Тригенерационные турбоустановки на основе низкокипящих рабочих тел

Представлено описание разработанной программы, позволяющей моделировать, термодинамически оптимизировать и производить эксергетический анализ более чем ста различных схем тригенерационных турбоустановок на основе низкокипящих рабочих тел. С помощью программы произведен эксергетический анализ шести схем тригенерационных турбоустановок на органическом цикле Ренкина: на перегретом паре с парокомпрессионной холодильной установкой; с промежуточным перегревом рабочего тела и парокомпрессионной холодильной установкой; на перегретом паре с холодильной установкой с производством углекислоты; с промежуточным перегревом рабочего тела и холодильной установкой с производством углекислоты; на перегретом паре с холодильной установкой с производством углекислоты и охлаждением конденсатора турбоустановки жидкой углекислотой; с промежуточным перегревом рабочего тела, холодильной установкой с производством углекислоты и охлаждением конденсатора турбоустановки жидкой углекислотой. В качестве источника энергии для перечисленных схем использована газотурбинная установка. Изучена возможность применения получаемой жидкой углекислоты для охлаждения конденсатора турбоустановки на органическом цикле Ренкина. Проведен сравнительный анализ двух методов получения холода (при помощи парокомпрессионной холодильной установки и холодильной установки с производством углекислоты) для использования в схемах тригенерации. Исследования базировались на методе эксергетического анализа, результаты которого представлены в виде укрупненных диаграмм Грассмана – Шаргута. Проведен технико-экономический анализ применения промежуточного перегрева в органическом цикле Ренкина, в качестве рабочего тела использовался озонобезопасный фреон R245FA. Сформулированы рекомендации по применению исследованных схем тригенерации на органическом цикле Ренкина.  

1. Схемы тригенерационных установок для централизованного энергоснабжения / А. В. Клименко [и др.] // Теплоэнергетика. 2016. № 6. С. 36–43. https://doi.org/10.1134/S0040363616060047

2. Генерация холода с применением детандер-генераторных агрегатов / А. В. Клименко [и др.] // Теплоэнергетика. 2016. № 5. С. 37–44. https://doi.org/10.1134/S0040363616050039

3. Кокорин, О. Я. Преимущества автономных станций для совместной выработки электроэнергии, тепла и холода / О. Я. Кокорин // Холодильная техника. 2003. № 12. С. 3–6.

4. Системы кондиционирования воздуха, отопления и вентиляции с энергоснабжением от собственного источника / О. Я. Кокорин [и др.] // Холодильная техника. 2001. № 8. С. 11–12.

5. Кокорин, О. Я. Энергетические и экономические преимущества объединения автономных источников теплоснабжения зданий с источниками холодоснабжения систем кондиционирования воздуха / О. Я. Кокорин // Холодильная техника. 2003. № 1. С. 6–9.

6. Роль искусственного охлаждения в мировой экономике / Д. Коломб [и др.] // Холодильная техника. 2016. №1. С. 4–11.

7. Кудрин, Б. И. Новые тенденции в тригенерационных технологиях [Электронный ресурс] / Б. И. Кудрин, В. С. Кожиченков // Энергосовет. 2011. № 4. Режим доступа: http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=200.

8. Овсянник, А. В. Тригенерация энергии в турбодетандерных установках на диоксиде углерода / А. В. Овсянник [и др.] // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2019. № 2. С. 41–51.

9. Овсянник, А. В. Разработка компьютерной программы для оптимизации параметров низкокипящего рабочего тела в турбодетандерной установке / А. В. Овсянник, В. П. Ключинский // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2020. № 3/4. С. 108–115.

10. Овсянник, А. В. Термодинамический анализ озонобезопасных низкокипящих рабочих тел для турбодетандерных установок / А. А. Овсянник, В. П. Ключинский // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 6. С. 554–562. https://doi.org/10. 21122/1029-7448-2020-63-6-554-562.

11. Овсянник, А. В. Турбодетандерная установка на диоксиде углерода с производством жидкой и газообразной углекислоты / А. В. Овсянник // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 1. С. 77–87. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-77-87.

12. Садыков, Р. А. Применение турбодетандера в паросиловых установках для утилизации тепловой энергии в системах теплоснабжения / Р. А. Садыков [и др.] // Теплоэнергетика. 2016. № 5. С. 56–62. https://doi.org/10.1134/s0040363616030115

13. Optimal Performance Characteristics of Subcritical Simple Irreversible Organic Rankine Cycle / W. Chen [et al.] // Journal of Thermal Science. 2018. Vol. 27, N 6. P. 555–562. https://doi.org/10.1007/s11630-018-1049-5

14. Trigeneration Units on Carbon Dioxide with Two-Time Overheating with Unit of Turbo Detainder and Recovery Boiler / A. V. Ovsyannik [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1683. No 042010. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/4/042010

15. Ovsyannik, A. V. Thermodynamic Analysis and Optimization of Low-Boiling Fluid Parameters in a Turboexpander / A. V. Ovsyannik, V. P. Kliuchinski // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1683. No 042005. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/4/042005

16. Овсянник, А. В. Турбодетандерные установки на низкокипящих рабочих телах / А. В. Овсянник, В. П. Ключинский // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 1. С. 65–77. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-65-77

17. Гафуров, А. М. Перспективные области применения энергетических установок на низкокипящих рабочих телах / А. М. Гафуров // Вестник Казан. гос. энергет. ун-та. 2015. № 1. С. 93–98.

18. Тарасов, С. А. Газотурбинная установка малой мощности с утилизацией теплоты в контуре с низкокипящим рабочим телом / С. А. Тарасов, В.А. Фомин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2017. T. 23, № 1. С. 61–68.

19. Белов, Г. В. Органический цикл Ренкина и его применение в альтернативной энергетике / Г. В. Белов, М. А. Дорохова // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 2. С. 99–124.

20. Бродянский, В. М. Эксергетический метод и его приложения / В. М Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек; под ред. В. М. Бродянского. М.: Энергоатомиздат, 1988. 288 с.

21. Бродянский, В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа / В. М. Бродянский. М.: Энергия, 1973. 295 с.

22. Сажин, Б. С. Эксергетический анализ работы промышленных установок / Б. С. Сажин, А. П. Булеков, В. Б. Сажин. М.: Моск. гос. текстильн. ун-т им. А. Н. Косыгина, 2000. 297 с.

23. Теоретичесие основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент / под общ. ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина. 2-е изд., перераб. М.: Энрегоатомиздат, 1988. 560 с.

24. Шаргут, Я. Эксергия / Я. Шаргут, Р. Петела. М.: Энергия, 1968. 280 с.

25. Organic Rankine Cycle Systems: A Techno-Economic Overview / V. Broek [et al.] // European Metallurgical Conference. 2013. P. 833–844.

26. Самоявчев, И. С. Оценка экономических показателей проекта применения ОЦР-установок в окрасочных цехах автомобильного производства Горьковского автомобильного завода / И. С. Самоявчев // Интеллектуальная электротехника. 2018. № 4. С. 35–42.