Научная статья на тему 'Предпроектная оценка и выбор оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенных систем аккумулирования энергии'

Предпроектная оценка и выбор оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенных систем аккумулирования энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
15
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
криогенная система аккумулирования энергии / низкотемпературная энергетическая установка / ожижение воздуха / ожижение азота / цикл Ренкина / цикл Брайтона / cryogenic energy storage system / low temperature power plant / air liquefaction / nitrogen liquefaction / Rankine cycle / Brayton cycle

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Угланов Дмитрий Александрович, Тремкина Ольга Витальевна, Лю Юйвэй

В данной работе проведена предпроектная оценка одно-, двух- и трехконтурных низкотемпературных энергетических установок (НЭУ) для криогенных систем аккумулирования энергии с учетом их технических характеристик, проведено расчетное исследование показателей эффективности по уточненной общей методике комплексного проектирования НЭУ для выполнения расчета и анализа энергетических характеристик НЭУ с учетом их особенностей, а также выбрана наиболее эффективная НЭУ для криогенной системы аккумулирования энергии путем выбора оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Угланов Дмитрий Александрович, Тремкина Ольга Витальевна, Лю Юйвэй

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Pre-design assessment and selection of optimal parameters for low-temperature power plants of cryogenic energy storage systems

In the article, a pre-design assessment of single-, double-, and three-circuit low-temperature power plants (LPP) for cryogenic energy storage systems was carried out, taking into account their technical characteristics. A computational study of efficiency indicators was carried out using an improved general methodology for the integrated design of LPP to perform the calculation and analysis of the energy characteristics of the LPP taking into account their peculiarities. In addition, the most efficient LPP for a cryogenic energy storage system was selected in terms of the optimal parameters for low-temperature power plants.

Текст научной работы на тему «Предпроектная оценка и выбор оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенных систем аккумулирования энергии»

УДК 62-97

Предпроектная оценка и выбор оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенных систем аккумулирования энергии

Д-р техн. наук Д. А. УГЛАНОВ1*, О. В. ТРЕМКИНА1, ЛЮ ЮЙВЭЙ2

1Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева

(Самарский университет) 2Китайская энергетическая строительная корпорация *Е-тай: [email protected]

В данной работе проведена предпроектная оценка одно-, двух- и трехконтурных низкотемпературных энергетических установок (НЭУ) для криогенных систем аккумулирования энергии с учетом их технических характеристик, проведено расчетное исследование показателей эффективности по уточненной общей методике комплексного проектирования НЭУ для выполнения расчета и анализа энергетических характеристик НЭУ с учетом их особенностей, а также выбрана наиболее эффективная НЭУ для криогенной системы аккумулирования энергии путем выбора оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок. Ключевые слова: криогенная система аккумулирования энергии, низкотемпературная энергетическая установка, ожижение воздуха, ожижение азота, цикл Ренкина, цикл Брайтона.

Информация о статье:

Поступила в редакцию 22.03.2024, одобрена после рецензирования 23.04.2024, принята к печати 26.04.2024 DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-2-13-21 Язык статьи — русский Для цитирования:

Угланов Д. А., Тремкина О. В., Лю Юйвэй. Предпроектная оценка и выбор оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенных систем аккумулирования энергии // Вестник Международной академии холода. 2024. № 2. С. 13-21. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-2-13-21

Pre-design assessment and selection of optimal parameters for low-temperature power plants of cryogenic energy storage systems

D. Sc. D. A. UGLANOV1 *, O. V. TREMKINA1, LIU YUWEI2

1 Samara National Research University named after academician S. P. Korolev (Samara University)

2China Energy Construction Group Co., Ltd *E-mail: [email protected]

In the article, a pre-design assessment of single-, double-, and three-circuit low-temperature power plants (LPP) for cryogenic energy storage systems was carried out, taking into account their technical characteristics. A computational study of efficiency indicators was carried out using an improved general methodology for the integrated design of LPP to perform the calculation and analysis of the energy characteristics of the LPP taking into account their peculiarities. In addition, the most efficient LPP for a cryogenic energy storage system was selected in terms of the optimal parameters for low-temperature power plants.

