Ευέλικτα μοντέλα για τον σχεδιασμό και δυναμική λειτουργία Οργανικών Κύκλων Rankine, μονής και διπλής πίεσης: εφαρμογή σε ένα πλοίο μεταφοράς LNG

Πλαγιανός, Γεώργιος Παναγιώτης; Plagianos, Georgios Panagiotis

dc.contributor.author	Πλαγιανός, Γεώργιος Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Plagianos, Georgios Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2016-10-31T10:39:51Z
dc.date.available	2016-10-31T10:39:51Z
dc.date.issued	2016-10-31
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43943
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13805
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Οργανικός κύκλος Rankine	el
dc.subject	Δυναμική μοντελοποίηση	el
dc.subject	Μοντέλα σχεδιασμού	el
dc.subject	Πλοίο LNG	el
dc.subject	Συστήματα ελέγχου	el
dc.subject	Dynamic modeling	en
dc.subject	Organic rankine cycle	en
dc.subject	Design models	en
dc.subject	LNG carrier	en
dc.subject	Control systems	en
dc.title	Ευέλικτα μοντέλα για τον σχεδιασμό και δυναμική λειτουργία Οργανικών Κύκλων Rankine, μονής και διπλής πίεσης: εφαρμογή σε ένα πλοίο μεταφοράς LNG	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Flexible models for the design and dynamic operation of single and dual pressure Organic Rankine Cycle systems: application to an LNG carrier	en
heal.classification	Steam-boilers--Dynamics	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85127648
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-12
heal.abstract	Στα πλοία μεγάλου μεγέθους, το σύστημα πρόωσης είναι συνήθως ηλεκτρικό, προς ελεύθερη τοποθέτηση των μηχανών εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ), έχοντας πιο ευέλικτη σύνδεση με το σύστημα μετάδοσης κίνησης και μειώνοντας τον θόρυβο παράλληλα. Τα πλοία ταξιδεύουν συνήθως με σταθερή ταχύτητα, κατ’ επέκταση και σταθερό φορτίο και σταθερά ποσά απορρυπτόμενης θερμότητας. Το περιβάλλον αυτό καθιστά την εγκατάσταση Οργανικών Κύκλων Rankine (ORC) μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για αξιοποίηση της θερμότητας αυτής, με στόχο την αύξηση του βαθμού απόδοσης και την μείωση της κατανάλωσης καυσίμου. Ο σχεδιασμός του συστήματος πρέπει να γίνει έτσι ώστε να μεγιστοποιείται η παραγωγή ισχύος, δίχως να μεταβάλλεται το σημείο λειτουργίας των ΜΕΚ. Επιπλέον πρέπει να έχει εγγυημένη σταθερότητά και ασφάλεια. Τα προσομοιωτικά μοντέλα είναι μία μέθοδος σχεδιασμού συστημάτων και προσομοίωσης της συμπεριφοράς τους. Με την κατασκευή μοντέλων σχεδιασμού μπορεί να βρεθεί το βέλτιστο σημείο σχεδιασμού του συστήματος για ευρείς συνθήκες λειτουργίας, για διάφορα οργανικά μέσα, αλλάζοντας μόνο τις μεταβλητές εισόδου του μοντέλου. Επίσης, τα δυναμικά μοντέλα προσομοίωσης αποτελούν έναν φθηνό, γρήγορο και αξιόπιστο τρόπο να εκτιμηθεί η σταθερότητα και η συμπεριφορά του συστήματος σε δυναμικές συνθήκες λειτουργίας, επιτρέποντας ταυτόχρονα και τον σχεδιασμό κατάλληλου συστήματος ελέγχου. Η παρούσα διπλωματική αφορά την κατασκευή ευέλικτων μοντέλων σχεδιασμού και προσομοίωσης ORC. Τα μοντέλα σχεδιασμού υπολογίζουν το σημείο σχεδίασης του κύκλου που βελτιστοποιεί την παραγωγή ισχύος, για διάφορα οργανικά μέσα. Επιπλέον διαστασιολογούν βασικά εξαρτήματα του κύκλου όπως οι εναλλάκτες θερμότητας. Η διαστασιολόγηση είναι αναγκαία για την δημιουργία των δυναμικών μοντέλων, που προσομοιώνουν την μεταβατική λειτουργία του συστήματος σε αλλαγή των εξωτερικών παραμέτρων. Αυτό επιτρέπει την ανάπτυξη ενός συστήματος ελέγχου που θα κρατάει την λειτουργία σε ασφαλείς συνθήκες. Η εφαρμογή των μοντέλων έγινε σε ένα LNG carrier. Τρεις διαφορετικοί κύκλοι μελετώνται στην παρούσα εργασία. Μία υποκρίσιμη πίεση ατμοποίησης, δύο υποκρίσιμες πιέσεις ατμοποίησης και δύο πιέσεις ατμοποίησης εκ των οποίων η μία είναι υπερκρίσιμη. Η παραγωγή ισχύος είναι 383,61 kW, 625,61 kW και 720,16 kW αντίστοιχα. Η στρατηγική του συστήματος ελέγχου είναι να κρατάει σταθερή την υπόψυξη, την υπερθέρμανση για τους υποκρίσιμους ατμοποιητες και την εντροπία εισόδου στον υπερκρίσιμο στρόβιλο. Προς επίτευξη του μεταβάλει τις στροφές των αντλιών και την παροχή του κρύου ρεύματος στον συμπυκνωτή. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως το σύστημα αυτό είναι επαρκές και πως τα συστήματα ισορροπούν 150 δευτερόλεπτα μετά την σταθεροποίηση των μεταβολών των παραμέτρων εισόδου.	el
heal.abstract	In large scale naval field, the propulsion system is usually electrical, in order to allow a free placement of the internal combustion engines (ICE), more flexible coupling with the power transmission and noise reduction. What is more, ships usually travel in steady speed, meaning that their load is steady and therefore their waste heat is steady. On that basis organic Rankine cycles (ORCs) are a promising technology to utilize the available waste heat in order to increase the efficiency and reduce fuel consumption. The design of the system must be as to maximize the power production and not to alter the working point of the ICEs. What is more its stability and safety must be guaranteed. Simulation models are a convenient tool to both design and simulate the behavior of a system. After the design models are created, the design point can be determined for various fluids with a simple change of inputs. Also dynamic simulations are a cheap, fast and reliable way to evaluate systems stability and performance in dynamic conditions and allow the definition of the control strategy. In this thesis flexible design point models of ORCs have been created in order to optimize the power output and determine the working fluid with the best performance. In addition to this, the basic parameters of the heat exchangers have been calculated and also performance parameters of other components. These data are used in order to create a dynamic model to simulate the cycles’ dynamic response and develop a control strategy. The application of the models is done in a LNG carrier Three different ORC layout are considered in this study. Single-stage, two -stages both subcritical, and two stages with the high pressure stage to be supercritical. The power output respectively for the best scenario in each layout are: 383,61 kW, 625,61kW and 720,16kW respectively. The control strategy proposed is the control of the superheating and subcooling temperature difference for the subcritical evaporators and condensers and entropy in the supercritical turbine’s inlet. The results show that the systems reach steady state conditions within 150 seconds after the end of the inputs’ variation.	en
heal.advisorName	Σωτήριος, Καρέλλας	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	156 σ.
heal.fullTextAvailability	true