Войти
ORC с Регенератором Органический цикл Ренкина (ORC ) назван в честь использования органической высокомолекулярной жидкости с фазовым переходом жидкость-пар или точкой кипения, происходящим при более низкой температуре. чем фазовый переход вода-пар. Жидкость обеспечивает цикл Ренкина рекуперацию тепла из источников с более низкой температурой, таких как сжигание биомассы, промышленное отработанное тепло, геотермальное тепло, солнечные пруды и т. Д.. Низкотемпературное тепло превращается в полезную работу, которая сама может быть преобразована в электричество.
Эта технология была разработана в конце 1950-х годов Люсьеном Броницки и Гарри Цви Табором.
Двигатели нафта, в принципе похожи на ORC, но разработанные для других приложений, использовались еще в 1890-х годах.
Ts диаграммы для идеального / реального ORC Принцип работы органического цикла Ренкина такой же, как и у цикла Ренкина : рабочая жидкость перекачивается в котел, где она испаряется, проходит через расширительное устройство (турбину, винт, спираль или другое детандер), а затем через теплообменник конденсатора, где она окончательно конденсируется.
В идеальном цикле, описанном теоретической моделью двигателя, расширение является изоэнтропическим, а процессы испарения и конденсации изобарическими.
В любом реальном цикле присутствие необратимость снижает эффективность цикла . Эти необратимые явления в основном возникают:
В случае «сухая жидкость», цикл может быть улучшен за счет использования регенератора: поскольку жидкость не достигла двухфазного состояния в конце расширения, ее температура в этот момент выше, чем температура конденсации. Эту жидкость с более высокой температурой можно использовать для предварительного нагрева жидкости перед тем, как она попадет в испаритель.
Противоточный теплообменник (газ-жидкость), таким образом, устанавливается между выходом расширителя и входом конденсатора. Таким образом, мощность, требуемая от источника тепла, уменьшается, а эффективность повышается.
75 кВт ORC , используемого на экспериментальной электростанции в Лаппеенранте, Финляндия Технология органического цикла Ренкина имеет множество возможных применений и насчитывает более 2,7 ГВт установленной мощности и 698 определенных электростанций по всему миру. Среди них наиболее распространенными и перспективными направлениями являются следующие:
Рекуперация отходящего тепла - одно из важнейших направлений развития органического цикла Ренкина (ORC). Его можно применять на теплоэлектростанциях и электростанциях (например, на небольшой когенерационной установке на бытовом водонагревателе) или в промышленных и сельскохозяйственных процессах, таких как ферментация органических продуктов, горячие выхлопы. от печей или печей (например, печей для обжига извести и цемента), конденсация дымовых газов, выхлопные газы транспортных средств, промежуточное охлаждение компрессора, конденсатора энергетического цикла и т. д.
Биомасса доступна во всем мире и может использоваться для производства электроэнергии на малых и средних электростанциях. Проблема высоких удельных инвестиционных затрат на оборудование, такое как паровые котлы, решается за счет низкого рабочего давления на электростанциях ORC. Еще одним преимуществом является длительный срок службы машины из-за характеристик рабочей жидкости, которая, в отличие от пара, не вызывает эрозии и коррозии трубок седел клапанов и лопаток турбины. Процесс ORC также помогает преодолеть относительно небольшое количество входящего топлива, доступного во многих регионах, поскольку эффективная электростанция ORC возможна для станций меньшего размера.
Геотермические источники тепла имеют температуру от 50 до 350 ° C. Таким образом, ORC идеально подходит для такого рода приложений. Однако важно помнить, что для низкотемпературных геотермальных источников (обычно менее 100 ° C) эффективность очень низкая и сильно зависит от температуры радиатора (определяемой температурой окружающей среды).
Органический цикл Ренкина может использоваться в технологии солнечного параболического желоба вместо обычного парового цикла Ренкина. ORC позволяет производить электроэнергию при более низкой мощности и с более низкой температурой коллектора, и, следовательно, возможность для недорогих, небольших децентрализованных CSP единиц.
Выбор рабочей жидкости имеет ключевое значение для низкотемпературных циклов Ренкина. Из-за низкой температуры неэффективность теплопередачи очень опасна. Эта неэффективность очень сильно зависит от термодинамических характеристик жидкости и условий эксплуатации.
Для рекуперации низкопотенциального тепла жидкость обычно имеет более низкую температуру кипения, чем вода. Хладагенты и углеводороды - два обычно используемых компонента.
Оптимальные характеристики рабочей жидкости:
Поскольку цель ORC сосредоточена на рекуперации низкопотенциальной тепловой энергии, подход с использованием перегрева, подобный традиционному циклу Ренкина не подходит. Следовательно, всегда будет предпочтительным небольшой перегрев на выходе из испарителя, что ставит в невыгодное положение «влажные» жидкости (которые находятся в двухфазном состоянии в конце расширения). В случае сухих жидкостей следует использовать регенератор.
