Artykuł przedstawia projekt wykorzystania potencjalnych zasobów geotermalnych w mieście i gminie Buk. W pierwszych rozdziałach przedstawione są warunki geotermalne dla analizowanego regionu oraz potencjalne zbiorniki geotermalne umożliwiające efektywną eksploatacje wód termalnych. W mieście Buk są to zbiorniki jury dolnej, triasu dolnego oraz permu dolnego. Przedstawiona została głębokość technologia wykonania dwuotworowego systemu dubletu geotermalnego. W kolejnych rozdziałach przedstawione są technologie sprężarkowych pomp ciepła umożliwiające maksymalizację wykorzystania ciepła geotermalnego. Na zakończenie przedstawione są potencjalne moce cieplne uzyskane z odwiertu i potencjalny efekt ekologiczny.
EN
The paper presents the potential use of geothermal resources in the town and municipality of Buk. The first chapters present the geothermal conditions for the analyzed region and the potential geothermal reservoirs for the efficient exploitation of thermal water. In the town of Buk, these are the Lower Jurassic, Lower Triassic and Lower Permian reservoirs. The technology of a two-hole geothermal doublet system is presented. In the following chapters, compressor heat pump technologies for maximizing the use of geothermal heat are presented. Finally, the potential heat capacities obtained from the borehole and the potential environmental effect are presented.
Artykuł przedstawia projekt wykorzystania potencjalnych zasobów geotermalnych w mieście i gminie Buk. W pierwszych rozdziałach przedstawione są warunki geotermalne dla analizowanego regionu oraz potencjalne zbiorniki geotermalne umożliwiające efektywną eksploatacje wód termalnych. W mieście Buk są to zbiorniki jury dolnej, triasu dolnego oraz permu dolnego. Przedstawiona została głębokość i technologia wykonania dwuotworowego systemu dubletu geotermalnego. W kolejnych rozdziałach przedstawione są technologie sprężarkowych pomp ciepła umożliwiające maksymalizację wykorzystania ciepła geotermalnego. Na zakończenie przedstawione są potencjalne moce cieplne uzyskane z odwiertu i potencjalny efekt ekologiczny.
EN
The paper presents the potential use of geothermal resources in the town and municipality of Buk. The first chapters present the geothermal conditions for the analyzed region and the potential geothermal reservoirs for the efficient exploitation of thermal water. In the town of Buk, these are the Lower Jurassic, Lower Triassic and Lower Permian reservoirs. The technology of a two-hole geothermal doublet system is presented. In the following chapters, compressor heat pump technologies for maximizing the use of geothermal heat are presented. Finally, the potential heat capacities obtained from the borehole and the potential» environmental effect are presented.
W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące pracy zasobnika ciepła w złożonym systemie grzewczym. Przeanalizowano dynamikę zasobnika ciepła, biorąc pod uwagę procesy wytwarzania ciepła w złożonej strukturze zasilania w ciepło. Jako systemy grzewcze doprowadzające ciepło do zasobnika ciepła przeanalizowano zintegrowany obieg ORC i pompę ciepła. Wykonano analizę CFD procesów konwekcyjnych zachodzących w zasobniku ciepła. Przedstawiono również badania eksperymentalne zasobnika ciepła podczas jego eksploatacji periodycznej oraz podczas procesu magazynowania ciepła.
The use of waste heat in many branches of industry is limited due to temperature in the range of 30 to 100°C. One of the methods of using waste heat are devices that implement the Organic Rankine Cycle (ORC). In currently used ORC systems, the heat source temperature is at least 80oC, while the low temperature heat source (usually atmospheric air) has a temperature of 30oC. The work analyzes the influence of the organic fluids properties on the performance of the proposed installation driven by the waste heat and working based on the ORC. The basic operation parameters in nominal conditions were determined for three selected natural refrigerants R290, R600a, R717 and one synthetic R245fa. The condensing temperature 30oC were defined as a nominal value. The research results compare how the generated electric power will change depending on the temperature difference between the temperature of the heat source and the temperature of evaporation. It turns out that for a device with finite dimensions, the maximum power is obtained for a specific evaporation temperature. And this is not the highest temperature that can be achieved. The highest evaporation temperature allows for the highest efficiency of the system, but not the maximum of capacity.
