Kim, Jun-Seong;Kim, Do-Yeop;Kim, You-Taek;Kang, Ho-Keun
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.9
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pp.881-889
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2015
Ocean thermal energy conversion is an organic Rankine cycle that generates power using the temperature difference between surface water and deep water. This study analyzes the thermodynamic efficiency of the cycle, which strongly depends on the working fluid and the cycle configuration. Cycles studied included the classical simple Rankine cycle, Rankine cycles with an open feedwater heater and an integrated regenerator, as well as the Kalina cycle. Nine kinds of simple refrigerants and three kinds of mixed refrigerants were investigated as the working fluids in this study. Pinch-point analysis that set a constant pinch-point temperature difference was applied in the performance analysis of the cycle. Results showed that thermodynamic efficiency was best when RE245fa2 was used as the working fluid with the simple Rankine cycle, the Rankine cycles with an open feedwater heater and an integrated regenerator, and when the mixing ratio of $NH_3/H_2O$ was 0.9:0.1 in the Kalina cycle. If the Rankine cycles with an open feedwater heater, an integrated regenerator, and the Kalina cycle were used for ocean thermal energy conversion, efficiency increases could be expected to be approximately 2.0%, 1.0%, and 10.0%, respectively, compared to the simple Rankine cycle.
In this study, the operational characteristics of the 7.48 MW fuel cell power plant consisting of 17 units of 440 kW Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) in operation since its commercial operation in December 2017 were explained and the heat recovery process of the plat using Organic Rankine Cycle (ORC)was simulated. The fuel cell system performance improvement and economic assessment were analyzed by calculating the amount of heat recovery and electric power available when connecting a 125 kW XLT Model ORC for hot water heat sources with 105℃, 40.8 t/h. The result of the study shows that integrating the 125 kW ORC to PAFC power plant would improve generating efficiency by about 0.6% through annually 851,472 kWh of electricity produced by ORC, and fuel cell and ORC integrated systems were calculated to have a 0.35% higher Internal Return Ratio and more Net Present Value of 1,249 million KRW than not installing ORC despite installation costs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.4
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pp.317-324
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2015
In this study, a solar thermal system is designed to provide hot water and electricity for improvement of solar thermal energy availability in an apartment complex. The electricity is generated with Organic Rankine Cycle (ORC) by the solar thermal energy. R134a, R141b and R245fa are selected for operating fluid of the solar thermal ORC system. ORC with R245fa shows the best performance based on the variation of pressure. The irreversibility of component showed that the technology advance of the evaporator ensures a performance improvement. The sensitivity study results indicate that the turbine performance is most effective way to improve the performance of ORC system. An economic analysis showed that approximately 50% more income could be achieved by a solar thermal ORC system with a hot water supply.
Transactions of the KSME C: Technology and Education
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v.3
no.1
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pp.55-62
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2015
The liquefaction to produce LNG (liquefied natural gas) is the only practical way for mass transportation of natural gas across oceans, which accompanies considerable energy consumption in LNG plants. Power generation is one of the effective utilization ways of LNG cold energy which evolves during the vaporization process of LNG with sea water. In this work, performance analysis of two cold energy generation processes, direct expansion and organic Rankine cycles, were carried out by using Aspen HYSYS simulation. The results show that the performance of the organic Rankine cycle is superior to the direct expansion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.11
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pp.699-707
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2017
This study presents a comparative thermodynamic analysis of subcritical and transcritical organic Rankine cycles for the recovery of low-temperature heat sources considering nine substances as the working fluids. The effects of the turbine inlet pressure, source temperature, and working fluid on system performance were all investigated with respect to metrics such as the temperature distribution of the fluids and pinch point in the heat exchanger, mass flow rate, and net power production, as well as the thermal efficiency. Results show that as the turbine inlet pressure increases from the subcritical to the supercritical range, the mismatch between hot and cold streams in the heat exchanger decreases, and the net power production and thermal efficiency increase; however, the turbine size per unit power production decreases.
To enhance thermal efficiency of thermal facility through recovery of low and medium temperature waste heat, 1 MW organic Rankine cycle system was designed and developed. The exhaust gases of 175$^{\circ}C$ at two 100 MW power plants in pohang steel works were selected as the representative of low and medium temperature waste heat in industrial process for the heat source of the organic Rankine cycle system. HCFC-123, a kind of harmless refrigerant, was chosen as the working fluid for Rankine cycle. The organic Rankine cycle system with selected exhaust gases and working fluid was designed and constructed. From the operation, it was confirmed that the organic Rankine cycle system is available for low and medium temperature waste heat recovery in industrial process. The optimum operating manuals, such as heat-up of hot water, turbine start-up, and the process of electric power generation, were derived. However, electric power generated was not 1 MW as designed but only 670 kW. It is due to deficiency of pump capacity for supply of HCFC-123. So it is necessary to increase the pump capacity or to decrease the pressure loss in pipe for more improved HCFC-123 supply.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1137-1145
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2013
In this study, exergy analysis of a thermally activated refrigeration cycle, a combined organic Rankine cycle (ORC), and a vapor compression cycle (VCC) were conducted. It is considered that a system uses a low-temperature heat source in the form of sensible heat, such as various renewable energy sources or waste heat from industries, and one of eight working fluids: R143a, R22, R134a, propane, isobutane, butane, R245fa, or R123. The effects of turbine inlet pressure and the working fluid selected on the exergy destructions (anergies) at various system components as well as the COP and exergy efficiency of the system were analyzed and discussed. The results show that the component of the greatest exergy destruction in the system varies sensitively with the turbine inlet pressure and/or working fluid.
An analytical equation to estimate the Rankine power cycle efficiency at maximum power for the given mass flow rates of heating and cooling fluids is derived. The accuracy of the result is shown by comparing the analytical values with those calculated one using detailed thermodynamic data. The results indicate that the thermal efficiency at maximum power depends primarily on the initial temperatures of the heating and cooling fluids, and it also depends on the pinch-temperature differences between the working fluid and the heating and cooling fluids. The efficiency at maximum power provides a measure of the power available in a practical Rankine heat engine.
In this work a thermodynamic performance analysis is carried out for a combined cycle consisted of an organic Rankine cycle (ORC) and a LNG cycle. The combined system uses a low grade waste heat in the form of sensible energy and the LNG cold energy is used for power generation as well as for heat sink. The effects of the key parameters of th system such as turbine inlet pressure, condensation temperature and source temperature on the characteristics of system are throughly investigated. The simulation results show that the thermodynamic performance of the combined system can be significantly improved compared to the normal ORC which is not using the LNG cold energy.
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