Оптимизация параметров органического цикла Ренкина для источников низкопотенциальной энергии

А.В. Дологлонян1, В.Т. Матвеенко2

1 Институт природно-технических систем, РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28

  Email: dologlonyan@mail.ru

2 Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище им. П.С. Нахимова, РФ, г. Севастополь, ул. Дыбенко, 1а

E-mail: mvt3900@mail.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2019-3-153-162

УДК 621.48                                     

Реферат:

   Предметом рассмотрения в статье является проблема выбора рабочего тела для органического цикла Ренкина (ОЦР), а также оптимизация параметров с целью дальнейшего повышения его экономичности.

   Определено, при оптимизации мощности установки ОЦР существует два независимых параметра – разность между температурой источника низкопотенциальной энергии (ИНЭ) и температурой пара на входе в турбину (ΔT1) и является разность между критической температурой рабочего тела и температурой насыщения в цикле (ΔT3). Существенным параметром для оптимизации мощности установки ОЦР является ΔT3. Показано, что для «сухих» веществ мощность паротурбинной установки увеличивается с ростом ΔT1, а для «влажных» – уменьшается.

   Установлено, что наибольшее значение при выборе рабочего тела имеют величина критической температуры характер рабочего тела («сухое» или «влажное») и соотношение между его критической температурой и температурой ИНЭ. При температуре источника низкопотенциальной энергии, существенно превышающей критическую температуру рабочего тела, наибольшая мощность установки ОЦР будет достигнута при значении ΔT3opt = 0.

   Доказано, что для ОЦР с постоянной теплотой цикла наиболее выгодна схема с регенерацией, а для установок ОЦР, работающих с ИНЭ, имеющих постоянны расход, выгодна схема без регенерации.

   Показано, что для циклов без регенерации аммиак является универсальным рабочим телом и очень хорошо подходит как для работы с источниками теплоты с высокой температурой, так и с достаточно низкой, а для циклов с регенерацией наиболее подходящим рабочим телом можно считать R-1233zd.

Ключевые слова: органический цикл Ренкина, источник низкопотенциальной энергии, рабочее тело.

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 

  1. Brasz Joost J., Biederman Bruce P., Holdmann G. Power production from a moderate-temperature geothermal resource / Paper presented at the Geothermal resources council annual meeting September 25-28th, 2005; Reno, NV, USA.
  2. Karellas S., Schuster A. Supercritical Fluid Parameters in Organic Rankine Cycle Applications // Int. J. of Thermodynamics. Vol. 11 (No. 3), P. 101–108, September 2008.
  3. Velez F., Segovia J.J., Martin M.C., Antolin G., Chejne F., Quijano A. A technical, economical and market review of organic Rankine cycles for the conversion of low-grade heat for power generation // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16, no. 6. P. 4175–4189.
  4. Quoilin S., Van Den Broekb M., Declayea S., Dewallefa P., Lemorta V. Techno-economic survey of Organic Rankine Cycle (ORC) systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013. Vol. 22. P. 168–186.
  5. Янчошек Л., Кунц П. Органический цикл Ренкина: использование в когенерации // Турбины и дизели. 2012. № 2. С. 50–53.
  6. Tchanche B.F., Lambrinos Gr., Frangoudakis A., Papadakis G. Low-grade heat conversion into power using organic Rankine cycles – A review of various applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011. Vol. 15, iss. 8. P. 3963–3979.
  7. Григорьев В.А., Зорин В.М. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник / под общ. ред. чл.-корр. АН СССР В.А. Григорьева, В.М. Зорина. 2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1988. 560 с.
  8. Слободянюк Л.И. Проектирование судовых газотурбинных двигателей. – Киев: ИСМО, 1996. 168 с.
  9. Сетевой ресурс: http://neochemical.ru/File/DOWTHERM_A_TDS_Russian.pdf (дата обращения: 31.05.19).
  10. Сетевой ресурс: https://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/ (дата обращения: 31.05.19).
  11. Chen H., Goswami D.Y., Stefanakos E.K. A review  of  thermodynamic  cycles and working fluids for the conversion of low-grade heat // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. Vol. 14. P. 3059–3067.
  12. Saleh B., Koglbauer G., Wendland M., Fischer J. Working fluids for low-temperature organic Rankine cycles // Energy. 2007. Vol. 32. P. 1210–1221. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2006.07.001
  13. Drescher U., Brüggemann D. Fluid selection for the Organic Rankine Cycle (ORC) in biomass power and heat plants // Applied Thermal Engineering. 2007. Vol. 27. P. 223–228.
  14. Tchanche B.F., Papadakis G., Lambrinos G., Frangoudakis A. Fluid selection for a low-temperature solar organic Rankine cycle // Applied Thermal Engineering. 2009. Vol. 29, no. 11-12. P. 2468–2476.
  15. Mikielewicz D., Mikielewicz J. A thermodynamic criterion for selection of working fluid for subcritical and supercritical domestic micro CHP // Applied Thermal Engineering. 2010. Vol. 30. P. 2357–2362.
  16. Lakew A.A., Bolland O. Working fluids for low-temperature heat source // Applied Thermal Engineering. 2010. Vol. 30. P. 1262–1268.
  17. Киотский протокол к рамочной конвенции организации объединенных наций об изменении климата – Киото: 1997. 43с. https://unfccc.int/resource/docs/convkp/kprus.pdf (дата обращения: 31.05.19).

Loading