Keywords: cryogenic energy storage system, low temperature power plant, air liquefaction, nitrogen liquefaction, Rankine cycle, Brayton cycle.

Article info:

Received 22/03/2024, approved after reviewing 23/04/2024, accepted 26/04/2024 DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-2-13-21 Article in Russian For citation:

Uglanov D. A., Tremkina O. V., Yuwei Liu. Pre-design assessment and selection of optimal parameters for low-temperature power plants of cryogenic energy storage systems. Journal of International Academy of Refrigeration. 2024. No 2. p. 13-21. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-2-13-21

Введение

Общее мировое потребление энергии продолжает расти и темпы роста мирового потребления первичной энергии за последние 10 лет составили 14,2%. Среди них Китай имеет самые высокие темпы роста потребления первичной энергии 45,9%, в то время как другие крупные экономики, такие как США, Япония и Европейский союз, имеют относительно низкие темпы роста потребления энергии 7,5, 6,7 и 8,8%, соответственно. Эти данные отражают стремительное развитие мировой экономики и непрерывный рост энергопотребления. В то же время они также свидетельствуют о том, что странам необходимо усилить меры по энергосбережению и инновациям для решения проблем глобального энергопотребления. В настоящее время основными источниками энергии

в мире являются нефть, природный газ, уголь, ядерная энергия и возобновляемые источники энергии. На рис. 1 приведены данные о потреблении первичной энергии в крупнейших мировых странах и регионах за период с 2012 по 2022 гг. [1, 2].

Криогенная система аккумулирования энергии

Криогенная система аккумулирования энергии — это способ хранения электрической энергии в виде низкопотенциальной энергии сжиженного воздуха или азота. Принципиальная схема криогенной системы аккумулирования энергии представлена на рис. 2.

Криогенная система аккумулирования энергии, как и любой другой накопитель электрической энергии имеет три рабочих режима.

Рис. 1. Потребление энергии в крупнейших мировых странах и регионах Fig. 1. Energy consumption in the largest countries and regions of the world

Рис. 2. Принципиальная схема криогенной системы аккумулирования энергии Fig. 2. Schematic diagram of cryogenic energy storage system

1. Зарядка системы. На данном этапе происходит очищение, сжатие и ожижение воздуха посредством использования внепиковой электрической энергии.

2. Хранение. На данном этапе жидкий воздух хранится в изолированном резервуаре при температуре -196 °С и давлении равном давлению окружающего воздуха.

3. Генерация энергии. На этом этапе энергия восстанавливается за счет откачки, повторного нагрева и расширения воздуха для регенерации электричества в пиковый спрос.

Также на втором этапе происходит накопление тепла от процесса сжатия воздуха на этапе 1, которая может быть использована для повторного нагрева на этапе 3, а низкопотенциальная энергия, отведенная во время нагрева воздуха на этапе 3 может использоваться на этапе 1 для ожижения воздуха [3].

Проблемы выбора оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенной системы аккумулирования энергии

На сегодняшний день выбор оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок (НЭУ) для криогенных систем аккумулирования энергии является сложным процессом, который требует учета большого количества факторов. Важно учитывать эффективность системы, ее емкость, затраты на строительство, эксплуатацию и обслуживание, а также воздействие на окружающую среду.

1. Для определения емкости накопителя энергии, необходимо учитывать фактический спрос на энергию, чтобы криогенная система аккумулирования могла удовлетворить потребности в хранении энергии. Недостаточная емкость может привести к недостаточному количеству хранимой энергии, что усложнит работу системы. С другой стороны, избыточная емкость может привести к излишним затратам на строительство и обслуживание системы.

2. Эффективность хранения энергии также является важным фактором выбора системы. В криогенных системах аккумулирования энергии неизбежны потери энер-

гии, поэтому необходимо выбирать систему с высокой эффективностью, чтобы максимально использовать имеющуюся энергию. Это поможет снизить издержки на обслуживание и эксплуатацию системы, а также уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

3. Затраты на строительство, эксплуатацию и обслуживание системы также являются важными факторами выбора системы. Применение новых технологий и материалов может снизить затраты на эти процессы. Необходимо также учитывать экономические аспекты, связанные с выбором криогенной системы, такие как долговечность и надежность системы.

