Master's Thesis

Steam-gas turbine for energy storage

Final Thesis 5.46 MB Appendix 66.11 kB

Author of thesis: Ing. Štěpán Staněk

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.

Reviewer: Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Abstract:

Master thesis discusses the growing need of electric energy storage and its effectivity and capacity. It describes an overview of possible technologies with their advantages and disadvantages. Greater attention is paid to the storage of energy in gas, so-called Power to Gas, which combines the electrolytic production of hydrogen from water and the Sabatier reaction to produce synthetic methane. This technology is introduced in the so-called SIT Brno cycle of Siemens Industrial Turbomachinery company. The main part of the thesis is focused on the description of this cycle and on the calculation of the steam-gas turbine (high-pressure and low pressure module). This thesis describes the methodology of turbine calculation and the composition of the steam gas mixture after combustion of methane. The carbon dioxide formed by combustion in the steam-gas mixture generator was replaced by steam. Part of the diploma thesis are drawings of cross-section of individual turbine modules.

Keywords:

Power to Gas, Sabatier reaction, thermodynamic calculation of steam turbine, combustion of methane, SIT Brno cycle, Rankine-Clausius cycle, electrical energy storage, renewable energy sources.

Date of defence

20.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. První otázka oponenta byla zodpovězena adekvátně. Druhá otázka oponenta byla zodpovězena adekvátně. Třetí otázka oponenta byla zodpovězena také adekvátně. V průběhu rozpravy padly následující otázky: Jak jsou řešeny ucpávky páry? Tato otázka byla odpovězena bez výrazných nedostatků. Proč je využit regulační clona v NT a ne regulační ventil? Otázka byla odpovězena bez zaváhání.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Energy Institute

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Power Engineering (M-ENI)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Sedlák (člen)
Ing. Pavel Nešpor (člen)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.

DP pojednává o možnostech ukládání elektrické energie s vyšší efektivitou a ve větším množství. Je zpracována pečlivě, obsahuje 104 stany textu a výkresovou dokumentaci v příloze. Je popsán přehled možných technologií s jejich výhodami a nevýhodami, zejména ukládání energie do plynu, tzv. Power to Gas. Další část DP popisuje Sabatierovu reakci pro produkci syntetického metanu. DP vznikla za podpory Siemens Industrial Turbomachinery s.r.o. Hlavní část DP zahrnuje výpočet a popis tepelného cyklu a výpočet průtočných částí  paroplynové turbíny (vysokotlakové a nízkotlakové). Volba otáček je provedena s ohledem na použití převodovky. Výkresová příloha práce obsahuje podélné řezy VT a NT turbínou s vyznačením základních rozměrů,  ideově vychází z podkladů firmy Siemens.
Práce splnila zadání v celém rozsahu, hodnotím známkou A a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem paroplynové turbíny pro akumulaci energie. Poměrně obsáhlá úvodní část práce je věnována možnostem ukládání energie nejen z obnovitelných zdrojů s důrazem na „Power to Gas“ a tzv. metanizaci.
V rámci výpočtové části práce provedl student bilanci jednotlivých plynů v generátoru paroplynové směsi včetně určení základních fyzikálních vlastností pro požadovaný stav a množství výstupní směsi. Následně navržená turbína byla rozdělena na dvě vysokootáčková tělesa s různě vysokými otáčkami s ohledem na návrh lopatkování. VT těleso má radiální regulační stupeň + 15 přetlakových stupňů a NT těleso má 6 přetlakových stupňů. Výpočet je veden řádně podle doporučené literatury, ale jeho prezentace je poměrně strohá, oproti některým teoretickým částem práce, které jsou svým charakterem až nadbytečné. Přílohou diplomové práce jsou dva ideové konstrukční výkresy vysokotlaké a nízkotlaké turbíny vycházející z výpočtu, přičemž je prokreslena řada detailů.

Práce neobsahuje zásadní nedostatky, chyby a splnila zadání v celém rozsahu. Po formální, jazykové a pravopisné stránce je práce na odpovídající úrovni. Předloženou diplomovou práci i přes drobné výhrady pokládám za zdařilou, doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou výborně / A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Popište konstrukční / technologické provedení separačního generátoru páry (SGP) pracujícím v oběhu na obr. 5.3.
  2. Na straně 74 uvádíte, že pro regulaci NT bude použita clona. Kde je konstrukčně umístěna?
  3. Proč je u VT tělesa 2° VP a u NT tělesa není žádný VP?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová