Альтернативні робочі тіла та комбіновані цикли: сучасні тенденції в удосконаленні теплових схем енергетичних установок
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-774X.2025.02.03Анотація
У статті розглянуто сучасні підходи до підвищення ефективності теплових схем енергетичних установок шляхом використання альтернативних робочих тіл та комбінованих циклів. Проаналізовано обмеження традиційних циклів Ренкіна та Брайтона, які досягли межі вдосконалення, та обґрунтовано необхідність впровадження нових технологій. Особливу увагу приділено органічному циклу Ренкіна (ORC), циклу Калини та надкритичному CO₂ (sCO₂), що забезпечують ефективне використання низько- та високотемпературних джерел теплоти. Показано, що застосування органічних рідин, водо-аміачних сумішей та надкритичних флюїдів дозволяє підвищити загальний ККД установок до 50 % – 60 %. Розглянуто комбіновані системи (газопарові, ORC+sCO₂), які мінімізують втрати тепла та забезпечують гнучкість конструкції. Окремо проаналізовано екологічні та економічні аспекти: зниження викидів CO₂, інтеграцію з відновлюваними джерелами, можливість участі у програмах «зеленого тарифу». Визначено перспективи розвитку: розширення застосування sCO₂-циклів, створення робочих тіл з низьким GWP, автоматизація комбінованих систем та удосконалення теплообмінних апаратів. У статті узагальнено сучасні розробки та тенденції, що формують основу високоефективних і екологічно безпечних енергетичних технологій майбутнього.
Посилання
Jiménez-García J. C., Ruiz A., Pacheco-Reyes A., Rivera W. (2023), “A Comprehensive Review of Organic Rankine Cycles”, Processes, vol. 11, is. 7, no. paper 1982, https://doi.org/10.3390/pr11071982.
Chowdhury A. S., Ehsan M. M. (2023), “A Critical Over-view of Working Fluids in Organic Rankine, Supercritical Rankine, and Supercritical Brayton Cycles Under Various Heat Grade Sources”, International Journal of Thermoflu-ids, vol. 20, no. paper 100426, https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100426.
Nemati A., Nami H., Ranjbar F., Yari M. (2017), “A com-parative thermodynamic analysis of ORC and Kalina cy-cles for waste heat recovery: A case study for CGAM co-generation system”, Case Studies in Thermal Engineering, vol. 9, pp. 1–13, https://doi.org/10.1016/j.csite.2016.11.003.
Kim K. H. (2019), “Thermodynamic Analysis of Kalina Based Power and Cooling Cogeneration Cycle Employed Once Through Configuration”, Energies, vol. 12, is. 8, no. paper 1536, https://doi.org/10.3390/en12081536.
Marchionni M., Bianchi G., Tassou S. A. (2020), “Review of supercritical carbon dioxide (sCO₂) technologies for high-grade waste heat to power conversion”, SN Applied Sciences, vol. 2, no. paper 611, https://doi.org/10.1007/s42452-020-2116-6.
White M. T., Bianchi G., Chai L., Tassou S. A., Sayma A. I. (2021), “Review of supercritical CO₂ technologies and systems for power generation”, Applied Thermal Engi-neering, vol. 185, no. paper 116447, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116447.
Mansouri R., Mungyeko Bisulandu B.-J. R., Ilinca A. (2023), “Assessing Energy Performance and Environmen-tal Impact of Low GWP Vapor Compression Chilled Water Systems”, Energies, vol. 16, is. 12, no. paper 4751, https://doi.org/10.3390/en16124751.
Drofenik J., Urbancl D., Goričanec D. (2022), Comparison of the New Refrigerant R1336mzz(E) with R1234ze(E) as an Alternative to R134a for Use in Heat Pumps”, Process-es, vol. 10, is. 2, no. paper 218, https://doi.org/10.3390/pr10020218.
Gonidaki A., Bellos E. (2025), “A Detailed Review of Organic Rankine Cycles Driven by Combined Heat Sources”, Energies, vol. 18, is. 3, no. paper 526, https://doi.org/10.3390/en18030526.
Song J., Simpson M., Wang K., Markides C. N. (2019), “Thermodynamic Assessment of Combined Supercritical CO2 (sCO2) and Organic Rankine Cycle (ORC) Systems for Concentrated Solar Power”, International Conference on Applied Energy 2019, 12–15 August 2019, Västerås, Sweden, paper ID 1152, pp 1–6, Access mode: https://energy-proceedings.org/wp-content/uploads/2020/03/1152_Paper_0828092719.pdf (accessed 22 November 2025).
