнергии и устройства для его осуществления.
В промышленности нуждаются в устройстве для производства электроэнергии с высоким КПД, кроме того минимально загрязняющим окружающую среду. До настоящего времени существовали различные механизмы, такие как двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины, у которых КПД может быть фактически достигнут приблизительно 35%, но от которых вредные выбросы (в частности, содержание 110 в выхлопных газах) тем не менее все еще вызывают озабоченность. Целью изобретения является разработка способа и устройства для его осуществления, который даст ощутимое усовершенствование относительно двух вышеупомянутых проблем: КПД и вредных выбросов.
В этой связи, изобретение основывается на способе, который сам по себе известен в различных воплощениях, использующем для производства электроэнергии газообразную среду, например воздух, которая пропускается в незамкнутый контур, во-первых, через, по крайней мере, одну компрессорную установку и далее через газовую турбину для того, чтобы затем пройти через теплообменник газа газового канала. Усовершенствование, которое предлагается в соответствии с изобретением, отличается тем, что газообразная среда, которая находится в сжатом состоянии, пропускается через теплообменник газа газового канала, чтобы увеличить температуру, по крайней мере, однажды, для того, чтобы после быть пропущенной через одну или более турбины, соединенные с компрессорной установкой, с выделением энергии, и поток газа внутри контура, который пропускается как окислитель в топливный элемент вместе с топливом (восстановителем), производящим электроэнергию в упомянутом элементе до или после образования механической энергии в газовой турбине.
Этот способ включает в себя комбинацию следующих усовершенствований:
- используемая компрессорная турбина не снабжается (как обычно до сих пор) выходными газами газовой турбины или иным процессом горения, только главным образом сжатым воздухом, который используется для этой цели после полученного дополнительного увеличения температуры в теплообменнике газа газового канала;
- газообразная среда, которая поступает из вышеупомянутой компрессорной турбины с соответственно низкими давлением и температурой, тот час же используется как окисляющий газ (окислитель) в топливном элементе, вместе с восстановителем (например, природным газом);
- давление газовой среды (окислителя) является низким на входе топливного элемента, как и давление восстановителя, что делает систему более гибкой.
Изобретение делает возможным процесс, у которого, во-первых, более высокий электрический КПД и в котором ближе всего достигнут, чем было до сих пор, теоретический цикл Карно. Во-вторых, этот тепловой контур (который является объектом ограничений Карно) включает в себя электрохимическую систему, которая не имеет этих ограничений и у которой считается возможным КПД, по крайней мере, 55-70% с поддающимися управлению температурами, даже порядка 1000оС. В дополнение к этому имеет место утверждение, что в предлагаемом способе всегда содержится определенная теплотворная способность в так называемом отработанном топливе (восстановителе), которая может быть использована, например, в камере сгорания. Кроме того, газово-воздушная смесь, которая поступает в газовую турбину после прохождения через камеру сгорания, оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Характерно, что только очень малое количество ядовитых выбросов NOx (50 гр) GJ) может содержаться в газах газового канала. Каталитический процесс превращения в топливном элементе производит неядовитые продукты реакции, в результате чего предлагаемый новый способ фактически не загрязняет окружающую среду. Дальнейший вклад в уменьшение загрязнения окружающей среды заключается в увеличении достигнутого КПД от 35% для электростанций приблизительно до 55-70% в результате этого нового способа. По сравнению с предшествующим уровнем, для производства одного и того же количества электроэнергии нужна приблизительно половина прежнего количества топлива. Это имеет результатом соответствующее уменьшение СО2. Применение топливного элемента имеет двойственную функцию выработки электроэнергии и производства нагретых газов.
Изобретение также касается устройства для осуществления способа, описанного раньше и используемого ранее для производства электроэнергии посредством газового потока, и совокупности механических компонентов, включающей компрессорную установку, соединенную, по крайней мере, с одной турбиной и далее включающей, по крайней мере, одну газовую турбину (силовую турбину), снабженную выходным валом, следующую за теплообменником газа газового канала. В соответствии с изобретением упомянутое устройство отличается объединением упомянутых компонентов с тем, чтобы образовать незамкнутый контур для газового потока, давление которого будет сначала увеличиваться в компрессорной установке, затем его температура также будет увеличиваться в теплообменнике газа газового канала, после которого газовый поток, в конечном счете, через камеру сгорания пропускается потом в компрессорную турбину (турбины) и, наконец, он проходит с незначительным избыточным давлением по направлению к газовой турбине, в процессе чего, пройдя сначала как окислитель в топливный элемент, установленный в контуре выше или ниже по потоку от указанной газовой турбины.
