Парето-анализ контура регазификации криогенной системы аккумулирования энергии, работающей по циклу Ренкина с регенерацией тепла

Авторы

  • Шиманова Александра Борисовна ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» Автор capkova.ab@ssau.ru
  • Пулькина Анастасия Юрьевна ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» Автор pulkina.ayu@ssau.ru
  • Галкина Наталья Викторовна ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» Автор galkina.nv@ssau.ru
  • Карнаух Виктория Викторовна ФГБОУ ВО «Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского», ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет» Автор karnaukh.vita0629@gmail.com
  • Сармин Дмитрий Викторович ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» Автор sarmin.d.v@mail.ru

DOI:

https://doi.org/10.5281/zenodo.17395090

Ключевые слова:

регазификатор воздуха, цикл Ренкина, энтропия, КПД, криогенный баллон, эксергия

Поддерживающие организации

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

Лицензия

Метаданные этой статьи распространяются под лицензией CC BY 4.0

Аннотация

Исследование посвящено оптимизации контура регазификации криогенной системы аккумулирования энергии, работающей по циклу Ренкина с регенерацией. На основе термодинамического и эксергетического анализа определена оптимальная конфигурация контура регазификации с воздухом в качестве рабочего тела. Проведена оценка эффективности цикла Ренкина с регенерацией тепла, по которому осуществляется работа контура регазификации, и его экономической рентабельности. С помощью метода Парето-анализа были выявлены наиболее эффективные рабочие тела – метан, R14, R116, причем контур регазификации на метане демонстрируют максимальную мощность, а на R14 и R116 – лучшую рентабельность. Установлено, что основные потери эксергии сосредоточены в конденсаторе, что указывает на ключевое направление для дальнейшего повышения КПД системы.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

1. Zhu, H. M. A novel two stage ethylene Rankine power cycle with cold energy recovery of LNG / H. M. Zhu, Q. Li, H. Sun // Advanced Materials Research. – 2013. – V. 724. – P. 932-936. – DOI 10.4028/www.scientific.net/AMR.724-725.932.

2. Sun, H. Process Simulations of the Cold Recovery Unit in a LNG CCHP System with Different Power Cycles / H. Sun, H. M. Zhu, Liu H. W. // Advanced Materials Research. – 2011. – V. 90. – P. 3026-3032.

3. Performance enhancement of two-stage condensation combined cycle for LNG cold energy recovery using zeotropic mixtures / J. Bao [et al.] // Energy. – 2018. – V. 157. – P. 588-598. – DOI 10.1016/j.energy.2018.05.187.

4. Zhu, H. M. Exergy analysis of cascade Ethylene-Propane Rankine cycle with cold energy recovery of LNG / H. M. Zhu, H. W. Liu, H. Sun //Applied Mechanics and Materials. – 2012. – V. 170. – P. 2489-2493.

5. Liu, Ya. Exergoeconomic analysis and multi-objective optimization of a CCHP system based on LNG cold energy utilization and flue gas waste heat recovery with CO2 capture / Ya. Liu, J. Han, H. You // Energy. – 2020. – Vol. 190. – P. 116201. – DOI 10.1016/j.energy.2019.116201. – EDN SRKUIU.

6. Lee, I. Conceptual design and exergy analysis of combined cryogenic energy storage and LNG regasification processes: Cold and power integration / I. Lee, J. Park, I. Moon // Energy. – 2017. – V. 140. – P. 106-115.

7. Exergy recovery during LNG regasification: Electric energy production–Part one / Dispenza C. [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2009. – V. 29. – №. 2-3. – P. 380-387.

8. Qiang, W. Analysis of power cycle based on cold energy of liquefied natural gas and low-grade heat source / W. Qiang, L. Yanzhong, W. Jiang // Applied thermal engineering. – 2004. – V. 24. – №. 4. – P. 539-548.

9. Analysis of different combined cycles and working fluids for LNG exergy recovery during regasification / Badami M. [et al.] // Energy. – 2018. – V. 159. – С. 373-384.

10. Combined cascaded Rankine and direct expander based power units using LNG (liquefied natural gas) cold as heat sink in LNG regasification / García R. F. [et al.] // Energy. – 2016. – V. 105. – P. 16-24.

11. Ahmadi, M. H. Thermodynamic and exergy analysis and optimization of a transcritical CO2 power cycle driven by geothermal energy with liquefied natural gas as its heat sink / M. H. Ahmadi, M. Mehrpooya, F. Pourfayaz // Applied Thermal Engineering. – 2016. – V. 109. – P. 640-652.

12. Thermodynamic analysis and optimization of a waste heat recovery system for proton exchange membrane fuel cell using transcritical carbon dioxide cycle and cold energy of liquefied natural gas / M. H. Ahmadi [et al.] // Journal of Natural Gas Science and Engineering. – 2016. – V. 34. – P. 428-438.

