Научный архив: статьи

В статье представлен детальный технико-экономический анализ криогенного аккумулятора энергии, работающего по циклу Гейландта. На основе разработанной математической модели, включающей уравнения теплового баланса теплообменников, работы компрессора и детандера, определены оптимальные параметры системы. Модель учитывает коэффициенты теплопередачи и термодинамические свойства рабочего тела. Расчеты проводились с шагом по давлению 1 бар и шагом по параметру M 0,05. Установлено, что при доле отводимого рабочего тела M = 0,7 и давлении 51 бар достигаются минимальные удельные энергозатраты 0,1272 кВт при стоимости оборудования 5047,8 $. Проведенный сравнительный анализ с циклом Линде выявил ключевые преимущества схемы Гейландта в диапазоне средних давлений (50–300 бар). Особое внимание уделено исследованию влияния параметра M на эффективность системы — показано, что его увеличение свыше 0,7 приводит к снижению общего КПД. Экономическая оценка выполнена с использованием современных моделей расчета стоимости: для компрессора, теплообменников и детандера. Результаты включают: 1 — графики зависимости энергопотребления и стоимости от давления; 2 — фронт Парето для многокритериальной оптимизации; 3 — таблицу оптимальных параметров (M = 0,7, P = 51 бар); 4 — сравнительные характеристики с циклом Линде. Основной вывод исследования: цикл Гейландта демонстрирует лучшие показатели энергоэффективности в области средних давлений (50–100 бар), обеспечивая на 12–15 % меньшие энергозатраты по сравнению с традиционными решениями. Полученные результаты имеют практическую значимость для проектирования промышленных криогенных систем хранения энергии, особенно в комбинации с возобновляемыми источниками

Проведено исследование по оптимизации контура регазификации криогенной системы накопления энергии, работающей по циклу Брайтона с промежуточным перегревом пара. На основе математического моделирования проведен анализ термодинамических параметров цикла, включая расчет мощности, термического и эксергетического КПД, а также стоимости оборудования. Установлено, что использование воздуха и азота в качестве рабочих тел обеспечивает схожую рентабельность. Эксергетический анализ выявил значительные потери в компрессоре и теплообменных аппаратах, связанные с температурным напором. Оптимальная конфигурация системы достигается при степени повышения давления в компрессоре в 5 раз и минимальном температурном напоре 1 К. Результаты демонстрируют потенциал применения цикла Брайтона для повышения энергоэффективности криогенных систем

Статья посвящена актуальной проблеме утилизации энергетического потенциала сжиженного природного газа (СПГ) в процессе его регазификации с помощью термоэлектрических генераторов (ТЭГ), работающих в криогенном диапазоне температур. Целью работы являлось расчетно-экспериментальное исследование характеристик ТЭГ для определения их эффективности. Проведен сравнительный анализ термоэлектрических свойств перспективных полупроводниковых материалов (Bi1,6 Sb 0,4 Te3, Pb0,74 Sn 0,24 Cd 0,02, CsBi 4 Te 6, Mg 2 SiO 0,3 Sn 0,7 ) с использованием разработанного алгоритма расчета. Наилучшие результаты по величине термоэлектрической добротности и КПД (8–9 %) показал материал на основе висмут-теллурида. Для экспериментальной проверки создан лабораторный образец ТЭГ на базе коммерческого модуля, в котором холодным источником тепла служил кипящий азот, а горячим — тепло окружающего воздуха. В ходе испытаний достигнута максимальная разность температур на модуле 97,5 °C, что позволило получить электрическую мощность 11,8 Вт. Экспериментально полученный КПД системы составил 5,6 %. Выявлено, что основным ограничивающим фактором является эффективность теплообмена на горячей стороне. Результаты подтверждают перспективность применения ТЭГ для рекуперации энергии холода криопродуктов и определяют необходимость оптимизации систем теплоподвода для повышения эффективности генерации