Παραμετρική Ανάλυση Οργανικού κύκλου Γεωθερμίας

Παρουσίαση με θέμα: "Παραμετρική Ανάλυση Οργανικού κύκλου Γεωθερμίας"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Παραμετρική Ανάλυση Οργανικού κύκλου Γεωθερμίας
Πτυχιακή Εργασία Παπαγεωργίου Χρήστος Λίτσο Γιάννης Επιβλέπων Καθηγητής: Μισηρλής Δημήτριος Σέρρες 2017

2 Στόχοι Εργασίας Γεωθερμία και έννοιες Κατηγορίες Γεωθερμίας
Γεωθερμία στην Ελλάδα Μοντελοποίηση οργανικού κύκλου Rankine σταθμού Chena/Alaska/USA Παραμετρική ανάλυση για διαφορετικά οργανικά ρευστά και χαμηλή πίεση λειτουργίας Παραμετρική ανάλυση για διαφορετικά οργανικά ρευστά και υψηλή πίεση λειτουργίας

3 Γεωθερμικοί πόροι (geothermal resources):
Γεωθερμική ενέργεια: Η θερμική ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης και εμφανίζεται με τη μορφή νερού ή ατμού Σχετίζεται με την ηφαιστειότητα και τις ειδικότερες γεωλογικές και γεωτεκτονικές συνθήκες της κάθε περιοχής Γεωθερμικοί πόροι (geothermal resources): Οι ποσότητες της θερμικής ενέργειας που βρίσκεται αποθηκευμένη ανάμεσα στην επιφάνεια της γης, σε κάποιο προσβάσιμο βάθος και μπορεί να ανακτηθεί

4 Γεωθερμικά Πεδία: Υψηλής ενθαλπίας ( > 150°C)
Χρήση κυρίως για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Μέσης ενθαλπίας (100 °C – 150 °C) Χρήση κυρίως για θέρμανση και επεξεργασία αγροτικών προϊόντων Χαμηλής ενθαλπίας (25 °C – 100 °C) Χρήση κυρίως για θέρμανση-ψύξη χώρων, αγροτικές εφαρμογές

5 Ηλεκτροπαραγωγή (κύριες μέθοδοι)
Κύκλος ξηρού ατμού (direct stream expansion) Το γεωθερμικό προϊόν οδηγείται απευθείας στον ατμοστρόβιλο

6 Κύκλος εκτόνωσης διφασικού ρευστού (flash condensing type)
Το διφασικό μείγμα οδηγείται πρώτα σε διαχωριστή όπου διαχωρίζονται αέρια και υγρή φάση Το υγρό μέρος είτε επανεκτονώνεται ώστε να δώσει επιπλέον ατμό είτε επανεισάγεται στο γεωθερμικό ταμιευτήρα

7 Δυαδικός κύκλος ή κύκλος Rankine με οργανικό ρευστό (ORC)
Αποτελείται από δύο κυκλώματα: Κύκλωμα θερμού νερού Κύκλωμα εργαζόμενου μέσου (οργανικού ρευστού) Το νερό μεταφέρει μέρος της θερμότητάς του στο εργαζόμενο μέσο μεταβάλλοντας τη φάση του, αυξάνοντας την ενθαλπία του και μετατρέποντάς το σε υπέρθερμο ατμό

8 Τα οργανικά ρευστά χαρακτηρίζονται σε 6 κλάσεις ασφαλείας χρήσης, με Α1 την κλάση χαμηλότερου κινδύνου και C2 την κλάση υψηλού κινδύνου

9 Περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά οργανικών ρευστών:
Κλάση ασφαλείας Επίδραση στο φαινόμενο του Θερμοκηπίου (Global Warming Potential GWP) Επίδραση στην καταστροφή της στοιβάδας του Όζοντος (Ozone Depletion Potential ODP) Ρευστό Κλάση GWP ODP R134a A1 1430 R22 1700 0.055 R12 10890 1000

10 Chena (Alaska/USA) Η πόλη διαθέτει ιαματικές πηγές που χρησιμοποιούνται κυρίως για ψυχαγωγικές δραστηριότητες

11 Μείωση κόστους ηλεκτρικής ενέργειας από 0.30 σε 0.05 $ ανά kWh
Επιλέχθηκε οργανικός κύκλος Rankine λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Μείωση κόστους ηλεκτρικής ενέργειας από 0.30 σε 0.05 $ ανά kWh

12 Σχηματική αναπαράσταση του οργανικού κύκλου σταθμού Chena
Εργαζόμενο μέσο R134a Καθαρή ισχύς σταθμού 210 kW Ηλεκτρική ισχύς εξόδου 250 kW Θερμικός βαθμός απόδοσης 8 %

