Analysis of Hydrogen Use in Gas Turbine Plants

Improvement of the efficiency of modern power systems requires the development of storage technologies, optimization of operation modes, and increased flexibility. Currently, various technical solutions are used for electricity storage. The results of a literary review with an analysis of existing energy storage systems are presented, their advantages and disadvantages are considered. One of the promising solutions is the use of hydrogen as an energy storage medium. The creation of corresponding energy complexes makes it possible to obtain hydrogen by electrolysis of water, and then use it to cover peak loads. Various schemes with hydrogen-fired gas turbines with a pressure up to 35 MPa and a temperature of 1500–1700 °C were considered. The new scheme of power plant with hydrogen-fired gas turbines was synthesized, which includes a power block, hydrogen generation blocks and hydrogen and oxygen preparation unit for burning. An atmospheric electrolyzer was considered as a hydrogen and oxygen generator. For the proposed scheme, parametric optimization was performed, where the storage efficiency factor has been used as a criterion. The influence of inlet temperature in the combustion chamber, the compression rate of hydrogen and oxygen, as well as the specific energy costs of the electrolyzer were analyzed. The results of the numerical experiment were approximated in the form of polynomial dependencies, and can be used in further research on the economic efficiency of proposed power plant

Возможность использования водорода в газотурбинных установках

Improvement of the efficiency of modern power systems requires the development of storage technologies, optimization of operation modes, and increased flexibility. Currently, various technical solutions are used for electricity storage. The results of a literary review with an analysis of existing energy storage systems are presented, their advantages and disadvantages are considered. One of the promising solutions is the use of hydrogen as an energy storage medium. The creation of corresponding energy complexes makes it possible to obtain hydrogen by electrolysis of water, and then use it to cover peak loads. Various schemes with hydrogen-fired gas turbines with a pressure up to 35 MPa and a temperature of 1500–1700 °C were considered. The new scheme of power plant with hydrogen-fired gas turbines was synthesized, which includes a power block, hydrogen generation blocks and hydrogen and oxygen preparation unit for burning. An atmospheric electrolyzer was considered as a hydrogen and oxygen generator. For the proposed scheme, parametric optimization was performed, where the storage efficiency factor has been used as a criterion. The influence of inlet temperature in the combustion chamber, the compression rate of hydrogen and oxygen, as well as the specific energy costs of the electrolyzer were analyzed. The results of the numerical experiment were approximated in the form of polynomial dependencies, and can be used in further research on the economic efficiency of proposed power plant.Повышение эффективности энергетических систем требует развития их аккумулирующих способностей, оптимизации управления режимами работы и улучшения маневренности генерирующего  оборудования.  В настоящее время применяются  различные технические решения для аккумулирования электрической энергии. Представлены результаты литературного обзора с анализом различных способов аккумулирования энергии, рассмотрены их преимущества и недостатки. Одним из перспективных направлений является использование возможностей водородной энергетики, а именно создание энергетических комплексов, позволяющих получать водород методом электролиза воды и далее применять его для покрытия пиковых нагрузок. Рассмотрены различные схемы энергетических блоков с сжиганием водорода и использованием паровых и газовых турбин с давлением водяного пара до 35 МПа и температурой 1500–1700 °C. Для проведения исследований синтезирована схема энергетической установки по варианту электроэнергия – водород – электроэнергия, включающая силовой блок, блоки генерации водорода и подготовки водорода и кислорода к сжиганию. Функцию генератора водорода и кислорода выполнял электролизер атмосферного типа. Для предложенной схемы выполнена параметрическая оптимизация, где в качестве критерия применялся коэффициент эффективности процесса аккумулирования, а в качестве управляемых переменных – температура пара за камерой сгорания, степень сжатия в компрессоре водорода и кислорода, а также удельные затраты электроэнергии на привод электролизера. Полученные результаты численного эксперимента аппроксимированы в виде полиномиальных зависимостей и могут быть использованы в дальнейших исследованиях экономической эффективности рассмотренной энергетической установки.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАЙОННОЙ КОТЕЛЬНОЙ

Implementation of an automatic control system is one of directions that promotes to increase an operational efficiency of a heat supply system. A heating boiler house in Surgut (Russia) is taken as an example to demonstrate an actual realization of such system.Одним из направлений, позволяющих повысить эффективность работы системы теплоснабжения, является внедрение автоматизированных систем управления. Приведен пример реализации такой системы на отопительной котельной г. Сургута (Российская Федерация)

EFFECT SIGNIFICANCE ASSESSMENT OF THE THERMODYNAMICAL FACTORS ON THE SOLID OXIDE FUEL CELL OPERATION

Technologies of direct conversion of the fuel energy into electrical power are an upcoming trend in power economy. Over the last decades a number of countries have created industrial prototypes of power plants on fuel elements (cells), while fuel cells themselves became a commercial product on the world energy market. High electrical efficiency of the fuel cells allows predictting their further spread as part of hybrid installations jointly with gas and steam turbines which specifically enables achieving the electrical efficiency greater than 70 %. Nevertheless, investigations in the area of increasing efficiency and reliability of the fuel cells continue. Inter alia, research into the effects of oxidizing reaction thermodynamic parameters, fuel composition and oxidation reaction products on effectiveness of the solid oxide fuel cells (SOFC) is of specific scientific interest. The article presents a concise analysis of the fuel type effects on the SOFC efficiency. Based on the open publications experimental data and the data of numerical model studies, the authors adduce results of the statistical analysis of the SOFC thermodynamic parameters effect on the effectiveness of its functioning as well as of the reciprocative factors of these parameters and gas composition at the inlet and at the outlet of the cell. The presented diagrams reflect dimension of the indicated parameters on the SOFC operation effectiveness. The significance levels of the above listed factors are ascertained. Statistical analysis of the effects of the SOFC functionning process thermodynamical, consumption and concentration parameters demonstrates quintessential influence of the reciprocative factors (temperature – flow-rate and pressure – flow-rate) and the nitrogen N2 and oxygen O2 concentrations on the operation efficiency in the researched range of its functioning. These are the parameters to be considered on a first-priority basis while developing mathematical models for optimizing the solid oxide fuel cells operating modes

