probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2025-27-6-124-134probener-3612Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫENERGY SYSTEMS AND COMPLEXESНовая технология на основе цикла Аллама с внутрицикловой газификацией угляNew technology based on the Allam cycle with intra-cycle coal gasificationТаценкоМ. Е.TatsenkoM. E.

Таценко Михаил Евгеньевич – аспирант

г. Новосибирск

Mikhail E. Tatsenko – Novosibirsk State Technical University

Novosibirsk

tatsenko2010@yandex.ruСадкинИ. С.SadkinI. S.

Садкин Иван Сергеевич – аспирант

г. Новосибирск

Ivan S. Sadkin – Novosibirsk State Technical University

Novosibirsk

https://orcid.org/0000-0002-4313-6907ЩинниковП. А.ShchinnikovP. A.

Щинников Павел Александрович – д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой Тепловых электрических станций (ТЭС)

г. Новосибирск

Pavel A. Shchinnikov – Novosibirsk State Technical University

Novosibirsk

Новосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation202519122025276124134Copyright © Таценко М.Е., Садкин И.С., Щинников П.А., 20252025Таценко М.Е., Садкин И.С., Щинников П.А.Tatsenko M.E., Sadkin I.S., Shchinnikov P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3612

АКТУАЛЬНОСТЬ. Разработка новой технологии на основе цикла Аллама с внутрицикловой газификацией угля. ЦЕЛЬ. Определить термическую эффективность цикла Аллама с внутрицикловой газификацией угля. Рассчитать процесс горения синтезгаза. Рассмотреть положения термодинамического анализа энергетических циклов. Провести сравнение рассматриваемой технологии с другими технологиями генерации электроэнергии на органическом топливе. МЕТОДЫ. Методика расчета процесса горения синтез-газа заключается в определении массо-расходных характеристик топлива, окислителя, рабочих тел и термического КПД, что позволяет вести сравнение рассматриваемой технологии с другими. В предложенном методе принято, что сжигают чистый синтез-газ, при стехиометричности соотношения подводимого кислорода. Ограничениями на представленный метод являются термодинамические параметры входа, которыми будут определяться энтальпии рабочего тела и водяных паров в расчетных точках, а также температура окружающей среды, от которой будет зависеть давление на выходе из CO2-турбины. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье предлагается методика определения термической эффективности цикла Аллама с внутрицикловой газификацией угля. В основе методики лежат расчет горения синтезгаза и положения термодинамического анализа энергетических циклов. С использованием разработанного метода проведен анализ термической эффективности технологии производства электроэнергии на основе цикла Аллама с внутрицикловой газификацией кузнецкого угля в процессе Техасо. Проведено сравнение рассматриваемой технологии с другими технологиями генерации электроэнергии на органическом топливе. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Расчетным путем получено, что расход синтез-газа для рассматриваемой технологии примерно в 4,3 раза выше, чем для цикла Аллама при кислородном сжигании метана. Показано, что доля обновления рабочего тела для технологии на основе цикла Аллама с внутрицикловой газификацией угля в 1,6 раза выше, чем у аналогичного CO2-цикла на метане. Показано, что термический КПД технологии составляет 65,5%, что сопоставимо с аналогичными технологиями разной архитектуры.

