сотрудник
Луганск, Россия
сотрудник
Луганск, Луганская Народная Республика
сотрудник
Луганск, Россия
сотрудник
Луганск, Россия
УДК 621.1 Тепловые двигатели в целом. Получение, распределение и использование пара. Паровые машины. Паровые котлы
УДК 620.9 Общая энергетика
ББК 347 Технология производства оборудования отраслевого назначения
Целью исследования является анализ существующих систем утилизации тепла (СУТ) энергетических установок, демонстрация возможностей эксергетического метода для их оценки и оптимизации, а также технико-экономическое обоснование их внедрения. Основная задача статьи заключается в применении термодинамического подхода, основанного на втором законе (эксергетический анализ), для выявления и минимизации необратимых потерь работоспособности энергии в СУТ, что позволяет перейти от количественной к качественной оценке их эффективности. Методы и решения включают эксергетический метод, математическое моделирование и системный анализ. Рассматриваются конструктивно-технологические решения: модульные СУТ для ДВС с котлами-утилизаторами, комбинированные парогазовые циклы (ПГУ) и каскадные системы с органическим циклом Ренкина (ОРЦ). Новизна работы состоит в комплексном применении эксергетического подхода для сравнительного анализа и оптимизации разнотипных СУТ, а также в обобщении данных по коммерчески доступному оборудованию в рамках термодинамического и технико-экономического обоснования. Основные результаты и выводы: Эксергетический анализ позволил локализовать ключевые источники необратимости – камеру сгорания и зоны высокотемпературного теплообмена. Показано, что внедрение СУТ, особенно в составе комбинированных циклов, повышает суммарный КПД установок до 80–90% при окупаемости 2–5 лет. Оптимизация по эксергетическим критериям ведет к снижению затрат топлива, выбросов и повышению индекса устойчивости. Перспективными направлениями признаны каскадное использование тепла, интеграция ОРЦ и интеллектуализация систем управления.
утилизация, тепло, энергоэффективность, анализ, энергия, установка, парогазовый цикл, КПД, оптимизация
1. Аваряскин К.Н., Молчанов Я.О. Эксергетический анализ и оптимизация теплообменных аппаратов систем утилизации тепла газопоршневых электростанций // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2020. Т. 23, № 2. С. 154-165.
2. Беспалов В.Н., Голубев А.Ю. Комбинированное производство энергии: когенерация и тригенерация на основе двигателей внутреннего сгорания. Москва: Издательский дом МЭИ, 2018. 320 с.
3. Михеев А.С., Румянцев А.А. Эксергоэкономическая оптимизация парогазовой установки с дожиганием топлива // Теплоэнергетика. 2021. № 5. С. 45-53.
4. Петин А.Н., Соколов Е.Я. Технико-экономическое обоснование внедрения систем утилизации тепла на дизельных электростанциях // Энергосбережение и водоподготовка. 2019. № 4 (126). С. 34-39.
5. Сычев В.В. Сложные термодинамические системы. Эксергетический метод анализа и оптимизации. 2-е изд. Москва: Издательство МЭИ, 2017. 288 с.
6. Bejan A., Tsatsaronis G., Moran M. Thermal Design and Optimization. New York: John Wiley & Sons, 1996. 560 p.
7. Dincer I., Rosen M.A. Exergy: Energy, Environment and Sustainable Development. 3rd ed. Oxford: Elsevier, 2021. 552 p.
8. Karellas S., Braimakis K. Energy–exergy analysis and economic investigation of a cogeneration and trigeneration ORC–VCC hybrid system utilizing biomass fuel and solar power // Energy Conversion and Management. 2016. Vol. 107. P. 103-113. (Scopus, WoS).
9. Song J., Gu C.-W., Ren X. Parametric design and off-design analysis of organic Rankine cycle (ORC) system // Energy Conversion and Management. 2016. Vol. 112. P. 157-165. (Scopus, WoS).
10. Wang J., Yan Z., Zhao P., Dai Y. Exergoeconomic analysis and optimization of a combined cooling, heating and power system based on organic Rankine and vapor compression cycles // Energy. 2017. Vol. 141. P. 150-164. (Scopus, WoS).