W artykule przedstawiono przegląd metod niekonwencjonalnych systemów odzysku ciepła. Opisano możliwości odzysku ciepła z wykorzystaniem układów absorpcyjnych, sprężarkowych oraz ORC. Przybliżono również klasyczne metody odzysku ciepła z procesu spalania. Zastosowanie metod konwencjonalnych oraz niekonwencjonalnych odzysku ciepła sprzyja poprawie efektywności energetycznej realizowanych procesów. Odzysk ciepła pozwala również zmniejszyć zużycie coraz droższych paliw kopalnych oraz redukuje negatywny wpływ na środowisko naturalne.
The trend of utilization of low-grade thermal energy gain huge attention due to increase in energy demand and depletion of conventional resources of energy. Low grade energy can be used in ORC-VCR cycle for refrigeration purpose. In the present work, to improve the performance a modified ORC-VCR cycle, recuperator and reheater are integrated in the cycle. The thermodynamic analysis of the modified system has been conducted with R600a, R600, R290 and R1270 as working fluids under various operating conditions viz. evaporator temperature, condenser temperature, boiler exit temperature. Different parameters evaluated to assess the performance are overall COP, mass flow rate per kW cooling capacity, expansion ratio and compression ratio. From the analysis, butane is found as a best choice for the modified ORC–VCR cycle. It was found that for the modified ORC-VCR cycle at boiler exit temperature of 90°C and condenser temperature 40°C has system COP of 0.5542 with butane, which is 7.1% and 18% higher than that of ORC-VCR cycle with recuperator and simple ORC-VCR cycle, respectively.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents results of a parametric analysis of a high-temperature nuclear-reactor cogeneration system. The aim was to investigate the power efficiency of the system generating heat for a high-temperature technological process and electricity in a Brayton cycle and additionally in organic Rankine cycles using R236ea and R1234ze as working fluids. The results of the analyses indicate that it is possible to combine a 100 MW high-temperature gas-cooled nuclear reactor with a technological process with the demand for heat ranging from 5 to 25 MW, where the required temperature of the process heat carrier is at the level of 650◦C. Calculations were performed for various pressures of R236ea at the turbine inlet. The cogeneration system maximum power efficiency in the analysed cases ranges from ~35.5% to ~45.7% and the maximum share of the organic Rankine cycle systems in electric power totals from ~26.9% to ~30.8%. If such a system is used to produce electricity instead of conventional plants, carbon dioxide emissions can be reduced by about 216.03–147.42 kt/year depending on the demand for process heat, including the reduction achieved in the organic Rankine cycle systems by about 58.01–45.39 kt/year (in Poland).
In most production plants, waste heat is usually discharged into the environment, contributing to a reduction in the energy efficiency of industrial processes. This is often due to the low thermal parameters of the carriers in which this energy is contained, such as oils, water, exhaust gases or other post-process gases, which means that their use for electricity production in a conventional Rankine cycle may prove to be economically unprofitable. One of the technologies enabling the use of lowand medium-temperature waste heat carriers is the organic Rankine cycle (ORC) technology. The paper present results of calculations performed to evaluate potential electricity production in ORC using waste heat from a natural gas-fired glass melting furnace. The analysis was carried out assuming the use of a single-stage axial turbine, whose efficiency was estimated using correlations available in the literature. The calculations were carried out for three working fluids, namely hexamethyldisiloxane, dimethyl carbonate, and toluene for two scenarios, i.e. ORC system dedicated only to electricity production and ORC system working in cogeneration mode, where heat is obtain from cooling the condenser. In each of the considered cases, the ORC system achieves the net power output exceeding 300 kW (309 kW for megawatts in the cogenerative mode to 367 kW for toluene in the non-cogenerative mode), with an estimated turbine efficiency above 80%, in range of 80,75 to 83,78%. The efficiency of the ORC system, depending on the used working fluid and the adopted scenario, is in the range from 14.85 to 16.68%, achieving higher efficiency for the non-cogenerative work scenario.
