Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Gąsiorowski Piotr, Mróz Tomasz

Instal

|

2023

|

nr 11

9--13

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 NEl, 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 - NEl, 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.

2

Analiza egzergetyczna chłodziarek pracujących w elektrycznych kriokomorach ogólnoustrojowych

Dorosz Paweł

Zeszyty Energetyczne

|

2019

|

T. 6

1--16

PL

Krioterapia ogólnoustrojowa jest coraz powszechniej stosowanym zabiegiem, który polega na przebywaniu w komorze, w której panuje temperatura poniżej -100°C. Kriokomory podzielić można na dwie kategorie: komory zasilane ciekłymi gazami oraz kriokomory zasilane energią elektryczną. W przypadku kriokomór elektrycznych, do wytworzenia mocy chłodniczej wykorzystuje się obecnie głównie chodziarki kaskadowe. W artykule zaproponowano zastosowanie chłodziarki Joule’ a-Thomsona (J-T) zasilanej mieszaniną gazów, zamiast chłodziarki kaskadowej. Przeprowadzono analizę egzergetyczną dwóch chłodziarek, z uwzględnieniem strat w poszczególnych komponentach. Sprawność egzergetyczna chłodziarki kaskadowej i chłodziarki J-T, która wytwarza moc chłodniczą w kriokomorze, dla przyjętych warunków roboczych w obu przypadkach wynosi ok. 24%. Przy tej samej sprawności egzergetycznej, chłodziarka J-T zasilana mieszaniną gazów cechuje się prostszą budową, a przez to większą niezawodnością. Ponadto, koszt wytworzenia tej chłodziarki jest niższy (mniej komponentów), dlatego wykorzystanie tej chłodziarki do wytwarzania mocy chłodniczej w kriokomorze ogólnoustrojowej wydaje się być uzasadnione.

3

Exergetic, environmental and economic assessment of sugarcane first-generation biorefineries

Silva Ortiz Pablo A., Flórez-Orrego Daniel, Oliveira, Jr Silvio de, Maréchal François, Maciel Filho Rubens

Journal of Power Technologies

|

2019

|

Vol. 99, nr 2

67--81

EN

First generation ethanol (1G) contributes to the majority of the ethanol produced worldwide, predominantly centered on corn and sugarcane. Nevertheless, several issues are regularly highlighted concerning the long-term sustainability of this technology, including its intensive water and land use, potential contamination of soils through the distillation residues, as well as the balance between fuel and food crops. Accordingly, in this study, a process design approach for biomass to ethanol production (1G ethanol technology) from sugarcane was performed by using Aspen Plus® software, based on the autonomous distillery (AUT, ethanol production) and the annexed plant (ANX, joint ethanol and sugar production) configurations. In addition, a performance comparison in respect to the exergy efficiency and the irreversibility as quality indicators of the conversion processes is carried out to identify potential improvements in the production facilities. Hence, the shortcomings of the techno-economic assessment of ethanol production can be overcome by using exergy efficiency as a suitable indicator for process performance. Moreover, the technical/sustainability aspects related to the process design of the sugarcane biorefineries are discussed in light of the renewability exergy index (λ). In general, the ANX plant has a saving in the process irreversibility rate of about 6%, whereas the average unitary exergy cost is 10% lower (AUEC= 2.41 kJ/kJ), in contrast to the AUT distillery. Moreover, a techno-economic analysis was carried out to assess the annexed plant and the autonomous distillery systems, considering the estimated capital expenditure. The results indicated that the ANX biorefinery has higher capex than the AUT distillery. It is noted that the higher investments are associated with sugarcane reception, ethanol production (juice extraction) and the combined heat and power sub-systems. Concerning system performance, the ANX plant presented a better overall exergy efficiency, with 41.39 %. Although this multi-criteria analysis is applied to 1G ethanol technology; it may be well-matched for various biorefineries/bioprocesses as a methodology to support decision-making as concerns potential improvement, well ahead of detailed process design.

4

Effect of variation of operational regimes in building environment on results of its energy and exergy assessments

Voloshchuk V.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2017

|

No. 24(1)

147--160

EN

For further development of the dynamic exergy analysis within built environment the work proposes to take into account stochastic nature of variations of operational regimes. Using the probability theory and statistics methods, the set of parameters considered as relevant for uncertainty conditions are presented. It is shown that characteristics of buildings (insulation, window performance, heat recovery, etc.) and type of the heating system have undoubtedly a strong influence not only on the energy/exergy demand and consumption but also on the sensitivity of the energy/exergy parameters to variations of external conditions. According to the results obtained after implementations of energy efficient solutions coefficient of variation of energy/exergy-based parameters can be increased up to two times.

