C1 compounds as auxiliary substrate for engineered Pseudomonas putida S12

The solvent-tolerant bacterium Pseudomonas putida S12 was engineered to efficiently utilize the C1 compounds methanol and formaldehyde as auxiliary substrate. The hps and phi genes of Bacillus brevis, encoding two key steps of the ribulose monophosphate (RuMP) pathway, were introduced to construct a pathway for the metabolism of the toxic methanol oxidation intermediate formaldehyde. This approach resulted in a remarkably increased biomass yield on the primary substrate glucose when cultured in C-limited chemostats fed with a mixture of glucose and formaldehyde. With increasing relative formaldehyde feed concentrations, the biomass yield increased from 35% (C-mol biomass/C-mol glucose) without formaldehyde to 91% at 60% relative formaldehyde concentration. The RuMP-pathway expressing strain was also capable of growing to higher relative formaldehyde concentrations than the control strain. The presence of an endogenous methanol oxidizing enzyme activity in P. putida S12 allowed the replacement of formaldehyde with the less toxic methanol, resulting in an 84% (C-mol/C-mol) biomass yield. Thus, by introducing two enzymes of the RuMP pathway, co-utilization of the cheap and renewable substrate methanol was achieved, making an important contribution to the efficient use of P. putida S12 as a bioconversion platform host

Computational fluid dynamics methods in turbomachinery

This paper aims to present a general view of flow problems in turbomachinery and the current levels of numerical methods for solving these problems. The flow models used for modelling phenomena in blade cascades are presented. Models of turbulence are discussed. A variety of examples of turbomachinery problems, such as steady, unsteady, multiphase and multicomponent flows, and also blade cooling are described. The actual research fields of computational fluid mechanics are presented

Struktura paliwowa potrzeb energetycznych globu według różnych scenariuszy rozwoju

The paper looks at an analysis of the tendency of changes in the fuel structure of electricity generation and thus resulting changes in carbon dioxide emissions. Forecasts drawn up by various institutions and organizations were selected for the analysis. Firstly, on the basis of statistical data contained in (IEA 2017a, IEA 2008) and with the use of Kay’s indicators, the impact of changes in energy intensity of the national income and energy mix on changes in carbon dioxide emissions per capita in 2006–2015 for the OECD countries and Poland were analyzed. A small effect of changes was found in the fuel mix in this period of time on the emissions. The main impact was due to changes in the energy intensity of the national income and changes in the national income per capita. Next, selected fuel scenarios for the period up to 2050 (60) were discussed – WEC, IEA, EIA, BP, Shell, with a focus on the WEC scenarios. These have been developed for various assumptions with regard to the pace of economic development, population growth, and developments of the political situation and the situation on the fuel market. For this reason, it is difficult to assess the reliability thereof. The subject of the discussion was mainly the data on the fuel structure of electricity generation and energy intensity of national income and changes in carbon dioxide emissions. The final part of the paper offers a general analysis of forecasts drawn up for Poland. These are quite diverse, with some of them being developed as part of drawing up the Energy Policy for Poland until 2050, and some covering the period up to 2035. An observation has been made that some forecasts render results similar to those characteristic of the WEC Hard Rock scenario.Celem artykułu jest analiza tendencji zmian w strukturze paliwowej wytwarzania elektryczności oraz stąd wynikających zmian emisji ditlenku wegla. Do analizy wybrano prognozy opracowane prze różne instytucje i organizacje. Najpierw na podstawie danych statystycznych zawartych w (IEA 2017a; IEA 2008) przeanalizowano z wykorzystaniem wskaźników Kaya wpływ zmian energochłonności dochodu narodowego i miksu energetycznego na zmianę emisji ditlenku węgla per capita w okresie 2006–2015 dla krajów OECD i Polski. Stwierdzono niewielki wpływ zmian miksu paliwowego w tym okresie czasu na emisję. Podstawowy wpływ miały zmiany energochłonności dochodu narodowego oraz zmiany dochodu narodowego per capita. Następnie omówiono wybrane scenariusze paliwowe do 2050 (60) r. – WEC, IEA, EIA, BP, Shell; szczególną uwagę skupiając na scenariuszach WEC. Zostały one opracowane dla różnych założeń dotyczących tempa rozwoju gospodarczego, wzrostu populacji oraz rozwoju sytuacji politycznej i sytuacji na rynku paliw. Z tego powodu ich wiarygodność jest trudna do oceny. Przedyskutowano głównie dane dotyczące struktury paliwowej wytwarzania elektryczności oraz energochłonności dochodu narodowego i zmian emisji ditlenku węgla. W ostatniej części artykułu przeprowadzono ogólną analizę prognoz opracowanych dla Polski. Są one dość zróżnicowane, część z nich została opracowana w ramach przygotowania Polityki Energetycznej Polski do 2050 r., część obejmuje okres do 2035 r. Zauważono, że niektóre prognozy dają podobne wyniki, jakie są charakterystyczne dla scenariusza Hard Rock WEC