4. Наконец, необходимо принимать во внимание воздействие на окружающую среду. В некоторых случаях, криогенная система может создавать избыточное тепло, которое может негативно повлиять на окружающую среду. Необходимо выбирать системы с наименьшим воздействием на окружающую среду, чтобы обеспечить устойчивость криогенной системы аккумулирования энергии.

Расчетное исследование параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенной системы аккумулирования энергии

Одним из важных элементов и устройств криогенных систем аккумулирования энергии является система генерации энергии, поэтому главной задачей при проектировании криогенных систем аккумулирования является создание эффективной системы генерации энергии за счет разработки НЭУ В соответствии с работой [4], НЭУ в составе криогенных систем аккумулирования энергии можно реализовать в одно-, двух- и трехконтур-ных вариантах.

На рис. 3-5 приведены принципиальные схемы таких одно-, двух- и трехконтурных НЭУ Представленные НЭУ, в соответствии с предложенной в библиотеке НЭУ [5] классификацией, обозначаются следующим образом: I — 1В (83-143,577К) — R729; II — Ш (83-220,448К) — Я729-2В (113-326,302К) — Я740; III — 1Я (83-159,462К) — R729-2B (113-238,663К) — R170-3R (172,345-381,532К) — Я290, соответственно.

Рис. 3. Одноконтурная НЭУ: I — 1B (83-143,577K) — R729: T — турбина, ТО — теплообменный аппарат, К — компрессор, ФЭГ — фотоэлектрический генератор Fig. 3. Single-circuitLPP: I — 1B (83-143,577K) — R729: T — turbine, ТО — heat-exchanger, К — compressor, ФЭГ—photoelectric generator

Рис. 4. ДвухконтурнаяНЭУ: II — 1R (83-220,448K) — R729-2B (113-326,302K) — R740. T — турбина, ТО — теплообменный аппарат, К — компрессор, ФЭГ — фотоэлектрический генератор Fig. 4. Double-circuit LPP: II — 1R (83-220,448K) — R729-2B (113-326,302K) — R740. T — turbine, ТО — heat-exchanger, К — compressor, ФЭГ—photoelectric generator

Рис. 5. Трехконтурная НЭУ: III — 1R (83-159,462K) — R729-2B (113-238,663K) — R170-3R (172,345-381,532K) — R290. T — турбина, ТО — теплообменный аппарат, К — компрессор, ФЭГ — фотоэлектрический генератор

Fig. 5. Three-circuit LPP:

III — 1R (83-159,462K) — R729-2B (113-238,663K) — R170-3R (172,345-381,532K) — R290. T — turbine, ТО — heat-exchanger, К — compressor, ФЭГ—photoelectric generator

В табл. 1-3 приведены термодинамические параметры и расходы рассматриваемых НЭУ в зависимости от количества контуров.

Выбор оптимальных параметров низкотемпературных энергетических установок для криогенной системы аккумулирования энергии

Выбор оптимальных параметров НЭУ для криогенных систем аккумулирования энергии заключается в проведении расчетного исследования показателей эффективности по уточненной общей методике комплексного проектирования НЭУ для выполнения расчета и анализа энергетических характеристик НЭУ с учетом их особенностей [4, 6]. Уточненная общая методика комплексного проектирования НЭУ включает в себя этапы проектирования: от выбора криопродукта и оценки его энергетического потенциала (предпроектный этап — I этап) до определения параметрических характеристик (технико-экономическое обоснование проекта — II этап) и проведения многопараметрического выбора НЭУ (разработка проектной документации — III этап). Предлагаемая методика позволяет провести предпроектную оценку и выбор оптимальных параметров НЭУ для криогенной системы аккумулирования энергии.