Применение этого элемента может вызвать дополнительное увеличение КПД при одном и том же воздушном потоке и в некоторой степени меньшим расходом топлива в камере сгорания. Этот эффект имеет место благодаря использованному теплу элемента, увеличивающему теплосодержание камеры сгорания. При применении высокотемпературного топливного элемента (порядка 1000оС, так же как у твердооксидного топливного элемента SOFC) камера сгорания газовой турбины может даже стать фактически ненужной. Постоянный ток от топливного элемента может быть непосредственно использован как постоянный ток или после преобразования может быть использован как переменный ток. Третья возможность заключается в подводе постоянного тока к электрическому генератору газовой турбины.
Только что описанное устройство включает турбинные компоненты, известные сами по себе, с тем результатом, что возможно использование составных частей, уже освоенных промышленностью для монтажа устройства, которое, как следствие высокого КПД, дает в результате уменьшение СО2-загрязнения окружающей среды примерно на половину по сравнению с известными машинами, такими как двигатели внутреннего сгорания, паротурбинные устройства и традиционные газовые турбины. Уменьшение выделения может быть получено более чем на 50%. В этой связи не берется еще в расчет возможность не загрязнять окружающую среду при использовании тепловых и силовых устройств (общеэнергетическая концепция).
Отметим, что существует два типа топливных элементов, в частности, подходящих для использования в способе и устройстве для его осуществления согласно изобретению. Первым типом является так называемый МСFC (расплавленный углеродный топливный элемент) с температурой эксплуатации приблизительно до 650оС. Другим типом является так называемый РАFC (фосфорнокислый топливный элемент) с температурой эксплуатации приблизительно до 200оС. Может быть также использован твердооксидный топливный элемент (SOFC), температура эксплуатации приблизительно 1000оС. Эти типы описаны в: 1) Либавски и Кэрнс "Топливные и гальванические элементы", ВильоSсан, Нью-Йорк (1968), Глава 12, страницы 524-554. 2) ..Эйплеби и .. Фолкс, "Справочник по топливным элементам", Ван Ностран Рейтальт, Нью-Йорк (1989), 3) Супраманьян Сринивасан, Журнал электрохимического общества, 136(2), Февраль 1989, страницы 410-480.
Местоположение топливного элемента в незамкнутом контуре предпочтительно находится между компрессорной турбиной (СТ) и силовой турбиной (РТ). Расположение далее по потоку и даже за газовой турбиной возможно. Это показано пунктирной линией в приложенных рисунках. Так же возможно расположение выше по потоку от компрессорной турбины и даже, однако, еще дальше вперед в контуре.
Далее заметим, что патент N 4.678.723, выданный на имя Верт Хайн, имеет отношение к фосфорнокислому топливному элементу РАFC в сочетании с автотермическим преобразователем для того, чтобы подвести газовую смесь в турбине, которая приводит в действие компрессорную установку: топливный элемент охлаждают каплями воды и впрыскиваемым водяным туманом для улучшения результата. Турбина с теплообменником выходного газа для увеличения температуры сжатой газообразной среды отсутствует.
На фиг. 1-5 показан подвод 1 газообразной среды, например воздуха. Указанная среда протекает через незамкнутый контур, начиная с компрессорной установки 2, которая в этом случае включает в себя компрессор низкого давления С1 и компрессор высокого давления С2, которые связаны друг с другом линией 3. Эта линия связи включает в себя теплообменник III в качестве стандартного промежуточного охладителя. Компрессорная установка 2 приводится в действие компрессорной турбиной 4, которая построена в данном случае как единая турбина СТ для обоих компрессоров. Также возможно приводить в действие каждый из компрессоров С1 и С2 собственной турбиной.
В незамкнутом контуре установлен теплообменник газа газового канала 1, который соединен через линию 5 с газовой турбиной 6 (силовая турбина РТ) для получения электрической энергии. Компрессор высокого давления С2соединен через линию 7 с теплообменником газа газового канала I, и газообразная среда, нагретая там, течет в варианте, соответствующем фигурам 1, 2 и 4, через линию 8 в компрессорную турбину 4. После протекания через эту турбину газообразная среда, со сниженной температурой, течет в указанном варианте через линию 9 в топливный элемент 10 с целью питания катода упомянутого элемента упомянутой средой, как необходимо заметить, с окислителем. Среда, с несколько повысившейся температурой, затем течет через линию 11 в так называемую камеру сгорания 12, которая также снабжается подводом 13 отработанного топлива. Газовая турбина 6 приводит в действие электрический генератор 14.
