Operating pressure dependence of the pressurized oxy-fuel combustion power cycle

Oxy-fuel combustion technology is an attractive option for capturing carbon dioxide (CO2) in power generation systems utilizing hydrocarbon fuels. However, conventional atmospheric oxy-fuel combustion systems require substantial parasitic energy in the compression step within the air separation unit (ASU), the flue gas recirculation system and the carbon dioxide purification and compression unit (CPU). Moreover, a large amount of flue gas latent enthalpy, which has high water concentration, is wasted. Both lower the overall cycle efficiency. Pressurized oxy-fuel combustion power cycles have been investigated as alternatives. Our previous study showed the importance of operating pressure for these cycles. In this paper, as the extended work of our previous study, we perform a pressure sensitivity analysis to determine the optimal combustor operating pressure for the pressurized oxy-fuel combustion power cycle. We calculate the energy requirements of the ASU and the CPU, which vary in opposite directions as the combustor operating pressure is increased. We also determine the pressure dependence of the water-condensing thermal energy recovery and its relation to the gross power output. The paper presents a detailed study on the variation of the thermal energy recovery rate, the overall compression power demand, the gross power output and the overall net efficiency.Aspen Technology, Inc.Thermoflow Inc.ENEL (Firm

Anti-Inflammatory activity of a polyphenolic extract from Arabidopsis thaliana in in vitro and in vivo models of Alzheimer's Disease

Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the primary form of dementia in the elderly. One of the main features of AD is the increase in amyloid-beta (Aβ) peptide production and aggregation, leading to oxidative stress, neuroinflammation and neurodegeneration. Polyphenols are well known for their antioxidant, anti-inflammatory and neuroprotective effects and have been proposed as possible therapeutic agents against AD. Here, we investigated the effects of a polyphenolic extract of Arabidopsis thaliana (a plant belonging to the Brassicaceae family) on inflammatory response induced by Aβ. BV2 murine microglia cells treated with both Aβ25⁻35 peptide and extract showed a lower pro-inflammatory (IL-6, IL-1β, TNF-α) and a higher anti-inflammatory (IL-4, IL-10, IL-13) cytokine production compared to cells treated with Aβ only. The activation of the Nrf2-antioxidant response element signaling pathway in treated cells resulted in the upregulation of heme oxygenase-1 mRNA and in an increase of NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 activity. To establish whether the extract is also effective against Aβ-induced neurotoxicity in vivo, we evaluated its effect on the impaired climbing ability of AD Drosophila flies expressing human Aβ1⁻42. Arabidopsis extract significantly restored the locomotor activity of these flies, thus confirming its neuroprotective effects also in vivo. These results point to a protective effect of the Arabidopsis extract in AD, and prompt its use as a model in studying the impact of complex mixtures derived from plant-based food on neurodegenerative diseases

Analysis of oxy-fuel combustion power cycle utilizing a pressurized coal combustor

Growing concerns over greenhouse gas emissions have driven extensive research into new power generation cycles that enable carbon dioxide capture and sequestration. In this regard, oxy-fuel combustion is a promising new technology in which fuels are burned in an environment of oxygen and recycled combustion gases. In this paper, an oxy-fuel combustion power cycle that utilizes a pressurized coal combustor is analyzed. We show that this approach recovers more thermal energy from the flue gases because the elevated flue gas pressure raises the dew point and the available latent enthalpy in the flue gases. The high-pressure water-condensing flue gas thermal energy recovery system reduces steam bleeding which is typically used in conventional steam cycles and enables the cycle to achieve higher efficiency. The pressurized combustion process provides the purification and compression unit with a concentrated carbon dioxide stream. For the purpose of our analysis, a flue gas purification and compression process including de-SO[subscript x], de-NO[subscript x], and low temperature flash unit is examined. We compare a case in which the combustor operates at 1.1 bars with a base case in which the combustor operates at 10 bars. Results show nearly 3% point increase in the net efficiency for the latter case.Aspen Technology, Inc.Thermoflow Inc

Station keeping strategies for geostationary satellites equipped with electric propulsion