Development of a technology for highly efficient “zero-emission” coal-fired units integrated with CO2 capture from flue gases. The concept and main findings

Głównym zadaniem artykułu jest przekazanie informacji o koncepcji i wynikach badań uzyskanych w projekcie strategicznym Zaawansowane Technologie Pozyskiwania Energii, głównie w zadaniu 1: Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin. Jego głównym celem było: a) opracowanie metod, technologii i programów zwiększenia efektywności energetycznej i ekologicznej wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrowniach i elektrociepłowniach węglowych oraz podwyższenie ich niezawodności i dyspozycyjności, b) opracowanie dokumentacji technologicznej układów stanowiących podstawę do budowy krajowych instalacji demonstracyjnych wychwytu ze spalin oraz bezpiecznego składowania CO2, c) opracowanie dla warunków krajowych strategicznych kierunków rozwoju czystych technologii węglowych do zastosowań w energetyce, w tym bloków 50+. Przedstawiono koncepcję nowej klasy bloków kondensacyjnych na parametry pary: 650°C/670°C/30 MPa, które jednocześnie powinny spełniać wymagania capture ready. Wskazano na podstawie badań materiałowych i studiów konstrukcyjnych prowadzonych w projekcie na możliwość wzrostu temperatury pary pierwotnej do poziomu 673/670°C, a temperatury pary wtórnej do wartości 692/690°C, co stanowi istotny postęp w stosunku do obecnie budowanych bloków na parametry nadkrytyczne (para świeża/para wtórna 600 (610)/610 (620)°C). Analizowane kierunki wzrostu sprawności sprawdzano dla tej koncepcji bloku referencyjnego. Określono potencjał różnych przedsięwzięć służących poprawie sprawno- ści. Omówiono zakres badań w zakresie oceny elastyczności cieplnej, zwiększenia dyspozycyjności, nowych systemów diagnostycznych. Osobnym zagadnieniem rozpatrywanym w artykule jest analiza procesu wychwytu CO2 i dyskusja efektywności różnych opcji integracji instalacji wychwytu z obiegiem wodno-parowym bloku. W zakończeniu artykułu pokazano kierunki dalszych badań dla rozwiązania współczesnych problemów energetyki węglowej oraz wskazano na monografie dokumentujące wyniki uzyskane w projekcie.The main task of this paper is to provide information about the concept and the results of the Strategic Research Programme entitled Advanced Technologies for Energy Generation, mainly in Task 1 – Development of a technology for highly efficient zero-emission coal-fired power units integrated with CO2 capture from flue gas. The main aim of this task was: a) to develop methods, technologies and programs in order to increase the efficiency of generating electricity at coal-fired power plants and increase their reliability and availability, b) to develop technological documentation of systems that will become a basis for the construction of national demonstration installations for the capture of CO2 from flue gases and its safe storage, c ) to work out Poland-specific directions for further development of clean coal technologies to be used in the power industry, including 50+ units. The concept of the new class of power plant units with steam parameters: 650°C/670°C/30MPa, which also will meet the “capture ready” requirements has been discussed. On the basis of material and structural studies carried out in the project the possibility of designing the unit with a leave steam temperature of 673/670°C, and the temperature of the steam reheat – 692/690°C has been show. This is a significant improvement over the currently built supercritical units (live steam / steam reheat 600 (610)/610(620)°C). The directions of efficiency increase was tested and analysed for a 900 MW unit. An efficiency improvement is found in all the cases under analysis. The range of tests for the assessment of thermal flexibility, increased availability and new diagnostic systems were also discussed. Another issue considered in the article was the analysis of the CO2 capture process and discussion of the effectiveness of different integration options for the separation unit with the water-steam cycle. The directions for further research for solutions of the contemporary problems of coal-based energy are presented and monographs documenting the results of the project are shown

