Reducing emissions of harmful substances during the production of electricity at thermal power plants is possible by the transition to semi-closed gas turbine cycles with oxy-fuel combustion and carbon dioxide-steam working fluid. Their main advantages compared with closed Rankine cycles with water vapor and open Brayton cycles with combustion products of the air-fuel mixture are the absence of the toxic substances formation danger and the effective separation of working fluid components based on the thermodynamic principle, which allows to subsequently dispose of high-purity carbon dioxide. This paper presents the results of the energy performance thermodynamic analysis of the most known oxy-fuel combustion power cycles with a carbon dioxide-steam working fluid. A technique for modeling thermal schemes of promising power units is described in detail, taking into account losses for cooling high-temperature carbon dioxide turbines, energy costs for the production and compression of oxygen, as well as compression of carbon dioxide before disposal. Based on the results of mathematical modeling, it was found that the net electrical efficiency for the semi-closed combined cycle with oxy-fuel combustion can reach 44.5% at a gas turbine inlet temperature of 1400°C, and 43.2% for the Allam cycle at 1100°C.
Снижение выбросов вредных веществ при производстве электроэнергии на тепловых электрических станциях возможно за счет перехода на полузакрытые газотурбинные циклы с кислородно-топливным сжиганием и углекислотно-паровым рабочим телом. Их основными преимуществами по сравнению с закрытыми циклами Ренкина на водяном паре и открытыми циклами Брайтона на продуктах сгорания топливно-воздушной смеси являются отсутствие опасности образования токсичных веществ и эффективная, основанная на термодинамическом принципе сепарация компонентов теплоносителя, позволяющая впоследствии утилизировать диоксид углерода высокой чистоты. В настоящей работе представлены результаты термодинамического анализа энергетических показателей наиболее известных кислородно-топливных циклов с углекислотно-паровым рабочим телом. Подробно описана методика моделирования тепловых схем перспективных энергетических комплексов, учитывающая потери на охлаждение высокотемпературных углекислотных турбин, затраты энергии на производство и сжатие кислорода, а также сжатие углекислого газа перед захоронением. По результатам математического моделирования установлено, что электрический КПД нетто для полузакрытого комбинированного цикла с кислородным сжиганием топлива может достигать значения 44.5% при температуре на входе в газовую турбину 1400°С, а для цикла Аллама – 43.2% при 1100°С.