На рис. 6 представлены показатели эффективности одноконтурных НЭУ. Для их повышения необходимо

Таблица 2

Результаты расчетного исследования двухконтурных НЭУ для криогенной системы аккумулирования энергии

Table 2

The results of the calculation study of double-circuit LPP for a cryogenic energy storage system

НЭУ II-1R(83-159,462K)-R729-2R(113-274,078K)-R740 II-1R(83-195,64K)-R729-2R(113-326,414K)-R740 II-1R(83-220,448K)-R729-2R(113-362,302K)-R740 II-1R(83-159,462K)-R729-2B(113-238,663K)-R170 II-1R(83-195,64K)-R729-2B(113-326,414K)-R740 II-1R(83-220,448K)-R729-2B(113-326,414K)-R740 II-1B(83-143,577K)- R729-2B(137,7-182,839K)-R50 II-1B(83-143,577K)- R729-2R(137,7-274,520K)-R170

НЭУ-2.1 НЭУ-2.2 НЭУ-2.3 НЭУ-2.4 НЭУ-2.5 НЭУ-2.6 НЭУ-2.7 НЭУ-2.8

11 P, атм 1 1 1 1 1 1 1 1

T, K 83 83 83 83 83 83 83 83

12 P, атм 10 20 30 10 20 30 2 2

T, K 83 83 83 83 83 83 83 83

13 P, атм 10 20 30 10 20 30 2 2

T, K 159,462 195,64 220,448 159,462 195,64 220,448 88,288 88,288

14 P, атм 2 2 2 2 2 2 4 4

T, K 100,517 101,094 101,41 100,517 101,094 101,41 107,7 107,7

15 P, атм — — — — — — 4 4

T, K — — — — — — 143,577 143,577

16 P, атм — — — — — — 1 1

T, K — — — — — — 94,484 96,484

21 P, атм 7,9482 7,9482 7,9482 0,0012 7,9482 7,9482 5,6071 0,029764

T, K 113 113 113 113 113 113 137,7 137,7

22 P, атм 20 20 20 0,005 20 20 7 0,5

T, K 113,589 113,589 113,589 142,345 163,467 163,467 145,048 137,73

23 P, атм 20 20 20 0,005 20 20 7 0,5

T, K 274,078 326,414 362,302 238,663 326,414 326,302 182,839 274,520

24 P, атм 7,9482 7,9482 7,9482 0,0012 7,9482 7,9482 5,6071 0,029764

T, K 189,462 225,64 250,448 189,462 225,64 250,448 173,577 173,577

Расход G, кг/с R729-3,3 R740-4,943 R729-3,3 R740-4,981 R729-3,3 R740-5,007 R729-3,3 R170-16,075 R729-3,3 R740-25,698 R729-3,3 R740-22,316 R729-3,3 R50-1,517 R729-3,3 R170-0,1099

Таблица 1

Результаты расчетного исследования одноконтурных НЭУ для криогенной системы аккумулирования энергии

Table 1

The results of the calculation study of single-circuit LPP for a cryogenic energy storage system

НЭУ I-1R (83-159,462K)-R729 I-1R (83-195,64K)-R729 I-1B (83-143,577K)- R729

НЭУ-1.1 НЭУ-1.2 НЭУ-1.3

11 P, атм 1 1 1

T, K 83 83 83

12 P, атм 10 20 2

T, K 83 83 83

13 P, атм 10 20 2

T, K 159,462 195,64 88,288

14 P, атм 2 2 4

T, K 100,517 101,094 107,7

15 P, атм — — 4

T, K — — 143,577

16 P, атм — — 1

T, K — — 96,484

Расход G, кг/с 3,3 3,3 3,3

Таблица 3

Результаты расчетного исследования трехконтурных НЭУ для криогенной системы аккумулирования энергии

Table 3

The results of the calculation study of three-circuit LPP for a cryogenic energy storage system

