Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Органический цикл Ренкина и его применение в альтернативной энергетике

# 02, февраль 2014
DOI: 10.7463/0214.0699165
Файл статьи: Belov_P.pdf (685.86Кб)
авторы: Белов Г. В., Дорохова М. А.

УДК 62-68Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Значительную часть потребляемой в мире энергии составляет тепловая энергия, которая получается за счет сжигания углеводородных топлив и в результате контролируемого протекания ядерных реакций. При этом достаточно большая часть тепловой энергии используется крайне неэффективно, зачастую просто рассеивается в окружающей среде. Рост цен на энергоносители вынуждает использовать низкопотенциальную энергию, которая в огромных количествах выбрасывается в окружающую среду. Для утилизации низкопотенциальной энергии часто применяется цикл Ренкина с альтернативными рабочими телами. Соответствующий цикл получил название органический цикл Ренкина (ОЦР).  В качестве рабочего тела  в ОЦР используются вещество, которое имеет более низкую, чем у воды, температуру кипения, что позволяет утилизировать низкопотенциальную энергию.

Проведенный обзор литературы показывает, что направление энергетики, связанное с утилизацией остаточного тепла (тепловых отходов) и использованием альтернативных источников энергии, в последнее время интенсивно развивается. Однако публикации на эту тему на русском языке практически отсутствуют. Цель настоящей статьи - анализ современных источников информации (в основном, зарубежных), в которых рассматриваются различные аспекты органического цикла Ренкина и возможности его применения в альтернативной энергетике. Большое внимание уделено вопросам выбора рабочего тела ОЦР. Перечислены основные требования к рабочему телу. Рассмотрены вопросы моделирования ОЦР.

Показано, что применение органического цикла Ренкина позволяет использовать низкопотенциальную тепловую энергию выхлопных газов, геотермальных источников, других тепловых потоков с относительно невысокой температурой. Объединение ОЦР с ДВС дает возможность повысить эффективность использования энергии топлива и сократить количество токсичных примесей в выхлопных газах. Отмечено существенное влияние свойств рабочего тела на его характеристики ОЦР.

Список литературы

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, pp. 4175- 4189. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2012.03.022
 
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, pp.168-186. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2013.01.028
 
Yanchoshek L., Kunts P. [Organic Rankine Cycle: application in cogeneration power plant]. Turbiny i dizeli -Turbines & Diesels, 2012, no. 2, pp. 50-53.
 
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, pp. 3963-3979. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.024
 
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, pp. 3059- 3067. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2010.07.006
 
Li J., Pei G., Li Y., Wang D., Ji J. Energetic and exergetic investigation of an organic Rankine cycle at different heat source temperatures. Energy, 2012, vol. 38, no. 1, pp. 85-95. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2011.12.032
 
Kang S.H. Design and experimental study of ORC (organic Rankine cycle) and radial turbine using R245fa working fluid. Energy, 2012, vol. 41, pp.514-524.
http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2012.02.035
 
Fernandez-Garcia A., Zarza E., Valenzuela L., Pérez M. Parabolic-trough solar collectors and their applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, vol.14, pp.1695-1721. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2010.03.012
 
Delgado-Torres A.M., Garcia-Rodriguez L. Analysis and optimization of the low-temperature solar organic Rankine cycle (ORC). Energy Conversion and Management, 2010, vol. 51, pp. 2846-2856.
http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2010.06.022
 
Rentizelas A., Karellas S., Kakaras E., Tatsiopoulos I. Comparative techno-economic analysis of ORC and gasification for bioenergy applications. Energy Conversion and Management, 2009, vol. 50, no. 3, pp. 674-681.
http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2008.10.008
 
Kuftov A.F., Kuz'mina Yu.S. [Prospects for Using Solid Fuel from Biomass]. Nauka i obrazovanie MGTU im. N.E. Baumana - Science and Education of the Bauman MSTU, 2011, no. 8. Available at: http://technomag.bmstu.ru/doc/216747.html, accessed 01.01.2014.
 
Ogurechnikov L.A. [Geothermal resources in power engineering]. Al'ternativnaya energetika i ekologiya - Alternative Energy and Ecology, 2005, no. 11, pp. 58-66.
 
DiPippo R. Second Law assessment of binary plants generating power from low-temperature geothermal fluids. Geothermics, 2004, vol. 33, pp. 565-586.
http://dx.doi.org/10.1016/j.geothermics.2003.10.003
 
Kanoglu M., Bolatturk A. Performance and parametric investigation of a binary geothermal power plant by exergy. Renewable Energy, 2008, vol. 33, pp. 2366-2374.
http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2008.01.017
 
Yari M. Exergetic analysis of various types of geothermal power plants. Renewable Energy, 2010, vol. 35, pp.112-121.
http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2009.07.023
 
Shengjun Z., Huaixin W., Tao G. Performance comparison and parametric optimization of subcritical Organic Rankine Cycle (ORC) and transcritical power cycle system for low-temperature geothermal power generation. Applied Energy, 2011, vol. 88, pp. 2740-2754.
http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.02.034
 
Madlool N.A., Saidur R., Hossain M.S., Rahim N.A. A critical review on energy use and savings in the cement industries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, vol. 15, pp. 2042-2060. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2011.01.005
 
