As the environmental regulations is more strengthened, the study of the renewable energy system and waste heat for electricity production is being accelerated. In this study, the performance and power generation rate of solar power generation by using R134a Rankine cycle was analyzed with solar radiation and mass flow rate of R134a. As a result, the maximum and minimum collected heat of solar collector was 20.4 kW and 13.6 kW at October and December, respectively. Besides, the highest generator power was generated at October and it was 0.91 kW/day, while the lowest generator power is occurred at December and it was about 0.85 kW/day.
Kim, Kyoung Su;Bang, Se Kyoung;Seo, In Ho;Lee, Sang Yun;Yi, Chung Seob
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.4
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pp.26-33
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2019
This study is a thermal and flow analysis of Organic Rankine Cycle (ORC) pipe line for 250 kW grade waste gas heat recovery. We attempted to obtain the boundary condition data through the process design of the ORC, which can produce an electric power of 250 kW through the recovery of waste heat. Then, we conducted a simulation by using STAR-CCM+ to verify the model for the pipe line stream of the 250 kW class waste heat recovery system. Based on the results of the thermal and flow analyses of each pipe line applied to the ORC system, we gained the following conclusion. The pressure was relatively increased at the pipe outside the refracted part due to the pipe shape. Moreover, the heat transfer amount of the refrigerant gas line is relatively higher than that of the liquid line.
Donghwan Shin;Hyeongwon Lee;Hoon Jung;Joonyoung Choi;Jongyoung Jo
New & Renewable Energy
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v.19
no.4
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pp.61-71
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2023
The necessity of energy utilization using livestock manure has been proposed with the decrease in domestic agricultural land. Livestock manure solid fuel has been investigated as a promising energy resource owing to its convenient storage and use in agricultural and livestock fields. Additional electricity production is possible through the integration of a biomass combustion boiler with the organic Rankine cycle (ORC). In this study, a mathematical system model of the cattle manure solid fuel boiler integrated with the ORC was developed to analyze the components' performance under variable operating conditions. A sensitivity analysis was conducted to confirm the electrical efficiency of the ORC turbine and the applicability of this system. The minimum required waste heat recovery rate was derived considering the system marginal price and levelized cost of electricity of the ORC. The simulation results showed that, in Korea, more than 77.98% of waste heat recovery and utilization in ORC turbines is required to achieve economic feasibility through ORC application.
It is becoming increasingly important to make use of alternative energy source. because It is not able to rely on only fossil fuel for the recent increasing demand of energy consumption. With this situation, lots of studies for utilizing low grade energy such as industrial waste heat, solar energy, and geothermal energy have been conducted. The aim of this study is to predict the operation characteristics of working fluid by using performance analysis program (ThermoFlex) through the system analysis which is not mixing district return water but using ORC(Organic Rankine Cycle, hereinafter ORC) as a downstream cycle when accumulating district heating (hereinafter DH). In this study, We conducted the performance analysis for the case which has the district heating water temperature($120^{\circ}C$) and Flow rate of $163m^3/h$ (including District Heating return water flow), and examined several working fluid which is proper to this temperature. The case using R245fa (which is the best-case) showed 269.2kW power output, 6.37% efficiency. Additionally, Cut down on fuel was expected because of the boiler inlet temperature increase by being Formed $57.3{\sim}85^{\circ}C$ in a temperature of district heating return water, depending on a pressure change of a condenser in ORC system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.1057-1064
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2014
Recently, there has been a growing interest in sustainable energy. One method that has been used is an organic Rankine cycle using conventional turbine technology with a low-temperature waste heat source. A 200-kW organic Rankine cycle (ORC) system was designed for a waste heat recovery application using R245fa as the working fluid. A radial turbine running at 15,000 rpm was employed to generate more than 200 kW with an expansion ratio of nine. Because an ORC turbine uses a refrigerant as the working fluid, the ideal gas law was not employed to design the turbine. In addition, the complexity of the molecular structure of R245fa made it difficult to design the turbine. Because R245fa has an Ma value of one at a low velocity for the working fluid (about 1/3 of the speed of sound in air) at about $100^{\circ}C$, it easily reaches a supersonic flow condition with a small pressure expansion. To increase the efficiency of the turbine, a dual stage radial-type turbine with a subsonic speed was suggested. This paper will describe the design procedure and performance evaluation of the ORC turbine using R245fa.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.2
