Organic rankine cycle efficiency optimization by using an algorithmic approach

Abstract

Bu çalışmada Organik Rankine Çevrimi'nin optimizasyonu bir algoritma yazılarak incelendi. Çalışmada öncelikle Organik Rankine Çevrimi'nin, hangi enerji kaynaklarının kullanımı için uygun olabileceği hakkında bilgi verildi. İş akışkanı olarak su buharı kullanan Standart Rankine Çevrimi ile iş akışkanı olarak organik bir akışkan kullanan Organik Rankine Çevrimi'nin arasındaki benzerlikler ve farklar belirtildi. Hesapların anlatıldığı kısımda, çevrimin nasıl modellendiğinden bahsedildi. Çevrim ve eşanjör boyutlandırma kodlamaları MATLAB programında yapıldı. Akışkanların termodinamik özellikleri CoolProp kütüphanelerinden bulundu. Çevrim verimini etkileyen parametreler, evaporasyon basıncı, kondenzasyon basıncı, aşırı kızdırma miktarı, türbin ve pompa verimleri olarak alındı. Termodinamik hesaplardan sonra ekonomik hesapların yapılabilmesi için, evaporatör, kondenser ve rejeneratörün ısı transfer alanını bulmak gerekli idi. Bu katsayılar hesaplandı. Böylece gerekli alanlar ve satın alınan ekipman maliyetleri hesaplanmış oldu. Evaporasyon basıncı ile evaporatörün ve kondenserin ısı transfer alanları arasındaki ilişki birkaç organik akışkan için çalışıldı. Evaporatör ve kondenserin maliyetleri ile evaporasyon basıncı arasındaki ilişki de ayrıca çalışıldı. Kanatlı borulu eşanjörler için yeni bir maliyetlendirme metodu tanıtıldı.

In this work, the efficiency optimization of the Organic Rankine Cycle was studied by creating an algorithm. Firstly, information was given about energy sources would be suitable for Organic Rankine Cycle. Similarities and differences between the Standard Rankine Cycle using water vapor as working fluid and the Organic Rankine Cycle using an organic fluid as working fluid were explained. In the section where the calculations were made, cycle modeling was mentioned. Cycle and heat exchanger sizing codes were written in MATLAB. The thermodynamic properties of fluids were found using CoolProp libraries. The parameters affecting the cycle efficiency were taken as evaporation pressure, condensation pressure, superheating value, turbine and pump efficiencies. In order to make economic calculations after thermodynamic calculations, it was necessary to find the heat transfer area of the evaporator, condenser and regenerator. For that, the total heat transfer coefficients were calculated. Thus, required heat exchanger areas and purchased equipment costs were found. The relationship between evaporation pressure with heat transfer areas of evaporator and condenser were studied for several organic fluids. The effect of evaporation pressure with the cost of evaporator and condenser were also studied. A novel finned tube type heat exchanger cost estimation method was introduced.