RELEVANCE. Development of a new technology based on the Allam cycle with incycle coal gasification. THE PURPOSE. Determine the thermal efficiency of the Allam cycle with in-cycle coal gasification. Calculate the synthesis gas combustion process. Consider the provisions of thermodynamic analysis of energy cycles. Compare the considered technology with other technologies of electric power generation on organic fuel. METHODS. The method for calculating the synthesis gas combustion process consists in determining the mass-flow characteristics of the fuel, oxidizer, working fluids and thermal efficiency, which allows comparing the considered technology with others. In the proposed method, it is assumed that pure synthesis gas is burned at a stoichiometric ratio of the supplied oxygen. Limitations of the presented method are the thermodynamic parameters of the input, which will determine the enthalpies of the working fluid and water vapor at the calculated points, as well as the ambient temperature, on which the pressure at the outlet of the CO2 turbine will depend. RESULTS. The article proposes a method for determining the thermal efficiency of the Allam cycle with in-cycle coal gasification. The method is based on the calculation of synthesis gas combustion and the provisions of thermodynamic analysis of energy cycles. Using the developed method, the thermal efficiency of the electricity generation technology based on the Allam cycle with incycle gasification of Kuznetsk coal in the Texas process is analyzed. The considered technology is compared with other technologies for generating electricity on organic fuel. CONCLUSION. It was calculated that the synthesis gas consumption for the considered technology is approximately 4.3 times higher than for the Allam cycle with oxygen combustion of methane. It is shown that the proportion of working fluid renewal for the technology based on the Allam cycle with in-cycle coal gasification is 1.6 times higher than that of a similar CO2 cycle on methane. It is shown that the thermal efficiency of the technology is 65.5%, which is comparable with similar technologies of different architectures.

