Луганск, Луганская Народная Республика
УДК 620.9 Общая энергетика
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).