НЭУ Ш-1В (83-143,577K)- R729-2R(137,7-274,52K)-R170-3B (167,73-347,267K)-R14 III-1R (83-159,462K)-R729-2B(113-238,663K)-R170-3R (172,34-381,532K)-R290 III-1R (83-159,462K)-R729-2R(113-274,078K)-R740-3R (144,13-373,760K)-R170 III-1B (83-143,577K)-R729-2B(137,7-182,839K)-R50-3R (175,05-248,125K)-R600 III-1B (83-143,577K)-R729-2R(137,7-198,776K)-R50-3R (168,10-348,771K)-R170 III-1R (83-159,462K)-R729-2B(113-274,078K)-R740-3B (193,47-337,542K)-R170 III-1R (83-159,462K)-R729-2R(113-267,114K)-R170-3B (143,0-375,428K)-R50 III-1B (83-143,577K)-R729-2B(137,7-182,839K)-R50-3B (150-229,189K)-R290

НЭУ-3.1 НЭУ-3.2 НЭУ-3.3 НЭУ-3.4 НЭУ-3.5 НЭУ-3.6 НЭУ-3.7 НЭУ-3.8

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11 P, атм 1 1 1 1 1 1 1 1

T, K 83 83 83 83 83 83 83 83

12 P, атм 2 10 10 2 2 10 10 2

T, K 83 83 83 83 83 83 83 83

13 P, атм 2 10 10 2 2 10 10 2

T, K 88,288 159,462 159,462 88,288 88,288 159,462 159,462 88,288

14 P, атм 4 2 2 4 4 2 2 4

T, K 107,7 100,517 100,517 107,7 107,7 100,517 100,517 107,7

15 P, атм 4 — — 4 4 — — 4

T, K 143,577 — — 143,577 143,577 — — 143,577

16 P, атм 2 — — 2 2 — — 2

T, K 117,698 — — 117,698 117,698 — — 117,698

21 P, атм 0,003 0,0012 7,948 5,607 5,607 7,9482 0,0012 5,607

T, K 137,7 113 113 137,7 137,7 113 113 137,7

22 P, атм 0,5 0,005 20 7 10 20 0,01 7

T, K 137,73 142,345 114,13 145,05 137,10 193,47 113,005 145,048

23 P, атм 0,5 0,005 20 7 10 20 0,01 7

T, K 274,52 238,663 274,078 182,839 198,776 274,078 267,114 182,839

24 P, атм 0,003 0,0012 7,948 5,607 5,607 7,9482 0,0012 5,607

T, K 173,577 189,462 189,462 173,577 173,577 189,462 189,462 173,577

31 P, атм 3,878 0,0267 0,0562 0,002 0,373 1,578 7,369 0,095

T, K 167,73 172,34 144,13 175,05 168,10 193,47 143,0 150

32 P, атм 10 0,5 0,2 0,01 5 3 20 0,15

T, K 191,275 172,385 144,145 175,049 168,451 214,759 180,699 161,522

33 P, атм 10 0,5 0,2 0,01 5 3 20 0,15

T, K 347,267 381,532 373,760 248,125 348,771 337,542 375,428 229,189

34 P, атм 3,878 0,0267 0,0562 0,002 0,373 1,578 7,369 0,095

T, K 304,52 268,663 304,078 212,839 288,776 304,078 297,114 212,839

Расход G, кг/с R729-3,3 R170-0,1099 R14-1,590 R729-3,3 R170-16,075 R290-1,927 R729-3,3 R740-4,943 R170-1,328 R729-3,3 R50-1,517 R600-0,131 R729-3,3 R50-0,129 R170-0,12 R729-3,3 R740-34,353 R170-12,39 R729-3,3 R170-1,225 R50-4,517 R729-3,3 R50-1,517 R290-1,581

рассмотреть различные способы оптимизации работы циклов и контуров [4, 6]. В качестве рекомендаций можно рассмотреть вопрос использования теплообменников-испарителей с большей площадью поверхности теплообмена, а также возможность применения современных методов управления и контроля параметров работы НЭУ [7]-[9].

На рис. 7, а, б представлены показатели эффективности контуров двухконтурных НЭУ. I контур НЭУ-2.7 и НЭУ-2.8 характеризуется меньшим тепловым КПД по сравнению с I контуром других двухконтурных НЭУ [4, 6].

