Технико-экономический анализ блока зарядки криогенного аккумулятора энергии, работающего по циклу Гейландта
DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-4-13-18
УДК 621.592.2:658.5
Благин Е.В., Угланов Д.А., Битерякова Е. М., Казандаев В. В., Павлихин И. С.
Ключевые слова: криогенный аккумулятор, цикл Гейландта, технико-экономический анализ, оптимизация, детандер, криогенные системы, энергоэффективность.
УДК 621.592.2:658.5
Технико-экономический анализ блока зарядки криогенного аккумулятора энергии, работающего по циклу Гейландта
Ссылка для цитирования: Благин Е.В., Угланов Д.А., Битерякова Е.М., Казандаев В.В., Павлихин И.С. Технико-экономический анализ блока зарядки криогенного аккумулятора энергии, работающего по циклу Гейландта. // Вестник Международной академии холода. 2025. № 4. С. 13-18. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-4-13-18 [Blagin E.V., Uglanov D.A., Biteryakova E.M., Kazandaev V.V., Pavlikhin I.S. . Cryogenic energy storage system operating on the Heylandt cycle: technical and economic analysis. Journal of International Academy of Refrigeration. 2025. No 4. p. 13-18. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-4-13-18 (in Russian)]
Аннотация
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.
Аннотация
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.
Ключевые слова: криогенный аккумулятор, цикл Гейландта, технико-экономический анализ, оптимизация, детандер, криогенные системы, энергоэффективность.
English
Русский