PL

Jedną z podstawowych cech układów ogrzewania budynków jest ich zmienność działania. Przemiany w procesie ogrzewania budynku uwarunkowane są głównie czynnikami klimatyczno-pogodowymi (temperatura, promieniowanie słoneczne, prędkość wiatru, ciśnienie, wilgotność, itp), i są o charakterze losowym. Egzergetyczne cechy takich systemów w dużej mierze zależą od zmian parametrów środowiskowych. W celu dalszego rozwoju dynamicznej analizy egzergetycznej systemów ogrzewania budynków w pracy naukowej uwzględniony został stochastyczny charakter zmienności ich działania. Biorąc pod uwagę teorię prawdopodobieństwa i metody statystyki matematycznej, zostały zaproponowane kryteria, które uwzględniają te zmienności. W przypadku zależności nieliniowej pomiędzy argumentami i funkcjami, co jest charakterystycznym dla wskaźników egzergetycznych, uśrednienie wartości funkcji, a nie funkcji średnich wartości argumentów powinno być wykorzystywane do analizy. Uwarunkowano, że charakterystyka budynków (typ konstrukcji, system odzyskiwania energii, itp.) i typ systemu grzewczego wpływają nie tylko na potrzeby energii i egzergii, ale również na ich wrażliwość na zmiany warunków zewnętrznych. Z badania wynika, że po wdrożeniu rozwiązań energooszczędnych zmienność parametrów egzergetycznych oraz energetycznych może być zwiększona dwukrotnie. W pracy zaprezentowano wyniki stosowania dynamicznej analizy do oceny egzergonomicznej.

5

Zagospodarowanie ciepła odpadowego z biogazowych agregatów kogeneracyjnych w oczyszczalni ścieków

Bajor M., Wajs J., Mikielewicz D.

Rynek Energii

|

2016

|

Nr 4

22--30

PL

W pracy opisano koncepcję współpracy biogazowych modułów kogeneracyjnych z niskotemperaturowym obiegiem parowym. Proponowana modernizacja pozwoliłaby na wykorzystanie entalpii fizycznej spalin, tym samym zwiększając sprawność urządzeń wytwarzających ciepło i energię elektryczną. Tego typu rozwiązanie umożliwiłoby częściowe pokrycie zapotrzebowania własnego na energię elektryczną, generując oszczędności w przedsiębiorstwie. W artykule przedstawiono koncepcję wykorzystania ciepła odpadowego w obiegu Clausiusa Rankine'a z turbiną kondensacyjną. Dodatkowo jako alternatywną formę zagospodarowania ciepła odpadowego rozważono zastosowanie organicznego obiegu Rankine'a (ORC), w którym jako czynnik roboczy zaproponowano alkohol etylowy. Dla przedstawionego rozwiązania wykonano analizę termodynamiczną i egzergetyczną oraz zaprezentowano wstępną ocenę ekonomiczną i ekologiczną proponowanej modernizacji.

EN

In the paper the idea of combined operation of the biogas CHP module with the low-temperature cycle is presented. The proposed modernization would allow utilization of exhaust gases enthalpy to increase efficiency of thermal and electrical energy production. This solution allows partial covering of the local electricity demand and at the same time causes savings and unloads the electrical power system. The article presents the concept of the waste heat utilization in Rankine cycle with a condensing turbine. Additionally, Organic Rankine Cycle (ORC) with ethanol as a working fluid was considered as an alternative form of waste heat. For the modernization thermodynamic and exergy analyses were carried out. Some basic economical and ecological indicators were also discussed.

6

Układy gazowo-parowe z CO2 jako czynnikiem roboczym

Lepszy S., Chmielniak T.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 87 [291], nr 2

127--134

PL

W procesie rozwoju technologii energetycznych istotne miejsce zajmują technologie wykorzystania ciepła odpadowego i technologie wykorzystania ciepła niskotemperaturowego. Jednym z najpopularniejszych obiegów wykorzystywanych w tym celu jest obieg Rankine’a. Wykorzystanie dwutlenku węgla jako czynnika roboczego zarówno w obiegach o ciśnieniu nadkrytycznym, jak i obiegach transkrytycznych cechuje się wieloma zaletami w porównaniu z tradycyjnymi obiegami wykorzystującymi parę wodną. Najistotniejsze z nich są związane z rozmiarami maszyn i urządzeń. Dwutlenek węgla jest również czynnikiem dostępnym, o małym potencjale wpływu na warstwę ozonową w porównaniu z innymi czynnikami organicznymi. W pracy przedstawiono analizę układu gazowo-parowego z CO2 jako czynnikiem roboczym. W szczególności określono podstawowe parametry energetyczne oraz straty egzergii w wymiennikach ciepła.

EN

In the process of the development of energy systems, waste heat recovery and low temperature technologies occupy an important place. One of the most common system used for this purpose is the Rankine cycle. The use of carbon dioxide as the working medium in both the superand sub critical pressure cycles has several advantages compared to traditional steam cycles. The most important advantages are associated with dimensions of machines and equipment. Carbon dioxide is also a common medium, with a low potential impact on the ozone layer as compared to other organic mediums. The paper presents an analysis of different configurations of the gas-steam cycles with CO2 as the working fluid. In particular, the basic parameters of the energy analysis were determined and exergy losses are specified.

7

Analiza egzergetyczna suszenia próżniowego

Skoneczna-Łuczków J., Ciesielczyk W.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 3

400-404

PL

Zaprezentowano wyniki teoretyczno-doświadczalnej analizy suszenia zrębek leszczyny pospolitej w suszarce próżniowej pod kątem minimalizacji nakładów energetycznych. Zastosowano bilansowanie egzergetyczne, które pozwoliło wykazać, jak parametry procesowe wpływają na efektywność suszenia. Wyższe sprawności uzyskano przy wymianie powietrza, dla wyższych wartości podciśnienia w komorze, przy większej masie próbki i dla wyższych nastaw temperatur.

EN

Hazel wood chips (sample mass 120–325 g) were dried in air under lab. conditions at 40–60°C and vacuum 0.05–0.07 MPa for 400 min to det. the exergy efficiency of the process. The efficiency increased with increasing the sample mass, temp., and vacuum. The air exchange during drzing resulted also in increasing the exergy efficiency.

