Технико-экономическая оценка архитектур циклов Жуля—Брайтона для преобразования высокопотенциального тепла в электроэнергию с использованием CO₂ в сверхкритическом состоянии

Нижние термодинамические энергетические циклы на основе сверхкритического диоксида углерода (sCO₂) являются перспективной технологией использования высокотемпературных источников сбросного тепла. CO₂ представляет собой негорючее и термически стабильное соединение, а его благоприятные теплофизические свойства в сверхкритическом состоянии позволяют достигать высокой эффективности цикла и существенно уменьшать габариты и стоимость по сравнению с альтернативными технологиями преобразования тепла в электроэнергию. Были исследованы восемь вариантов цикла Жуля—Брайтона на основе sCO₂. Моделирование цикла и анализ чувствительности показали, что температура на входе в турбину (TIT) является переменной, оказывающей наибольшее влияние на характеристики цикла, при расходе газа источника тепла 1,0 кг/с и температуре 650 °C. Энергетические, эксергетические и стоимостные показатели различных схем цикла сравнивались при значениях TIT в диапазоне от 250 °C до 600 °C. Анализ показал, что наиболее сложные конфигурации циклов на основе sCO₂ обеспечивают более высокие общую эффективность и полезную электрическую мощность, но требуют также более высоких капитальных затрат. Напротив, более простые архитектуры, такие как простой регенеративный цикл с TIT 425 °C, способны обеспечить общую эффективность 25,2%, электрическую мощность 93,7 кВтₑ и срок окупаемости менее двух лет.