Συστήματα Συμπαραγωγής και Τριπαραγωγής με αξιοποίηση των πηγών βιομάζας και ηλιακής ενέργειας μέσω του συνδυασμού των κύκλων ORC-VCC.

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενό της την παρουσίαση της ενεργειακής ανάλυσης του συνδυασμού ενός ψυκτικού κύκλου μηχανικής συμπίεσης και ενός οργανικού κύκλου Rankine (ORC-VCC), οι οποίοι είναι συζευγμένοι στην ίδια άτρακτο, μέσω στροβίλου και συμπιεστή αντίστοιχα, με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής, θερμικής και ψυκτικής ισχύος (Τριπαραγωγή) το καλοκαίρι, και ηλεκτρικής και θερμικής ισχύος το χειμώνα με αποσύζευξη του ψυκτικού κύκλου. Η ενεργειακή ανάλυση πραγματοποιείται για υποκρίσιμες και υπερκρίσιμες συνθήκες και για δύο οργανικά μέσα, το R134a και το R152a. Βασικοί άξονες της μελέτης αποτελούν η εξέταση ως προς τη θερμοκρασία συμπύκνωσης και ως προς τη θερμοκρασία υπερθέρμανσης του κύκλου. Η όλο και αυξανόμενη κατανάλωση συμβατικών καυσίμων και η μόλυνση που προκαλείται στο περιβάλλον από την καύση αυτών σε συμβατικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας μέσω της παραγωγής CO2, έχει οδηγήσει στην καταφυγή σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. ¨Ετσι η διπλωματική αυτή εργασία πραγματεύεται τη λειτουργία υβριδικών συστημάτων τα οποία συνδυάζουν τις πηγές της ηλιακής ενέργειας και της ενέργειας από την καύση βιομάζας για την παραγωγή ηλεκτρικής, θερμικής και ψυκτικής ισχύος μέσω ενός συστήματος ORC-VCC. Η ανάλυση της εγκατάστασης πραγματοποιείται και εδώ για υποκρίσιμες και υπερκρίσιμες συνθήκες, για R134a και R152a, κατά τη διάρκεια του χειμερινού και του θερινού ηλιοστάσιου (21η Δεκεμβρίου, 21η Ιουνίου αντίστοιχα) και έχει ως βασικούς άξονες τη μελέτη ως προς τη θερμοκρασία της πηγής και ως προς τη θερμοκρασία εξόδου του ψυχρού ρεύματος του αναγεννητικού προθερμαντή. Ως βιοκαύσιμο επιλέγονται οι πελλέτες ξύλου ενώ ως ηλιακοί συλλέκτες επιλέγονται οι παραβολικού τύπου PTC-1000. Επιπλέον πραγματοποιείται ανάλυση του συστήματος ORC-VCC με αποκλειστική πηγή ενέργειας, την ηλιακή. Η μελέτη αυτή δίνει χρήσιμα συμπεράσματα συγκρινόμενη με τη μελέτη που αφορά την υβριδική εγκατάσταση βιομάζας-ηλιακής ενέργειας.

This diploma thesis has as its objective the presentation of the energy analysis of the combination of a vapor compression refrigeration cycle and an organic Rankine cycle (ORC-VCC), which are coupled to the same shaft, through the turbine and the compressor respectively, in order to produce electricity, thermal power and cooling (trigeneration) in the summer and electric power and heat in the winter, when compressor is decoupled. This energy analysis is performed for subcritical and supercritical conditions and for both organic media, R134a and R152a. Main lines of the study are the examination of the condensation and the superheat temperature of the cycle. The ever increasing consumption of fossil fuels and the pollution caused to the environment by burning them in conventional power plants, by generating CO2, has led to resorting to renewable energy resources. This thesis deals with the operation of hybrid systems which combine solar and biomass energy to produce electricity, heat and cooling capacity through an ORC-VCC system. The analysis of this installation is carried out for subcritical and supercritical conditions for R134a and R152a working media, during the winter and the summer solstice (December 21st, June 21st, respectively) and has as its main themes the study of the source and the outlet temperature of the cold stream of the regenerative preheater. Wood pellets are selected as biofuel while PTC-1000 parabolic type is selected as solar collectors. Furthermore an analysis of the ORC-VCC system with solar energy, as a sole source of energy, is produced. This study gives useful conclusions compared with the study on the hybrid plant biomass-solar energy.