8

Review of hydrogen production technologies for auto-motive sector – thermodynamic analysis of energy and exergy losses

Kowalczyk T., Badur J.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

9232--9237, CD3

EN

Few recent years has shown that hydrogen technology has a good chance to replace petroleum technology in automotive sector. However, hydrogen in pure form practically does not occur on Earth. That is why H2 form is used only as an energy carrier and it must be produced using another source of energy form water or hydrocarbon fuels. In this paper short overview of hydrogen production technology has been presented, with energy and exergy analysis of four chosen technologies. Water and steam splitting using PEM as efficient and technically the simplest methods, SOEC as an industrial high effective thermoelectric process and thermochemical decomposition as non-electric alternative.

PL

W ciągu kilku ostatnich lat udowodniono, że w sektorze motoryzacyjnym technologia wodorowa ma realne szanse zastąpić ropie naftową. Jednakże wodór w stanie wolnym praktycznie nie występuje na Ziemi. Z tego powodu wodór w postaci cząsteczkowej może być traktowany jedynie jako nośnik, a nie źródło energii i musi być wytworzony używając innego źródła energii z wody lub paliw hydrowodorowych. W niniejszej pracy pokrótce zostały przedstawione technologie produkcji wodoru z analizą energetyczną i egzergetyczną czterech z nich. Hydrolizy wody i pary wodnej metodą PEM jako efektywnej i technicznie najprostszej metody, SOFC jako efektywnego procesu termoelektrycznego w skali przemysłowej i termochemicznego rozkładu wody jako alternatywy dla metod wykorzystujących zjawisko elektrolizy.

9

Complex exergy analysis of an integrated oxy-fuel combustion power plant with CO2 transport and storage

Gładysz P., Ziębik A.

Journal of Power Technologies

|

2015

|

Vol. 95, spec.

23--31

EN

The paper presents a method of the complex system exergy analysis, as well as an example of application in the case of an integrated oxy-fuel combustion (OFC) power plant with CO2 transport and storage. Complex exergy analysis consist of (a) local exergy losses, (b) cumulative exergy consumption, (c) cumulative exergy losses and (d) cumulative degree of thermodynamic perfection. The algorithms of the complex system exergy analysis are based on "input-output method" of the direct energy and material consumption. In the structure of the balance we distinguished main products (e.g. electricity), by-products (e.g. nitrogen) and external supplies (e.g. hard coal). The considered system (OFC power plant with CO2 transport and storage infrastructure) consists of seven interconnected modules, viz. boiler island, steam cycle, air separation unit, cooling water and water treatment module, flue gas quality control module, CO2 processing unit and CO2 transport and storage module, among which there also exist feedback relations.

10

Współpraca węglowej ciepłowni miejskiej z obiegiem ORC

Wajs J., Mikielewicz D., Bajor M.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 5

108--115

PL

W artykule przedstawiono rozważania nad koncepcją modernizacji ciepłowni węglowej w wybranym Miejskim Przedsiębior¬stwie Energetyki Cieplnej (MPEC). Koncepcja ta ma na celu współprodukcję energii cieplnej oraz elektrycznej przy wykorzystaniu entalpii fizycznej spalin z kotła WR-10. Tego typu rozwiązanie pozwoliłoby na częściowe pokrycie zapotrzebowania wła¬snego na energię elektryczną, generując oszczędności w przedsiębiorstwie i powodując odciążenie systemu elektroenergetycznego. Do odzysku niskotemperaturowej energii odpadowej wskazano organiczny obieg Rankine’a. Jest to technologia kogeneracyjna objęta Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady (2012/27/UE). Dla zaproponowanego rozwiązania wykonano analizę termodynamiczną i egzergetyczną dla dwóch wybranych czynników roboczych w instalacji ORC (R245fa i alkoholu etylowego). Ponadto przedstawiono podstawowe wskaźniki ekonomiczne zaproponowanego rozwiązania.

EN

In this paper an idea of energetic system facilities modernization is presented. The description concerns the facilities generating thermal energy in Municipal Enterprise of Thermal Power Engineering in Rypin. The idea of facilities modernization aims at cogeneration of thermal and electrical energy by utilization of enthalpy of exhaust gases from furnace WR-10. This solution allows partial covering of enterprise demand on the electrical energy, at the same time causes savings and unloads the electrical power system. For low-temperature waste energy recovery the Organic Rankine Cycle was advised. It is the cogeneration technology included in European Parliament and Council Directive (2012/27/UE). For the modernization there was carried out thermodynamic and exergy analysis for two different working fluids in ORC (R245fa and ethanol). Additionally in this paper are some basic economic indicators for the proposed solution.

11

Współpraca bloku gazowo – parowego z obiegiem ORC

Mikielewicz D., Wajs J., Bajor M., Barcicka K

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 1

116--122

PL

W pracy opisano oryginalną koncepcję współpracy bloku gazowo-parowego istniejącej elektrociepłowni z niskotemperaturowym organicznym obiegiem Rankine’a (ORC). Celem zaproponowanego rozwiązania jest odzysk niskotemperaturowej energii odpadowej spalin i dalszego wykorzystania jej w obiegu ORC do wytworzenia energii elektrycznej. Energia odpadowa odzyskiwana jest ze spalin opuszczających komin zimny, a wykorzystywana jest do podgrzania oraz odparowania niskowrzącego czynnika obiegu ORC. Dla proponowanej koncepcji wykonano analizę termodynamiczną i egzergetyczną dla dwóch wybranych czynników roboczych w instalacji ORC. Ponadto przedstawiono podstawowe wskaźniki ekonomiczne zaproponowanego rozwiązania.