Opportunities and Barriers of Fossil –fired Power Plants Deployment

W artykule przedstawiono wybrane problemy związane z upowszechnieniem technologii paliw kopalnych w bliskiej i dalszej perspektywie czasu. Wskazano na główne przyczyny zmniejszenia dynamiki wprowadzania nowych technologii, skutkujące opóźnieniami inwestycyjnymi zarówno w UE jak i w Polsce. Szerzej przedstawiono potencjał aplikacyjny dla technologii węglowych i gazowych. Zwrócono uwagę, że dalszy rozwój bloku kondensacyjnego jest uwarunkowany wzrostem jego efektywności termodynamicznej i ekonomicznej oraz poprawą elastyczności cieplnej i charakterystyk przy zmiennym obciążeniu. W przypadku technologii gazowych barierą prognozowanego ich upowszechnienia w UE i w skali globu może okazać się duża niestabilnooeć cen gazu.Analysis of technical and economic parameters of a classic condensing coal power plant and other coal technologies (for example integrated gasification combined cycles) indicates that they are and they will be important for the energy security of many countries, particularly for Poland. Additional in Poland new investment are justified by the age of working installations, and the resulting necessity for the withdrawal of units with low environmental and economic standards. There are many reasons for which reduce the dynamics of the introduction of new technologies, leading to the difference between the best available technologies and technologies which are in use. Introduction of natural gas technology to the Polish electricity generation sector is a necessity. Autonomous systems can serve an important regulatory role. Gas and steam cycles with high flexibility next to reduce carbon dioxide emissions may also fulfill regulatory functions. Gas turbines can also provide the basis for the construction of accumulation installations. The main barrier may be instability in the gaseous fuel market, related with increased interest in this class of technology in many parts of the globe. Reasonable speed up of the transformation of the energy system requires a continuous expansion of knowledge in society. Only in this way the emergence of hostility toward one class technology and overestimate the role of others can be avoided. It is a task not only for the entire education system but also politicians and economic activists

Highly efficient “zero-emission” coal-fired power units integrated with CO2 capture from combustion gas

