Cieplno-przepływowa analiza pracy elektrociepłowni geotermalnej opartej na obiegu ORC współpracującej z wymiennikiem typu Field

• Autorzy: Wiśniewski Sławomir , Kujawa Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2024.12.2

Warianty tytułu

EN

Thermal-flow analysis of the operation of a geothermal CHP power plant based on the ORC cycle cooperating with a Field-type exchanger

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę pracy elektrociepłowni geotermalnej z niskotemperaturowym obiegiem ORC zasilanym energią geotermalną pozyskiwaną za pośrednictwem głębokiego geotermalnego wymiennika typu Field. W analizowanym układzie elektrociepłowni geotermalnej z niskowrzącym obiegiem ORC ciepło na cele centralnego ogrzewania może być pozyskiwane z pary opuszczającej turbinę układu ORC lub bezpośrednio z wymiennika typu Field. Jak wykazała przeprowadzona analiza takie rozwiązanie umożliwia znaczną regulację strumienia ciepła na potrzeby ogrzewcze, poprzez zmianę zarówno strumienia masowego czynnika grzewczego, jak i jego temperatury. Proponowane rozwiązanie daje również możliwość funkcjonowania układu jako ciepłownia (tylko cele grzewcze), a w przypadku braku zapotrzebowania ciepła na cele ogrzewcze, jako elektrownia (tylko energia elektryczna). Takie podejście zwiększa elastyczność proponowanego rozwiązania i pozwala na lepsze wykorzystanie zasobów energii geotermalnej pozyskiwanej za pomocą wymiennika typu Field. W analizie układu elektrociepłowni geotermalnej uwzględniono zmienność parametrów pracy samego układu ORC dla trzech różnych czynników roboczych (R1234ze, R1234yf i R227ea) oraz zmienną charakterystykę wymiennika geotermalnego (zmiana strumienia wody).

EN

The article presents an analysis of the operation of a geothermal CHP plant with a low-temperature ORC circuit powered by geothermal energy obtained via a deep geothermal Field exchanger. In the analyzed geothermal CHP plant system with a low-boiling ORC circuit, heat for central heating purposes can be obtained from steam leaving the ORC system turbine or directly from the Field exchanger. As the analysis shows, such a solution allows for significant regulation of the heat flux for heating purposes, by changing both the mass flow rate of the heating medium and its temperature. The proposed solution also allows the system to function as a heating plant (only for heating purposes), and in the absence of heat demand for heating purposes, as a power plant (only electricity). This approach increases the flexibility of the proposed solution and allows for better use of geothermal energy resources obtained using a Field exchanger. In the analysis of the geothermal power plant system, the variability of the operating parameters of the ORC system itself for three different working fluids (R1234ze, R1234yf and R227ea) and the variable characteristics of the Field heat exchanger (change of the water flow) were taken into account.

Słowa kluczowe

PL

energia geotermalna; elektrociepłownia geotermalna; obieg ORC; czynnik niskowrzący; wymiennik typu Field

EN

geothermal energy; geothermal power plant; ORC cycle; low-boiling medium; Field-type exchanger

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 12
• Strony: 10--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Wiśniewski Sławomir

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki, Katedra Technologii Energetycznych, Szczecin

• https://orcid.org/0000-0001-5780-5027

autor

Kujawa Tomasz

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki, Katedra Technologii Energetycznych, Szczecin

• https://orcid.org/0000-0001-8168-1167

Bibliografia

• [1] Kotler S., Abandoned oil and gas wells are leaking. <http://www.zcommunications.org/abandoned-oil-and-gas-wells-are-leaking-by-stevenkotler>; 2011
• [2] Templeton J.D., Ghoreishi-Madiseh S.A., Hassani F., Abandoned petroleum wells as sustainable sources of geothermal energy, Energy 70; 366-373, 2014
• [3] Musiał A., Kalina J.: Wykorzystanie przemysłowej energii odpadowej do produkcji energii elektrycznej w układach ORC. INSTAL 5/2019
• [4] Świerzewski M., Kalina J.: Optymalizacja doboru mocy elektrociepłowni biomasowej z modułem ORC w projekcie modernizacji ciepłowni komunalnej z kotłami węglowymi typu WR 12/2019 Instal s. 14-8; DOI 10.36119/15.2019.12.1
• [5] Kaczmarek Radomir, Stachel Aleksander A. (2015). Zastosowanie siłowni ORC w instalacji regazyfikacji LNG. Instal nr 2/2015, str. 19-23
• [6] Imran M., Usman M., Park B.S., Yang Y., Comparative assessment of Organic Rankine Cycle integration for low temperature geothermal heat source applications, Energy, 102, (2016), 473-490
• [7] Wiśniewski, S., Borsukiewicz-Gozdur, A., The influence of vapor superheating on the level of heat regeneration in a subcritical ORC coupled with gas power plant. Archives of Thermodynamics, 31 (2010), nr 3, s. 185-199
• [8] Kujawa T., Modelowanie geotermalnych wymienników ciepła typu Field - pozyskiwanie ciepła geotermalnego, Wyd. Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin 2019
• [9] Kujawa T., Nowak W., Influence of the geothermal heat exchanger length (in single bore-hole acquisition system) on its characteristics, Archives of Thermodynamics 26(2): 17-27, 2005
• [10] Kujawa T., Nowak W., Stachel A., Heat-flow characteristics of one-hole and two-hole systems for winning geothermal heat, Applied Energy 74(1-2): 21-31, 2003
• [11] Lykov A.V., Michajlov J.A: Teorija tieplo i masopierenosa, Gosenergoizdat, 1963
• [12] Nowak W., Borsukiewicz-Gozdur A., Wiśniewski S., Influence of working fluid evaporation temperature in the near-critical point region on the effectiveness of ORC power plant operation, Archives of Thermodynamics Vol. 33, no 3 (2012), pp. 77-87
• [13] NISIT. RefProp 9.0, Standard Reference Data-base 23, Version 9.0, 2010, Reference Fluid Therodynamic and Transport Properties. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA