Εφαρμογή οργανικού κύκλου Rankine για την ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας μηχανών πλοίου και μετατροπής της σε ισχύ

Abstract

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η πληροφόρηση σχετικά με την απορριπτόμενη ενέργεια και τις τεχνολογίες ανακύκλωσης της, συγκεκριμένα του Οργανικού Κύκλου Rankine. Η ζήτηση για τεχνολογίες ανάκτησης της απορριπτόμενης θερμότητας αυξάνεται ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες, καθώς διεθνείς οργανισμοί όπως η Marpol, θέτουν σε ισχύ ποικίλες νομοθεσίες με στόχο τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμων και τον περιορισμό των εκπομπών καταστροφικών για το περιβάλλον αερίων. Αρχικά γίνεται ο ορισμός του όρου απορριπτόμενη θερμότητα και αναλύονται οι πηγές της σε μία μηχανή πρόωσης πλοίου. Γίνεται αναφορά στον Οργανικό Κύκλο Rankine, των βασικών επιμέρους στοιχείων του και πραγματοποιείται θερμοδυναμική ανάλυση προκειμένου να εξαχθεί η συνάρτηση που υπολογίζεται η απόδοση του Κύκλου. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά των διαφόρων παραλλαγών του κύκλου, ανάλογα με τις θερμοκρασίες και πιέσεις εισόδου και εξόδου του εργαζόμενου μέσου σε ορισμένα στοιχεία του κύκλου. Επίσης αναφέρεται και ο διβάθμιος κύκλος, που είναι η ένωση δύο οργανικών Κύκλων Rankine. Ύστερα πραγματοποιείται ανάλυση της διαδικασίας επιλογής εργαζόμενου μέσου, η οποία αποτελεί και τη σημαντικότερη διαδικασία, καθώς επηρεάζει άμεσα την απόδοση και το κόστος του Κύκλου. Αναφέρονται τα αποτελέσματα που εξάχθηκαν από προηγούμενες έρευνες, οι οποίες ανέλυσαν διάφορα οργανικά μέσα με βάση την απόδοση, το κόστος και τους δείκτες GWP (Global Warming Potential) και ODP (Ozone Depletion Potential). Τέλος γίνεται αναφορά στις ήδη υπάρχουσες εφαρμογές του Οργανικού Κύκλου Rankine σε εγκαταστάσεις καύσης βιομάζας και ανάκτησης γεωθερμίας, και γίνεται αναφορά σε μια έρευνα κατά την οποία αναλύθηκαν οι συνθήκες λειτουργίας διαφόρων τύπων πλοίων (Δεξαμενόπλοιο, ΧΥΔΗΝ φορτίου, εμπορευματοκιβωτίων) και έγινε προσδιορισμός των καταλληλότερων εργαζομένων μέσων, με βάση το κόστος, την απόδοση και τις συνθήκες λειτουργίας. Τεχνολογίες όπως ο Οργανικός Κύκλος Rankine αποτελούν σημαντικές αναβαθμίσεις των ήδη υπάρχουσων μηχανών, και σε συνδυασμό με το χαμηλότερο κόστος λειτουργίας τους και τη δυνατότητα επιλόγης εργαζόμενου μέσου ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας με σκοπό τη μεγιστοποίηση της απόδοσης, είναι αναμενόμενη η εφαρμογή τους σε όλο και περισσότερες εγκαταστάσεις.