Authors

Оптимизация контура регазификации криогенной системы накопления энергии, работающего по циклу Брайтона с промежуточным перегревом пара

DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-3-22-29
UDC 621.5

Оптимизация контура регазификации криогенной системы накопления энергии, работающего по циклу Брайтона с промежуточным перегревом пара

Shimanova A. B., Blagin E. V., Uglanov D.A., Shimanov A. A. , Gaev Evgeniy S.

For citation: Шиманова А.Б., Благин Е.В., Угланов Д.А., Шиманов А.А., Гаев Е.С. Оптимизация контура регазификации криогенной системы накопления энергии, работающего по циклу Брайтона с промежуточным перегревом пара. // Вестник Международной академии холода. 2025. № 3. С. 22-29. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-3-22-29. [Shimanova A.B., Blagin E.V., Uglanov D.A., Shimanov A.A., Gaev E.S. Optimization of the regasification circuit of a cryogenic energy storage system operating on the Brighton cycle with intermediate steam overheating. Journal of International Academy of Refrigeration. 2025. No 3. p. 22-29. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-3-22-29]

Abstract
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.

Keywords: криогенная система накопления энергии, цикл Брайтона, воздух, азот, регазификация.

All references

1. Streit J., Razani A. Thermodynamic optimization of reverse Brayton cycles of different configurations for cryogenic applications. International Journal of Refrigeration. 2013. V. 36, no 5. p. 1529-1544. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2013.03.005.

2. Dhillon A.K., Ghosh P. Exergetic analysis of reverse Brayton cryocooler with different turbine arrangements for HTS power cables. Cryogenics. 2021. V. 115. 103262. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2021.103262.

3. Chen L., Ge Y., Shi S., Feng H., Liu P. Exergetic efficiency and exergy-based ecological function performance optimizations for two irreversible simple Brayton refrigeration cycle models. Results in Engineering. 2024. V. 22. 101967. DOI: 10.1016/j.rineng.2024.101967.

4. Zhang N., Lior N. A novel Brayton cycle with the integration of liquid hydrogen cryogenic exergy utilization. International Journal of Hydrogen Energy. 2008. V. 33, no 1. p. 214-224. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2007.08.006.

5. Kindra V., Rogalev N., Rogalev A., Naumov V., Sabanova E. Thermodynamic Optimization of Low-Temperature Cycles for the Power Industry. Energies. 2022. V. 15, no 9. 2979. DOI: 10.3390/en15092979.

6. Serrano J.R., Dolz V., Gómez-Vilanova A., López-Carrillo J.A. Advanced exergy analysis of a Reverse Brayton cycle using air as working fluid for cryogenic purposes. International Journal of Refrigeration. 2024. March. p. 50-63. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2023.12.002.

7. Tafur-Escanta P., López-Paniagua I., Muñoz-Antón J., et al. Thermodynamics analysis of the supercritical CO₂ binary mixtures for Brayton power cycles. Energy. 2023. V. 270. 126838. DOI: 10.1016/j.energy.2023.126838.

8. Invernizzi C. Prospects of mixtures as working fluids in real-gas Brayton cycles. Energies. 2017. V. 10, no 10. 1649. DOI: 10.3390/en10101649.

9. Invernizzi C., Di Marcoberardino G. An overview of real gas Brayton power cycles: Working fluids selection and thermodynamic implications. Energies. 2023. V. 16, no 10. 3989. DOI: 10.3390/en16103989.

10. She X., Peng X., Zhang T., Cong L., Ding Y. Preliminary study of Liquid Air Energy Storage integrated with LNG cold recovery. Energy Procedia. 2019. V. 158. p. 4903-4908. DOI: 10.1016/j.egypro.2019.01.702.

11. Chang H.-M., Kim B.H., Choi B. Hydrogen liquefaction process with Brayton refrigeration cycle to utilize the cold energy of LNG. Cryogenics. 2020. V. 108. 103093. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2020.103093.

12. Guo H., Zhang Y., Xu Y., Zhou X., Chen H. Derived energy storage systems from Brayton cycle.iScience.2024. Vol. 27, Iss. 4, 109460.DOI: 10.1016/j.isci.2024.109460.

13. Biglia A., Bilardo M., Comba L., Ricauda Aimonino D., Grella M., Fabrizio E., Gay P. Performance analysis of a nitrogen-based Brayton cryocooler prototype. Energy. 2024. V. 290. 130095. DOI: 10.1016/j.energy.2023.130095.

14. Deserranno D., Zagarola M., Li X., Mustafi S. Optimization of a Brayton cryocooler for ZBO liquid hydrogen storage in space. Cryogenics. 2014. V. 64, no 11-12. p. 172-181. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2014.04.025.

15. Paweł Wojcieszak.Exergy Analysis of Liquid Nitrogen Power Cycles. European Physical Journal Conferences. 2019. V.201. 01004. DOI:10.1051/epjconf/201920101004.