EN

In the paper presented is the idea of a combined gas and steam power plant cooperation with the bottoming cycle, namely a low temperature organic Rankine cycle ORC installation. The intention of present analysis is heat recovery of low temperature energy and its further use in ORC in order to produce electricity, without increase in fuel consumption. Waste energy is recovered from the exhaust gases from the cold chimney and used to heat and evaporise the working fluid in ORC. For the modernization there was carried out thermodynamic and exergy analysis for two different working fluids in ORC. Additionally in this paper presented are some basic economic indicators for the proposed solution.

12

Analiza układów hydraulicznych w elektrociepłowniach i ciepłowniach z akumulatorem ciepła

Zwierzchowski R.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2013

|

z. 64

3--136

PL

Obecnie w Polsce w większości Miejskich Systemów Ciepłowniczych (MSC) zasilanych z Ciepłowni Komunalnej (CK) lub Elektrociepłowni (EC), procesy modernizacyjne dotyczące wytwarzania jak i przesyłu ciepła są znacząco zaawansowane, a niekiedy uznane są wręcz za zakończone. Jednakże, te procesy modernizacyjne nie obejmują wcale lub tylko w ograniczonym zakresie, układów hydraulicznych we wspomnianych powyżej źródłach energii. Układy hydrauliczne w eksploatowanych w Polsce CK i EC, zazwyczaj charakteryzują się nadmierną energochłonnością urządzeń, zbyt wysokimi stratami hydraulicznymi i brakiem dostosowania do zmieniających się warunków eksploatacyjnych MSC. Zasadniczą analizę układów hydraulicznych poprzedza charakterystyka tych układów w typowych CK i EC oraz opis parametrów cieplno-hydraulicznych nośnika energii w poszczególnych obiegach źródła energii. Charakterystyka układów hydraulicznych obejmuje zarówno prezentację klasycznych rozwiązań tych układów w komunalnych źródłach ciepła jak i analizę danych eksploatacyjnych i symulację pracy tych obiegów w sezonie grzewczym i sezonie letnim. Analiza parametrów cieplno-hydraulicznych w układach hydraulicznych w CK i EC zawiera charakterystykę produkcji ciepła i energii elektrycznej w tych źródłach, a także przebiegi i zakresy zmian parametrów cieplno-hydraulicznych w tych układach. Prezentowana praca wskazuje możliwe kierunki modernizacji układów hydraulicznych źródeł ciepła, łącznie z wprowadzeniem do nich obiegu akumulacji ciepła. Przedsięwzięcia te mają za zadanie ograniczenie strat energii, zwiększenie sprawności i niezawodności działania układów hydraulicznych, a także poprawę warunków eksploatacji MSC. Omówiono tutaj zagadnienia takie jak, wprowadzenie regulacji ilościowo-jakościowej wody sieciowej oraz możliwości obniżenia jej temperatury na zasileniu. Podano ogólne zasady energooszczędnej eksploatacji układów hydraulicznych i sposoby modernizacji istniejących oraz wprowadzenie nowych obiegów wodnych. Modernizacja istniejących i wprowadzenie nowych obiegów wodnych w CK i EC obejmuje takie przedsięwzięcia jak, zmiany funkcjonalno-technologiczne w istniejących obiegach wodnych, zastosowanie akumulatorów ciepła oraz nowych technologii odgazowania wody uzupełniającej i oczyszczania wody sieciowej. Wyżej wymienione działania zostały szczegółowo przeanalizowane i opisane. Technologie związane z zastosowaniem akumulatorów ciepła, można uznać jako nowatorskie w polskim ciepłownictwie. Oferują one duże możliwości w zakresie poprawy warunków eksploatacyjnych systemów ciepłowniczych jak i ekonomiki produkcji energii cieplnej i elektrycznej, ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery oraz zwiększenie bezpieczeństwa dostaw energii do odbiorców. Prezentowana praca zawiera także, analizę energetyczną i egzergetyczną układów hydraulicznych z akumulatorem ciepła, którą przeprowadzono dla wybranej EC, zasilającej w energię duże miasto w Polsce. Przedstawiono tu charakterystykę techniczną analizowanego źródła energii, a także charakterystykę eksploatacyjną na bazie danych eksploatacyjnych z kilku ostatnich lat. Analizę energetyczną i egzergetyczną wykonano dla sezonu grzewczego (Te = –20°C, tj. w warunkach obliczeniowych), okresu przejściowego (Te = +1°C) oraz okresu letniego Te = +15°C). Prezentowane wyniki analizy energetyczno-egzergetycznej układów hydraulicznych z akumulatorem ciepła, pozwalają wskazać miejsca największych strat energii w tych układach, a tym samym umożliwiają podjęcie odpowiednich działań do ich redukcji. Szczegółowe wyniki tej analizy pokazują, że zarówno zapotrzebowanie energii oraz straty egzergetyczne związane z funkcjonowaniem układów hydraulicznych EC z akumulatorem ciepła, zarówno w cyklach ładowania jak i rozładowania tego urządzenia, są niewielkie tzn. moc dodatkowych urządzeń (pomp rozładowczych akumulatora) sięga zaledwie 0,5–0,8% mocy bloku ciepłowniczego, a straty egzergetyczne są rzędu kilkuset kW. Dla wybranej EC, w której w ramach działań modernizacyjnych układów hydraulicznych, został zabudowany akumulator ciepła, przeprowadzono wstępną analizę wpływu na środowisko eksploatacji tego urządzenia. Przedstawione wyniki wskazują, że zastosowanie akumulatora ciepła ma bardzo pozytywny wpływ na środowisko, co przejawia się zmniejszeniem przez EC emisji zanieczyszczeń gazowych, a szczególnie pyłów do atmosfery.

