Ενεργειακά συστήματα συνδυασμένου κύκλου σε πλοία με έμφαση στον Οργανικό κύκλο Rankine

Νταναβάρας, Δημήτριος

Combined cycle power systems on ships with an emphasis on the Organic Rankine cycle

Διπλωματική εργασία

Author

Νταναβάρας, Δημήτριος

Date

2021-07-22

Advisor

Κουμπογιάννης, Δημήτριος

Διπλωματική εργασία (3.666Mb)

Keywords

Οργανικός κύκλος Rankine ; Οργανικά ρευστά ; Εργαζόμενα ρευστά ; Ναυτικός κινητήρας πετρελαίου ; Ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας ; Πλοίο

Abstract

Στον τομέα της ναυτιλίας ισχυρό κίνητρο αποτελεί η μείωση των εξόδων για καύσιμα αλλά και τη συμμόρφωση με τους όλο και πιο αυστηρούς κανονισμούς για τις εκπομπές ρύπων. Η αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας που προέρχεται από τα πλοία, με δεδομένο ότι σχεδόν το 50% της προσδιδόμενης ενέργειας των ναυτικών κινητήρων Diesel καταλήγει στο περιβάλλον, καθιστά αναγκαία την ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας με χρήση WHR συστημάτων για την κάλυψη ενός μέρους των ενεργειακών απαιτήσεων του πλοίου. Η χρήση των κύκλων χαμηλής θερμοκρασίας (bottoming power cycles), ως σύστημα WHR και πιο συγκεκριμένα του ORC, αποτελεί μια από τις καλύτερες λύσεις για την ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας που προέρχεται από τους ναυτικούς κινητήρες Diesel των πλοίων. Στην παρούσα εργασία γίνεται παρουσίαση των τεχνολογιών WHR που μπορούν να εφαρμοστούν σε πλοία, προκειμένου να γίνει χρήση της απορριπτόμενης θερμότητας ενός κινητήρα Diesel. Η εργασία εστιάζει σε συστήματα συνδυασμένου κύκλου Diesel – ORC. Τέλος, παρουσιάζουμε μια θερμοδυναμική ανάλυση ενός συνδυασμένου κύκλου ναυτικού κινητήρα Diesel – ORC, για την μελέτη της επίδρασης στις επιδόσεις του συνολικού συστήματος της μέγιστης πίεσης λειτουργίας του ORC, της επιλογής του εργαζόμενου ρευστού και του μεγέθους ισχύος του ναυτικού κινητήρα.

Abstract

Strong motivation exists within the marine sector to reduce fuel expenses and to comply with ever stricter emission regulations. Utilization of the waste heat that comes from ships, given that almost 50% of the energy supplied by marine Diesel engines end up in the environment, makes it necessary to recover the waste heat using WHR systems to meet part of the ship’s energy demands. The use of low temperature cycles (bottoming power cycles), as a WHR system and more specifically the Organic Rankine cycle, is one of the best solutions for the recovery of heat that comes from marine Diesel engines. This paper presents WHR technologies that can be applied to ships to use the heat rejected by a Diesel engine. The study focuses on Diesel – ORC combined cycle systems. Finally, we present a thermodynamic analysis of a combined cycle to study the effect on the performance of the overall system due to the maximum operating pressure of the ORC, the selection of the working fluid and the net power of the marine Diesel engine.