アラムパワーサイクル

アラムサイクルまたはアラム・フェトヴェットサイクルは、炭素質燃料[ 1 ]を熱エネルギーに変換し、発生した二酸化炭素と水を 回収するプロセスです。

発明者は、イギリスのエンジニアであるロドニー・ジョン・アラム、アメリカのエンジニアであるジェレミー・エロン・フェトヴェット、アメリカの科学者であるマイルズ・R・パーマー博士、そしてアメリカの実業家で革新者のG・ウィリアム・ブラウン・ジュニアです。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]アラム・フェトヴェットサイクルは、MITテクノロジーレビューの2018年の10のブレークスルーテクノロジーのリストに選ばれました。[ 10 ]

このサイクルは、2018 年 5 月にテキサス州ラポートの 50 MWth 天然ガス供給テスト施設で検証されました。

説明

アラム・フェトヴェットサイクルは、超臨界CO 2作動流体を用いた酸素燃焼方式の再生型高圧ブレイトンサイクルです。このサイクルは、燃焼器内で気体燃料を酸素と高温高圧のリサイクル超臨界CO 2作動流体で燃焼させることから始まります。リサイクルCO 2流は、燃焼炎の温度を管理可能なレベルまで下げるとともに、サイクル作動流体が主にCO 2となるように燃焼生成物を希釈するという2つの目的を果たします。燃焼器内の圧力は約30 MPaに達することがあります。燃焼原料は、質量比で 約95%がリサイクルCO 2です。

燃焼器は高圧排気を発生し、圧力比6～12で運転するタービン膨張器に供給します。膨張器からの排気は、主に燃焼生成水が混ざった亜臨界CO2混合物として排出されます。この流体はエコノマイザ熱交換器に入り、燃焼器に再循環されるCO2流と接触して膨張器からの排気を65℃以下に冷却します。エコノマイザ熱交換器を出た膨張器からの排気は、中央冷却システムによってさらに周囲温度近くまで冷却され、作動流体から液体の水が除去されて再利用されます。

ほぼ純粋なCO 2からなる残りの作動流体は、圧縮およびポンプ段階に入ります。圧縮システムは、入口圧力がCO 2臨界圧力を下回る従来型の中間冷却式遠心圧縮機で構成されています。CO 2作動流体は圧縮され、その後、圧縮機のアフタークーラーでほぼ室温まで冷却されます。この時点で、作動流体の圧縮と冷却を組み合わせることで、500 kg/m3を超える密度を達成できます。この状態で、多段遠心ポンプを用いてCO 2流を必要な高い燃焼圧力までポンプで送り込むことができます。最後に、高圧の作動流体はエコノマイザ熱交換器を通って送り返され、再加熱されて燃焼器に戻されます。

燃焼器内で燃料と酸素を追加することで得られる正味のCO2生成物は高圧流から除去されます。この時点で、CO2生成物は高圧かつ高純度であるため、さらなる圧縮を必要とせずに隔離または利用することができます。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

天然ガス燃料のアラムサイクルコンポーネントの質量流量（燃焼段階に入る総質量の割合）
サイクルの段階酸素自然

ガス

水（H 2 O）二酸化炭素（CO 2）
燃焼入口 4.75% 1.25% – 94%（高温、高圧）
タービン入口 – – 2.75%（非常に熱い蒸気） 97.25%（非常に暑い）
熱交換器入口（排気） – – 2.75%（高温蒸気） 97.25%（高温、低圧）
熱交換器出口（排気） – – 2.75%（蒸気凝縮） 97.25%（コンプレッサーポンプ）
コンプレッサーポンプ出口 – – 94%（熱交換器へ） 3.25% (CCS/CCUS)
熱交換器入口（リサイクル） – – 94%（圧縮）
熱交換器出口（リサイクル） – – 94%（高温、圧縮、リサイクル対象）

システムが高い熱効率を達成するためには、一次熱交換器の高温側での温度を近づける必要があります。圧縮およびポンプ段階で冷却プロセスが採用されているため、冷却エキスパンダーの排気流と再加熱CO2リサイクル流の間のサイクルには、通常、大きなエネルギー不均衡が生じます。

アラム・フェトヴェットサイクルは、この不均衡を、再生熱交換器の低温端に低品位熱を取り込むことで補正します。サイクルの低温端の温度が低いため、この低品位熱は100℃から400℃の範囲で十分です。この熱の便利な供給源として、酸素燃焼に必要な 空気分離ユニット（ASU）が挙げられます。

