Atomiseringsmunstyckens slitage är en välkänd utmaning i många förbränningssystem och kan delvis lösas genom användning av diamanthärdade eller silikonkarbidmunstycken samt motorer som arbetar med lägre hastigheter. Detta ger längre förbränningstider, vilket i sin tur medger en högre tolerans för dålig atomisering. God atomisering, särskilt i förhållande till användningen av MRC-slam (med en viskositet liknande husfärg), kombinerat med låg hastighet och stora cylindrar med bredare spelrum, är avgörande för att förhindra att kolvringar fastnar.

För att ytterligare minska abrasivt slitage kan plasma-sprutade karbidhöljen användas för att skydda ytor från skador. Ett annat viktigt område är tändfördröjning, vilket kan uppkomma på grund av de långsamt brännande egenskaperna hos MRC-slam. Här kan pilotinsprutning av diesel bränsle hjälpa till att säkerställa en stabil och pålitlig tändning, särskilt vid låg belastning.

För att optimera termodynamiken och effektiviteten i förbränningssystem används ofta ett entrycks (ingen omvärme) HRSG-system (Heat Recovery Steam Generator) tillsammans med en enkel kammare i ångturbiner med både hög- och lågtrycksbehållare. När fångstsystem är i drift hålls lågtrycksturbinen inaktiv och separerad från kraftsystemet via en ”trippel-S” (SSS)-koppling. Ångan från HP-turbinen vid 60 psia skickas till stripper-reboilern för ytterligare bearbetning och rening.

För att säkerställa att utsläppen möter miljökrav används en tredje separationsfas, liknande de som används inom fluidkatalytisk krackning (FCC), för att avlägsna partiklar från den varma gasexpansionen. Ett SCR/CO-katalysatorpaket i HRSG-systemet hjälper till att avlägsna kväveoxider (NOx) och kolmonoxid (CO) från rökgaserna, vilket är avgörande för att minska negativa miljöeffekter.

Vid kolförbränning är det möjligt att ta bort icke-organiskt svavel från MRC-slammet genom kolberedning, vilket gör det enklare att rena SOx från rökgaser i en direktkontaktkylare innan fångstsystemet. Detta möjliggör för DICE-GT CRCC att bränna kol effektivt och rent vid 100 MWe-skala utan att kräva stora investeringar i forskning och utveckling. Tidigare ansträngningar misslyckades, inte på grund av tekniska svårigheter, utan på grund av den stora tillgången på billig olja och senare naturgas för transport och elproduktion.

Förutom de tekniska utmaningarna har den ekonomiska aspekten också varit avgörande för att DICE-baserade kraftverk inte har blivit mer utbredda, då produktionen och lagringen av stora mängder MRC-slam är kostsam. Dessutom har offentligt motstånd mot fossila bränslen i allmänhet, och kol i synnerhet, lett till en tveksamhet hos stora motor- och maskintillverkare i utvecklade länder. Trots detta är det ett faktum att kol fortsatt kommer att vara en viktig energikälla i många delar av världen under en överskådlig framtid. Detta kan öppna dörren för en lukrativ marknad för DICE-baserade kraftverk, särskilt i länder där MRC-slam kan produceras i stora, centrala anläggningar liknande oljeraffinaderier.

Vidare har framstegen inom förbränningstekniker och gasförbränningscykler som Brayton-cykeln möjliggjort mer effektiva metoder för kraftgenerering, särskilt när de kombineras i en kombinerad cykel (CC) konfiguration. Till exempel har gas turbines med J Class-teknologi visat på nettoprestanda med upp till 64% LHV-effektivitet, och ytterligare förbättringar är möjliga genom ökad turbininloppstemperatur och cykeltryck. Den största begränsningen för effektiviteten i Brayton-cykeln är dock den oåterkalleliga värmeaddition under förbränningsfasen. För att närma sig Carnot-cykelns ideal behöver ytterligare innovationer göras inom materialteknologi och turbinens termodynamiska cykler.

Endtext

Vad är komprimerad luftenergilagring (CAES) och hur fungerar det i praktiken?

Komprimerad luftenergilagring (CAES) är en kraftfull metod för energilagring som använder komprimerad luft som en medium för att lagra energi. Även om teknologin är relativt enkel i sitt koncept, har det funnits flera hinder för dess bredare tillämpning, främst relaterade till kostnader och brist på ekonomisk övertygelse för långsiktig investering. Ändå erbjuder CAES unika fördelar när det gäller att stödja övergången till förnybar energi, särskilt när det gäller att hantera nätbalansering, frekvensreglering och andra viktiga nätoperationer.

