Techno-economic comparison of subcritical and transcritical Organic Rankine Cycle systems

Παραδεισιάδης, Δημήτριος; Paradeisiadis, Dimitrios

dc.contributor.author	Παραδεισιάδης, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Paradeisiadis, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2020-04-02T09:44:34Z
dc.date.available	2020-04-02T09:44:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50040
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17738
dc.rights	Default License
dc.subject	Οργανικός κύκλος rankine	el
dc.subject	Organic rankine cycle	en
dc.subject	Υπερκρίσιμος κύκλος	el
dc.subject	Transcritical cycle	en
dc.subject	Ενεργειακή μελέτη	el
dc.subject	Energy analysis	en
dc.subject	Εξεργειακή μελέτη	el
dc.subject	Exergy analysis	en
dc.subject	Τεχνο-οικονομική σύγκριση	el
dc.subject	Techno- economic comparison	en
dc.title	Techno-economic comparison of subcritical and transcritical Organic Rankine Cycle systems	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ενέργεια	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-09
heal.abstract	Η παγκόσμια ζήτηση ενέργειας αυξάνεται ραγδαία, εξαιτίας της συνεχούς αύξησης του πληθυσμού και της αυξανόμενης κατά κεφαλήν κατανάλωσης ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο. Καθώς η συντριπτική πλειοψηφία της πρωτογενούς ενέργειας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, έχουν εγερθεί σοβαρές περιβαλλοντικές ανησυχίες και αμφιβολίες για τη βιωσιμότητα του πλανήτη. Πέραν των διαφόρων Ανανεωσίμων Πηγών Ενέργειας, είναι απαραίτητη η αξιολόγηση Συστημάτων Ανάκτησης Θερμότητας, λόγω της ικανότητάς τους να αξιοποιούν αποβαλλόμενη θερμότητα αποδοτικά, χωρίς περαιτέρω ανάγκη σε καύσιμο. Ο Οργανικός Κύκλος Rankine αποτελεί μια αξιόπιστη και βιώσιμη τεχνολογία για αποκεντρωμένα συστήματα μικρής κλίμακας, ιδιαίτερα για πηγές θερμότητας χαμηλής θερμοκρασίας. Τα τελευταία χρόνια το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει επικεντρωθεί στον Υπερκρίσιμο Οργανικό Κύκλο Rankine ως μια εναλλακτική για περαιτέρω αύξηση του βαθμού απόδοσης. Ο Υπερκρίσιμος Κύκλος, ωστόσο, παρουσιάζει διάφορες δυσκολίες, όπως οι υψηλές απαιτήσεις κεφαλαίου ή οι αυξημένες απαιτήσεις των υλικών σε αντοχή. Εξ’ αυτού, η παρούσα μελέτη αποσκοπεί στο να συγκρίνει άμεσα έναν Υποκρίσιμο και έναν Υπερκρίσιμο Οργανικό Κύκλο Rankine για 6 εργαζόμενα μέσα, με σταθερή πηγή θερμότητας θερμικού ελαίου μέγιστης θερμοκρασίας 200℃. Η μελέτη εμπεριέχει βιβλιογραφική διερεύνηση ενός Oργανικού Κύκλου και μία αρχική μελέτη, η οποία εξετάζει την επίδραση ορισμένων παραμέτρων στη συνολική απόδοση του κύκλου και στη συνέχεια μια αναλυτική προσέγγιση για τα διάφορα εξαρτήματα της εγκατάστασης, προκειμένου να μοντελοποιηθούν. Τα δύο τελευταία κεφάλαια παρουσιάζουν τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη, τόσο θερμοδυναμικά, όσο και από οικονομικής απόψεως. Προκειμένου να εξαχθούν συμπεράσματα και να αξιολογηθεί το πλέον κατάλληλο εργαζόμενο μέσο και ο πλέον κατάλληλος κύκλος, εισήχθησαν 3 βασικοί οικονομικοί δείκτες, οι οποίοι σχετίζονται με το κόστος παραγωγής ενέργειας και την αποπληρωμή της επένδυσης. Όπως προέκυψε, υπό τις πλέον ευνοϊκές συνθήκες (5120 ώρες λειτουργίας ανά έτος για υποκρίσιμο σύστημα που βρίσκεται στη Γερμανία) ο Χρόνος Αποπληρωμής της επένδυσης υπολογίζεται σε λιγότερο από 5 έτη, με εργαζόμενο μέσο το R-134a.	el
heal.abstract	The global energy demand is rapidly increasing, due to the growing world population, as well as the increasing consumption of energy per capita, on a worldwide scale. As the vast majority of primary energy stems from fossil fuels, environmental concerns and questions over the planet’s sustainability have arisen. Besides the various Renewable Energy Sources, it is important to assess the feasibility of Waste Heat Recovery Systems due to their potential to efficiently utilize energy, without further needs of fuel. The Organic Rankine Cycle presents a proven and viable technology for small scale, decentralized systems with high efficiency, especially for low temperature sources. Lately, the scientific focus has shifted on the transcritical ORC, as an alternative to further increase the efficiency of such systems. There are various difficulties related to the transcritical cycle, however, such as higher investment costs or higher material durability requirements. For this reason, the current study aims to directly compare a subcritical and a transcritical Organic Rankine Cycle for 6 working fluids, under a constant heat source of a 200℃ thermal oil. The study includes a literature review of the Organic Rankine Cycle, a preliminary analysis of an ORC, which examines the effect of various parameters on the overall efficiency of the cycle and subsequently a detailed approach of the various components of the installation that is required for their modelling. The final two chapters present the results obtained from the study both thermodynamically and financially. In order to draw conclusions and assess the most appropriate working fluid and cycle, 3 important economic indexes were introduced, which are related to energy production costs and investment payback. It was concluded, that under the most favorable conditions (5120 working hours per year for a subcritical system operating in Germany) a Payback Period of less than 5 years can be achieved for R-134a as a working fluid.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	107 σ.
heal.fullTextAvailability	true