この基本構成は、天然ガスを燃料として燃焼させる場合、エネルギー集約型のASUを含むすべての寄生負荷を除いた電力サイクルとして、最大60%（LHV）の効率を達成するようにモデル化されています。このサイクルは斬新ですが、燃焼タービンパッケージを除いて、必要なコンポーネントは市販されています。このタービンは、既存のガスタービンおよび蒸気タービン設計ツールで使用されている実績のある技術とアプローチを採用しています。[ 15 ] [ 16 ]

アプリケーション

2016年3月、テキサス州ラポートでアラム・フェトヴェットサイクルを展示するための50MWthの産業試験施設の建設が開始され、2017年に完了しました。2018年には、アラム・フェトヴェットサイクルとそれをサポートする技術が検証され、[ 17 ] OEMが将来の生産工場で使用するためのコンポーネントを認証できるようになりました。

2021年11月15日午後7時40分頃（EST）、試験施設はERCOTグリッドとの同期に成功し[ 18 ]、アラム・フェトヴェットサイクルが60Hzで発電できることが証明されました。

この試験施設は、NET Power が所有・運営しており、NET Power はConstellation Energy Corporation、Occidental Petroleum (Oxy) Low Carbon Ventures 、Baker Hughesおよび 8 Rivers Capital (この技術の発明者) が所有しています。

NET Powerは、アブダビ国際石油展示会・会議（ADIPEC）において、2018年の国際優秀エネルギーブレークスルー技術プロジェクト賞を受賞しました。[ 19 ]

特許履歴

特許[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
出版番号タイトル申請日発行日現在の譲受人法的地位とイベント発明者名
US20100300063A1高圧高温で燃料を燃焼させる装置および方法、ならびに関連システムおよびデバイス 2010年2月26日 2010年12月2日 8リバーズキャピタルLLC 質権譲渡の承認 パーマー、マイルズ・R.; アラム、ロドニー・ジョン; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US9416728B2高圧高温で燃料を燃焼させる装置および方法、ならびに関連するシステムおよびデバイス 2010年2月26日 2016年8月16日 8リバーズキャピタルLLC 質権譲渡の承認 パーマー、マイルズ・R.; アラム、ロドニー・ジョン; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US20110179799A1二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2010年8月31日 2011年7月28日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US8596075B2二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2010年8月31日 2013年12月3日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US20120067056A1窒素ガス作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2011年9月19日 2012年3月22日 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 パーマー、マイルズ。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン
US20120067568A1地層堆積物の回収における二酸化炭素の利用方法 2011年9月19日 2012年3月22日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 パーマー、マイルズ; アラム、ロドニー・ジョン; フェトヴェット、ジェレミー・エロン; フリード、デイヴィッド・アーサー; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US8869889B2地層堆積物の回収における二酸化炭素の利用方法 2011年9月19日 2014年10月28日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 パーマー、マイルズ; アラム、ロドニー・ジョン; フェトヴェット、ジェレミー・エロン; フリード、デイヴィッド・アーサー; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US9410481B2窒素ガス作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2011年9月19日 2016年8月9日 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 パーマー、マイルズ。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン
US20130205746A1閉サイクルクエンチによる部分酸化反応 2013年2月11日 2013年8月15日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン。パーマー、マイルズ R.
US8776532B2閉サイクルクエンチによる部分酸化反応 2013年2月11日 2014年7月15日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン。パーマー、マイルズ R.
US20130199195A1二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2013年3月14日 2013年8月8日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US9062608B2二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2013年3月14日 2015年6月23日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US10018115B2二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2013年3月15日 2018年7月10日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; フェトヴェット、ジェレミー・エロン; フォレスト、ブロック・アラン