EN

Presently in Poland, modernization processes of District Heating Systems (DHS) supplied with heat from a District Heating plant (DHp) or a Combined Heat and Power plant (CHPp) are in progress or even sometimes are treated as already completed. Unfortunately, usually the modernization processes which concern energy generation and heat distribution through the District Heating Network (DHN) do not cover or cover only to a limited extent hydraulic systems (pumping loops) in terms of considering energy sources. Operation of the hydraulic systems in Polish DHp and CHPp is usually characterized by extensive energy consumption of equipment, relatively high hydraulic losses of water fl ow in piping and lack of adjustment of equipment and piping accessories to changeable operation conditions of DHS. The main analysis of the hydraulic systems is preceded by characteristics of those systems in a typical DHp and CHPp and description of thermal–hydraulic parameters of energy carrier inside the following hydraulic loops in considered energy sources. The characteristics of the hydraulic systems cover both presentation of typical arrangement of those systems and analysis of operational parameters of the DHS including computer simulations of system operation during heating and summer seasons. The description of thermal–hydraulic parameters of energy carrier inside hydraulic loops in the DHp and CHPp includes characteristics of heat production by the plant and also runs with limits of changes of those parameters in the considered system. This work shows possible directions of hydraulic systems modernization in the DHp and CHPp, including of Thermal Energy Storage (TES) implementation. The main goal of those modernization processes of hydraulic systems is reduction of energy losses in hydraulic loops, increasing their effi- ciencies and availability, and improvement of operational conditions of DHS. The following items were described hereto, i.e. introducing quality-quantity governing of network water in the DHS, possibilities of decreasing supply temperature of network water, general principles of energy saving in operation of those hydraulic systems, modernization directions of existing hydraulic loops and introducing new loops. Modernization and introduction of new loops includes activities like functional–technological changes of existing hydraulic loops, TES loop implementation and application of new technologies for make-up water deaeration, and network water purifi cation. Implementation of TES in DHS is treated as innovative technology in the Polish District Heating sector. This technology offers great possibilities of improvement of operational conditions of DHS, decreasing energy, i.e. heat and electricity, production costs and emission of pollutants to the atmosphere, and also increasing security of energy supply to consumers. The work also includes energy and exergy analysis of the hydraulic system with the TES loop for one selected CHPp which supplies a large city in Poland with heat. In this point both technical characteristics and operational characteristics based on operational data taken from the last few years for the energy source were done. The energy and exergy analysis were performed for the heating season (outside temperature Te = –20°C, i.e. calculating conditions), intermediate season (Te= +1°C) and summer season (Te = +15°C). The presented results of analysis allow to indicate the places of highest energy destructions in the analyzed hydraulic system with the TES loop, and give an opportunity of appropriate action to reduce them. Detailed results of the energy-exergy analysis show that both energy consumption and exergy destructions for operation of the hydraulic system of CHPp with TES, for loading and unloading cycles of the tank are relatively low, i.e. the capacity of additional equipment (TES pumps) is equal to 0.5–0.8% of the total capacity of the heating block and exergy destruction is at the level of a few hundred kW. For this selected CHPp with the TES loop, an initial environmental analysis was performed for the whole year operation of the plant. The presented results show that application of TES has a signifi cant infl uence on the environment, which results in decreasing emission of the pollutants to the atmosphere, mainly fl ue dust in comparison to operation of the plant without TES.

13

Zastosowanie analizy cyklu życia i egzergii do oceny środowiskowej wybranych polimerów

Czaplicka-Kolarz K., Burchart-Korol D., Korol J.

Polimery

|

2013

|

T. 58, nr 7-8

605--609

PL

Technikę oceny cyklu życia LCA (Life Cycle Assessment) oraz analizę egzergetyczną wykorzystano do oceny środowiskowej polimerów: PE, PP, PVC, PS i PET. W przeprowadzonej analizie uwzględniono szkody dla zdrowia człowieka, jakości ekosystemu oraz zużycie zasobów, wyznaczono wskaźnik emisji globalnego ocieplenia oraz skumulowane zużycie energii. W wyniku analizy egzergetycznej określono wskaźnik zrównoważonego rozwoju oraz koszt termoekologiczny wybranych polimerów. Porównano wyniki uzyskane za pomocą techniki LCA oraz analizy egzergetycznej, szacując wpływ produkcji wytypowanych polimerów na zużycie zasobów nieodnawialnych bogactw naturalnych. Ocenę cyklu życia LCA przeprowadzono trzema metodami Ekowskaźnik 99, IPCC oraz CED.

EN

This paper presents LCA (Life Cycle Assessment) and exergy analysis for the environmental evaluation of selected polymers: PE, PP, PVC, PS and PET. In the analysis, damages to human health and ecosystem quality as well as resource consumption were considered, also global warming potential and cumulative energy use were determined. As a result of exergy analysis the sustainable development index and thermo-ecological cost of selected polymers were evaluated. The results from LCA study were compared with those obtained using exergy analysis and the impact of the production of selected polymers on the consumption of non-renewable natural resources was assessed. A life cycle assessment was conducted using three methods: Ecoindicator 99, IPCC and CED.

