Procesy termodynamiczne w geotermalnej elektrowni ORC

Abstract

Celem pracy było stworzenie modelu przykładowej elektrowni geotermalnej realizującej organiczny cykl Rankine’a oraz analiza zmienności jej sprawności w zależności od parametrów czynnika roboczego – ciśnienia, temperatury i strumienia masy. Podstawowe elementy konstrukcyjne elektrowni – parowacz, turbina parowa, skraplacz oraz pompa obiegowa. Porównanie pięciu czynników roboczych - R438A, R422A, R22M oraz mieszanin czynników R1234yf i R601a przy założonej temperaturze wód termalnych 90oC, ciśnieniu 1600 kPa, wydajności 300 m3/h. Najwyższe sprawności osiągnięto dla czynnika R601a – 13,94% przy ciśnieniu czynnika 550 kPa oraz różnicy temperatur pinch point równej 2 K. Dla czynnika R1234yf maksymalna sprawność układu 11,48%, przy ciśnieniu 2380 kPa. Pozostałe czynniki, dla których sprawności są mniejsze – odpowiednio dla R22M 10,42%, dla R438A 10,15% oraz dla R422A 9,53% - osiągają wartości maksymalne przy ciśnieniach oscylujących wokół 3 MPa. Ze względu na najwyższe sprawności, najwyższą osiąganą moc turbiny – 59,61 kW – układ z czynnikiem R601a. Czynniki środowiskowe (wskaźnik ODP i GWP) uzasadniają wykorzystanie czynnika R601a i R1234yf.

An example model of Organic Rankine Cycle (ORC) binary geothermal power plant. Efficiency analysis according to the parameters of working fluid – temperature, pressure and mass flow. Basic elements of geothermal power plant – evaporator, turbine, condenser, pump. Comparison of working fluids - R438A, R422A, R22M and mixed R1234yf and R601a, results for geothermal water temperature 90oC, pressure 1600 kPa, water flow 300 m3/h. Best results for R601a fluid - 13,94% (fluid pressure 550 kPa, pinch point temperature difference 2 K). For R1234yf – efficiency 11,48% in pressure 2380 kPa, efficiences for the rest - R22M - 10,42%, R438A - 10,15%, R422A - 9,53%, achieved at high pressure – near 3 MPa. Because of the best efficiency and the highest theoretical turbine power, R601a fluid is selected as optimal. According to environmental protection, R601a and R1234yf are the best solutions, because of the lowest ODP and GWP factors.