Оптимизация параметров температурного графика отпуска теплоты в теплофикационных системах

The paper considers problems concerning optimization of a temperature schedule in the district heating systems with steam-turbine thermal power stations having average initial steam parameters. It has been shown in the paper that upkeeping of an optimum network water temperature permits to increase an energy efficiency of heat supply due to additional systematic saving of fuel. Рассмотрены вопросы оптимизации температурного графика систем централизованного теплоснабжения с паротурбинными ТЭЦ со средними начальными параметрами пара. Показано, что поддержание оптимальной температуры сетевой воды позволит повысить энергетическую эффективность теплофикации вследствие дополнительной системной экономии топлива

ПЕРЕВОД ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ В МИНИ-ТЭЦ . Часть 1

One of the methods that makes it possible to increase operational efficiency of heat supply  systems is development of power-and-heat generation on the basis of boiler houses of small and average power. The paper gives main prerequisites for selection of variants and power of power-and-heat generation (cogeneration) installations on the basis of gas-piston engines which are to be used at heating boiler houses.Одним из направлений, позволяющих повысить эффективность работы системы теплоснабжения, является развитие теплофикации на базе котельных малой и средней мощности. Приведены основные предпосылки выбора вариантов и мощностей теплоэлектрогенерирующих (когенерационных) установок на базе газопоршневых двигателей для размещения на отопительных котельных

СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО РАCПРЕДЕЛЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

The paper presents a problem statement, a developed mathematical model and proposed algorithm for  solving  optimization of capital  investments in modernization  (introduction of  automatic  controlsystems of thermal processes) of large systems of centralized heat supply which are based on application of network model.The formulated problem refers to the problems of combinatory (discrete) optimization. Methods of «branches and boundaries» or dynamic programming are applied nowadays for solving problems of this type. These methods are not considered as universal ones because they greatly depend on description  of  solution feasible area. As a result of it it is not possible to develop a universal software for solving any assignments which can be formulated as problems of combinatory optimization.The presented network model of the investigated problem does not have above-mentioned disadvantages and an algorithm is proposed for solving this problem which admits a simple programming realization. Представлена постановка задачи, разработана математическая модель и предложен алгоритм решения задачи оптимизации вложения капитальных средств в модернизацию (внедрение АСУ ТП) крупных систем централизованного теплоснабжения, основанные на применении сетевой модели.Сформулированная задача относится к задачам комбинаторной (дискретной) оптимизации. На сегодняшний день для решения такого класса задач, как правило, используются методы «ветвей и границ» или динамического программирования. Эти методы не являются универсальными, так как существенным образом зависят от описания области допустимых решений задачи. Следствием этого является невозможность создания универсального программного обеспечения для решения любых задач, которые могут быть сформулированы как задачи комбинаторной оптимизации.Представленная сетевая модель исследуемой задачи лишена указанных выше недостатков, а для ее решении предложен алгоритм, который допускает простую программную реализацию

Анализ факторов, влияющих на производство биогаза при сбраживании осадка сточных вод

Problems concerning optimization of a temperature diagram in respect of centralized heat supply systems with steam-turbine thermal power plants having mean initial steam parameters are considered in the paper. The paper shows that up-keeping of optimum temperature of heating water permits to increase efficiency of power-and-heat supply due to additional system economy of fuel.Рассмотрены вопросы оптимизации температурного графика систем централизованного теплоснабжения с паротурбинными ТЭЦ со средними начальными параметрами пара. Показано, что поддержание оптимальной температуры сетевой воды позволит повысить энергетическую эффективность теплофикации вследствие дополнительной системной экономии топлива.

СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК МЕЖДУ ТЕПЛОИСТОЧНИКАМИ ПРЕДПРИЯТИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

The paper  presents an algorithm for optimization of thermal load distribution among heat-sources in the system of centralized heat supply. The algorithm can be used while elaborating plans for development of heat supply systems in cities and settlements.Представлен алгоритм для оптимизации распределения тепловых нагрузок между теплоисточниками в системе централизованного теплоснабжения. Алгоритм может быть использован при разработке планов развития систем теплоснабжения городов и населенных пунктов

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ И СОСТАВА СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

 The paper presents algorithms for structure optimization of centralized heat-supply systems in large cities due to higher heat loads and necessity for equipment change. The algorithms can be applied for elaboration of plans for development of heat supply in cities and human settlements.Представлены алгоритмы для решения задач оптимизации структуры централизованной системы теплоснабжения крупных городов в результате роста тепловых нагрузок и необходимости замены оборудования. Алгоритмы могут быть использованы при разработке планов развития систем теплоснабжения городов и населенных пунктов