14

Koncepcja zastosowania analizy egzergetycznej w ocenie środowiskowej technologii zgazowania węgla

Burchart-Korol D., Czaplicka-Kolarz K.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 3

32--37

PL

W celu oceny łańcuchów technologii w całym cyklu życia należy przeprowadzić analizę wszystkich procesów jednostkowych, od pozyskania nieodnawialnych surowców naturalnych do uzyskania gotowego produktu i zagospodarowania odpadów. Zarządzanie zasobami nieodnawialnymi jest jedną z kluczowych kwestii zrównoważonego rozwoju. Coraz większą wagę nabiera stosowanie metod służących do oceny efektywności wykorzystania materiałów i paliw w procesach przemysłowych. Egzergia jest miarą jakości bogactw naturalnych oraz narzędziem do oceny zmniejszenia zasobów nieodnawialnych. W pracy przedstawiono przegląd literatury na temat metod oceny środowiskowej z zastosowaniem analizy egzergetycznej oraz przegląd analiz środowiskowych uwzględniających analizę egzergetyczną dla technologii zgazowania węgla.

EN

In order to assess technology chains in the entire life cycle, the analysis of all unit processes should be carried out, from obtaining non-renewable natural raw materials to gaining of the final product and waste management. The management of non-renewable resources is one of the key issues of sustainable development. More and more important becomes the introduction of methods which are applied for the effectiveness assessment of use of materials and fuels in industrial processes. Exergy is the measure of quality of natural resources and a tool for the assessment of decrease of non-renewable resources. In the study a literature review on environmental assessment methods using the exergy analysis and review of environmental analyses taking into consideration the exergy analysis for coal gasification technologies were presented.

15

Procesy cieplne w stacji przetłocznej zwiększające efektywność transportu gazu

Chaczykowski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2012

|

z. 60

3--87

PL

Praca stanowi próbę scharakteryzowania procesów cieplnych zwiększających efektywność transportu gazu ziemnego rurociągami. Analizowane procesy cieplne obejmują chłodzenie gazu na wyjściu stacji przetłocznej oraz skojarzone wytwarzanie pracy napędowej sprężarek gazu i energii elektrycznej w układzie gazowo-parowym w stacji przetłocznej. Uwagę skupiono na ocenie wpływu ww. procesów na efektywność energetyczną całego procesu transportu gazu. Rozważania szczegółowe na temat chłodzenia gazu poprzedzono analizą termodynamiczną systemu przesyłowego. Na analizę termodynamiczną składa się sformułowanie uproszczonych modeli matematycznych sprężarki gazu i jej napędu, chłodnicy gazu oraz gazociągu. Podjęto również próbę sklasyfikowania procesów nieodwracalnych towarzyszących przesyłowi gazu opartą na analizie bilansu egzergii, kładąc nacisk na przypisanie źródeł strat egzergii poszczególnym elementom systemu. Z punktu widzenia efektywności energetycznej przyjęcie takiej metodyki umożliwiło jednolite spojrzenie na wszystkie elementy w systemie przesyłowym. Dostępna literatura z zakresu stacji przetłocznych wskazuje turbosprężarki jako aktualnie preferowaną technologię sprężania gazu, dlatego w pracy rozwinięto analizę efektywności przesyłu gazu przy założeniu, że stosowane są tego typu maszyny. W pracy przeprowadzono ocenę ilościową przyczyn niedoskonałości termodynamicznej i na przykładzie typowego systemu przesyłowego pokazano wzajemne relacje niodwracalności procesów cieplno-przepływowych w turbinie, sprężarce, chłodnicy i gazociągu. W analizie wpływu chłodzenia gazu rozważano tylko model chłodnicy powietrznej. Powodem była powszechność stosowania tego typu chłodnic w systemach przesyłu gazu. Model chłodnicy pozwolił na określenie wydajności chłodniczej oraz energii napędowej wymaganej do oceny wpływu chłodzenia gazu na efektywność energetyczną jego przesyłu. Wpływ mocy chłodnic na sprawność egzergetyczną systemu przesyłu gazu zilustrowano na przykładzie polskiego odcinka gazociągu Jamał-Europa. W zakresie analizy skojarzonego wytwarzania pracy napędowej sprężarek i energii elektrycznej, z wykorzystaniem entalpii spalin z turbiny gazowej, przeprowadzono analizę termodynamiczną siłowni parowej, realizującej obieg Rankine’a z organicznym czynnikiem roboczym (ORC). Powodem były pewne zalety predestynujące silnik cieplny realizujący ten obieg do zastosowań w stacjach przetłocznych, o czym świadczy względna dostępność w literaturze przedmiotu przykładów zastosowania tej technologii. W pracy podjęto dyskusję nad otrzymanymi wcześniej wynikami i uzupełniono je o rozważania autorskie, obejmujące analizę różnych konfiguracji obiegu oraz czynników roboczych. Formułując model matematyczny siłowni ORC, zamierzeniem autora było prowadzenie rozważań na możliwie wysokim stopniu ogólności, tak aby pokazać potencjalne możliwości produkcji energii elektrycznej z wykorzystaniem entalpii spalin z turbiny gazowej, nie przesłaniając ich szczegółowymi rozwiązaniami elementów instalacji. Rozważania ogólne zostały następnie zilustrowane przykładem z wykorzystaniem danych dla zespołu turbokompresora w stacji przetłocznej zlokalizowanej na omawianym w pierwszej części pracy gazociągu Jamał-Europa.