US20130213049A1二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2013年3月15日 2013年8月22日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; フェトヴェット、ジェレミー・エロン; フォレスト、ブロック・アラン
US20140053529A1二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2013年11月4日 2014年2月27日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; パーマー、マイルズ・R.
US8959887B2二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2013年11月4日 2015年2月24日 パーマーラボLLC; 8リバーズキャピタルLLC 誓約の付与 アラム、ロドニー・ジョン; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; パーマー、マイルズ・R.
US20140290263A1閉サイクルクエンチによる部分酸化反応 2014年6月12日 2014年10月2日 8 RIVERS CAPITAL, LLC; PALMER LABS, LLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン。パーマー、マイルズ R.
US9581082B2閉サイクルクエンチによる部分酸化反応 2014年6月12日 2017年2月28日 8 RIVERS CAPITAL, LLC; PALMER LABS, LLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン。パーマー、マイルズ R.
US10927679B2高効率発電方法、アセンブリ、システム 2014年7月25日 2021年2月23日 8リバーズキャピタルLLC 付与された パーマー、マイルズ R.フェトヴェット、ジェレミー・エロン。ロドニー・ジョン・アラム
US20140331687A1高効率発電方法、アセンブリ、およびシステム 2014年7月25日 2014年11月13日 8リバーズキャピタルLLC 付与された パーマー、マイルズ R.フェトヴェット、ジェレミー・エロン。ロドニー・ジョン・アラム
US10047671B2二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2015年1月23日 2018年8月14日 8リバーズキャピタルLLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; パーマー、マイルズ・R.
US20160215693A1二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2015年1月23日 2016年7月28日 8リバーズキャピタルLLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; パーマー、マイルズ・R.
US20150252724A1二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2015年5月20日 2015年9月10日 8リバーズキャピタルLLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US9869245B2二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2015年5月20日 2018年1月16日 8リバーズキャピタルLLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム
US20160319741A1窒素ガス作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2016年7月14日 2016年11月3日 8リバーズキャピタルLLC 付与された パーマー、マイルズ。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン
US9611785B2窒素ガス作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2016年7月14日 2017年4月4日 8リバーズキャピタルLLC 付与された パーマー、マイルズ。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン
US10054046B2窒素ガス作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2017年3月10日 2018年8月21日 8リバーズキャピタルLLC 付与された パーマー、マイルズ。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン
US20180016979A1窒素ガス作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2017年3月10日 2018年1月18日 8リバーズキャピタルLLC 付与された パーマー、マイルズ。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン
US10989113B2部分酸化を利用した発電システムおよび方法 2017年9月13日 2021年4月27日 8リバーズキャピタルLLC 付与された フォレスト、ブロック・アラン。ルー、XIJIA。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン。パーマー、マイルズ R.
US20180073430A1部分酸化を利用した発電システムおよび方法 2017年9月13日 2018年3月15日 8リバーズキャピタルLLC 付与された フォレスト、ブロック・アラン。ルー、XIJIA。アラム、ロドニー・ジョン。フェトヴェット、ジェレミー・エロン。パーマー、マイルズ R.
US10975766B2二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2018年6月13日 2021年4月13日 8リバーズキャピタルLLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; フェトヴェット、ジェレミー・エロン; フォレスト、ブロック・アラン
US20180291805A1二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法 2018年6月13日 2018年10月11日 8リバーズキャピタルLLC 付与された アラム、ロドニー・ジョン; パーマー、マイルズ・R.; ブラウン、ジュニア、グレン・ウィリアム; フェトヴェット、ジェレミー・エロン; フォレスト、ブロック・アラン

