Многоцелевое термоэкономическое оптимизирование комбинированной системы органического цикла Ренкина (ORC), использующей сбросное тепло двухтопливного судового двигателя и холодовую энергию СПГ

В статье предложена комбинированная система органического цикла Ренкина (ORC), способная эффективно использовать холодовую энергию сжиженного природного газа (СПГ) и сбросное тепло двухтопливного (DF) судового двигателя. В частности, в качестве источников тепла использовались выхлопные газы двигателя и охлаждающая вода рубашки двухтопливного судового двигателя. Сначала была проведена всесторонняя оценка термоэкономических характеристик комбинированной системы ORC с использованием 11 экологически безопасных рабочих тел. Затем были исследованы влияния давлений испарения и конденсации на полезную выходную мощность, энергетический и эксергетический КПД, общую стоимость инвестиций и срок окупаемости. Кроме того, термоэкономические характеристики системы ORC были оптимизированы посредством многоцелевой оптимизации с применением генетического алгоритма. Наконец, были проанализированы эксергетические потери и инвестиционные затраты каждого компонента при оптимальных рабочих условиях, а также сформулированы рекомендации по дальнейшему совершенствованию системы. Результаты показывают, что R1150–R1234yf–R600a и R170–R1270–R152a являются двумя наиболее перспективными комбинациями рабочих тел. Эксергетические потери в комбинированной системе ORC происходят главным образом в теплообменниках. В результате оптимизации рабочих тел эксергетические потери в промежуточном теплообменнике были снижены на 18,99%. Доля инвестиционных затрат на расширительные машины может превышать 50%, а срок окупаемости комбинированной системы ORC составляет от 7,68 до 9,43 года. Исследование показывает, что выбор рабочих тел и оптимизация рабочих условий обладают значительным потенциалом для повышения термоэкономических характеристик систем ORC.