Performance analysis of organic rankine cycle with solar- assisted boiler

การวิเคราะห์สมรรถนะของวัฏจักรแรงคินสารอินทรีย์ร่วมกับหม้อน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

Name: Kimsan Sorn

LCSH: Renewable energy sources

LCSH: Solar energy

Abstract: Performance of a 10 kWe basic organic Rankine cycle (ORC) with saturated steam from biofuel-boiler as a heat source was investigated both experiment and simulation. Experimental ORC was selected R245fa as the suitable working fluid due to its high performance (thermal efficiency and cycle exergy efficiency) compared to those with other working fluids. In addition, its fluid properties were environmentally friendly with safe operation. By experimental results, it could be noticed that the electrical output could be increased to the maximum electrical output of 9.5 kW when the saturated steam inlet temperature was increased to 127.2 ℃ with superheating turbine inlet of 26.6 ℃. In addition, the cycle efficiency could be increased from 7.95% to 10.74% while the superheating decreased from 26.6 ℃ to 19 ℃. By simulation, the flow rate of saturated steam-water could be controlled until the steam leaving the ORC evaporator became subcooled liquid, the irreversibility during heat exchange at the evaporator could be reduced. Additionally, solar heat was proposed to preheat the liquid before returning to the boiler then the boiler fuel could be saved. The simulated results showed that the exergy efficiency could be increased from 52.24% to 54.38% when the steam flow rate leaving the ORC evaporator was decreased from 0.0413 kg/s in the form of saturated steam to 0.037 kg/s in the form of subcooled liquid, respectively. With 5-30 units evacuated-tube solar collectors each of 2.37 m² having optical efficiency of 0.57 and overall heat loss coefficient of 0.75 W/m²-K, the optimal solar collector unit and thermal storage capacity were found at 20 units and 1,500 L, respectively, due to the lowest unit cost of electricity (UCE). If rice husk was taken as the heat source of the boiler, the UCEs of the basic ORC without and with 20 units of the solar collector were 7.5 Baht/kWh and 7.48 Baht/kWh, respectively, for the climatic condition of Chiang Mai, Thailand.

Abstract: งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาสมรรถนะของวัฏจักรแรงคินสารอินทรีย์ (ORC) ขนาด 10 kW ที่ใช้ไอน้ำอิ่มตัวจากหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงชีวภาพเป็นแหล่งความร้อน ใช้สารทำงาน R245fa ในการทดสอบ ORC เนื่องจากให้สมรรถนะสูง (ประสิทธิภาพเชิงความร้อนและเอ็กเซอร์จี) เมื่อเทียบกับสารทำงานอื่นๆ อีกทั้งสมบัติของสารทำงานยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีความปลอดภัยในการใช้งาน ผลการทดสอบพบว่าไฟฟ้าที่ผลิตได้สูงสุด 9.5 kW เมื่อไอน้ำอิ่มตัวมีอุณหภูมิ 127.2 ℃ ด้วยอุณหภูมิขาเข้าเทอร์ไบน์มีไอร้อนยิ่งยวด 26.6 ℃ อีกทั้งประสิทธิภาพของวัฏจักรจะเพิ่มสูงขึ้นจาก 7.95% ไปเป็น 10.97% เมื่ออุณหภูมิไอร้อนยิ่งยวดลดลงจาก 26.6 ℃ เป็น 18.8 ℃ จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ การควบคุมอัตราการไหลของไอน้ำอิ่มตัวจนกระทั่งกลายเป็นของเหลวเย็นยิ่งก่อนจะออกจากเครื่องทำระเหยของ ORC สามารถลดค่าสภาพย้อนกลับไม่ได้ที่เกิดขึ้นระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนในเครื่องทำระเหย อีกทั้งการอุ่นน้ำด้วยตัวเก็บรังสีอาทิตย์ก่อนเข้าหม้อไอน้ำจะช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงในหม้อไอน้ำลงได้ โดยประสิทธิภาพเอ็กเซอร์จีเพิ่มขึ้นจาก 52.24% เป็น 54.38% เมื่ออัตราการไหลของไอน้ำที่ออกจากเครื่องทำระเหย ORC ลดลงจาก 0.0413 kg/s ในรูปของไอน้ำอิ่มตัว เป็น 0.037 kg/s ในรูปของของเหลวเย็นยิ่ง สำหรับแหล่งความร้อนพลังงานไฮบริด ตัวเก็บรังสีอาทิตย์แบบหลอดแก้วสุญญากาศขนาด 5-30 ยูนิต แต่ละยูนิตมีขนาด 2.37 m² ที่มีสมรรถนะเชิงแสง 0.57 และค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียความร้อน 0.75 W/m²-K ร่วมกับชีวมวล พบว่าสัดส่วนตัวเก็บรังสีอาทิตย์และขนาดถังเก็บความร้อนที่เหมาะสมสำหรับระบบดังกล่าวคือ 20 ยูนิต และ 1,500 ลิตร ตามลำดับ และชีวมวลที่ใช้คือแกลบ เนื่องจากให้ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่ำที่สุด โดยต้นทุนการผลิตไฟฟ้าของ ORC ที่ไม่มีและมีตัวเก็บรังสีอาทิตย์ 20 ยูนิต มีค่าเท่ากับ 7.5 บาท/kWh และ7.48 บาท/kWh ตามลำดับ ภายใต้สภาวะอากาศของจังหวัดเชียงใหม่

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Tanongkiat Kiatsirison

Role: Chairperson

Name: Nat Vorayos

Role: Member

Name: Thoranis Deethayat

Role: Member

Name: Atipong Nuntaphan

Role: Member

Created: 2020

Modified: 2022-12-24

Issued: 2022-12-24

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's degree

Descipline: Energy Engineering

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	610631093.pdf	8.49 MB	2	2025-05-21 11:58:41

ใช้เวลา

0.035806 วินาที