Pour mener à bien leur mission, les satellites de télécommunications doivent rester à la verticale d'un même point de la Terre, sur une orbite dite géostationnaire, pour laquelle la période de révolution des satellites sur leur orbite est identique à la période de rotation de la Terre sur elle-même. Cependant, à cause des perturbations orbitales, les satellites tendent à s'en éloigner, et il est alors nécessaire de concevoir des stratégies de commande pour les maintenir dans un voisinage de cette position de référence. Du fait de leur grande valeur de poussée, les systèmes à propulsion chimique ont largement été utilisés, mais aujourd'hui les systèmes à propulsion électrique avec leur grande impulsion spécifique sont des alternatives viables pour réduire la masse d'ergols du satellite, et ainsi le coût au lancement, ou allonger la durée de vie du satellite, ce qui permettrait de limiter l'encombrement dans l'espace. Cependant, l'utilisation d'un tel système propulsif induit des contraintes opérationnelles issues en partie du caractère limité de la puissance électrique disponible à bord. Ces contraintes sont difficiles à prendre en compte dans la transcription du problème de maintien à poste en un problème de contrôle optimal à consommation minimale avec contraintes sur l'état et le contrôle. Ce manuscrit propose deux approches pour résoudre ce problème de commande optimale. La première, basée sur le développement et l'exploitation de conditions nécessaires d'optimalité, consiste à découper le problème initial en trois sous-problèmes pour former une méthode de résolution à trois étapes. La première étape permet de résoudre un problème de maintien à poste expurgé des contraintes opérationnelles, tandis que la deuxième, initialisée par le résultat de la première, produit une solution assurant le respect de ces dernières contraintes. La troisième étape permet d'optimiser la valeur des instants d'allumage et d'extinction des propulseurs dans le cadre du formalisme des systèmes à commutation. La seconde approche, dite " directe ", consiste à paramétrer le profil de commande par une fonction binaire et à le discrétiser sur l'horizon temporel de résolution. Les contraintes opérationnelles sont ainsi facilement transcrites en contraintes linéaires en nombres entiers. Après l'intégration numérique de la dynamique, le problème de contrôle optimal se résume à un problème linéaire en nombres entiers. Après la résolution du problème de maintien à poste sur un horizon court d'une semaine, le problème est résolu sur un horizon long d'un an par résolutions successives sur des horizons courts d'une durée de l'ordre de la semaine. Des contraintes de fin d'horizon court doivent alors être ajoutées afin d'assurer la faisabilité de l'enchaînement des problèmes sur l'horizon court constituant le problème sur l'horizon long.Geostationary spacecraft have to stay above a fixed point of the Earth, on a so-called geostationary Earth orbit. For this orbit, the orbital period of the spacecraft is equal to the rotation period of the Earth. Because of orbital disturbances, spacecraft drift away their station keeping position. It is therefore mandatory to create control strategies in order to make the spacecraft stay in the vicinity of the station keeping position. Due to their high thrust capabilities, chemical thrusters have been widely used. However nowadays electric propulsion based thrusters with their high specific impulse are viable alternative in order to decrease the spacecraft mass or increase its longevity. The use of such a system induce the necessity to handle operational constraints because of the limited on-board power. These operational constraints are difficult to take into account in the mathematical transcription of the station keeping problem in an optimal control problem with control and state constraints. This thesis proposed two techniques in order to solve this optimal control problem. The first one is based on the computation of first order necessary conditions and consists in decomposing the overall problem in three sub-problems, leading to a three-step decomposition method. The first step solves an optimal control problem without the operational constraints. The second steps enforces these operational constraints thanks to dedicated equivalence schemes and the third one optimises the switching times of the control profile thanks to a method borrowed from the switched systems theory. The second proposed method consists in parametrising the on-off control profile with binary functions. After a time discretisation of the station keeping horizons, the operational constraints are easily recast as linear constraints on integer variables, the dynamics is numerically integrated and the station keeping problem is recast as a mixed integer linear programming problem. After the resolution of the problem over a short time horizon of one week, the station keeping problem is solved over a long time horizon of one year. To this end, the long time horizon is split in shorter horizons over which the problem is successively solved. End-of-cycle constraints have been set up in order to ensure the feasibility of the solution one short horizon after another

Dynamics of a Geostationary Satellite

This document describes the non-linear dynamics of a geostationary spacecraft and the linearisation with respect to the station keeping position

Using Differential Flatness for solving the Minimum-Fuel Low-Thrust Geostationary Station-Keeping Problem

International audienceThe minimum fuel station keeping of a geostationary satellite equipped with electric thrusters undergoing the Earth non-spherical disturbing gravitational potential up to degree and order 2 is first recast by transforming the linear time varying relative dynamics in a time invariant one with a Floquet-Lyapunov transformation. In a second step, the flatness property of the system is used to convert the genuine optimal control problem to a linear programming problem. This problem is solved for an ideal geostationary satellite with one thruster mounted on each face

