FLUOROETHERS AS A WORKING FLUIDS FOR LOW TEMPERATURE ORGANIC RANKINE CYCLE

PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE 3(2014) TERMOENERGETICĂ FLUOROETHERS AS A WORKING FLUIDS FOR LOW TEMPERATURE ORGANIC RANKINE CYCLE Artemenko S.V. Educational and Research Institute of Refrigeration, Сriotehnology and Eco-Energetics Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine Abstract. Hydrofluoroethers as a new class of working fluids for the organic Rankine cycle have been considered to utilize the low-potential waste heat. Temperature range 300…400 K was chosen to provide energy conversion of waste heat from fuel cells. The direct assessment of the efficiency criteria for the Rankine cycle via artificial neural networks (ANN) was used. To create ANN the critical parameters of substance and normal boiling temperature as input were chosen. The forecast of efficiency criteria for the Rankine cycle as output parameter which reproduces the coefficient of performance with high accuracy and without thermodynamic property calculations was presented. Keywords: working fluids, Organic Rankine cycle, coefficient of performance, artificial neural networks, Hydrofluoroethers. ESTERE FLUORURATE CA CORPURI DE LUCRU PENTRU CICLUL ORGANIC RANKINE LA TEMPERATURI JOASE Artemenco S.V. Institutul de Învăţământ şi de Cercetări de Refrigerare, Criotehnologii şi Ecoenergetică al Academiei Naţionale de Tehnologii Alimentare din Odesa, Ucraina Rezumat. În lucrare se prezintă o abordare privind contribuţia la rezolvarea problemelor de securitate energetică urmarea a utilizării de tehnologii de transformare a parametrilor a energiei din sursele de energie cu potenţialul termic scăzut. Ciclu Rankine, la utilizarea în calitate de corp de lucru substanţe organice (Organic Rankine Cycle - ORC) în locul aburului, devine din ce în ce mai popular. În lucrare se prezintă posibilitatea utilizării unei noi clase de substanţe ca corpuri de lucru - eterilor fluoruraţi în sistemele de transformare a parametrilor energiei din sursele de căldură cu potenţial termic redus, folosind ciclul Rankine. Valorile marginale de limită ale temperaturii surselor cu potenţial termic redus au fost selectate în intervalul de valori 300 ... 400 K. Aceste valori sunt caracteristice pentru agentul de răcire la ieşirea celulelor de combustie. În procesul de cercetare s-a utilizat metoda de evaluare directă a criteriilor de performanţă a ciclului Rankinebazată pe utilizarea reţelelor neuronale artificiale (ANN). În calitate de date intrare pentru construirea ANN s-au selectat parametri critici şi temperatura normală de fierbere a substanţei. Sunt prezentate rezultatele prognozei valorilor parametrilor de ieşire ale reţelei - factorul de transformare pentru ciclul Rankine pentru eterii fluoruraţi, dar fără calcularea caracteristicilor lor termodinamice. Cuvinte-cheie: corpuri de lucru, ciclul organic Renkine, coeficientul de transformare, reţelele neuronale artificiale, esteri fluoruraţi. ФТОРИРОВАННЫЕ ЭФИРЫ – РАБОЧИЕ ТЕЛА ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЦИКЛА РЕНКИНА НА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВАХ Артеменко С.В. Учебно-научный институт холода, криотехнологий и экоэнергетики Одесской национальной академии пищевых технологий, , Украина Аннотация. Одним из подходов к решению проблем экономической безопасности является использование технологий преобразования энергии на основе низкопотенциальных источников теплоты. Цикл Ренкина, использующий органические вещества (The Organic Rankine Сycle – ORC) вместо классического рабочего тела – водяного пара, становится все более популярным. В работе рассмотрены возможности нового класса рабочих тел – фторированных эфиров для преобразования параметров низкопотенциальных источников теплоты при помощи цикла Ренкина. Температурные границы источников выбраны в интервале 300…400К, которые характерны для систем утилизации сбросной теплоты топливных ячеек. Реализован метод прямой оценки критериев эффективности цикла Ренкина, использующий искусственные нейронные сети (ANN). В качестве входных данных для построения ANN выбраны критические параметры и температура нормального кипения вещества. Представлены результаты прогнозирования выходных параметров сети – коэффициента преобразования цикла Ренкина для фторированных эфиров без вычисления их термодинамических свойств. 22 PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE 3(2014) TERMOENERGETICĂ Ключевые слова: Рабочие вещества, органический цикл Ренкина, коэффициент преобразования, искусственные нейронные сети, фторированные эфиры I. ВВЕДЕНИЕ Стремительный рост мирового потребления энергии сопровождается увеличением выбросов в атмосферу углекислого газа. Необходимость уменьшения эмиссии парниковых газов приводит к модификации энергетических систем [1], которые:  снижают энергоемкость зданий и сооружений;  увеличивают долю зеленой энергетики, включающей в себя ветроэнергетику, солнечную энергетику, энергию биомассы, геотермальную энергию и гидроэнергетики;  обеспечивают переход от ископаемого топлива к электричеству (например, на всех видах транспорта и при отоплении);  увеличивают емкость сетей и межрегиональных линий электропередачи для демпфирования дневных и сезонных флуктуаций. Одним из возможных подходов к решению этих проблем является использование технологий преобразования энергии на основе низкопотенциальных источников теплоты [2, 3]. Цикл Ренкина, использующий органические вещества (The Organic Rankine Сycle – ORC) вместо классического рабочего тела – водяного пара, становится все более популярным инструментом достижения вышеуказанных целей. Общая схема преобразования сбросной теплоты в механическую работу в цикле является стандартной и включает парогенератор, в котором низкопотенциальный поток теплоты переводит рабочее вещество из жидкого состояния в газообразное с последующим совершением работы в расширительном устройстве (турбине). Цикличность процессов обеспечивается конденсацией паровой фазы и возвратом жидкости в первоначальное состояние при помощи питательного насоса. Концептуально, ORC совпадает с паровым циклом Ренкина, что позволяет при незначительной модификации системы, использовать те же компоненты, что применяются в традиционных паровых энергоустановках (котел, расширительное устройство, конденсатор и насос). Отличие заключается в том, что рабочим телом является органический компонент, обладающий более низкой температурой кипения, чем вода. Данное обстоятельство позволяет использовать низкопотенциальные источники энергии. Например, сюда относятся технологии, которые применяются в «солнечных прудах», где системы с ORC оказываются эффективными за счет существования градиента температур, возникающего из-за изменения солѐности в прудах [4]. В обратноосмотических системах опреснения ORC применяют для улучшения работы насоса [4, 5]. Также органический цикл Ренкина находит свое применение в системах трансформации термической энергии океана, где речь идет о температурных градиентах (не менее 20оC) для работы бинарного цикла [4]. Перспективным направлением технологии ORC является производство холода, где мощность на валу системы ORC используется для р (...truncated)