Yu G., Shu G., Tian H., Wei H., Liu L. Simulation and thermodynamic analysis of a bottoming Organic Rankine Cycle (ORC) of diesel engine (DE). Energy, 2013, vol. 51, pp. 281-290. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2012.10.054
 
Bombarda P., Invernizzi C.M., Pietra C. Heat recovery from Diesel engines: A thermodynamic comparison between Kalina and ORC cycles. Applied Thermal Engineering, 2010, vol. 30, pp. 212-219.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2009.08.006
 
Srinivasan K.K, Mago P.J., Krishnan S.R. Analysis of exhaust waste heat recovery from a dual fuel low temperature combustion engine using an Organic Rankine Cycle. Energy, 2010, vol. 35, pp. 2387-2399. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2010.02.018
 
Sprouse C., Depcik C. Review of organic Rankine cycles for internal combustion engine exhaust waste heat recovery. Applied Thermal Engineering, 2013, vol. 51, pp. 711-722.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.10.017
 
Invernizzi C., Iora P., Silva P. Bottoming micro-Rankine cycles for micro-gas turbines. Applied Thermal Engineering, 2007, vol. 27, pp.100-110.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.05.003
 
Chacartegui R. et al. Alternative ORC bottoming cycles for combined cycle power plants. Applied Energy, 2009, vol. 86, pp. 2162-2170.
http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.02.016
 
Saleh B., Koglbauer G., Wendland M., Fischer J. Working fluids for low-temperature organic Rankine cycles. Energy, 2007, vol. 32, pp. 1210-1221. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2006.07.001
http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2006.07.001
 
Drescher U., Brüggemann D. Fluid selection for the Organic Rankine Cycle (ORC) in biomass power and heat plants. Applied Thermal Engineering, 2007, vol. 27, pp. 223-228.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.04.024
 
Tchanche B.F., Papadakis G., Lambrinos G., Frangoudakis A. Fluid selection for a low-temperature solar organic Rankine cycle. Applied Thermal Engineerin, 2009, vol. 29, no. 11-12, pp. 2468-2476.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.12.025
 
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, pp. 2357-2362.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.05.035
 
Lakew A.A., Bolland O. Working fluids for low-temperature heat source. Applied Thermal Engineering, 2010, vol. 30, pp. 1262-1268.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.02.009
 
Stijepovic M.Z., Linke P., Papadopoulos A.I., Grujic A.S. On the role of working fluid properties in Organic Rankine Cycle performance. Applied Thermal Engineering, 2012, vol. 36, pp. 406-413.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.10.057
 
Wang Z.Q., Zhou N.J., Guo J., Wang X.Y. Fluid selection and parametric optimization of organic Rankine cycle using low temperature waste heat. Energy, 2012, vol. 40, iss. 1, pp. 107-115. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2012.02.022
 
Roy J.P., Mishra M.K., Misra A. Performance analysis of an Organic Rankine Cycle with superheating under different heat source temperature conditions. Applied Energy, 2011, vol. 88, pp. 2995-3004.
http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.02.042
 
Papadopoulos A.I., Stijepovic M.Z., Linke P. On the systematic design and selection of optimal working fluids for Organic Rankine Cycles. Applied Thermal Engineering, 2010, vol. 30, pp. 760-769.
http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2009.12.006
 
Gao H., Liu C., He C., Xu X., Wu S., Li Y. Performance Analysis and Working Fluid Selection of a Supercritical Organic Rankine Cycle for Low Grade Waste Heat Recovery. Energies,2012, vol. 5, pp. 3233-3247.
http://dx.doi.org/10.3390/en5093233
 
Colonna P., Rebay S., Harinck J., Guardone A. Real-gas effects in ORC turbine flow Simulations: influence of thermodynamic models on flow fields and performance parameters. Proc. of European Conference on Computational Fluid Dynamics, ECCOMAS CFD. Egmond aan Zee, NL, 2006, pp. 1-18.
 
Van der Stelt T.P., Nannan N.R., Colonna P. The iPRSV equation of state. Fluid Phase Equilibria, 2012, vol. 330, pp. 24-35.
http://dx.doi.org/10.1016/j.fluid.2012.06.007
 
Span R., Wagner W. Equations of State for Technical Applications. I. Simultaneously Optimized Functional Forms for Nonpolar and Polar Fluids. International Journal of Thermophysics, 2003, vol. 24, no.1, pp. 1-39.
http://dx.doi.org/10.1023/A:1022390430888
 
Quoilin S., Aumann R., Grill A., Schuster A., Lemort V., Spliethoff H. Dynamic modeling and optimal control strategy of waste heat recovery Organic Rankine Cycles. Applied Energy, 2011, vol. 88, pp. 2183-2190.
http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.01.015
 
Ho T., Mao S.S., Greif R. Comparison of the Organic Flash Cycle (OFC) to other advanced vapor cycles for intermediate and high temperature waste heat reclamation and solar thermal energy. Energy, 2012, vol. 42, pp. 213-223. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2012.03.067
 
Ho T., Mao S.S., Greif R. Increased power production through enhancements to the Organic Flash Cycle (OFC). Energy, 2012, vol. 45, pp. 686-695.  http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2012.07.023

 

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)