W artykule przedstawiono informacje o współczesnych tendencjach w ewolucji technologicznej weglowego bloku kondensacyjnego. Jego dalsze doskonalenie wymaga prowadzenia rozległych badan naukowych. Scharakteryzowano cele i główne tematy badawcze sformułowane i podjęte w projekcie strategicznym Zaawansowane Technologie Pozyskiwania Energii, głównie w zadaniu 1: Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zero- -emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin. Jego głównym celem jest: a) opracowanie metod, technologii i programów zwiekszenia efektywnooci energetycznej i ekologicznej wytwarzania energii elektrycznej i ciep3a w elektrowniach i elektrociepłowniach weglowych oraz podwyższenie ich niezawodnooci i dyspozycyjności, b) opracowanie dokumentacji technologicznej układów stanowiących podstawę do budowy krajowych instalacji demonstracyjnych wychwytu ze spalin oraz bezpiecznego sk;adowania CO2, c) opracowanie dla warunków krajowych strategicznych kierunków rozwoju czystych technologii weglowych do zastosowan w energetyce, w tym bloków 50+. Rozwiązywane zadania badawcze ujeto w siedmiu grupach tematycznych. Omówiono kierunki wzrostu sprawnooci bloków kondensacyjnych. Szczegóowiej w artykule przedstawiono wybrane wyniki badan dotyczące możliwości wykorzystania ciepła odpadowego spalin oraz suszenia wegla brunatnego dla zwiększenia sprawności bloku. Rozpatrzono wykorzystanie ciepła odpadowego do podgrzewania kondensatu w regeneracji niskoprężnej oraz do zasilania obiegów ORC (dla wegla kamiennego i brunatnego) i do podsuszenia wegla brunatnego. Obliczenia wykonano dla bloku referencyjnego o mocy 900 MW. Stwierdzono wzrost sprawności instalacji we wszystkich przypadkach. Najwiekszy efekt daje zastosowanie technologii podsuszania węgla. Osobnym zagadnieniem rozpatrywanym w artykule jest wpływ energochłonności procesu wychwytu dwutlenku wegla na degradację sprawności. Stwierdzono istotny spadek sprawności przy wykorzystaniu pary z obiegu cieplnego jako noonika ciepła do procesu desorpcji. Obliczenia wykonano dla różnej energochłonnooci jednostkowej procesu desorpcji.This paper presents information on current trends in the technological evolution of the coal-fired condensing power plant. A further improvement in the design of this plant calls for extensive scientific research. The paper describes the main research objectives and topics formulated and initiated within the Strategic Research Programme – Advanced technologies for obtaining energy, mainly in Task 1 – Development of a technology for highly efficient zero-emission coal-fired power units integrated with CO2 capture from combustion gas. The main aim of this task is as follows: a. to develop methods, technologies and programmes resulting in an increase in energy- and ecology-related efficiency of the production of electricity and heat in coal-fired electric and thermal-electric power stations, as well as resulting in an improvement in their reliability and availability; b. to develop technological documentation of systems that will become a basis for the construction of national demonstration installations for the capture of CO2 from flue gases and its safe storage; c. to work out Poland-specific directions for further development of clean coal technologies to be used in the power industry, including 50+ units. The research tasks are included in seven thematic groups. The paper outlines trends in improving the efficiency of condensing power plants. In more detail, it presents selected results of research on the possibilities of using flue gas waste heat and brown coal drying to raise power plant efficiency. An analysis is carried out of the use of waste heat to heat the condensate in low pressure regeneration, as well as to feed Organic Rankine Cycles (ORC’s) (for hard and brown coal) and to dry brown coal. The calculations are performed for a 900 MW reference cycle. An improvement in the system efficiency is found in all the cases under analysis. The most effective is the application of the coal drying technology. A separate issue considered in the paper is the impact of consuming the energy needed for the carbon dioxide capture process on plant efficiency degradation. A substantial decrease in efficiency is found if the thermal cycle steam is used as the heat carrier for the desorption process. The calculations are performed for different values of the unit energy consumption of the desorption process

Coal Power Plants 2020+

W artykule omówiono główne uwarunkowania rozwoju technologii węglowych wynikające z aktualnie przewidywanych scenariuszy osiągnięcia pożądanego stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Z analizowanych scenariuszy wynika, że nie można sprostać zapotrzebowaniu na elektryczność bez wykorzystania węgla. Dla spełnienia obowiązujących i nowych wymagań ekologicznych konieczne jest opracowanie nowych klas technologii jego wykorzystania do produkcji elektryczności. Przedstawiono kierunki rozwoju bloku kondensacyjnego oraz układu gazowo-parowego zintegrowanego ze zgazowaniem węgla. Określono zakres koniecznych prac badawczo-rozwojowych. Porównano główne charakterystyki technologii z uwzględnieniem ich ewolucji i doskonalenia.The article describes main issues of coal technology development which arise from predicted scenario of a CO2 concentration level in the atmosphere. A conclusion of this scenario is that the demand for electricity could not by satisfy without coal utilization. For the purpose of satisfy of current and future ecology regulation, it is necessary to work out new coal technology classes for electricity production. Development directions of steam and gas-steam cycles integrated witch coal gasification are shown. The scope of research and development work is determined. Main characteristics which take into account their evolution end development are compared

Układy dwupaliwowe gazowo-węglowe - koncepcje nowych zastosowań

The energy policy related to the reduction in CO2 emissions creates interest in new concepts of multifuel systems. The paper presents an analysis of gas and coal fired power plants in which the flue gas waste heat of the gas-fired system is used to feed the CO2 separation system of a plant fired with coal. The analysed structures are assessed in terms of savings in the fuel chemical energy and CO2 avoided emissions.Polityka energetyczna związana z ograniczeniem emisji CO2 powoduje, że interesujące jest rozważanie nowych koncepcji układów wielopaliwowych. W pracy poddano analizie układy węglowo-gazowe, w których ciepło spalin z układu gazowego wykorzystywane jest do zasilania układu separacji CO2 z siłowni opalanych węglem. Analizowane struktury oceniono pod względem oszczędności energii chemicznej paliwa oraz emisji unikniętej CO2