Как альтернативное решение, на чертеже показывают пунктирными линиями расположение топливного элемента 10 ниже по потоку от газовой турбины 6. Соединительный трубопровод должен быть переделан соответствующим образом. Дальнейшее изложение изобретения также относится к этому варианту.
Характерными преимуществами этого расположения топливного элемента являются следующие: управление давлением является простейшим; становится возможным исключить теплообменник II.
В выбранной конструкции в соответствии с фиг. 1-4, топливный элемент 10 является элементом типа МСFC (расплавленный углеродный топливный элемент). Упомянутый элемент имеет электрический КПП приблизительно 55% и анод снабжается подводом 15 топлива, как необходимо заметить, восстановителем, таким как газ, обогащенный водородом. Отметим однако, что в так называемом внутреннем улучшенном варианте направление использования природного газа также является возможным. В качестве конечного продукта топливного элемента 10 на выводе 16 производится постоянный ток.
Отметим, что три других теплообменника II, IV и V также изображены на схемах. Теплообменник расположен на окончании выпускной линии 17 теплообменника газа газового канала 1 и использует таким образом далее часть тепла, имеющегося в окончании 18 незамкнутого контура. Теплообменник IV (фиг. 1) подключается и отключается с помощью отсечного клапана 19. При одном положении упомянутого клапана газовый поток поступает непосредственно в топливный элемент 10 из компрессорной турбины 4 через линию 9. При другом положении отсечного клапана 19 упомянутый газовый поток или часть его поступает через теплообменник IV с целью нагрева или охлаждения газового потока. Теплообменник V служит для нагрева подаваемого в него через линию 15 топлива.
В случае применения FCMG-элемента питание катода должно содержать воздух и достаточное количество СО2. При таких условиях рециркуляция СО2в системе является наиболее очевидным решением. Это может иметь место при применении так называемой технологии избирательного разделения, например включением мембран 30 в линиях 5, 17 или 18. Рециркуляция потока в линии 18 в конечном итоге после отделения воды после теплообменника II с тем, чтобы увеличить соотношение инертного газа. На фиг. 1-4 показано ответвление трубопровода 18, включающее в себя управляющий клапан 23 и теплообменник VI как схематическое изображение такого процесса рециркуляции. Для различных видов топлива, такой дополнительный трубопровод не использующих, смотри фиг. 3 и 6. Центробежный компрессор 24 применен для распыления топлива.
Фиг. 2 показывает вспомогательную камеру сгорания 20 в ответвлении 11 к газовой турбине 6 с целью возможности дополнительного нагрева газообразной среды с помощью вышеупомянутого "отработанного топлива", поступающего из линии 13 от анода топливного элемента 10. Указанное газообразное отработанное топливо содержит, например, 15% Н2 и СО2, Н2О и N2, с тем результатом, что дополнительная энергия нагрева становится еще доступнее. В итоге, упомянутое отработанное топливо имеет ощутимую температуру. В результате чего указанный газ может быть использован в камере сгорания 12 или в дополнительной форсунке 20 (см. фиг. 2-4) или может быть подан назад в отсек подготовки топлива. Устройство очистки 21 в основном используется в линии 15. В камере сгорания 12 может иметься избыток Н2, происходящего из "отработанного топлива" из линии 13. Дополнительный воздух должен поэтому быть подведен от первого компрессора С1 через линию 22 с тем, чтобы достигнуть полного сгорания. Напротив попеременно часть топлива (в том числе отработанное топливо) может быть использовано, чтобы улучшить условия для топлива, поступающего через линию 15, например парообразованием. Если часть СО2будет возвращена непосредственно на анод, поток жидкости по трубопроводу будет значительно уменьшен.
Фиг. 3 показывает, что для улучшения системы термодинамически, дополнительная форсунка 20 развивает высокий уровень давления (например 885 кПа, что равно 8,85 бар) в линии 8 и используется для нагрева воздуха, например, до 850оС, выше по потоку компрессорной турбины 4. В результате этого температура ниже по потоку от указанной турбины становится, например 620оС, как требуется для МСFS топливного элемента. В то же время давление уменьшится до, например 290 кПа (= 2,93 бар). С тем, чтобы сообщить части "отработанного топлива" высокий уровень давления, показан компрессор 24, который предшествует дополнительному холодильнику 28 для охлаждения газа от 677 до 30оС.