цикл Алламавнутрицикловая газификация угляуглекислый газтермодинамическая эффективностьпроцесс Тексакосинтез-газметанAllam cyclein-cycle coal gasificationcarbon dioxidethermodynamic efficiencyTexaco processsynthesis gasmethaneReferencesЕлистратов С.Л. Высокотемпературные тепловые насосы / Второй доклад «10 прорывных идей в энергетике на следующие десять лет» Ассоциации по развитию международных исследований и проектов в области энергетики «Глобальная энергия». -2021 -Вып.2 - С. 87-101.Elistratov S.L. High-temperature heat pumps / The second report is "10 Breakthrough Ideas in the energy sector for the next ten years" by the Global Energy Association for the Development of International Energy Research and Projects. -2021 -Issue.2 - pp. 87-101.Технологии улавливания, полезного использования и хранения двуокиси углерода (CCUS) / А.А. Осипцов, И.В. Гайда, Е.В. Грушевенко, С.А. Капитонов // Технологии по улавливанию, хранению и ис пользованию углерода (CCUS) – технологическая основа декарбонизации тяжелой промышленности в РФ, 2022 г. – С. 1-79.Technologies for carbon dioxide capture, useful use and storage (CCUS) / A.A. Osiptsov, I.V. Gaida, E.V. Grushevenko, S.A. Kapitonov // Technologies for carbon capture, storage and use (CCUS) – the technological basis for decarbonization of heavy industry in the Russian Federation, 2022. – P. 1-79.Садкин И.С., Щинников П.А. Способ производства электроэнергии на основе закритического СО2-цикла. – Патент на изобретение RU2810854 С1, 28.12.2023. Заявка от 06.07.2023.Sadkin I.S., Shchinnikov P.A. A method of generating electricity based on a supercritical CO2 cycle. – Patent for invention RU2810854 C1, 12/28/2023. Application dated 07/06/2023.Пиролитическая декомпозиция углей месторождений Каазахстана / Ж.М. Касенова // Томский политехнический университет, 2022 г. – С. 1-176.Pyrolytic decomposition of coal deposits of Kaazakhstan / J.M. Kasenova // Tomsk Polytechnic University, 2022, pp. 1-176.Технологии улавливания диоксида углерода на ТЭС, его транспортировка, полезное использование и захоронение / С.А. Петелин, А.Н. Вивчар, П.В. Бублей, В.А. Сердюков, О.Ю. Сигитов // Экология, энергетика, энергосбережение. -2022 –Вып.3 – С. 1-32.Technologies for carbon dioxide capture at thermal power plants, its transportation, useful use and burial / S.A. Petelin, A.N. Vivchar, P.V. Bubley, V.A. Serdyukov, O.Y. Sigitov // Ecology, energy, energy conservation. -2022 –Issue.3 – p. 1-32.Обзор современных тенденций развития технологий / А.Н. Козлов // Известия РАН. Энергетика -2021 –Вып.1 – С. 130-148.Review of modern trends in technology development / A.N. Kozlov // Izvestiya RAS. Energy - 2021 –Issue 1 – pp. 130-148.Rodney Allam, Scott Martin, Brock Forrest, Jeremy Fetvedt, Xijia Lu, David Freed, G. William Brown Jr.a, Takashi Sasaki, Masao Itohb, James Manningc Demonstration of the Allam Cycle: An update on the development status of a high efficiency supercritical carbon dioxide power process employing full carbon capture // Energy Procedia – 2017. –С. 5948-5966.Rodney Allam, Scott Martin, Brock Forrest, Jeremy Fetvedt, Xijia Lu, David Freed, G. William Brown Jr.a, Takashi Sasaki, Masao Itohb, James Manningc Demonstration of the Allam Cycle: An update on the development status of a high efficiency supercritical carbon dioxide power process employing full carbon capture // Energy Procedural – 2017. –pp. 5948-5966.R. J. Allam, J. E. Fetvedt, B. A. Forrest and D. A. Freed, “The oxy-fuel, supercritical CO2 Allam Cycle: New cycle developments to produce even lower-cost electricity from fossil fuels without atmospheric еmissions,” in ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition (American Society of Mechanical Engineers, 2014).R. J. Allam, J. E. Fetvedt, B. A. Forrest and D. A. Freed, “The oxy-fuel, supercritical CO2 Allam Cycle: New cycle developments to produce even lower-cost electricity from fossil fuels without atmospheric emissions,” in ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition (American Society of Mechanical Engineers, 2014).Исследование газификатора Тексако в составе ПГУ / Н.В. Миронова // Наука. Технологии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 11 ч. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014 – С. 33-37.Texaco gasifier research in the CCGT / N.V. Mironova // Science. Technologies. Innovation. Materials of the All–Russian Scientific Conference of young scientists at 11 a.m. - Novosibirsk: NSTU Publishing House, 2014 – pp. 33-37.