Аналіз простого і каскадного органічного циклу ренкіна для децентралізованої теплоенергетики

dc.contributor.advisor
dc.contributor.authorКапустянський А. О.
dc.contributor.authorГалянчук І. Р.
dc.contributor.authorЮрасова О. Г.
dc.contributor.authorЗаяць М. Ф.
dc.contributor.authorРоманова К. О.
dc.contributor.authorKapustianskyi Andrii O.
dc.contributor.authorGalyanchuk Igor R.
dc.contributor.authorYurasova Oksana G.
dc.contributor.authorZaiats Mariia F.
dc.contributor.authorRomanova Kateryna O.
dc.date.accessioned2026-11-12T12:29:10Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractМета. 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.
dc.description.abstractengPurpose. The purpose of this study is to perform a techno-economic comparison of simple and cascaded Organic Rankine Cycle (ORC) systems for distributed energy applications utilizing rice husk as a renewable fuel. The study aims to evaluate the energy, exergy, and economic performance of both configurations and assess their feasibility for autonomous power supply of agricultural enterprises and adjacent communities. Methodology. Mathematical modeling of simple and cascaded ORC systems was carried out using the Engineering Equation Solver (EES) software package, followed by data processing in Microsoft Excel. Rice husk combustion was considered as the heat source. Toluene was selected as the working fluid for the simple ORC and the high-temperature loop of the cascaded cycle, while the low-temperature loop employed the refrigerant R245fa. The systems were compared in terms of electrical power output, energy and exergy efficiencies, electricity generation cost, and capital expenditures. Findings. The results demonstrate that the cascaded Organic Rankine Cycle provides more efficient utilization of biomass thermal energy than the simple ORC. For a typical rice mill, the electrical power output increases from 1,154 to 1,600 kW, the thermal efficiency rises from 15.5 % to 21.5 %, and the exergy efficiency increases from 20.4 % to 28.2 %. Although the cascaded system requires higher capital investment (USD 8.25 million versus USD 5.54 million), it delivers higher electricity generation and is more promising for distributed generation. Originality. A comprehensive techno-economic comparison of simple and cascaded ORC systems utilizing heat generated by rice husk combustion has been conducted for the first time. The selection of working fluids has been substantiated, and the influence of the system configuration on the energy, exergy, and economic performance has been determined. Practical value. The obtained results can be applied to the design of autonomous biomass-based power generation for agro-industrial enterprises and other distributed energy facilities, contributing to improved energy efficiency, reduced dependence on diesel generators, and more efficient utilization.
dc.identifier.citationАналіз простого і каскадного органічного циклу ренкіна для децентралізованої теплоенергетики = Analysis of simple and cascade organic rankine cycles for decentralized thermal energy systems / А. О. Капустянський, І. Р. Галянчук, О. Г. Юрасова, М. Ф. Заяць, К. О. Романова // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : Гельветика, 2026. – № 3 (506). – С. 249–259.
dc.identifier.govdochttps://doi.org/10.15589/znp2026.3(506).27
dc.identifier.issn3154-8245 (Print)
dc.identifier.issn3154-8253 (Online)
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/13913
dc.language.isouk
dc.relation.ispartofseries621.67:532.5
dc.subjectорганічний цикл Ренкіна
dc.subjectкаскадний ORC
dc.subjectпростий ORC
dc.subjectрозподілена енергетика
dc.subjectрисове лушпиння
dc.subjectбіомаса
dc.subjectенергетична ефективність
dc.subjectексергетична ефективність
dc.subjectтехніко-економічний аналіз
dc.subjectOrganic Rankine Cycle
dc.subjectcascaded ORC
dc.subjectsimple ORC
dc.subjectdistributed energy generation
dc.subjectrice husk
dc.subjectbiomass
dc.subjectenergy efficiency
dc.subjectexergy efficiency
dc.subjecttechno-economic analysis
dc.titleАналіз простого і каскадного органічного циклу ренкіна для децентралізованої теплоенергетики
dc.title.alternativeAnalysis of simple and cascade organic rankine cycles for decentralized thermal energy systems
dc.typeСтаття

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Kapustianskyi_Galyanchuk_Yurasova.pdf
Size:
1.04 MB
Format:
Adobe Portable Document Format

Collections