В устройстве в соответствии с фиг. 4, топливный элемент включен в отсек высокого давления (приблизительно 900 кПа) контура. Часть отработанного топлива от анода топливного элемента 10 поступает по линии 13 к дополнительной форсунке 20 в линии 8 вывода потока окислителя катода топливного элемента 10.
В устройстве в соответствии с фиг. 5, топливный элемент 10 включает в себя РАFC (фосфорнокислый топливный элемент) с рабочей температурой 200оС. Элемент расположен в отсеке низкого давления контура в линии 9 от компрессорной турбины 4. Выходная температура (например 470оС) указанной турбины понижается до 200оС посредством применения холодильника VII. На практике оба теплообменника V и VII будут объединены в одном агрегате. Поскольку РАFC не позволяет производить внутреннее изменение, топливо, проходящее по линии 15 должно быть обогащенным водородом.
На фиг. 6 топливный элемент 10 включен в контур ниже по потоку компрессора низкого давления С1 и ниже дополнительной камеры сгорания 29 для повышения температуры с 137 до 200оС.
Вместо использования топливного элемента типа МСFC или РАFC возможно также использовать элемент типа SOFC (твердооксидный топливный элемент). Далее заметим, что низкотемпературные топливные элементы, такие как щелочные топливные элементы АFC и полимерные топливные элементы SPFC или SPEFC могут быть использованы в относительно холодных линиях рядом с компрессором и холодильником, коль скоро относительно холодные выпускные линии 17, 18 находятся ниже по потоку рециркулятора 1. Описание всех этих топливных элементов можно найти в вышеуказанных источниках.
Контур содержит один или более центробежных компрессоров 24 с целью осуществления увеличения давления для обогащения определенных отсеков контура или для впрыскивания топлива в камеру сгорания 12. Такой центробежный компрессор не требуется во всех перечисленных вариантах устройства.
Устройство приводится в действие двигателем 25, который соединен посредством муфты 26 с компрессорным устройством 2. Эти компрессоры дают приблизительно 20% рабочей скорости. Затем форсунка (не изображена) поджигается свечой зажигания (не изображена также) внутри камеры сгорания 12. Линия 27 служит для подачи топлива. Генератор G синхронизирован с магистралями, после которых температура турбины 6 возрастает.
Отметим, что устройство может составлять часть тепловой и силовой станции (общей энергетической системы) и что газы из линии 18 могут быть подведены в теплицу для улучшения процесса поглощения СО2.
Ряд значений, относящихся к представленному устройству (см. фиг. 1) и соответствующих величине газового потока за единицу времени, имеющиеся температуры и давления на выходе и входе различных компрессоров и теплообменников, а также компрессорной турбины 4, топливного элемента 10 и силовой турбины 6, представлены в таблице.

Claims (6)

  1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.
  2. 1. Способ производства электрической энергии путем сжатия воздуха в компрессоре низкого давления, охлаждения в холодильнике, сжатия в компрессоре высокого давления, подогрева в рекуператоре теплом выхлопных газов и в общей камере сгорания сжиганием топлива, расширения полученных продуктов сгорания в турбине высокого давления, приводящей компрессоры, и расширения в силовой турбине низкого давления, вращающей электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, дополнительно производят выработку электроэнергии перед турбиной низкого давления в топливном элементе, использующем в качестве окислителя воздух или продукты сгорания, в качестве топлива - обогащенный водородом газ, а электроэнергию, вырабатываемую в топливном элементе, объединяют с электроэнергией, вырабатываемой электрогенератором.
  3. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей продуктов сгорания в топливный элемент осуществляют из впуск в по меньшей мере один теплообменник для регулирования температуры.
  4. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно перед расширением газа в силовой турбине низкого давления осуществляют подогрев газа.
  5. 4. Устройство для производства электрической энергии, содержащее компрессоры низкого и высокого давления, холодильник, рекуператор, общую камеру сгорания, турбину высокого давления, силовую турбину низкого давления, соединенную с электрогенератором, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, оно снабжено топливным элементом типа MCSC, или PAPC, или SOFS, катод которого размещен в потоке продуктов сгорания перед или за силовой турбиной низкого давления, впускная линия анода топливного элемента подключена к источнику обогащенного водородом газа.
