GT-03 Prosessregulering av kompakte bunnsykler for kraftproduksjon

Motivasjon og relevans

Norsk olje- og gassektor er blant de med lavest karbonavtrykk i verden, men er likevel ansvarlig for en stor andel av Norges totale CO₂-utslipp. Kraftproduksjon til havs foregår hovedsakelig ved forbrenning av naturgass i gassturbiner. Disse turbinene er hovedkilden til CO₂- utslipp fra norsk olje- og gassvirksomhet. Samtidig har gassturbinene mange fordeler, blant annet at naturgass allerede er tilgjengelig offshore, at turbinene er pålitelig, og at de kan respondere raskt på varierende effektbehov. Derfor er det viktig å utvikle alternative kraftgenereringskonsepter for lavkarbonkraftproduksjon som kan installeres i nær fremtid.

Bakgrunn

Effektiviteten i offshore kraftproduksjon kan forbedres betydelig ved å utnytte restvarmen i eksosen fra gassturbinene. Dette kan gjøres ved å installere en bunnsyklus som trekker ut varme fra eksosgassen for å fordampe vann, og bruker vanndampen til å drive en dampturbin. En kombinert syklus (gassturbin + dampturbin) kan produsere mer kraft enn en gassturbin alene, og installasjon av kombinerte sykler vil derfor redusere naturgassforbruket og CO₂-utslippene fra offshore kraftproduksjon. Det er dessuten mulig å hente ut ytterligere restvarme fra dampen som har passert gjennom dampturbinen.

Kombinerte sykler er standard på land, men syklene er tunge og tar mye plass. Plassmangel på eksisterende plattformer er hovedårsaken til at kombinerte sykler enda ikke er i utbredt bruk offshore. Dette kan løses ved å utvikle og installere bunnsykler mer kompakte varmevekslere for fordampingsprosessen, siden varmeveksleren er den største og tyngste komponenten i en bunnsyklus. Det reduserte volumet til kompakte varmevekslere har en stor betydning for den dynamiske responsen til systemet som helhet. Samtidig er robustheten og påliteligheten til dette effektiviserte kraftproduksjonssystemet selvfølgelig av største betydning. I SINTEF Energi har vi studert dette systemet i en rekke prosjekter, hvor vi blant annet har utviklet en detaljert dynamisk modell. Vi har også utviklet mindre beregningskrevende surrogatmodeller for systemet, og disse gir mulighet for effektiv implementering av modellprediktiv regulering (MPC).

Oppgave

Arbeidet vil bestå av innstilling av MPC for bunnsykler og simulering av forskjellige driftsforstyrrelser. Kandidaten forventes å sette seg inn i hvordan modeller fungerer, gjøre eventuelle påkrevde endringer i modellen, samt gjennomføre systemsimuleringer. Arbeidet kan videreføres i en prosjekt- eller masteroppgave, hvis ønskelig.

Mer detaljert vil arbeidsoppgavene i sommerjobben bestå av:

• Å sette seg inn i en dynamisk modell for offshore bunnsykler (implementert i Modelica/Dymola)
• Å sette seg inn i surrogatmodeller for utvalgte bunnsykluskomponenter (implementert i Python)
• Å bruke surrogatmodellen til å implementere modellprediktiv regulering (MPC) for bunnsykler
• Å utføre endringer i surrogatmodellen, hvis nødvendig.

Oppgaven knyttes til prosjektet "LowEmission" ved SINTEF Energi.

Relevante publikasjoner:

• Hybrid Dynamic Surrogate Modelling for a Once-Through Steam Generator 
• Model predictive control of compact combined cycles in offshore power plants integrating a wind farm 
• Control of steam bottoming cycles using nonlinear input and output transformations for feedforward disturbance rejection 

Forutsetninger

Det er en fordel at kandidaten har kjennskap til (eller evne til å sette seg inn i):

• Programmering (fortrinnsvis Python)
• Prosessregulering og modellprediktiv regulering (MPC)
• Modellering og simulering (fortrinnsvis Dymola)
• Energi- og prosessteknikk

Hovedveileder Kang Qiu

Medveiledere: Rubén M. Montañés, Sindre Stenen Blakseth og Adriana Reyes-Lúa

Slik søker du:

Søknad, CV og karakterutskrifter lastes opp der du søker.

Hos SINTEF Energi kan du søke på opptil tre sommerjobber. Om du søker på flere sommerjobber sender du en samlet søknad. Jobbnummer for de ønskede jobbene legges som overskrift i søknadsteksten i prioritert rekkefølge (f.eks GT-01, TE-04 ...). Vi gjør oppmerksom på at søkere kan vurderes for andre sommerjobber enn de har søkt på.

Stillingene fylles fortløpende. Vi anbefaler deg derfor å søke tidlig.

Søk her

Søknadsfrist er 5. november kl 23.59. 

Se alle sommerjobber i SINTEF Energi