EN

This work attempts to characterize thermal processes in a natural gas compressor station leading to efficiency iniprovements in the pipeline transportation system. The processes include cooling of the gas at the discharge of the compressor station and waste energy recovery oil pipeline com- pressor drive to generate electricity through a Rankine power cycle. Compressor station technology and its characteristics are briefly presented in sections 1 and 2. Next, the two processes allowing for advances in efficiency are discussed, based on the assumption that the gas turbine driven compressors and the aerial coolers were selected for the compressor station. The irreversibility of the processes associated with gas transmission under different compressor station aftercooler power is investigated in section 3. The exergy method is used to determine the amount of work supplied to the components of the pipeline system and the amount of work that is lost during the gas transmission. For the case study, the Yamal-Europe pipeline is chosen, and the performance of the gas transmission system under different cooler operating set points is investigated. Section 4 concentrates on the Organic Rankine Cycle (ORC) based power system and its applicability to waste heat to power conversion in a natural gas compressor station. Basic ORC and two variants of the regenerative cycle have been considered for the recovery of exhaust heal from a gas turbine. The study is aimed at estimating the thermodynamic potential of the utilization of residual heat under different ORC configurations and with several working fluids employed.

16

The analysis of thermal-oil heating systems with exhaust gas heaters on motor ships

Michalski R., Zeńczak W.

Zeszyty Naukowe / Akademia Morska w Szczecinie

|

2010

|

nr 24 (96)

33-40

EN

The article characterises the properties of steam and special thermal oils as the basic heating media on motor ships. The features of the heating installations have been presented with the particular attention drawn to thermal oil installations in which exhaust gas heaters have been employed. Also an example of the comparative exergetic analysis has been included demonstrating the comparison between steam generation in exhaust gas boiler and oil heating system in the heater, assuming the identical heat flux transferred in the boiler and the heater from the exhaust gas to the heating medium (steam and thermal oil) and assuming identical increase of exhaust gas entropy in the heat exchangers under examination.

PL

W referacie scharakteryzowane zostały własności pary wodnej i specjalnych olejów grzewczych jako podstawowych czynników grzewczych na statkach motorowych. Przedstawiono cechy instalacji grzewczych ze szczególnym uwzględnieniem instalacji olejowych, w których występują nagrzewnice utylizacyjne. Zamieszczono także przykład porównawczej analizy egzergetycznej systemu wytwarzania pary w kotle utylizacyjnym oraz systemu podgrzewania oleju w nagrzewnicy przy założeniu jednakowego strumienia ciepła przekazywanego w kotle i nagrzewnicy od spalin do czynnika grzewczego (pary wodnej i oleju) oraz przy założeniu jednakowego przyrostu entropii spalin w rozpatrywanych wymiennikach ciepła.

17

Doskonalenie procesów cieplnych z wykorzystaniem analizy strat egzergii

Plis P.

Energetyka

|

2010

|

nr 7

450-453

PL

Przybliżono pojęcie egzergii oraz przedstawiono przykładowe sposoby jej bilansowania w układach przepływowych spotykanych w energetyce. Podano dwa krótkie przykłady obliczeniowe, dla których wyznaczono sprawności egzergetyczne procesów oraz zwrócono uwagę na celowość stosowania analizy egzergetycznej w praktyce przemysłowej. Wskazano na możliwości płynące z zastosowania analizy egzergetycznej w celu udoskonalenia procesów pod kątem spodziewanego efektu energetycznego.

EN

Explicated is the notion of egzergy and presented are exemplary methods of its balancing in flow systems met in power industry. Given are two short calculation examples for which the process egzergy efficiency is reckoned. Attention is paid to usefulness of egzergy analysis application in industrial practice. Indicated are possibilities of egzergy anaylysis application to improve processes with the aim to obtain an expected energy effect.

18

Aspekty energetyczne suszenia wybranych rodzajów biomasy

Gwadera M., Ciesielczyk W.

Czasopismo Techniczne. Chemia

|

2010

|

R. 107, z. 1-Ch

83-95

PL

Przedstawiono zasady bilansowania egzergetycznego instalacji suszarniczej. Zaprezentowano wstępne wyniki analizy egzergetycznej w odniesieniu do suszenia wybranych rodzajów biomasy w suszarce fluidyzacyjnej i mikrofalowej.

EN

Rules of making exergy balances of a drying installation are presented. Preliminary results of exergy analysis of drying of selected types of biomass in a fluidized bed and microwave dryer are depicted.

19

Analysis of thermodynamic losses in regeneration systems of the extraction back-pressure power unit in a combined heat and power plant

Tokarz T., Karpiel T.

Mechanics / AGH University of Science and Technology

|

2007

|

Vol. 26, no. 3

125-132

EN

An algorithm is developed for computing thermodynamic losses in the regeneration systems of the back-pressure power unit in a combined heat and power plant. Thermal measurements taken under the typical working loads were utilised to compute and analyse variability of the thermodynamic losses in heat exchangers of the high-pressure and low-pressure regeneration systems in the heating and pseudo-condensing modes of operation.