Två kommersiella CAES-anläggningar finns idag i världen: Huntorf-anläggningen i Tyskland och McIntosh-anläggningen i Alabama, USA. Huntorf-anläggningen, som togs i drift 1978, har en kapacitet på 290 MW, medan McIntosh-anläggningen, som började driva 1991, har en kapacitet på 110 MW. Båda anläggningarna är byggda i lös saltbergarter, en typ av geologisk formation som gör det möjligt att lagra stora mängder trycksatt luft i underjordiska cavern. Den största skillnaden mellan anläggningarna är att Huntorf inte har en värmeväxlare (recuperator), vilket innebär att dess system är mer direkt i sina kompressions- och expansionsprocesser.

Den tekniska grunden för CAES är att man separerar kompressorn från den varma gasvägen i en gasturbin. I ett traditionellt gasturbinmotor har kompressorn och turbinen gemensam funktion, där kompressorn använder en stor mängd energi från turbinen för att komprimera luft som sedan förbränns och expanderas. När dessa enheter separeras i en CAES-anläggning, kan kompressorn och turbinen arbeta mer effektivt. Detta leder till betydligt högre verkningsgrad eftersom turbinen nu kan generera mycket mer energi än en traditionell turbin, vilket gör det möjligt att generera elektricitet från den samma mängden bränsle, men utan den ineffektivitet som vanligtvis uppstår när dessa komponenter är bundna i samma system.

För att förstå hur detta fungerar praktiskt, bör vi ta McIntosh-anläggningen som exempel. I McIntosh måste kompressorn vara igång för att generera lufttryck i lagringstanken i 1,73 timmar för varje timme av elproduktion på full belastning. Detta innebär att om lufttrycket i cavern är tillräckligt högt, kan ett relativt litet och effektivt system producera stor mängd elektricitet utan att behöva använda mycket bränsle. Detta är särskilt viktigt när det gäller att hantera förnybar energi som vind eller sol, som är intermittent och kan vara svårt att förutsäga och reglera i realtid.

En av de största utmaningarna för CAES är dock lagringskostnaderna. Byggandet av de underjordiska cavern kräver inte bara stora initiala investeringar utan medför också långvariga driftskostnader. Därför har många projekt inte blivit kommersiellt hållbara, trots de tekniska fördelarna. Dock har den ökade efterfrågan på energi och behovet av energilagring och flexibilitet gjort att CAES återigen får uppmärksamhet, särskilt när förnybar energi integreras i energimixen.

Förutom att lagra energi för senare användning, erbjuder CAES också andra fördelar. Förutom att agera som ett energilager kan det också bidra till att stabilisera elnätet genom att ge snabb reglering av spänning och frekvens, samt möjliggöra för överföring av elektricitet från mindre stabila källor till de mer traditionella energikällorna.

För att få en djupare förståelse för CAES bör man också ta hänsyn till de tekniska detaljer som påverkar både effektiviteten och hållbarheten hos dessa system. Till exempel kan korrosion av kompressorer när systemet inte används regelbundet utgöra ett problem. McIntosh-anläggningen har haft vissa problem med kompressorns degradering på grund av inaktivitet, särskilt under veckor där det inte genomförs mer än ett eller två kompressionscykler. Ett sätt att förbättra detta skulle kunna vara att använda nya material för att minska korrosion eller genom att tillföra ett litet purgeflöde som håller kompressorn varm och torr under perioder av inaktivitet.

Vidare är det viktigt att förstå den ekonomiska sidan av CAES. Eftersom det handlar om stora kapitalinvesteringar är det viktigt att noggrant överväga hur projekt kan finansieras och hur lång tid det tar innan de börjar generera avkastning. Den största fördelen med CAES är den potential det har att ge gratis effekt (eller väldigt låg kostnadseffekt) när det är i drift. Den ekonomiska modellen innebär att när ett system är fullt byggt och lagrar tryckluft, kan man generera elektricitet med en mycket lägre bränslekostnad, vilket innebär att systemet blir betydligt mer kostnadseffektivt på lång sikt.

Sammanfattningsvis, medan CAES än så länge har haft begränsad utbredning globalt, är dess potential inom energiöverföring och förnybar energilagring stor. Teknologin erbjuder ett robust alternativ för energilagring som både kan hjälpa till att hantera belastningstoppar och integrera mer förnybar energi i det befintliga elnätet. För att teknologin ska bli mer kommersiellt gångbar krävs dock fortsatt innovation och kostnadseffektivitet i både anläggningens design och byggprocess.

Hur Humor och Nyheter Formade Popkulturen på 1800-talet
Hur räddade ett samhälle sig från förödelse genom att övervinna sina egna utmaningar?
Hur ljussätter man produkter för att skapa skarpa och uttrycksfulla bilder?