Утилизация сбросного тепла на круизном судне в Балтийском море с использованием органического цикла Ренкина: тематическое исследование

Морской транспорт является значительным источником выбросов SOx, NOx и твердых частиц (PM), а в меньшей степени — выбросов CO2. В последнее время в специально определенных географических районах вводятся новые нормативные требования, направленные на ограничение выбросов с судов. Это обстоятельство, наряду с высокими ценами на топливо, стимулирует морскую отрасль к повышению энергоэффективности судов. Хотя более совершенные и сложные конструкции двигателей могут существенно повысить эффективность энергетических систем судов, утилизация сбросного тепла рассматривается как наиболее эффективный способ снижения энергопотребления. В связи с этим считается, что около 50% всей энергии топлива, потребляемого судном, теряется и отводится с потоками жидкостей и газов. Основными источниками тепла для утилизации являются выхлопные газы двигателей и охлаждающая жидкость. В данной работе представлено исследование интеграции органического цикла Ренкина (ORC) в существующее судно для утилизации теплоты выхлопных газов главных и вспомогательных двигателей (AE). Экспериментальные данные двигателей круизного судна M/S Birka Stockholm регистрировались во время рейсов между портами Стокгольм и Мариехамн в течение 4 недель. Судно оснащено четырьмя главными двигателями (ME) Wärtsilä мощностью 5850 кВт для движения и четырьмя вспомогательными двигателями мощностью 2760 кВт, используемыми для выработки электроэнергии. В зависимости от скорости судна были выделены шесть режимов нагрузки двигателей. Диапазон скорости 12–14 kn был принят в качестве расчетного режима ORC, поскольку он наблюдался более чем в течение 34% времени эксплуатации. В исследовании средние значения температур выхлопных газов и массовых расходов двигателей для каждого режима нагрузки использовались в качестве исходных данных для модели ORC. Основные параметры ORC, включая рабочее тело и конфигурацию турбины, оптимизировались по критериям максимальной чистой выходной мощности и компактности компонентов установки. Результаты показали, что ORC с внутренней регенерацией и бензолом в качестве рабочего тела обеспечивал бы y...