  6. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной камерой сгорания, установленной перед силовой турбиной низкого давления, а выпускная линия анода подключена к дополнительной камере сгорания.
SU904830018A 1989-05-29 1990-05-28 Способ производства электрической энергии и устройство для его осуществления RU2027046C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8901348A NL8901348A (nl) 1989-05-29 1989-05-29 Werkwijze en inrichting voor het opwekken van electrische energie.
NL8901348 1989-05-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2027046C1 true RU2027046C1 (ru) 1995-01-20

Family

ID=19854731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904830018A RU2027046C1 (ru) 1989-05-29 1990-05-28 Способ производства электрической энергии и устройство для его осуществления

Country Status (20)

Country Link
US (2) US5083425A (ru)
EP (1) EP0400701B1 (ru)
JP (1) JPH0318627A (ru)
KR (1) KR0175066B1 (ru)
CN (1) CN1022944C (ru)
AT (1) ATE134740T1 (ru)
CA (1) CA2017072A1 (ru)
CZ (1) CZ282731B6 (ru)
DD (1) DD294759A5 (ru)
DE (1) DE69025496T2 (ru)
DK (1) DK0400701T3 (ru)
ES (1) ES2085882T3 (ru)
GR (1) GR3019482T3 (ru)
HU (1) HU214664B (ru)
NL (1) NL8901348A (ru)
NO (1) NO304568B1 (ru)
PL (1) PL164615B1 (ru)
RO (1) RO114518B1 (ru)
RU (1) RU2027046C1 (ru)
SK (1) SK279491B6 (ru)

Families Citing this family (89)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8901348A (nl) * 1989-05-29 1990-12-17 Turboconsult Bv Werkwijze en inrichting voor het opwekken van electrische energie.
JP2819730B2 (ja) * 1990-02-15 1998-11-05 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法
JP2942999B2 (ja) * 1990-05-01 1999-08-30 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
CA2093683C (en) * 1992-05-14 2002-10-15 William Miller Farrell Intercooled gas turbine engine
DE4318818C2 (de) * 1993-06-07 1995-05-04 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von konditionierter Prozessluft für luftatmende Brennstoffzellensysteme
US5449568A (en) * 1993-10-28 1995-09-12 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Indirect-fired gas turbine bottomed with fuel cell
US5693201A (en) * 1994-08-08 1997-12-02 Ztek Corporation Ultra-high efficiency turbine and fuel cell combination
AU704873B2 (en) * 1994-08-08 1999-05-06 Ztek Corporation Electrochemical converter
US5678647A (en) * 1994-09-07 1997-10-21 Westinghouse Electric Corporation Fuel cell powered propulsion system
US5532573A (en) * 1994-09-07 1996-07-02 Westinghouse Electric Corporation Reconfigurable hybrid power generation system
US5900329A (en) * 1994-10-19 1999-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Fuel-cell system and method for operating a fuel-cell system
US5595059A (en) * 1995-03-02 1997-01-21 Westingthouse Electric Corporation Combined cycle power plant with thermochemical recuperation and flue gas recirculation
DE19535288A1 (de) * 1995-09-22 1997-03-27 Siemens Ag Verfahren und Anlage zum Verstromen eines Brenngases
US5541014A (en) * 1995-10-23 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Indirect-fired gas turbine dual fuel cell power cycle
US6124050A (en) * 1996-05-07 2000-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Process for operating a high temperature fuel cell installation, and high temperature fuel cell installation
EP0898790B1 (de) * 1996-05-07 2001-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben einer hochtemperatur-brennstoffzellenanlage und hochtemperatur-brennstoffzellenanlage
US5811201A (en) * 1996-08-16 1998-09-22 Southern California Edison Company Power generation system utilizing turbine and fuel cell
US5753383A (en) * 1996-12-02 1998-05-19 Cargnelli; Joseph Hybrid self-contained heating and electrical power supply process incorporating a hydrogen fuel cell, a thermoelectric generator and a catalytic burner
US5968680A (en) * 1997-09-10 1999-10-19 Alliedsignal, Inc. Hybrid electrical power system
US6735953B1 (en) * 1997-12-22 2004-05-18 Allied Signal Inc. Turbomachine-driven environmental control system
