ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ЦИКЛА РЕНКИНА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются критерии выбора рабочих жидкостей, используемых в органическом цикле Ренкина для выработки электрической энергии и тепла. КПД органического цикла Ренкина была рассчитана с использованием R245fa и R600 в качестве рабочих жидкостей. Результаты показали, что при использовании R245fa в качестве рабочего тела достигается высокая тепловая эффективность.

Ключевые слова: выбор; оптимальная рабочая жидкость; солнечного органического цикла Ренкина; выработка электроэнергии и тепла.

В последние годы возникли экологические проблемы, такие как глобальное потепление, вызванное выбросами углекислого газа (СО₂). Кроме того, из-за ожидаемого увеличения мирового населения в конце 21-ого столетия, люди боятся, что ископаемое топливо будет исчерпано. По этим причинам, есть увеличивающееся с каждым годом требование на использование технологий получения возобновляемой энергии. Производство электроэнергии из возобновляемых источников энергии является одним из альтернативных путей решения нынешнего энергетического кризиса и экологических проблем, влияющих на наш мир [1]. Одной из этих технологий может быть органический цикл Ренкина (OЦР), который использует органическую жидкость и может использовать солнечное, геотермальное, отработанное тепло и энергию биомассы в качестве источника тепла для выработки электроэнергии. В отличие от парового энергетического цикла, где вода является рабочей жидкостью, органические циклы Ренкина используют хладагенты или углеводороды в качестве рабочей жидкости.

Выбор рабочей жидкости важен для достижения высокой термической эффективности, а также для оптимального использования имеющегося источника тепла. Кроме того, органическая рабочая жидкость должна соответствовать требованиям безопасности и технической выполнимости. Эффективность цикла Ренкина строго связана с термодинамическими свойствами рабочего тела. Неправильный выбор рабочей жидкости для (OЦР) может привести к снижению производительности системы [2]. Рабочая жидкость выбирается в зависимости от температуры источника тепла и конфигурации цикла.

Выбор рабочей жидкости является одним из наиболее важных моментов при проектировании органического цикла Ренкина. При выборе рабочей жидкости необходимо учитывать несколько критериев:

1. OЦР должен обладать высокой эффективностью и выходной мощностью;

2. Низкая стоимость и доступность рабочей жидкости;

3. Высокая стабильность и низкая воспламеняемость;

4. Минимальное влияние на экологию;

5. Низкая температура кипения и температура плавления;

6. Высокая теплопроводность;

7. Высокая критическая температура по сравнению с рабочей температурой.

Термический анализ был проведен для оценки солнечного органического цикла Ренкина с использованием R245fa и R600 в качестве рабочих жидкостей. При исследовании цикла Ренкина КПД был определен с помощью программы EES для феронов R245fa и R600. Температуру в конденсаторе принимали равной 50 ^oС (323 K), температуру в испарителе – 80…140 ^oС, КПД насоса и детандера – 0,8, КПД генератора – 0,8.

Расчет строили на следующих допущениях:

• КПД генератора, детандера и насоса – постоянные величины, не зависящие от режима эксплуатации;
• Недорекуперация в теплообменниках – величина постоянная и не зависит от режима работы;
• Гидросопротивления в теплообменниках и трубопроводах не учитываются;
• Нет теплообмена с окружающей средой.
• Нет переохлаждения жидкости перед насосом;
• Изменения кинетической и потенциальной энергии не рассматриваются;

На рисунке ниже показаны результаты исследования и влияние температуры на входе в турбину на эффективность солнечной системы ОЦР для выработки электроэнергии и тепла с использованием R245fa и R600 в качестве рабочих жидкостей. Из рисунка видно, что КПД ОЦР с использованием R245fa выше, чем КПД ОЦР с использованием R600. Поэтому, принимая во внимание физические и термические свойства, рекомендуется использовать R245fa в качестве рабочего тела в солнечном органическом цикле Ренкина.

Рисунок 1. Влияние температуры на входе турбины на эффективность солнечной системы ОЦР

Список литературы:

1. Saitoh T. Solar Rankine cycle system using scroll expander / T. Saitoh, N. Yamada, S.I.Wakashima // Journal of Environment and Engineering, 2007.
2. Pedro. J. Mago An examination of regenerative organic Rankine cycles using dry fluids / Pedro. J. Mago, Louay. M. Chamra, Kalyan Srinivasan, Chandramohan Somayaji // Applied Thermal Engineering, 2008.