Аналіз простого і каскадного органічного циклу ренкіна для децентралізованої теплоенергетики

Abstract

Мета. Метою роботи є техніко-економічне порівняння простої та каскадної установок органічного циклу Ренкіна (ORC) для систем розподіленої енергетики, що використовують рисове лушпиння як відновлюване паливо. Дослідження спрямоване на визначення енергетичних, ексергетичних та економічних показників обох схем, а також оцінку доцільності їх застосування для автономного електропостачання сільськогосподарських підприємств і прилеглих територій. Методика. Проведено математичне моделювання простої та каскадної ORC-установок із використанням програмного комплексу Engineering Equation Solver (EES) та подальшою обробкою результатів у MS Excel. Як джерело теплоти розглядалося спалювання рисового лушпиння; робочою рідиною простого та високотемпературного контуру каскадного циклу обрано толуол, а низькотемпературного контуру – холодоагент R245fa. Порівняння виконано за показниками електричної потужності, енергетичної та ексергетичної ефективності, питомої вартості електроенергії й витрат. Результати. Встановлено, що каскадний органічний цикл Ренкіна забезпечує ефективніше використання теплоти біомаси порівняно з простим циклом. Для типової рисової фабрики потужність установки зростає з 1154 до 1600 кВт, енергетичний ККД – з 15,5 до 21,5 %, а ексергетичний – з 20,4 до 28,2 %. Незважаючи на більші капітальні витрати (8,25 млн дол. США проти 5,54 млн дол. США), каскадна установка забезпечує вищий виробіток електроенергії та є перспективнішою для систем розподіленої генерації. Наукова новизна. Вперше виконано комплексне техніко-економічне порівняння простої та каскадної ORC-установок для використання теплоти від спалювання рисового лушпиння. Обґрунтовано вибір робочих тіл і визначено вплив схеми установки на енергетичні, ексергетичні та економічні показники. Практична значимість. Результати можуть бути використані під час проєктування автономних біоенергетичних установок для підприємств агропромислового комплексу та інших об’єктів розподіленої енергетики, сприяючи підвищенню енергоефективності, зменшенню використання дизельної генерації та раціональному використанню відходів.