WO1999035702A1 (en) 1998-01-08 1999-07-15 Southern California Edison Company Power generation system utilizing turbine gas generator and fuel cell
US6363706B1 (en) 1998-12-24 2002-04-02 Alliedsignal Apparatus and method to increase turbine power
DE19911018C1 (de) * 1999-03-12 2000-08-31 Daimler Chrysler Ag Hilfstriebwerk für ein Luftfahrzeug
JP2002115562A (ja) * 2000-08-03 2002-04-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン
US6607854B1 (en) * 2000-11-13 2003-08-19 Honeywell International Inc. Three-wheel air turbocompressor for PEM fuel cell systems
US7118606B2 (en) * 2001-03-21 2006-10-10 Ut-Battelle, Llc Fossil fuel combined cycle power system
DE10120947A1 (de) * 2001-04-22 2002-10-24 Daimler Chrysler Ag Brennstoffzellen-Luftversorgung
US6711902B2 (en) * 2001-06-04 2004-03-30 Richard E. Douglas Integrated cycle power system and method
EP1286030B1 (de) 2001-08-16 2006-01-25 Siemens Aktiengesellschaft Gas- und Luftturbinenanlage
DE10236323A1 (de) * 2001-08-17 2003-03-06 Alstom Switzerland Ltd Kraftwerksanlage und zugehöriges Startverfahren
DE10236501A1 (de) * 2001-08-17 2003-04-03 Alstom Switzerland Ltd Startverfahren für eine Kraftwerksanlage
GB0121191D0 (en) * 2001-08-31 2001-10-24 Innogy Plc A power generation apparatus
US7550218B2 (en) 2001-10-11 2009-06-23 Airbus Deutschland Gmbh Apparatus for producing water onboard of a craft driven by a power plant
US7249460B2 (en) * 2002-01-29 2007-07-31 Nearhoof Jr Charles F Fuel injection system for a turbine engine
EP1354794B1 (de) * 2002-04-16 2006-04-19 Airbus Deutschland GmbH Anordnung zur Erzeugung von Wasser an Bord eines Luftfahrzeuges
DE10216953B4 (de) * 2002-04-17 2006-02-23 Daimlerchrysler Ag Vorrichtung und Verfahren zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit Prozessluft und deren Verwendung
JP4003553B2 (ja) * 2002-06-26 2007-11-07 Ｊｆｅスチール株式会社 副生ガスを用いた発電方法および発電設備
DE50308949D1 (de) 2002-10-24 2008-02-14 Airbus Gmbh Anordnung zur erzeugung von wasser an bord eines luftfahrzeuges
US7153599B2 (en) * 2002-12-23 2006-12-26 General Electric Company Cooled turbine integrated fuel cell hybrid power plant
US7410713B2 (en) * 2002-12-23 2008-08-12 General Electric Company Integrated fuel cell hybrid power plant with re-circulated air and fuel flow
US6978621B2 (en) * 2002-12-31 2005-12-27 General Electric Company Turbo recuperator device
JP4579560B2 (ja) * 2003-06-30 2010-11-10 川崎重工業株式会社 燃料電池・常圧タービン・ハイブリッドシステム
US7344787B2 (en) * 2003-10-29 2008-03-18 General Motors Corporation Two-stage compression for air supply of a fuel cell system
US7137257B2 (en) * 2004-10-06 2006-11-21 Praxair Technology, Inc. Gas turbine power augmentation method
JP5143427B2 (ja) * 2004-10-19 2013-02-13 一般財団法人電力中央研究所 複合発電設備
SE531220C2 (sv) 2005-04-21 2009-01-20 Compower Ab Energiåtervinninssystem för en processanordning
DE102005060516A1 (de) * 2005-12-12 2007-06-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs
US7743861B2 (en) * 2006-01-06 2010-06-29 Delphi Technologies, Inc. Hybrid solid oxide fuel cell and gas turbine electric generating system using liquid oxygen
US20100242453A1 (en) * 2006-05-31 2010-09-30 Johnston Darrin A Fuel cell/engine hybrid power system
WO2008049444A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-02 Daimler Ag Gas flow control system
CN101636871A (zh) * 2006-11-20 2010-01-27 Eect有限责任公司 具有高温燃料电池的系统
US7862938B2 (en) 2007-02-05 2011-01-04 Fuelcell Energy, Inc. Integrated fuel cell and heat engine hybrid system for high efficiency power generation
US20090051167A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 General Electric Company Combustion turbine cooling media supply method
JP5234401B2 (ja) * 2007-12-06 2013-07-10 日産自動車株式会社 固体電解質型燃料電池システム
BRPI0918769B1 (pt) * 2008-09-09 2021-01-05 Conocophillips Company sistema para melhoria de performance de turbina a gás em uma usina a gás natural
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
CH701210A1 (de) * 2009-06-02 2010-12-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Betrieb eines Gasturbinenkraftwerkes mit Brennstoffzelle.