The paper presents the results of energy and environmental evaluation of geothermal CHP plant. The variant of CHP plant based on Organic Rankine Cycle (ORC) has been taken into consideration as the most favorable for the geothermal conditions prevailing in Poland. The existing geothermal well located in the city of Konin in Greater Poland (Wielkopolska) voivodship has been chosen as the case study. The conceptual design of CHP plant has been proposed and evaluated from energy and environmental point of view. The non-renewable primary energy consumption has been chosen as energy performance criterion. In the case of environmental performance carbon dioxide emission has been taken as evaluation criterion. The analysis has been performed for different operating conditions and three working fluids. The best energy performance can be spotted for working fluid R123, for which the reduction varies between 15200 and 11900 MWh/a. The working fluid R134a has a worse energy performance, which allows for the reduction of fossil fuels energy consumption in the range of 15000 and 11700 MWh/a. The total reduction of CO2 emission is the highest for working fluid R123: 5300 to 4150 MgCO2/a, the medium one for working fluid R134a: 5200 to 4100 MgCO2/a and the lowest for working fluid R227: 5000 to 4050 MgCO2/a. It has been shown that the construction of geothermal CHP plants based on Organic Rankine Cycle can be reasonable solution in Polish conditions. It is important concerning the need of reduction of fossil fuels primary energy consumption and carbon dioxide emission.
W artykule przedstawiono przegląd silników cieplnych małej mocy mających potencjalne zastosowanie w procesach utylizacji ciepła odpadowego. Scharakteryzowano kilka najbardziej popularnych obecnie technologii takich jak: mikroturbiny parowe, ekspandery typu „vane”, ekspandery zębate, ekspandery śrubowe oraz silniki Stirlinga. Podano podstawowe informacje dotyczące zasady działania, budowy, konstrukcji oraz zakresów i parametrów pracy. Dokonano również przeglądu dostępnych komercyjnie jednostek oraz przedstawiono przykłady instalacji współpracujących z tymi jednostkami. Przedstawiono również krajowe osiągnięcia w przypadku projektowania bądź opracowywania nowych technologii związanych z silnikami cieplnymi, głównie mikroturbinami oraz ekspanderami zębatymi. Podstawowe parametry zaprezentowano zbiorczo, tabelarycznie.
EN
The article presents an overview of low power heat engines that are potentially applicable in waste heat utilization processes. Several currently popular technologies have been characterized, such as: steam microturbines, "vane" expanders, lobe expanders, screw expanders and Stirling engines. Basic information on the principle of operation, construction as well as ranges and parameters of work is given. A review of commercially available units was also carried out and examples of installations cooperating with these units were presented. National achievements in the design or development of new technologies related to heat engines, mainly microturbines and rotary lobe expanders are also presented. The basic parameters are presented collectively, in tabular form.
Artykuł zawiera przegląd informacji na temat możliwości wykorzystania organicznych obiegów Rankine’a (ORC) do konwersji nisko- i średniotemperaturowego ciepła odpadowego w energię elektryczną. Przedstawiono rynek urządzeń ORC, obszar ich zastosowań, producentów oraz podstawowe parametry techniczne systemów do odzysku ciepła opartych na organicznych obiegach Rankine’a. Omówiono budowę i zasadę działania obiegu ORC, problemy związane z doborem czynnika roboczego i maszyny ekspansyjnej - kluczowe z punktu widzenia dopasowania urządzenia do rodzaju i parametrów źródła ciepła. Przedstawiono również orientacyjne koszty urządzeń ORC, jak również możliwości uzyskania dofinansowania inwestycji ze środków NFOŚiGW w instalacje wykorzystujące ORC do poprawy efektywności energetycznej.
EN
The article contains an overview of Organic Rankine Cycles (ORC) used to convert low and medium temperature waste heat into electric power. The market of ORC devices, the area of their applications, producers and basic technical parameters of heat recovery systems based on Organic Rankine cycles are presented. The ORC structure and principle of operation were discussed. The problem of working fluid selection and the expansion machine features were also considered as they are relevant to adjust the ORC device to the kind and parameters of the heat source. The approximate costs of ORC modules were also presented as well as the possibility of obtaining co-financing for investments from the NFOŚiGW funds into installations using ORC to improve energy efficiency.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Many fossil fuel fired municipal heating plants have been upgraded to cogeneration systems through installation of biomass fired cogeneration modules. This paper shows the effects of installing an Organic Rankine Cycle (ORC) technology based module in a plant with coal fired water boilers. Current problems related to operation of the integrated system are presented and discussed. Special attention is given to the volatility of the main operational parameters, which impacts the economic performance of the project. With a view to enhancing performance, new equipment such as heat storage and a district heating water cooler are proposed and examined. A mathematical simulation model and optimization algorithm for thermal energy storage capacity sizing were developed using the commercial software EBSILON® Professional. The model was calibrated and validated with real measurement data from the SCADA system of the plant. Results of simulations revealed potential annual financial benefits related to savings of chemical energy of fuels and selling excess electricity on the balancing market. The results of these simulations prove that proposed modifications of the technological system structure could be a good option for increasing investment profitability at the current level of fuel and energy prices.