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pp.171-179
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2013
The thermodynamic characteristics of a combined cycle applied with a topping cycle such as a trilateral cycle at relatively high temperatures and a bottoming cycle such as an organic Rankine cycle at relatively low temperatures have been theoretically investigated. This is an electric generation system used to recover the waste heat of the exhaust gas from a diesel engine used for the propulsion of a large ship. As a result, when the boundary temperature between the topping and the bottoming cycles increased, the system efficiencies of energy and exergy were simultaneously maximized because the total exergy destruction rate (${\sum}\dot{E}_d$) and exergy loss ($\dot{E}_{out2}$) decreased, respectively. In the case of a marine diesel engine, the waste heat recovery electric generation system can be utilized for additional propulsion power, and the propulsion efficiency was found to be improved by an average of 9.17 % according to the engine load variation, as compared to the case with only the base engine. In this case, the specific fuel consumption and specific $CO_2$ emission of the diesel engine were reduced by an average of 8.4% and 8.37%, respectively.
Baek, Seungdong;Sung, Taehong;Lee, Minseok;Kim, Kyung Chun
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.20
no.5
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pp.50-56
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2016
In this work, the open-drive oil free air compressor is modified to activate an organic Rankine cycle system as an expanding machine. The shape of the modified scroll expander case is a rectangular parallelepiped and the size of the case is $0.0394m^3$. The scroll expander is operated in an ORC using R245fa as working fluid with various working conditions for the performance test. The test data points are used to calculate the parameters of the scroll expander semi-empirical simulation model. The simulation results are compared with the experimental results to validate the simulation model.
Kim, In Seop;Kim, Chang Min;Kim, Tong Seop;Lee, Jong Jun
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.20
no.1
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pp.41-47
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2017
This study aimed to analyze organic Rankine cycle(ORC) which recovers discarded heat from a gas turbine based combined cycle cogeneration(CC-cogen) plant in terms of both performance and economics. The nominal electric power of the CC-cogen plant is around $120MW_e$, and heat for district heating is $153MW_{th}$. The major purpose of this study is to compare various options in selecting heat source of the ORC. Three heat sources were compared. Case 1 uses the exhaust gas from the HRSG, which is purely wasted to environment in normal plant operation without ORC. Case 2 also uses the exhaust gas from the HRSG. On the other hand, in this case, the DH economizer, which is located at the end of the HRSG, does not operate. Case 3 generates power using some of the district heating water which is supplied to consumers. The estimated ORC power generation ranges between 0.3 to 2.3% of the power generation capacity of the CC-cogen plant. Overall, Case 3 is evaluated to be better than other two options in terms of system design flexibility and power generation capacity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.9
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pp.937-944
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2012
The thermodynamic characteristics of a trilateral cycle with water as a working fluid have been theoretically investigated for an electric generation system to recover the waste heat of the exhaust gas from a diesel engine used for the propulsion of a large ship. As a result, when a heat source was given, the efficiencies of energy and exergy were maximized by the specific conditions of the pressure and mass flow rate for the working fluid at the turbine(expander) inlet. In this case, as the condensation temperature increased, the volume expansion ratio of the turbine could be reduced properly; however, the exergy loss of the heat source and exergy destruction of the condenser increased. Therefore, in order to recover the waste exergy from the topping cycle, the combined cycle with a bottoming cycle such as an organic Rankine cycle, which is utilized at relatively low temperatures, was found to be useful.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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