JP5681711B2 (ja) 2009-06-22 2015-03-11 エコージェン パワー システムズ インコーポレイテッドＥｃｈｏｇｅｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ． １または２以上の工業プロセスでの熱流出物処理方法および装置
WO2011017476A1 (en) 2009-08-04 2011-02-10 Echogen Power Systems Inc. Heat pump with integral solar collector
US8794002B2 (en) 2009-09-17 2014-08-05 Echogen Power Systems Thermal energy conversion method
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US8613195B2 (en) 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US7818969B1 (en) 2009-12-18 2010-10-26 Energyield, Llc Enhanced efficiency turbine
US8857186B2 (en) * 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US8616001B2 (en) 2010-11-29 2013-12-31 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
RU2013148004A (ru) 2011-03-29 2015-05-10 Флорида Турбин Текнолоджиз, Инк. Устройство и способ испытаний промышленного газотурбинного двигателя и его компонентов
US9441542B2 (en) 2011-09-20 2016-09-13 General Electric Company Ultrasonic water atomization system for gas turbine inlet cooling and wet compression
US9062898B2 (en) 2011-10-03 2015-06-23 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
BR112015003646A2 (pt) 2012-08-20 2017-07-04 Echogen Power Systems Llc circuito de fluido de trabalho supercrítico com uma bomba de turbo e uma bomba de arranque em séries de configuração
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
DE112013005226T5 (de) * 2012-10-31 2015-08-06 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Stromerzeugungssystem und -Verfahren zum Aktivieren von Brennstoffzellen in Stromerzeugungssystemen
US9638065B2 (en) 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
KR20150122665A (ko) 2013-01-28 2015-11-02 에코진 파워 시스템스, 엘엘씨 초임계 이산화탄소 랭킨 사이클 중에 동력 터빈 스로틀 밸브를 제어하기 위한 프로세스
BR112015021396A2 (pt) 2013-03-04 2017-08-22 Echogen Power Systems Llc Sistemas de motor de calor com circuitos de dióxido de carbono supercrítico de alto potência útil
CN105264701B (zh) * 2013-03-15 2018-02-06 埃克森美孚研究工程公司 使用燃料电池的综合发电和碳捕集
JP6228752B2 (ja) * 2013-04-26 2017-11-08 三菱日立パワーシステムズ株式会社 発電システム及び発電システムの起動方法
CN106575780B (zh) * 2014-07-24 2019-12-03 日产自动车株式会社 燃料电池系统
US10570777B2 (en) 2014-11-03 2020-02-25 Echogen Power Systems, Llc Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
CN105484870A (zh) * 2015-12-29 2016-04-13 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 一种联合循环燃气轮机系统
DE102018201233A1 (de) 2017-04-18 2018-10-18 Ford Global Technologies, Llc Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzelle
CN108386344B (zh) * 2018-03-09 2019-10-08 重庆大学 燃料电池和压缩空气储能耦合的发电储能系统及控制方法
US10883388B2 (en) 2018-06-27 2021-01-05 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
DE102020206918A1 (de) * 2020-06-03 2021-12-09 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Wärmetauschersystem zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Stacks
AU2021397292A1 (en) 2020-12-09 2023-07-06 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system
DE102021210446A1 (de) 2021-09-20 2023-03-23 Rolls-Royce Solutions GmbH Elektrochemische Energiewandlungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer solchen elektrochemischen Energiewandlungsvorrichtung
US20230358166A1 (en) * 2022-05-04 2023-11-09 Hamilton Sundstrand Corporation Hydrogen energy conversion system

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2658336A (en) * 1949-10-18 1953-11-10 Sulzer Ag Pressure control system for gas turbine plants
FR1549417A (ru) * 1967-10-17 1968-12-13
US3473331A (en) * 1968-04-04 1969-10-21 Combustion Eng Incinerator-gas turbine cycle
US4333992A (en) * 1980-10-30 1982-06-08 United Technologies Corporation Method for producing steam from the liquid in a moist gas stream
DE3523487A1 (de) * 1985-07-01 1987-01-08 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Verfahren und anlage zur erzeugung von elektrischer energie
JPH0665051B2 (ja) * 1985-08-16 1994-08-22 三菱重工業株式会社 燃料電池発電システム
US4838020A (en) * 1985-10-24 1989-06-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Turbocompressor system and method for controlling the same
US4685287A (en) * 1985-11-20 1987-08-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Compressor system and start-up method therefor
JPH06103631B2 (ja) * 1986-01-23 1994-12-14 株式会社日立製作所 燃料電池システムの空気供給系装置
US4678723A (en) * 1986-11-03 1987-07-07 International Fuel Cells Corporation High pressure low heat rate phosphoric acid fuel cell stack
NL8702834A (nl) * 1987-11-26 1989-06-16 Turbo Consult Bv Installatie voor het opwekken van mechanische energie alsmede werkwijze voor het bedrijven van een dergelijke installatie.