Selection of the structures of gas-steam systems including selected technological and market aspects

W pierwszej części artykułu przedyskutowano wybrane aspekty doboru struktury technologicznej układów gazowo - parowych (UGP) w aspekcie rosnącego zróżnicowania technologicznego systemu energetycznego wymuszonego wzrastającym udziałem odnawialnych źródeł energii (głównie energii słońca i wiatru) w produkcji elektryczności oraz dekarbonizacją gospodarki. Uwagę skupiono na tych cechach, które charakteryzują elastyczność cieplną UGP (zdolność do szybkiej zmiany obciążenia, dynamika rozruchów, minimum techniczne), efektywność termodynamiczną przy nominalnym i zmiennym obciążeniu oraz ocenie różnych konfiguracji UGP, w kontekście zachowania dużego przedziału zmiany mocy oraz wysokiej efektywności przy zmiennym obciążeniu. Przedstawiono zakres koniecznej modyfikacji metodologii obliczeń miar oceny ekonomicznej technologii, eksploatowanych w dużym zakresie zmienności obciążenia i towarzyszącej temu zmianie sprawności. Podkreślono znaczenie prawidłowego określenia ekwiwalentnego czasu pracy, poziomu mocy i sprawności. Wskazano na jedną z możliwości sterowania eksploatacją, wykorzystującą zdolności do szybkich uruchomień ze stanu gorącego współczesnych technologii gazowych, w tym UPG. W części drugiej pracy przedstawiono metodologie obliczeń wprowadzenia do systemu energetycznego nowych instalacji energetyki gazowej zastępujących instalacje pracujące o mniejszej elastyczności cieplnej i skuteczności ograniczenia emisji, których eksploatacja jest jednak jeszcze rentowna. Zastosowanie metodyki obliczeń zilustrowano przykładem.The first part of this article analyzes certain aspects of the selection of the technological structure of gas-steam systems (UGP) in terms of the increasing diversity of the technological power system forced by an increasing share of renewable energy sources (mainly wind and solar energy) into the electricity market and frontrunner economy. The attention is focused on those features that characterize the thermal UGP flexibility (the ability to accommodate fast changes in load, dynamic start-ups, technical minimum), as well as thermodynamic efficiency at nominal and variable load. The analysis evaluates different UGP configurations in the context of changes in behavior over a wide range of power levels, and high performance with variable load. The paper demonstrates necessary changes to calculation methodology for the economic evaluation of technology operating under different load conditions and accompanying changes in performance. The importance of correctly identifying equivalent working time, the level of power, and efficiency was highlighted. It was pointed out that one of the possibilities of controlling such operations uses modern gas technology's fast starting ability from the hot state of modern gas technology, including the UGP. The second part of the paper presents calculation methodologies for new systems which replace smaller plants featuring worse flexibility and efficiency of thermal emission yet are still profitable. The calculation methodology used was illustrated by an example

The Influence of the Structure of a Gas-And-Steam Power Station on the Characteristics of Efficiency

W artykule przedstawiono dwie metodologie określania sprawności elektrowni gazowo-parowych. Dla każdej metodologii przedstawiono przykłady obliczeniowe. Opracowane metodologie pozwalają wyznaczyć sprawność badanych układów w funkcji temperatury na wlocie do turbiny gazowej i stopnia sprężania przy optymalnej części parowej układu. Obliczenia wykonano dla różnych struktur elektrowni: z kotłem jednociśnieniowym, dwuciśnieniowym z przegrzewem i bez przegrzewu międzystopniowego oraz trójciśnieniowym z przegrzewem międzystopniowym.The paper deals with two methods of determining the efficiency of combined gas-and-steam power stations. For each of them examples of calculations have been quoted. These two methods permit to determine the efficiency of investigated systems as a function of temperature at the inlet to the gas turbine and the compression ratio for the optimal steam part of the system. Calculations have been carried out concerning various structures of power stations with a single-pressure waste-heat boiler, a double-pressure waste-heat boiler with and without reheat and a triple-pressure waste-heat boiler and reheat