Energy and exergy evaluation of tri-generation system based on natural gas fired micro-turbine - a case study

• Autorzy: Gąsiorowski Piotr , Mróz Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2023.11.1

Warianty tytułu

PL

Ocena energetyczna i egzergetyczna systemu tri-generacyjnego opartego o mikroturbinę gazową - studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The need of significant reduction of energy supply to building sector joined with new European Union regulations, known as Green Deal, requires application of energy and exergy efficient solutions of energy production and distribution. One of the feasible options is use of co-generation and tri-generation energy systems in the small scale. The article presents the study on application of natural gas fired tri-generation system based on gas fired micro-turbine. The system consists of natural gas fired micro-turbine and heat exchanger which produces heat for space heating and ventilation and for cooling energy production in single stage absorption water chiller. The system operates whole year providing fixed electricity production - electrical power N_El, and heating/cooling energy production varying depending on building requirements. As a case study small office building of 1632 m² useable area has been chosen. Energy and exergy models of evaluated system have been presented. It has been found that annual average energy and exergy efficiencies of the system are low - 0,339 and 0,247 respectively. It is due to the limited utilization of enthalpy and exergy of flue gas in heat exchanger.

PL

Konieczność znaczącego ograniczenia potrzeb energetycznych budynków związana z najnowszą strategią Unii Europejskiej znaną jako Zielony Ład, wymaga stosowania efektywnych energetycznie rozwiązań w zakresie produkcji i dystrybucji energii. Jedną z możliwych do realizacji opcji jest wykorzystanie systemów ko-generacyjnych i tri-generacyjnych małej mocy. W artykule przedstawiono studium zastosowania układu tri-generacyjnego małej mocy opartego o mikroturbinę gazową. Układ składa się z mikroturbiny gazowej z wymiennikiem ciepła dostarczającym ciepło do układu ogrzewania i wentylacji budynku oraz absorpcyjnej jednostopniowej wytwornicy wody lodowej. Układ pracuje przez cały rok zapewniając stałą produkcję mocy elektrycznej - N_El, i produkcję mocy cieplnej/chłodniczej zależną od potrzeb budynku. Jako studium przypadku przyjęto mały budynek biurowy o powierzchni użytkowej 1632 m². Dla potrzeb analizy stworzone zostały modele energetyczny i egzergetyczny układu. Wyniki analizy wykazały niską średnioroczną sprawność energetyczną i egzergetyczną układu - odpowiednio 0,339 i 0,247. Jest to związane z ograniczonym wykorzystaniem entalpii i egzergii spalin przepływających przez wymiennik ciepła.

Słowa kluczowe

EN

energy analysis; exergy analysis; CHCP systems

PL

analiza energetyczna; analiza egzergetyczna; systemy CHCP

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 11
• Strony: 9--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Gąsiorowski Piotr

• Poznań University of Technology, Institute of Environmental Engineering and Building Installations, Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska i Instalacji Budowlanych, Poznań, Poland

autor

Mróz Tomasz

• Poznań University of Technology, Institute of Environmental Engineering and Building Installations, Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska i Instalacji Budowlanych, Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2129-9198

Bibliografia

• [1] Wu Q., Ren H., Gao W., Ren J.: Multi-criteria assessment of combined cooling, heating and power systems located in different regions in Japan, Applied Thermal Engineering, 73, 2014, pp. 660-670.
• [2] Wang J., Wu J., Zheng Ch.: Analysis of tri-generation system in combined cooling and heating mode, Energy and Buildings, 72, 2014, pp. 353-360.
• [3] Seyfouri Z., Ameri M., Mehrabian M.A.: Exergo-economic analysis of a low-temperature geothermal-fed combined cooling and power system, Applied Thermal Engineering, 145, 2018, pp. 528-540.
• [4] Pantaleo A.M., Camporeale S.M., Markides Ch.N., Mugnozza G.S.: Energy Performance and Thermo-economic Assessment of a Microturbine-based Dual-fuel Gas-biomass Tri-generation System, Energy Procedia 2017, 105:764-72, DOI:10.1016/j.egypro.2017.03.387
• [5] Liu Zh., Yang X., Liu X., Wang W., Yang X.: Evaluation of a tri-generation system based on adiabatic compressed air energy storage and absorption heat pump: Thermodynamic analysis, Applied Energy, 300, 2021, 117356.
• [6] Vasiliev L., Filatova O., Tsitovich A.: The way to increase the efficiency of new power sources, HEXAG&PIN Online Newsletter 2011, http://www.pinetwork.org/newsletter/articles/vasiliev.html, dostęp 2023-08-02.
• [7] Adhami H., Khalilarya Sh., Jafarmadar S., Ebrahimi M.: Thermodynamic feasibility study of a suggested portable personal micro tri-generation system based on micro-gas turbine and micro-absorption chiller, Applied Thermal Engineering, 144, 2018, pp. 45-58.
• [8] Gąsiorowski P.: Ocena egzergetyczno-ekonomiczna systemu tri-generacyjnego z mikroturbiną gazową, Praca magisterska, Politechnika Poznańska, 2022 r. (in Polish).
• [9] Mróz T.M.: Thermodynamic and economic performance of the LiBr-H2O single stage absorption water chiller, 26, 2006, pp. 2103-2109.
• [10] Mróz T.M.: Energy management in built environment. Tools and evaluation procedures. Publishing House of Poznan University of Technology, 2022, 175 pp.
• [11] Szargut J., Petela R.: Egzergia, PWN Warszawa, 1965 (in Polish).
• [12] Szargut J.: Sequence method of determination of partial exergy losses in thermal systems, Exergy, an International Journal, 1, 2001, pp. 85-90.
• [13] Wang S.P., Chen Q.L., Yin Q.H., Hua B.: A phenomenological equation of exergy transfer and its application, Energy, 30, 2005, pp. 85-95.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).