Это объясняется тем, что цикл Ренкина наиболее эффективно реализуется в заданных температурных

уровнях, соответствующих положению контуров в схемах НЭУ

Обозначения, показанные на рис. 6, 7, 8: цс — КПД Карно, п — термический КПД, цех — эксергетический КПД, — КПД Новикова, т — отношение температур, КвИд — максимальный коэффициент возврата НЭ крио-продукта, Кв — коэффициент возврата НЭ криопродукта с учетом предполагаемых потерь.

Коэффициент возврата НЭ криопродукта с учетом предполагаемых потерь и максимальный коэффициент возврата НЭ криопродукта выше в контурах, работающих по циклу Ренкина, поскольку в нем затрачивается значительно меньше энергии (на 2-3 порядка) при оди-

0,7

0,6

ПС r|t Пех 1 1/т КвИД Кв

□ I- 1R(83-159,462K) -R729 7I - 1R(83-193,64K)-R729 HI - 1B(83-143,5773)-R729

Рис. 6. Показатели эффектив-ости контуров одноконтурных НЭУ при оценке по уточненной общей методике комплексного проектирования НЭУ Fig. 6. Efficiencyindicators for the (circuits of single-circuit LPP evaluated using an improved gener-l methodology for tXe in7egrated deoign of LPP

наковой степени повышения давленоя рабочего тела, чем в цикле Бр айтона.

При проектировании трехконтурных НЭУ для достижения более высокой мощности возможно увеличить верхний температурный уровень путем подвода допол-

нительной тепловой энергии от внешних источников теплоты, в качестве которых могут выступать выхлопные газы или возобновляемые источнике энергии. Это

позволит получить большую мощность и повысить энергоэффективность как самого III контура НЭУ, так и НЭУ в целом.

На рис. 8 представлены показатели эффективности контуров трехконтурных НЭУ [4, 6]. Значения теплового КПД и, как следствие, эксергетического КПД напрямую зависят от температурных уровней в контурах.

В целом, анализ показателей эффективности энергетических установок является вхжным шегом для многопа-раметрическогх выбора Н ЭУ, оптиминаци и их работы и повхпнения энвртоэффектитнксэи. Такие исскедования позвнтяют сократить время но предпроектном этапе разработки криогенных систем аккумулирования энергии, выбрать наиболее эфф ективные циклы и энерге тические установки при нпределенных условиях, а тякже предложить способы повышенкх харантеристук предхегаемых НЭУ

Таким образом, уточненная общая методика комплекс ного проемтирования НЭУ применима для любых энергоквоизккдящих сисэем, е пкедставлкрные в данной работе результаты расчетного исследовани зволяют сделать выбор НЭУ для криогенных систем аккумулирования энергии подконкретныйзапрос.

0,7 0,6 0, 7 0,7 0,6 0,0 0,1 0

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

□П и P ■ P

ш

latT

ID

nt

nex

nN

1/t

РвИД

Рв

III

J

пПИВ

ПС nt nex nN 1/т РвИД Рв

Роруур П-1R(83-159,462K)-R729-2R(Ш-274,778K)-R747 "П Рорууя П-1R(83-195,64K)-R72ИДR(Ш-326,414K)-R747

Ко-туя П-1R(83-227,448K)-R729-2R(Ш-362,372K)-R747 ПР Ко-туя n-1R(83-159,462K7R72R-2B(n3-238,663K7-Rra

Ко-туя П-1R(83-195,64K)-R729-2B1Ш-326,414K-)R747 BP Ко-туя П-lR(83-195,64K)-R729-2B(Ш-326,414K)-R747

Рис. 7. Показатели эффективности контуров двухконтурных НЭУ при оценке по уточненной общей методике комплексного

