Course: Advanced thermodynamic cycles

« Back
Course title Advanced thermodynamic cycles
Course code KKE/ATC
Organizational form of instruction Lecture + Lesson
Level of course Master
Year of study not specified
Semester Summer
Number of ECTS credits 5
Language of instruction Czech
Status of course Compulsory
Form of instruction Face-to-face
Work placements This is not an internship
Recommended optional programme components None
Lecturer(s)
  • Kučera Jiří, Ing. Ph.D.
  • Žitek Pavel, Ing.
Course content
Topics of lectures according to weeks: 1. Open cycle gas turbine, open cycle without and with losses, transition from open cycle to the combined cycle (CCPP), essential rules for the calculation of heat recovery steam generator (HRSG) in the CCPP 2. Advanced rules for the calculation of HRSG, implementation of supplementary firing, multi pressure HRSGs, particularities of gas turbine (GT) and steam turbine (ST) design for CCPPs, GT´s operation on off-design loads, GT´s modes of control, calculation of HRSG off-design loads, importance of sliding pressure 3. CCPP with water and steam injection (STIG), measures for efficiency improving of CCPP, CCPP with integrated coal gasification (IGCC). 4. Closed cycle gas turbine (CCGT) with helium, argon, nitrogen and supercritical CO2 5. Organic Rankine Cycle (ORC), ORC media properties requirements, ORC application, Kalina cycle, Mercury vapour combined cycle 6. Cogeneration, importance and application of cogeneration, efficiency definition in cogeneration, typical cogeneration cycles using steam and gas turbines, particularities of steam turbine design for cogeneration, trigeneration and absorption refrigeration 7.Thermodynamical cycles used for "repowering", i.e. partial of total refurbishment of existing coal power plants into CCPP 8. Thermodynamical cycles used for sea water desalination, technologies of Multi-Stage Flash (MSF), Multi-Effect Distillation (MED), Thermal Vapour Compression (TVC) and Reverse Osmosis (RO) 9. Thermodynamical cycles used in concentrated solar power plants (CSP), thermodynamical cycles in technologies used for CO2 capture and sequestration (CCS) 10. Thermodynamical cycles used in IV. generation nuclear power plants, Very High Temperature Reactor (VHTR), Supercritical Water cooled Reactor (SCWR), Molten Salt Reactor (MSR), Gas cooled Fast Reactor (GFR), Sodium cooled Fast Reactor (SFR), Lead cooled Fast Reactor (LFR)

Learning activities and teaching methods
Interactive lecture, Practicum
  • Contact hours - 52 hours per semester
  • Preparation for comprehensive test (10-40) - 34 hours per semester
  • Preparation for an examination (30-60) - 44 hours per semester
prerequisite
professional knowledge
využívat samostatně teoretické znalosti z termomechaniky a teorie sdílení tepla a hmoty
vyložit teorii jednoduchého tepelného cyklu parní turbíny (Rankinova cyklu) a plynové turbíny (Braytonův cyklus)
znát jeden cizí jazyk (AJ nebo NJ) pasivně alespoň v úrovni B1
orientovat se zběžně v principech funkce moderních energetických zařízení
professional skills
orientovat se v diagramu vlastností vodní páry (h-s diagram) a znalost aplikovat i na podobné diagramy jiných pracovních látek (ORC, CO2)
propočítat jednoduchý tepelný cyklus parní turbíny (Rankinův cyklus) a plynové turbíny (Braytonův cyklus)
používat výpočtových možností tabulkových procesorů (Excel)
pracovat samostatně s cizojazyčnými informačními zdroji (AJ nebo NJ)
learning outcomes
professional knowledge
znát výpočetní metody v oblasti termodynamiky pokročilých cyklů tepelných strojů
popsat a analyzovat různé typy kombinovaných cyklů a cyklů s netradičními médii (ORC, CO2, helium) včetně jejich optimalizace
popsat principy funkce moderních energetických zařízení - pro solární aplikace, pro zplyňování uhlí a pro odsolování
orientovat se v typech a principech jaderných elektráren IV. generace
professional skills
analyzovat tepelné oběhy moderních energetických zařízení, počítat jejich měrnou práci, účinnosti a výkon zařízení
používat vhodný softwarový nástroj (např. Thermoflow) k výpočtům a analýze tepelných cyklů moderních energetických zařízení
umět srozumitelně sdělit odborníkům i laikům informace o moderních energetických zařízeních
odhadnout další vývoj v oboru energetických zařízení
teaching methods
professional knowledge
Lecture
professional skills
Practicum
Skills demonstration
assessment methods
professional knowledge
Oral exam
professional skills
Skills demonstration during practicum
Report
Recommended literature
  • Al-Alshaikh, Abdullah, A. Comparison between MSF & MED Desalination Technologies. The 2nd Saudi International Water Technology Conference, 2014.
  • Dostál, V., Driscoll, M.J., Hejzlar, P. A Supercritical Carbon Dioxide Cycle for Next Generation Nuclear Reactors. MIT, Dept. of Nuclear Engineering, 2004.
  • Horlock, John Harold. Advanced Gas Turbine Cycles. Oxford, 2003. ISBN 0-08-044273-0.
  • Kehlhofer, Rolf et al. Combined-cycle gas & steam turbine power plants. 3rd ed.. Tulsa, 2008. ISBN 978-1-59370-168-0.
  • Konečný, Václav a Zachystal, Miloš. Návrh paroplynového zařízení. Část 1.. Plzeň, ZČU, 2007. ISBN 978-80-7043-532-8.
  • Quoilin, Sylvain a Lemort, Vincent. Technological and Economical Survey of Organic Rankine Cycle. Thermodynamics Laboratory University of Li?ge, 2009.
  • Rohrer, Anton. Comparison of combined heat and power generation plants. ABB Review 3/1996, 1996.
  • Schleicher, R., Raffray, A. R., Wong, C. P. An assessment of the Brayton cycle for high performance power plants. UC San Diego, 2000.
  • Škopek, Jan a Milčák, Petr. Tepelné turbíny a turbokompresory. Plzeň, ZČU, 2010. ISBN 978-80-7043-862-6.
  • Šťastný, Miroslav. Paroplynová zařízení pro elektrárny a teplárny. Praha ČVUT, 1997. ISBN 80-01-01017-1.


Study plans that include the course
Faculty Study plan (Version) Branch of study Category Recommended year of study Recommended semester
Faculty of Mechanical Engineering Design of Power Machines and Equipment (1) Mechanical engineering and mechanical production 2 Summer
Faculty of Mechanical Engineering - (1) Mechanical engineering and mechanical production 2 Summer