Экологически безопасная и эффективная рекуперация и оптимизация сбросного тепла и холода СПГ в судовых двигателях, работающих на СПГ

В исследовании рассматривается двигатель Wärtsilä 9L34DF и предлагается интегрированная система низкотемпературного улавливания углерода на судах, работающих на сжиженном природном газе (СПГ), основанная на сопряжении рекуперации холодовой и тепловой энергии с мембранным разделением. Система последовательного органического цикла Ренкина с двумя уровнями давления (SDPORC) используется для утилизации сбросного тепла выхлопных газов двигателя и выработки электроэнергии, обеспечивая энергоснабжение процесса компримирования при низкотемпературном улавливании углерода без дополнительного потребления судовой электроэнергии. Для проверки точности и надежности математической модели результаты моделирования сопоставляются с данными, представленными в научной литературе. После подтверждения точности модели анализируются рабочие параметры интегрированной системы. Затем выполняются оптимизация рабочего тела и оптимизация чувствительных параметров с использованием генетического алгоритма. Наконец, при оптимальных рабочих условиях оцениваются термодинамические характеристики и экономическая эффективность интегрированной системы. Результаты показывают, что чистая выходная мощность интегрированной системы составляет 100.95 кВт, а эксергетический КПД — 45.19%. Удельная стоимость улавливания углерода (UCC) составляет 14.24 $/т, причем на каждую единицу потребленного СПГ можно уловить 1.97 кг жидкого CO2 концентрацией 99.5%. Интегрированная система существенно повышает эффективность использования энергии на судах и снижает выбросы CO2.