проектирования НЭУ: а — I контур; б — II контур) Fig. 7. Efficiency iidicatoHs for the circuits opdouble-circuit LPP evaluated uaiig an improvedgeneral methodology for the integrated

design of LPP: а — б circuit; б — II circuit

w

0,7 0,4 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Dl

-■П-ПП_

oüfflü

nc

nt

Hex

nN

1/T

КвИП

Кв

0,8 0,7 0,8 0,7 0,4 0,45 0,4 0Д 0,0

ПС

nt

nex

nN

1/T

КвИД

Кв

nt

□ III Контур III-

■ III К0нтур III

иш К0нтур ш-

III Контур IIIIII Контур IIIIII Контур IIIIII Контур IIIIII Контур III-

2В(85 2R(85 2R(84 213(83 2B(84 2R(84 2R(84 2R(84

nex ■254,4"78IC) ■244,473!IC) ■249,573K) ■253,573K) ■243,588K) ■254,588K) ■259,472K) ■253,573K)

-3R(238,8-385,53K)-R280-3R(167,73-358,378K)-R25

-3B(228-^38,7733C)-R280-;5R(283,35-382,53^K;)-R390

-3B(223-345,088K)-R850-3R(253,13-373,470K)-R290

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

-2B(224,8-382,839K)-R5 0-3 R( 165,05-448,278K)-R200

-3R(237,7-277,773K)-R80-3R(278Л0-308(731K)-R170

-3B(223-370,078KI-R700-3B(203,04-334,302K)-R270

-3R(Ш-370,n7KI-R100-7B(203,0-348•740K9-R80

-3B(Ш,7-233,339K)-R80-3B(2101337Л83K)-R340

Рис. 8. Показатели эффективности контуров трехконтурных НЭУ при оценке по уточненной общей методике комплексного проектирования НЭУ: а — I контур; б — II контур; в — III контур Fig. 8. Efficiency indicators for the circuits of nhree-circuit LPP evaluated using an improved general methodology for the integrated design opLPP: а — I circuitf б — II circuit; в — Illciicuit

Заключение

1. Проведена предпроектная оценка одно-, двух-и трехконтурных низкотемпературных энергетических установок для криогенных систем аккумулирования энергии с учетом их технических характеристик.

2. Проведено расчетное исследование показателей эффективности по уточненной общей методике комплексного проектирования НЭУ для выполнения расчета и анализа энергетических характеристик НЭУ с учетом их особенностей.

3. Полученные расчетные данные параметров НЭУ показывают, что максимальная удельная мощность в од-

ноконтурной НЭУ составляет 84-,30 кВт/кг; в двухконтур-ной — 334,59 кВт/кг; в треууонтурной — 385,89 кВт/кг.

4. Наиболее эффективной низкотемпературной энергетической установкой для криогенной системы аккумулирования энергии является трехконтурная НЭУ III — 1R (83-159,462K) — R729-2B (113-274,078K) R740-3B (193,47-337,542K) — R170 с коэффициентом аккумуляции тепла 16,3%.

Благодарности

Результаты работы получены при финансовой поддержке Минобрнауки России (проект № FSSS-2024-0017).

ш

а

б

Литература

1. National Economy Witnessed Momentum of Recovery with Solid Progress in High-quality Development in 2023 // OECD. 2023. [Электронный ресурс]: URL: http://www.stats.gov.cn

2. BP World Energy Statistics Report // OECD. 2023. [Электронный ресурс]: URL: https://www.bp.com.cn/zh_cn/china/home. html

3. Uglanov D. A. Selection of the Optimal Method of Accumulation and Storage of Electricit /D. A. Uglanov, A. S. Filinova, N. Kedam // International Scientific and Technical Engine Conference (EC). 2021. P. 1-5.

4. Тремкина О. В. Совершенствование метода определения характеристик низкотемпературных энергоустановок летательных аппаратов: дисс. канд. техн. наук: 2.5.15. / Тремкина Ольга Витальевна. Самара, 2023. 178 с.

5. Низкотемпературные энергетические установки, использующие низкопотенциальную энергию СПГ (Обзор публикаций по низкотемпературным энергетическим установкам с целью выявления схемных решений, состава и определения характеристик) / Благин Е. В., Манакова О. А., Тремкина О. В., Угланов Д. А. Самара, 2023. 485 с.