Обоснование режимов и условий организации процесса газификации твердого органического топлива на основе учета реакционной способности его взаимодействия с диоксидом углерода и водяным паром / Е.А. Бойко, А.В. Страшников // Известия РАН. Энергетика. -2021 – Вып.3 – С. 24-41.Substantiation of the modes and conditions of the organization of the gasification process of solid organic fuels based on the reactivity of its interaction with carbon dioxide and water vapor / E.A. Boyko, A.V. Strashnikov // Izvestiya RAS. Energy. -2021 –Issue.3 – pp. 24-41.IEA (2023), World Energy Outlook 2023, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/worldenergy-outlook-2023.IEA (2023), World Energy Outlook 2023, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/world-energyoutlook-2023.Hideo Nomoto, Masao Itoh, William Brown, Jeremy Fetvedt, “Cycle and Turbine Development for the Supercritical Carbon Dioxide Allam Cycle”, The Proceedings of the International Conference on Power Engineering (ICOPE) (The Japan Society of Mechanical Engineers, 2015).Hideo Nomoto, Masao Itoh, William Brown, Jeremy Fetvedt, “Cycle and Turbine Development for the Supercritical Carbon Dioxide Allam Cycle", The Proceedings of the International Conference on Power Engineering (ICOPE) (The Japan Society of Mechanical Engineers, 2015).Интеграция воздухоразделительной установки в кислородно – топливные энергетические комплексы / C.К. Осипов, А.Н. Вегера, Д.Б. Куроптев, С.И. Шапалова // ФГБОУ ВО "Национальный исследовательский университет "МЭИ". -2020 – 10 С.Integration of an air separation plant into oxygen–fuel systems energy complexes / C.K. Osipov, A.N. Vegera, D.B. Kuroptev, S.I. Shapalova // Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "National Research University "MEI". -20 -20 – 10 S.Актуальность применения внутрицикловой газификации угля на основе CO2 – цикла / М.Е. Таценко // Наука. Технологии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 8 ч. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2025 – С. 382-384.The relevance of the use of intracycle coal gasification based on the CO2 cycle / M.E. Tatsenko // Science. Technologies. Innovation. Materials of the All–Russian Scientific Conference of young Scientists at 8 a.m. - Novosibirsk: NSTU Publishing House, 2025 – pp. 382-384.Глобальное изменение климата и его последствия / Л. В. Бондаренко, О. В. Маслова, А. В. Белкина, К. В. Сухарева // Вестник РЭУ им. Плеханова. – 2018. - №2. – C. 84-93.Global climate change and its consequences / L. V. Bondarenko, O. V. Maslova, A.V. Belkina, K. V. Sukhareva // Bulletin of the Russian University of Economics. Plekhanov. – 2018. - №2. – C. 84-93.Влияние состава синтез-газа на тепловой эффект иколичество теплоты, выделяемой в результате его горения / М.Е. Таценко, П.А. Щинников // Енисейская теплофизика, 2025 - С. 69-70.The influence of the composition of synthesis gas on the thermal effect and the amount of heat released as a result of its gorenje / M.E. Tatsenko, P.A. Shchinnikov // Yeniseiskaya thermophysica, 2025 - pp. 69-70.Pat. US 8596075 B2, F02C 1/00, F02C 7/08. System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid / R. Allam et al; Assignees Palmer Labs, LLC; filed 31.08.2010; publish. 28.07.2011;– 46 p.Pat. US 8596075 B2, F02C 1/00, F02C 7/08. System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid / R. Allam et al; Assignees Palmer Labs, LLC; filed 31.08.2010; publish. 28.07.2011;– 46 p.Progress Update on the Allam Cycle: Commercialization of NET Power and the NET Power Demonstration Facility / Scott Martin*, Brock Forrest, Navid Rafati, Xijia Lu, Jeremy Fetvedt, Mike McGroddy, Bill Brown, Rodney Allam, Damian Beauchamp, David Freed // 14th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, GHGT-14. - October 2018. – 14 С.Progress Update on the Allam Cycle: Commercialization of NET Power and the NET Power Demonstration Facility / Scott Martin*, Brock Forrest, Navid Rafati, Xijia Lu, Jeremy Fetvedt, Mike McGroddy, Bill Brown, Rodney Allam, Damian Beauchamp, David Freed // 14th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, GHGT-14. - October 2018. – 14 P.Process and Carbon Footprint Analyses of the Allam Cycle Power Plant Integrated with an Air Separation Unit / D. Fernandes, S. Wang, Q. Xu, R. Buss and D. Chen // Clean Techonologies. – October 2019. – №1. – pp.325-340Process and Carbon Footprint Analyses of the Allam Cycle Power Plant Integrated with an Air Separation Unit / D. Fernandes, S. Wang, Q. Xu, R. Buss and D. Chen // Clean Techonologies. – October 2019. – №1. – pp.325-340Thermodynamic optimization and equipment development for a high efficient fossil fuel power plant with zero emissions / A. Rogalev, E. Grigoriev, V. Kindra, N. Rogalev // Cleaner Production. – 2019. №236.Thermodynamic optimization and equipment development for a high efficient fossil fuel power plant with zero emissions / A. Rogalev, E. Grigoriev, V. Kindra, N. Rogalev // Cleaner Production. – 2019. №236.