13 Μοντέλο ORC στο cyclepad με R134a
Ισχύς ατμοστροβίλου kW Καθαρή ισχύς εξόδου kW Θερμικός βαθμός απόδοσης % Πίεση πριν το στρόβιλο 1695 kPa Θερμοκρασία πριν το στρόβιλο οC Πίεση συμπυκνώσεως 439 kPa Θερμοκρασία συμπυκνώσεως οC

14 Μοντέλο ORC στο cyclepad με R134a

15 Διάγραμμα T – s ORC στο cyclepad με R134a

16 Διάγραμμα P – V ORC στο cyclepad με R134a

17 Παραμετρική Ανάλυση οργανικού κύκλου
‘Α Μέρος Σταθερή ισχύς εξόδου ≈ 353 kW Αναπροσαρμογή της πίεσης συμπυκνώσεως ώστε η θερμοκρασία μετά το συμπυκνωτή να είναι οC και ανάλυση του κύκλου για R22 και R12 Αναπροσαρμογή της παροχής μάζας για την κάθε ανάλυση ώστε η ισχύς εξόδου να διατηρείται σταθερή

18 ‘Β Μέρος Σταθερή ισχύς εξόδου ≈ 353 kW
Aνάλυση του κύκλου για R134a, R22 και R12 με μεταβολή της πίεσης πριν το στρόβιλο για το εκάστοτε εργαζόμενο μέσο Θερμοκρασία μετά το συμπυκνωτή οC Αναπροσαρμογή της παροχής μάζας για την κάθε ανάλυση ώστε η ισχύς εξόδου να διατηρείται σταθερή

19 Αποτελέσματα ‘Α Μέρους
Για καθαρή ισχύ εξόδου ≈ 353 kW R134a: Βαθμός Απόδοσης % Παροχή μάζας 12 kg/sec, Πίεση συμπυκνώσεως 439 kPa R22: Βαθμός Απόδοσης 9.79 % Παροχή μάζας kg/sec, Πίεση συμπυκνώσεως kPa R12: Βαθμός Απόδοσης % Μέγιστος Παροχή μάζας kg/sec, Πίεση συμπυκνώσεως kPa

20 Αποτελέσματα ‘Β Μέρους
Για καθαρή ισχύ εξόδου ≈ 353 kW και R134a Πίεση πριν το στρόβιλο 900 kPa Βαθμός Απόδοσης 7.15 % Παροχή μάζας kg/sec Πίεση πριν το στρόβιλο 1300 kPa Βαθμός Απόδοσης % Παροχή μάζας kg/sec Πίεση πριν το στρόβιλο 1695 kPa Βαθμός Απόδοσης % Μέγιστος Παροχή μάζας 12 kg/sec

21 Για καθαρή ισχύ εξόδου ≈ 353 kW και R22
Πίεση πριν το στρόβιλο 1000 kPa Βαθμός Απόδοσης 3.96 % Παροχή μάζας kg/sec Πίεση πριν το στρόβιλο 1400 kPa Βαθμός Απόδοσης 7.81 % Παροχή μάζας kg/sec Πίεση πριν το στρόβιλο 1695 kPa Βαθμός Απόδοσης 9.79 % Μέγιστος Παροχή μάζας kg/sec

22 Για καθαρή ισχύ εξόδου ≈ 353 kW και R12
Πίεση πριν το στρόβιλο 1000 kPa Βαθμός Απόδοσης 9.03 % Παροχή μάζας kg/sec Πίεση πριν το στρόβιλο 1400 kPa Βαθμός Απόδοσης % Παροχή μάζας 16.3 kg/sec Πίεση πριν το στρόβιλο 1695 kPa Βαθμός Απόδοσης % Μέγιστος Παροχή μάζας kg/sec

23 Ο μέγιστος βαθμός απόδοσης της εγκατάστασης, για σταθερή καθαρή ισχύ εξόδου ≈ 353 kW επιτυγχάνεται για τα ακόλουθα χαρακτηριστικά λειτουργίας: Εργαζόμενο μέσο R12 Παροχή μάζας kg/sec Πίεση πριν το στρόβιλο 1695 kPa Πίεση συμπυκνώσεως 439 kPa Βαθμός απόδοσης %

24 Διάγραμμα T-s ORC στο cyclepad με R12 και
πίεση πριν το στρόβιλο 1695 kPa Μέγιστος βαθμός απόδοσης (14.15 %)

25 Διάγραμμα P-V ORC στο cyclepad με R12 και
πίεση πριν το στρόβιλο 1695 kPa Μέγιστος βαθμός απόδοσης (14.15 %)

26 Ευχαριστούμε για το χρόνο σας