13. Naseri, A. Thermodynamic and exergy analysis of a hydrogen and permeate water production process by a solar-driven transcritical CO2 power cycle with liquefied natural gas heat sink / A. Naseri, M. Bidi, M. H. Ahmadi // Renewable energy. – 2017. – V. 113. – P. 1215-1228.

14. Comparative study of Rankine cycle configurations utilizing LNG cold energy under different NG distribution pressures / Z. Sun [et al.] // Energy. – 2017. – V. 139. – P. 380-393.

15. Franco, A. Thermodynamic and heat transfer analysis of LNG energy recovery for power production / A. Franco, C. Casarosa // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2014. – V. 547. – №. 1. – P. 012012. –DOI 10.1088/1742-6596/547/1/012012.

REFERENCES LIST

1. Zhu, H. M. A novel two stage ethylene Rankine power cycle with cold energy recovery of LNG / H. M. Zhu, Q. Li, H. Sun // Advanced Materials Research. – 2013. – V. 724. – P. 932-936. – DOI 10.4028/www.scientific.net/AMR.724-725.932.

2. Sun, H. Process Simulations of the Cold Recovery Unit in a LNG CCHP System with Different Power Cycles / H. Sun, H. M. Zhu, Liu H. W. // Advanced Materials Research. – 2011. – V. 90. – P. 3026-3032.

3. Performance enhancement of two-stage condensation combined cycle for LNG cold energy recovery using zeotropic mixtures / J. Bao [et al.] // Energy. – 2018. – V. 157. – P. 588-598. – DOI 10.1016/j.energy.2018.05.187.

4. Zhu, H. M. Exergy analysis of cascade Ethylene-Propane Rankine cycle with cold energy recovery of LNG / H. M. Zhu, H. W. Liu, H. Sun //Applied Mechanics and Materials. – 2012. – V. 170. – P. 2489-2493.

5. Liu, Ya. Exergoeconomic analysis and multi-objective optimization of a CCHP system based on LNG cold energy utilization and flue gas waste heat recovery with CO2 capture / Ya. Liu, J. Han, H. You // Energy. – 2020. – Vol. 190. – P. 116201. – DOI 10.1016/j.energy.2019.116201. – EDN SRKUIU.

6. Lee, I. Conceptual design and exergy analysis of combined cryogenic energy storage and LNG regasification processes: Cold and power integration / I. Lee, J. Park, I. Moon // Energy. – 2017. – V. 140. – P. 106-115.

7. Exergy recovery during LNG regasification: Electric energy production–Part one / Dispenza C. [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2009. – V. 29. – №. 2-3. – P. 380-387.

8. Qiang, W. Analysis of power cycle based on cold energy of liquefied natural gas and low-grade heat source / W. Qiang, L. Yanzhong, W. Jiang // Applied thermal engineering. – 2004. – V. 24. – №. 4. – P. 539-548.

9. Analysis of different combined cycles and working fluids for LNG exergy recovery during regasification / Badami M. [et al.] // Energy. – 2018. – V. 159. – С. 373-384.

10. Combined cascaded Rankine and direct expander based power units using LNG (liquefied natural gas) cold as heat sink in LNG regasification / García R. F. [et al.] // Energy. – 2016. – V. 105. – P. 16-24.

11. Ahmadi, M. H. Thermodynamic and exergy analysis and optimization of a transcritical CO2 power cycle driven by geothermal energy with liquefied natural gas as its heat sink / M. H. Ahmadi, M. Mehrpooya, F. Pourfayaz // Applied Thermal Engineering. – 2016. – V. 109. – P. 640-652.

12. Thermodynamic analysis and optimization of a waste heat recovery system for proton exchange membrane fuel cell using transcritical carbon dioxide cycle and cold energy of liquefied natural gas / M. H. Ahmadi [et al.] // Journal of Natural Gas Science and Engineering. – 2016. – V. 34. – P. 428-438.

13. Naseri, A. Thermodynamic and exergy analysis of a hydrogen and permeate water production process by a solar-driven transcritical CO2 power cycle with liquefied natural gas heat sink / A. Naseri, M. Bidi, M. H. Ahmadi // Renewable energy. – 2017. – V. 113. – P. 1215-1228.

14. Comparative study of Rankine cycle configurations utilizing LNG cold energy under different NG distribution pressures / Z. Sun [et al.] // Energy. – 2017. – V. 139. – P. 380-393.

15. Franco, A. Thermodynamic and heat transfer analysis of LNG energy recovery for power production / A. Franco, C. Casarosa // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2014. – V. 547. – №. 1. – P. 012012. –DOI 10.1088/1742-6596/547/1/012012.

Загрузки

Опубликован

03.09.2025

Как цитировать

[1]
2025. Парето-анализ контура регазификации криогенной системы аккумулирования энергии, работающей по циклу Ренкина с регенерацией тепла. Вестник Донецкого университета. Серия 04. Технические науки. 3 (Sep. 2025), 216–226. DOI:https://doi.org/10.5281/zenodo.17395090.