参照

参考文献

  1. ^炭素質燃料には、天然ガス、バイオマス、石炭、都市固形廃棄物、サワーガス（二酸化硫黄の含有量が多い天然ガス）などがあります。
  2. ^ a b米国特許8959887、Allam、Rodney John（Wiltshire、GB）、Brown、Jr.、Glenn William（Durham、NC）、Palmer、Miles R.（Chapel Hill、NC）、Brown、Jr.、Glenn William、Palmer、Miles R.、「二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法」、2015年2月24日公開、2013年11月4日発行、Palmer Labs、LLCおよび8 Rivers Capital、LLCに譲渡 
  3. ^ a b米国特許8986002、Palmer、Miles R.（ノースカロライナ州チャペルヒル）、Allam、Rodney John（英国チッペンハム）、Brown、Jr.、Glenn William（ノースカロライナ州ダーラム）、Fetvedt、Jeremy Eron（ノースカロライナ州ローリー）、Allam、Rodney John、Brown、Jr.、Glenn William他「高圧高温燃料燃焼装置および関連システム」、2015年3月24日公開、8 Rivers Capital、LLCおよびPalmer Labs、LLCに譲渡 
  4. ^ a b米国特許9062608、アラム、ロドニー・ジョン（ウィルトシャー、英国）、パーマー、マイルズ・R.（チャペルヒル、ノースカロライナ州）、ブラウン・ジュニア、グレン・ウィリアム（ダーラム、ノースカロライナ州）、パーマー、マイルズ・R.、ブラウン・ジュニア、グレン・ウィリアム、「二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法」、2015年6月23日公開、2013年3月13日発行、パーマー・ラボLLCおよび8リバーズ・キャピタルLLCに譲渡 
  5. ^ a b米国特許9068743、Palmer、Miles R.（バージニア州グレートフォールズ）、Allam、Rodney John（英国チッペンハム）、Brown, Jr.、Glenn William（ノースカロライナ州ダーラム）、Allam、Rodney John、Brown, Jr.、Glenn William、「高圧高温で燃料を燃焼させる装置および関連システム」、2015年3月24日発行、8 Rivers Capital, LLCおよびPalmer Labs, LLCに譲渡 
  6. ^ a b米国特許9416728、Palmer、Miles R.（バージニア州グレートフォールズ）、Allam、Rodney John（英国チッペンハム）、Brown, Jr.、Glenn William（ノースカロライナ州ダーラム）、Allam、Rodney John、Brown, Jr.、Glenn William、「高圧高温で燃料を燃焼させる装置および方法、ならびに関連システムおよびデバイス」、2016年8月16日発行、8 Rivers Capital, LLCおよびPalmer Labs, LLCに譲渡 
  7. ^ a b米国特許9869245、アラム、ロドニー・ジョン（ウィルトシャー、英国）、パーマー、マイルズ・R.（チャペルヒル、ノースカロライナ州）、ブラウン・ジュニア、グレン・ウィリアム（ダーラム、ノースカロライナ州）、パーマー、マイルズ・R.、ブラウン・ジュニア、グレン・ウィリアム、「二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法」、2015年9月10日公開、2018年1月16日発行、8 Rivers Capital, LLCに譲渡 
  8. ^ a b米国特許10018115、Palmer、Miles R.（ノースカロライナ州チャペルヒル）、Allam、Rodney John（英国チッペンハム）、Brown, Jr.、Glenn William（ノースカロライナ州ダーラム）、Fetvedt、Jeremy Eron（ノースカロライナ州ローリー）、Allam、Rodney John、Brown, Jr.、Glenn William他「二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法」、2015年3月24日公開、8 Rivers Capital, LLCに譲渡 
  9. ^ a b米国特許10047671、Allam、Rodney John（Wiltshire、GB）、Brown、Jr.、Glenn William（Durham、NC）、Palmer、Miles R.（Chapel Hill、NC）、Brown、Jr.、Glenn William、Palmer、Miles R.、「二酸化炭素循環作動流体を用いた高効率発電システムおよび方法」、2018年8月14日公開、2015年1月23日発行、Palmer Labs、LLCおよび8 Rivers Capital、LLCに譲渡 
  10. ^ "2018" . MIT Technology Review . 2020年10月1日閲覧。
  11. ^ 「画期的なプロジェクト：初のアラムサイクル発電所の起工式」 Modern Power Systems、2016年5月15日。 2016年11月29日閲覧。
  12. ^ Isles, Junior (2014). 「新たな超臨界CO2発電サイクルシステムへの準備」 (PDF) . Gas Turbine World . 第44巻第6号. Pequot Publishing. 2016年8月11日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2016年11月29日閲覧。
  13. ^ Grant, Annalee (2015年3月6日). 「ExelonとNET Power、テキサス州で計画中の炭素回収パイロットプロジェクトに自信」 SNL . S&P Global . 2016年11月29日閲覧。
  14. ^ Dodge, Edward (2014年11月14日). 「CCSのブレークスルー：sCO2発電サイクルは効率向上と統合型炭素回収を実現」 . Breaking Energy . Breaking Media . 2016年11月29日閲覧。
  15. ^ Allam, Rodney; Martin, Scott; Forrest, Brock; Fetvedt, Jeremy; Lu, Xijia; Freed, David; Brown, G. William; Sasaki, Takashi; Itoh, Masao; Manning, James (2017-07-01). 「Allamサイクルの実証：完全炭素回収を用いた高効率超臨界二酸化炭素発電プロセスの開発状況に関する最新情報」 . Energy Procedia . 114 : 5948– 5966. doi : 10.1016/j.egypro.2017.03.1731 . ISSN 1876-6102 . 
  16. ^ Lu, Xijia; Forrest, Brock; Martin, Scott; Fetvedt, Jeremy; McGroddy, Michael; Freed, David (2016-09-20). 「ほぼゼロエミッションの超臨界二酸化炭素発電サイクルによる石炭ガス化システムの統合と最適化」 . ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition 議事録. 第9巻: 石油・ガス用途; 超臨界二酸化炭素発電サイクル; 風力エネルギー. アメリカ機械学会デジタルコレクション. doi : 10.1115/GT2016-58066 . ISBN 978-0-7918-4987-3。
  17. ^ Rathi, Akshat (2018年5月31日). 「米国のスタートアップ企業がゼロエミッションの化石燃料発電所に最初の火を灯した」 . Quartz . 2020年10月1日閲覧。
  18. ^ "Power Engineering International" . Power Engineering International . 2021年11月18日. 2021年11月18日閲覧。
  19. ^ LLC、NET Power。「NET Power実証プラントが2018年ADIPECブレークスルー技術プロジェクト・オブ・ザ・イヤーを受賞」 www.prnewswire.com （プレスリリース） 。 2020年10月1日閲覧。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Allam_power_cycle&oldid=1319138691」より取得