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Technologia organicznego obiegu Rankine’a (ORC) od dwóch dekad zyskuje coraz większe zainteresowanie, któremu odpowiada rosnąca oferta komercyjna. Z drugiej strony jednakże rozproszone elektrownie i elektrociepłownie ORC są obecnie budowane głównie w krajach Europy zachodniej. Technologia ORC najczęściej znajduje zastosowanie w wykorzystaniu energii geotermalnej oraz przemysłowej energii odpadowej. W Polsce znalazła ona zastosowanie wyłączenie w układach elektrociepłowni opalanych biomasą. W niniejszej pracy podjęto próbę oceny możliwości i uwarunkowań wykorzystania technologii ORC do zagospodarowania przemysłowej energii odpadowej. Z uwagi na zakres omawianej problematyki pracę podzielono na trzy części poświęcone odpowiednio zagadnieniom technologicznym, ocenie potencjału przemysłowej energii odpadowej oraz opłacalności projektów. W niniejszym artykule przedstawiono podstawowe rozwiązania technologiczne do odzysku energii odpadowej, ze w szczególnym omówieniem technologii ORC. Przedstawiono uwarunkowania wynikające z charakterystyki procesu termodynamicznego. Dokonano przeglądu komercyjnej oferty producentów, dostępnych mocy urządzeń, rozwiązań technicznych oraz liczby zrealizowanych projektów.
EN
The Organic Rankine Cycle (ORC) technology has been gaining more and more interest for the last two decades. This has been corresponding with a growing commercial offer. However, on the other hand, distributed power and cogeneration ORC plants have been so far mainly built in Western European countries. ORC technology is most commonly used in the utilization of geothermal energy, biomass and industrial waste energy. In Poland, the technology has been implemented only in biomass-fired cogeneration plants. This paper attempts to evaluate the possibilities and conditions of using ORC technology for industrial waste energy recovery. This article presents basic technological solutions for waste energy recovery, with a special discussion of ORC technology. There have been presented and discussed conditions resulting from the characteristics of the thermodynamic process. There have been also reviewed commercial offer of manufacturers, characteristics of available equipment, technical solutions and the number of completed projects in the field of waste heat recovery.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Problemem omawianym w niniejszej pracy jest optymalny dobór opalanej biomasą jednostki kogeneracyjnej opartej na technologii ORC do istniejącej ciepłowni miejskiej opalanej węglem. W zadaniu uwzględnia się określone dla miejsca instalacji ograniczenia techniczne, ekonomiczne i ekologiczne. Jako przypadek referencyjny przyjęto ciepłownię komunalną w Krośnie. W oparciu o doświadczenia operacyjne zainstalowanej tam jednostki kogeneracyjnej przeprowadzono badania optymalizacyjne w celu zbadania wpływu aktualnych warunków ekonomicznych i prawnych na optymalny dobór mocy układu kogeneracyjnego. Uwzględniono różne ceny energii elektrycznej, biomasy i węgla oraz wpływ ceny EUA (European Emission Allowance).
EN
The problem discussed in this paper is optimal sizing of biomass-fired ORC cogeneration unit into existing coalfired district heating plant under given site-specific technical, economic and ecological constraints. In this paper the municipal heating plant in Krosno is taken into account as the reference case. Basing on the operational experiences from this unit an optimisation study has been performed in order to examine the influence of current economic and legal conditions on the optimal design characteristics of the plant. Different electricity, biomass and coal prices are taken into account as well as the influence of the EUA (European Emission Allowance) price is examined.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Z produkcją przemysłową związane są straty energii. Istotnym kierunkiem w dążeniu do poprawy efektywności energetycznej produkcji przemysłowej jest wykorzystanie dostępnej energii odpadowej. Z drugiej strony, o możliwości jej użytecznego zagospodarowania w miejscu występowania decyduje między innymi zapotrzebowanie na nośniki energii, które mogłyby zostać zastąpione przez energię odpadową. Jednym z takich nośników jest energia elektryczna, która może zostać wykorzystana zarówno w miejscu wytwarzania, jak i wyprowadzona do zewnętrznej, rozległej sieci elektroenergetycznej. Nie wszystkie jednak zasoby energii odpadowej mogą zostać wykorzystane do wytwarzania energii elektrycznej. O możliwości wytwarzania energii elektrycznej decydują przede wszystkim parametry termodynamiczne nośnika, takie jak temperatura i ciśnienie, w odniesieniu do warunków otoczenia. W niniejszym artykule przedstawiono podstawową charakterystykę i klasyfikację ciepła odpadowego. Omówiono także przyjętą metodologię szacowania dostępnego potencjału ciepła odpadowego. Dokonano oszacowania potencjału dostępnego w poszczególnych gałęziach polskiego przemysłu w zależności od nośnika i jego temperatury. Oszacowano również potencjał produkcji energii elektrycznej w rozproszonych układach w technologii organicznego obiegu Rankine’a (ORC).