NL8901348A (nl) * 1989-05-29 1990-12-17 Turboconsult Bv Werkwijze en inrichting voor het opwekken van electrische energie.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Шляхин П.Н. Паровые и газовые турбины. М.: Энергия, 1974, с.218, рис.14-79. *

Also Published As

Publication number Publication date
NO304568B1 (no) 1999-01-11
KR900018505A (ko) 1990-12-21
HU903068D0 (en) 1990-09-28
CN1048911A (zh) 1991-01-30
PL285382A1 (en) 1991-11-04
DE69025496D1 (de) 1996-04-04
HUT53987A (en) 1990-12-28
KR0175066B1 (ko) 1999-03-20
EP0400701A1 (en) 1990-12-05
CZ264690A3 (en) 1997-06-11
SK264690A3 (en) 1998-12-02
ATE134740T1 (de) 1996-03-15
SK279491B6 (sk) 1998-12-02
DD294759A5 (de) 1991-10-10
US5083425A (en) 1992-01-28
US5319925A (en) 1994-06-14
EP0400701B1 (en) 1996-02-28
JPH0318627A (ja) 1991-01-28
CN1022944C (zh) 1993-12-01
NO902355L (no) 1990-11-30
GR3019482T3 (en) 1996-07-31
CA2017072A1 (en) 1990-11-29
CZ282731B6 (cs) 1997-09-17
RO114518B1 (ro) 1999-04-30
NL8901348A (nl) 1990-12-17
DK0400701T3 (da) 1996-07-08
HU214664B (hu) 1998-04-28
PL164615B1 (pl) 1994-08-31
DE69025496T2 (de) 1996-10-31
NO902355D0 (no) 1990-05-28
ES2085882T3 (es) 1996-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2027046C1 (ru) Способ производства электрической энергии и устройство для его осуществления
US5595059A (en) Combined cycle power plant with thermochemical recuperation and flue gas recirculation
US6260348B1 (en) Combined cycle power plant with fuel reformer
JP2511866B2 (ja) 燃料電池発電システム及びその起動方法
US5133180A (en) Chemically recuperated gas turbine
WO1995011375B1 (en) Performance enhanced gas turbine powerplants
JP2880925B2 (ja) 水素燃焼ガスタービンプラント
JPS6128803B2 (ru)
WO1995011375A3 (en) Performance enhanced gas turbine powerplants
JPH10196314A (ja) ガスターボグループの熱的に高負荷を受ける機械ユニットを冷却する方法
JP4094185B2 (ja) 冷熱利用発電システム
EP1091095B1 (en) Gas turbine system and combined plant comprising the same
JP2002266655A (ja) 燃料電池と連続燃焼エンジンの併用法
JPH11238520A (ja) 燃料電池発電装置
JP2005203223A (ja) 高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム
CN111441866B (zh) 一种降低合成气燃气轮机NOx排放的系统
RU83544U1 (ru) Газотурбинная установка
JP4158131B2 (ja) 燃料電池発電装置
JP3582133B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
Desideri et al. Thermodynamic Analysis of Hydrogen Combustion Turbine Cycles
JPH0583742B2 (ru)
SU1521890A1 (ru) Энергетическа установка
JPS63259324A (ja) ガスタービン発電装置
RU2088773C1 (ru) Способ работы газотурбинной установки
CN116557838A (zh) 联合循环余热锅炉烟气热量调节系统和方法