В отличие от воды, органические жидкости обычно подвергаются химическому разложению и разложению при высоких температурах. Таким образом, максимальная температура горячего источника ограничена химической стабильностью рабочей жидкости. Точка замерзания должна быть ниже самой низкой температуры цикла.
Жидкость с высокой скрытой теплотой и плотностью будет поглощать больше энергии из источника в испарителе и, таким образом, уменьшит требуемый расход, размер помещения и потребление насоса..
Основными принимаемыми во внимание параметрами являются потенциал разрушения озонового слоя (ODP) и потенциал глобального потепления (GWP).
Жидкость должна быть некоррозионной, негорючей и нетоксичной. Классификация хладагентов по безопасности ASHRAE может использоваться как индикатор уровня опасности жидкости.
Для моделирования циклов ORC требуется числовой решатель, в котором уравнения массы реализуются энергетический баланс, теплопередача, перепады давления, механические потери, утечки и т. д. Модели ORC можно разделить на два основных типа: стационарные и динамические. Стационарные модели требуются как для целей проектирования (или определения размеров), и для моделирования частичной нагрузки. Динамические модели, с другой стороны, также учитывают накопление энергии и массы в различных Компоненты Ent. Они особенно полезны для реализации и моделирования стратегий управления, например во время переходных процессов или во время запуска Другим ключевым аспектом моделирования ORC является расчет термодинамических свойств органической жидкости. Следует избегать простого уравнения состояний (EOS), такого как Пенга – Робинсона, поскольку их точность невысока. Предпочтительнее использовать многопараметрический EOS, например, современные базы данных теплофизических и транспортных свойств.
Для вышеуказанных целей доступны различные инструменты, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее распространенные из них представлены ниже.
| Инструмент | Причинность | Распространение | Примеры доступны в Интернете | Описание | |
|---|---|---|---|---|---|
| Инструменты стационарного моделирования: | |||||
| Акаузальный | Несвободно | Сведения о программном обеспечении | Для термодинамического моделирования и расчетов теплового баланса циклов производства тепла и электроэнергии программная платформа AxCYCLE ™ позволяет пользователям быстро и эффективно проектировать, анализировать и оптимизировать термодинамические системы. | ||
| / | Не бесплатно | Сведения о программном обеспечении | Простое в использовании программное обеспечение для стационарного моделирования и оптимизации процессов, которое включает полный пакет термодинамики. | ||
| Решатель инженерных уравнений | Акаузальный | Несвободный | Простая модель ORC в EES | Популярный решатель на основе уравнений, который включает базу данных термодинамических и транспортных свойств жидкости. | |
| MATLAB | Causal | Несвободный | Язык высокого уровня и интерактивная среда для численных вычислений, визуализации и программирования | ||
| LMS Imagine.Lab Amesim | Причинно и Acausal | Несвободная | Графическая среда разработки и проверенные упакованные физические библиотеки для моделирования системы | ||
| Acausal | Несвободная | Cummins Super Truck WHR | Полная мультифизика Среда моделирования предназначена для моделирования интегрированных систем | ||
| Scilab | Acausal | Открытый исходный код | Простая модель ORC | Альтернатива Matlab с открытым исходным кодом. | |
| Cycle-Tempo | Causal | Non-free | Инструмент для термодинамического анализа и оптимизации систем производства электроэнергии, тепла и холода | ||
| Инструменты динамического моделирования: | |||||
| Modelica | Acausal | Открытый исходный код | Динамическая модель системы рекуперации отходящего тепла | Объектно-ориентированный, декларативный, многодоменный язык моделирования для компонентно-ориентированного моделирования сложных систем | |
| Simulink | Причинная | Несвободная | Среда блок-схемы для многодоменного моделирования и модельно-ориентированного проектирования | ||
| Акаузальная | Несвободная | Cummins Super Truck WHR | Полная среда мультифизического моделирования, предназначенная для моделирования интегрированных систем | ||
| LMS Imagine.Lab Amesim | Причинно-следственные и акаузальные | Несвободные | Моделирование малых предприятий ORC с помощью AMESim Simulation Tool [...] | Графическая среда разработки и проверенные упакованные физические библиотеки для системного моделирования | |
| Теплофизические и транспортные свойства органических жидкостей: | |||||
| Simulis Термодинамика | / | Non-free | Программное обеспечение для расчета свойств смесей и расчетов фазовых равновесий. | ||
| CoolProp | / | Открытый исходный код | Кросс-платформенная бесплатная база данных свойств на C ++, которая включает чистые жидкости, псевдочистые жидкости и свойства влажного воздуха. | ||
| Refprop | / | Несвободно | База данных термодинамических и транспортных свойств эталонной жидкости | ||
| FluidProp | / | Бесплатное | Программное обеспечение для расчета теплофизических свойств жидкостей | ||
| AspenProp | / | Несвободно | Программное обеспечение для расчета теплофизических свойств жидкостей | ||
Энергетический портал 
Портал возобновляемой энергии 