Stratégies de maintien à poste pour un satellite géostationnaire à propulsion tout électrique

Geostationary spacecraft have to stay above a fixed point of the Earth, on a so-called geostationary Earth orbit. For this orbit, the orbital period of the spacecraft is equal to the rotation period of the Earth. Because of orbital disturbances, spacecraft drift away their station keeping position. It is therefore mandatory to create control strategies in order to make the spacecraft stay in the vicinity of the station keeping position. Due to their high thrust capabilities, chemical thrusters have been widely used. However nowadays electric propulsion based thrusters with their high specific impulse are viable alternative in order to decrease the spacecraft mass or increase its longevity. The use of such a system induce the necessity to handle operational constraints because of the limited on-board power. These operational constraints are difficult to take into account in the mathematical transcription of the station keeping problem in an optimal control problem with control and state constraints. This thesis proposed two techniques in order to solve this optimal control problem. The first one is based on the computation of first order necessary conditions and consists in decomposing the overall problem in three sub-problems, leading to a three-step decomposition method. The first step solves an optimal control problem without the operational constraints. The second steps enforces these operational constraints thanks to dedicated equivalence schemes and the third one optimises the switching times of the control profile thanks to a method borrowed from the switched systems theory. The second proposed method consists in parametrising the on-off control profile with binary functions. After a time discretisation of the station keeping horizons, the operational constraints are easily recast as linear constraints on integer variables, the dynamics is numerically integrated and the station keeping problem is recast as a mixed integer linear programming problem. After the resolution of the problem over a short time horizon of one week, the station keeping problem is solved over a long time horizon of one year. To this end, the long time horizon is split in shorter horizons over which the problem is successively solved. End-of-cycle constraints have been set up in order to ensure the feasibility of the solution one short horizon after another.Pour mener à bien leur mission, les satellites de télécommunications doivent rester à la verticale d'un même point de la Terre, sur une orbite dite géostationnaire, pour laquelle la période de révolution des satellites sur leur orbite est identique à la période de rotation de la Terre sur elle-même. Cependant, à cause des perturbations orbitales, les satellites tendent à s'en éloigner, et il est alors nécessaire de concevoir des stratégies de commande pour les maintenir dans un voisinage de cette position de référence. Du fait de leur grande valeur de poussée, les systèmes à propulsion chimique ont largement été utilisés, mais aujourd'hui les systèmes à propulsion électrique avec leur grande impulsion spécifique sont des alternatives viables pour réduire la masse d'ergols du satellite, et ainsi le coût au lancement, ou allonger la durée de vie du satellite, ce qui permettrait de limiter l'encombrement dans l'espace. Cependant, l'utilisation d'un tel système propulsif induit des contraintes opérationnelles issues en partie du caractère limité de la puissance électrique disponible à bord. Ces contraintes sont difficiles à prendre en compte dans la transcription du problème de maintien à poste en un problème de contrôle optimal à consommation minimale avec contraintes sur l'état et le contrôle. Ce manuscrit propose deux approches pour résoudre ce problème de commande optimale. La première, basée sur le développement et l'exploitation de conditions nécessaires d'optimalité, consiste à découper le problème initial en trois sous-problèmes pour former une méthode de résolution à trois étapes. La première étape permet de résoudre un problème de maintien à poste expurgé des contraintes opérationnelles, tandis que la deuxième, initialisée par le résultat de la première, produit une solution assurant le respect de ces dernières contraintes. La troisième étape permet d'optimiser la valeur des instants d'allumage et d'extinction des propulseurs dans le cadre du formalisme des systèmes à commutation. La seconde approche, dite " directe ", consiste à paramétrer le profil de commande par une fonction binaire et à le discrétiser sur l'horizon temporel de résolution. Les contraintes opérationnelles sont ainsi facilement transcrites en contraintes linéaires en nombres entiers. Après l'intégration numérique de la dynamique, le problème de contrôle optimal se résume à un problème linéaire en nombres entiers. Après la résolution du problème de maintien à poste sur un horizon court d'une semaine, le problème est résolu sur un horizon long d'un an par résolutions successives sur des horizons courts d'une durée de l'ordre de la semaine. Des contraintes de fin d'horizon court doivent alors être ajoutées afin d'assurer la faisabilité de l'enchaînement des problèmes sur l'horizon court constituant le problème sur l'horizon long

Occupational tinnitus aurium: analysis of psychological aspects and other comorbidities

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