PL

W artykule opisano algorytm obliczania strat termodynamicznych w układach regeneracji bloku upustowo-przeciwprężnego elektrociepłowni. Następnie na podstawie wyników pomiarów cieplnych dla typowego zakresu obciążeń eksploatacyjnych bloku wyznaczono wartości tych strat w wymiennikach ciepła układów regeneracji: wysokoprężnej i niskoprężnej oraz dokonano analizy przebiegu ich zmienności zarówno dla ciepłowniczego, jak i pseudokondensacyjnego trybu pracy bloku.

20

Okrętowe olejowe systemy grzewcze przysposobione do odzyskiwania energii odpadowej.

Michalski R., Zeńczak W.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2003

|

Vol. 38, nr 1

107-127

PL

Do podgrzewania czynników roboczych, takich jak np. paliwo, olej smarowy czy woda, a także do ogrzewania pomieszczeń na statku i ewentualnie ładunku wykorzystywana jest głównie energia cieplna odpadowa oraz energia pochodząca ze spalania paliw w kotłach. Czynnikami grzewczymi są głównie para wodna lub rzadziej specjalne oleje grzewcze. W mniejszym stopniu stosuje się wodę lub powietrze. Na niektórych statkach wykorzystuje się także do celów grzewczych energię elektryczną. Dla uzyskania odpowiednio wysokiej temperatury podgrzewania, przy użyciu takich mediów jak woda czy para wodna, istnieje konieczność stosowania wysokiego ciśnienia. Wysokie ciśnienie czynnika grzewczego zwiększa niebezpieczeństwo powstawania nieszczelności i przecieków do podgrzewanych czynników roboczych i ładunku, co niekiedy może się okazać bardzo groźne w skutkach. Z przytoczonych względów ostatnio coraz powszechniej używa się jako nośniki ciepła oleje grzewcze, które nie zmieniają swych fizycznych własności zazwyczaj w bardzo szerokich granicach temperatur. Jedną z najważniejszych cech, dzięki której oleje grzewcze stosuje się zamiast pary, jest możliwość ich stosowania przy niskich wartościach ciśnień roboczych. Z uwagi na dużo wyższe temperatury oleju grzewczego aniżeli pary wykorzystanie energii odpadowej w instalacjach grzewczych olejowych wymaga stosowania innych rozwiązań aniżeli w przypadku instalacji grzewczych parowych. W artykule poddano analizie okrętowy olejowy system grzewczy przysposobiony do wykorzystania ciepła odpadowego zawartego w spalinach wylotowych silników o zapłonie samoczynnym, który stanowi alternatywne rozwiązanie w stosunku do systemu grzewczego parowego. Przedstawiono podstawowe cechy użytkowe pary i oleju grzewczego, charakterystykę olejowych systemów grzewczych, a także przykładowe rozwiązanie takiego systemu zastosowane na jednostce budowlanej w ostatnim czasie w jednej z polskich stoczni. Zaprezentowano także wybrane wyniki porównawczej analizy egzergetycznej i energetycznej olejowego i parowo-wodnego systemu grzewczego statku, które wskazują, że olejowe systemy grzewcze są atrakcyjne zarówno pod względem eksploatacyjnym, jak i energetycznym. Wprawdzie straty strumieni egzergii w przypadku systemu parowego w rozważanym przypadku okazały się porównywalne ze stratami układu olejowego, zauważalna natomiast okazała się różnica dotycząca zysku energetycznego. W systemie parowym znaczne ilości energii z konieczności są tracone w chłodnicach skroplin. Strata ta może w wielu przypadkach być powodem braku zbilansowania systemu grzewczego statku w czasie jazdy w morzu i pracy wyłącznie kotłów utylizacyjnych.

EN

The ship heating systems providing the heating energy for the working media, e.g. fuels, lubricants or water and for the ship rooms or for cargo, make use mainly waste heat energy and the energy generated through the fuel combustion in boilers. The heating medium is mainly the water steam or, but rather rarely, the special thermal oils. Such heating media as water or air are infrequently used. Some vessel systems use electric energy for heating purposes. To obtain appropriately high heating temperature using such media as water or water steam it appears necessary to apply high pressure. The high pressure of heating medium increases the risk of leakage occurrences and in consequence, the seepage of heating medium to working media or cargo heated that in certain circumstances can result in extremly dangerous accidents. Considering the hazards mentioned above, recently the thermal oils has become more and more commonly used heating medium, which keep their physical properties in remarkably wide temperature range. One of the most significant properties of thermal oil, and therefore making it more suitable medium than the steam, is the possibility to use it at low working pressure values. Due to much higher temperatures of thermal oil comparing to the steam, the use of waste energy in thermal oil heating systems requires special design solutions. The paper presents an analysis of thermal oil heating system using waste heat energy from exhaust gases of diesel engines. It is an alternative solution to steam heating system. The basic utility characteristics of the steam and thermal oil, as well as the characteristics of thermal oil heating systems are presented. The example of solution of thermal oil heating systems applied on one vessel being built last time in one of polish shipyards. There are also some results of the comparing exergetic and energetic analysis of thermal oil and steam heating system presented. They show, that thermal oil heating systems are attractive with regard to exploitation and energetic feature. The loses of exergetic flux in fall of steam system in this case, are comparable with loses of exergetic flux of oil heating system, but visible is different by energetic gain to the advantage of oil heating system. In steam heating system big amount of energy have to be loosed in condensate coolers.This loss can in many cases cause the negative heat balance of ship during sea voyage only by working exhaust gas boilers.