EN
Energy losses are associated with industrial production. An important direction in striving to improve the energy efficiency of industrial production is the use of available waste energy. On the other hand, the demand for energy carriers, which could be replaced by waste energy, determines the possibility of its use in the place of its occurrence. One of such carriers is electricity, which can be used both in the place of production and exported to an external, power grid. However, not all waste energy resources can be used to generate electricity. The ability to generate electricity is primarily determined by the thermodynamic parameters of the carrier, such as temperature and pressure, in relation to the ambient conditions. This article presents the basic characteristics and classification of waste heat. The adopted methodology for estimating the available potential of waste heat is also discussed. The potential available in particular branches of Polish industry depending on the medium and its temperature was estimated. The potential of electricity production in distributed Organic Rankine Cycle systems (ORC) was also estimated.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Technologia ORC (Organic Rankine Cycle – Organiczny obieg Rankine’a) postrzegana jest jako jedna z najlepszych metod pozwalających na przekształcenie nisko– i średniotemperaturowych zasobów ciepła odpadowego w energię elektryczną. W niniejszej pracy przedstawiono przykłady wdrożeń układów ORC w zakresie wykorzystania ciepła odpadowego w przemyśle. Przeprowadzono również szczegółową analizę współpracy układu ORC z silnikiem spalinowym zasilanym gazem z odmetanowywania kopalni. Na tym przykładzie omówiono kluczowe zagadnienia technologiczne i ekonomiczne z uwzględnieniem korzyści energetycznych i środowiskowych.
EN
The ORC (Organic Rankine Cycle) technology is perceived as one of the best methods for transforming of low– and medium-grade waste heat resources into electricity. This paper presents examples of the implementation of ORC systems in the field of waste heat utilization in industry. A detailed analysis of the cooperation of the ORC system with the combustion engine fueled with coalbed methane was also carried out. On this example, key technological and economic issues were discussed, including energy and environmental benefits.
The purpose of the work was to experimentally determine the characteristics of the prototype of a Roto-Jet pump (the Pitot tube pump) during its operation under conditions typical for the domestic micro power plant. The low-boiling fluid, sold under the trade name of HFE7100 and characterised by a zero ozone depletion potential (ODP) coefficient, was used as a working medium in the organic Rankine cycle (ORC). An electric thermal oil heater with a maximum power of 2×24 kWe was used as a heat source. The pump of Roto-Jet type was specially designed for the operation with the following rated parameters of the thermodynamic cycle: nominal flow rate of the working fluid 0.17 kg/s, operating pressure 1.2 MPa. The pump was put under load using an expansion valve that simulated the operation of an expansion machine. The article discusses thermodynamic and flow conditions to be met by the pumping engine as well as results of the experimental research. Moreover, the article includes the operational characteristics of the ORC installation and the Roto-Jet pump obtained during the operation with the target working medium – HFE7100. The engineering problems the authors of this article faced when designing and testing the pumping engine prototype are also presented.
Turbine stages can be divided into two types: impulse stages and reaction stages. The advantages of one type over the second one are generally known based on the basic physics of turbine stage. In this paper these differences between mentioned two types of turbines were indicated on the example of single stage turbines dedicated to work in organic Rankine cycle (ORC) power systems. The turbines for two ORC cases were analysed: the plant generating up to 30 kW and up to 300 kW of net electric power, respectively. Mentioned ORC systems operate with different working fluids: DMC (dimethyl carbonate) for the 30 kW power plant and MM (hexamethyldisiloxane) for the 300 kW power plant. The turbines were compared according to three major issues: thermodynamic and aerodynamic performance, mechanical and manufacturing aspects. The analysis was performed by means of the 0D turbomachinery theory and 3D computational aerodynamic calculations. As a result of this analysis, the paper indicates conclusions which type of turbine is a recommended choice to use in ORC systems taking into account the features of these systems.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.