Заостровский А.Н. Петрографическая характеристика генетических типов углей Кузбасса // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2023. № 6 (160). С. 54-61. DOI: 10.26730/1999-4125-2023-6-54-61, EDN: UUNSMRZaostrovsky A.N. Petrographic characteristics of genetic types of Kuzbass coals // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2023. No. 6 (160). pp. 54-61. DOI: 10.26730/1999-4125-2023-6-54-61, EDN: UUNSMRКомплексное исследование энергоблоков электростанций и энергоустановок: монография/ под общ. ред. П.А. Щинникова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2020 – 500 С.Comprehensive study of power units of power plants and power plants: monograph/ under the general editorship of P.A. Shchinnikov. Novosibirsk: NSTU Publishing House, 2020 – 500 p.Влияние термодинамических параметров на энергетические характеристики CO2 – циклов при кислородном сжигании метана / С.В. Алексеенко, П.А. Щинников, И.С. Садкин // Теплофизика и аэромеханика. – 2023. –Т.30, №1. – С.89-98.Influence of thermodynamic parameters on the energy characteristics of CO2 cycles during oxygen combustion of methane / S.V. Alekseenko, P.A. Shchinnikov, I.S. Sadkin // Thermophysics and aeromechanics. – 2023. –Vol.30, No. 1. – pp.89-98.Analysis of energy consumption for auxiliaries of zero emisions sCO2 power plants / I.S. Sadkin, O.V. Borush, P.A. Shchinnikov // Energy Convers Manag. 2025. Vol. 323. P. 119266.Analysis of energy consumption for auxiliaries of zero emissions sCO2 power plants / I.S. Sadkin, O.V. Borush, P.A. Shchinnikov // Energy Conversmanag. 2025. Vol. 323. P. 119266.Углекислотная конверсия метана в синтез – газ / О.В. Крылов // Российский Химический Журнал. Том XLIV (2000) № 1. – С. 19-33.Carbon dioxide conversion of methane into synthesis gas / O.V. Krylov // Russian Chemical Journal. Volume XLIV (2000) No. 1. pp. 19-33.Энергетические особенности CO2 – циклов при кислородном сжигвнии метанола / П.А. Щинников, И.С. Садкин, О.В. Боруш, Р.В. Романенко // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2024. – Т.26, №4 – С. 150-159.Energetic features of CO2 cycles during oxygen combustion of methane / P.A. Shchinnikov, I.S. Sadkin, O.V. Borush, R.V. Romanenko // News of higher educational institutions. Energy problems. – 2024. – Vol.26, No. 4 – pp. 150-159.Концептуальная схема парагазовой утсановки с полным улавливанием диоксида углерода из продуктов сгорания / А.С. Косой и др. // Теплоэнергетика. – 2018, №9. – С. 23-32.The final scheme of a paragasic assembly with complete capture of carbon dioxide from combustion products / A.S. Kosoy et al. // Teploenergetika. - 2018, No. 9, pp. 23-32.R. J. Allam, Milles R. Palmer, G. William Brown, Jeremy Fetvedt, David Freed, Hideo Nomoto, Masao Itoh, Nobuo Okita, Charles Jones, “High Efficency and Low Cost of Electricity Generation from Fossil Fuels While Eliminating Atmocpheric Emissions, Including Carbon Dioxide”, Energy Procedia, 2013. Vol. 37.P.1135 – 1149.R. J. Allam, Milles R. Palmer, G. William Brown, Jeremy Fetvedt, David Freed, Hideo Nomoto, Masao Itoh, Nobuo Okita, Charles Jones, “High Efficiency and Low Cost of Electricity Generation from Fossil Fuels While Eliminating Atmospheric Emissions, Including Carbon Dioxide", Energy Procedia, 2013. Vol 37.P.1135-1149.Филиппов С.П., Жданов О.В. Возможности использования технологий улавливания и захоронения диоксида углерода при декарбонизации мировой экономики (обзор). – Теплоэнергетика. – 2022.-N9. – C.5-21.Filippov S.P., Zhdanov O.V. Possibilities of using carbon dioxide capture and storage technologies in the decarbonization of the global economy (review). - Thermal Power Engineering. - 2022.- N9. - P.5-21.Разработка методики предварительного расчета проточной части газовых турбин цикла R.J.Allam на сверхкритическом диоксиде углерода / А.Н. Рогалев, Е.Ю. Григорьев, В.О. Киндра, С. К. Осипов, С.А. Павлычев //«Вестник ИГЭУ» Вып. 3 2018 г. - С. 5-14.Development of a methodology for the preliminary calculation of the flow path of gas turbines of the R.J.Allam cycle on supercritical carbon dioxide / A.N. Rogalev, E.Yu. Grigoriev, V.O. Kindra, S.K. Osipov, S.A. Pavlychev // "Bulletin of IGEU" Issue. 3 2018 - P. 5-14.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.