6. Тремкина О. В. Оценка показателей эффективности схемных решений установок когенерации на базе ГТУ при использовании СПГ в качестве топлива / И. А. Архаров, А. И. Довгялло, Д. А. Угланов, О. В. Тремкина. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2023. № 1. С. 25-30.

7. Алексеев Г. Н. Общая теплотехника: Учеб. пособие. М.: Высш. школа, 1980. 552 с.

8. Угланов Д. А. Энергоэффективные системы преобразования низкопотенциальной энергии криопродуктов: дисс. докт. техн. наук: 05.04.03 / Угланов Дмитрий Александрович. Санкт-Петербург, 2022. 688 с.

9. Довгялло А. И. и др. Эффективность цикла Ренкина при условии получения максимальной мощности применительно к низкотемпературной энергетической установке, использующей криопродукт как рабочее тело. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2020. № 6. С. 3-7.

References

1. National Economy Witnessed Momentum of Recovery with Solid Progress in High-quality Development in 2023. OECD. 2023. [Electronic resource]: URL: http://www.stats.gov.cn

2. BP World Energy Statistics Report. OECD. 2023. [Electronic resource]: URL: https://www.bp.com.cn/zh_cn/china/home. html

3. Uglanov D. A. Selection of the Optimal Method of Accumulation and Storage of Electricit / D. A. Uglanov, A. S. Filinova, N. Kedam. International Scientific and Technical Engine Conference (EC). 2021. P. 1-5.

4. Tremkina O. V. Improving the method of determining the characteristics of low -temperature power plants of aircraft: Diss. cand. tech. Sciences: 2.5.15. / Tremkina Olga Vitalievna. Samara, 2023. 178 p. (in Russian)

5. Low -temperature energy plants using low -potential energy LNG (overview of publications on low -temperature energy plants in order to identify schematic solutions, composition and determination of characteristics) / Blagin E. V., Manakova O. A., Tremkin O. V., Uglanov D. A. Samara, 2023. 485 p. (in Russian)

6. Tremkina O. V. Assessment of indicators of the effectiveness of schematic solutions for the installations of cogeneration on the basis of GTU when using LNG as fuel / I. A. Arkharov, A. I. Dovgyallo, D. A. Uglanov, O. V. Tremkina. Chemical and oil and gas engineering. 2023. No. 1.-P. 25-30. (in Russian)

7. Alekseev G. N. General heat engineering: textbook. manual. M.: Higher. School, 1980. 552 p. (in Russian)

8. Uglanov D. A. Energy efficient systems for converting low -potential energy of cryoproductions: Diss.doct. tech. Sciences: 05.04.03 / Uglanov Dmitry Alexandrovich. St. Petersburg, 2022. 688 p. (in Russian)

9. Dovgyallo A. I. ets al. The effectiveness of the Renkin cycle, provided that the maximum power is obtained in relation to a low -temperature energy installation using a cryoproduct as a working body. Chemical and oil and gas engineering. 2020. No. 6. p. 3-7. (in Russian)

Сведения об авторах

Угланов Дмитрий Александрович

Д. т. н., профессор кафедры теплотехники и тепловых двигателей Самарского национального исследовательского университета им. академика С. П. Королева, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34, [email protected]

Information about authors

Uglanov Dmitry A.

D. Sc., Professor of the Department of Heat engineering

and thermal engines of the Samara National Research University

named after academician S. P. Korolev,

34, Moskovskoye shosse, Russia, 443086, Samara,

[email protected]

Тремкина Ольга Витальевна

Ассистент кафедры теплотехники и тепловых двигателей

Самарского национального исследовательского университета

им. академика С. П. Королева,

443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34,

[email protected]

Tremkina Olga V.

Assistant of the Department of Heat engineering

and thermal engines of the Samara National Research University

named after academician S. P. Korolev,

34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086, Russia,

[email protected]

Лю Юйвэй

Инженер Китайской энергетической строительной корпорации, Китай, Пекин, [email protected]

Liu Yuwei

Engineer of China Energy Construction Group Co., Ltd, China, Beijing, [email protected]

Статья доступна по лицензии

Creative Commons «Attribution-NonCommercial»

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.