| dc.description.abstract | I arbeidet med denne masteroppgaven har ytelsen til en lavtemperaturdrevet organisk rankinesyklus (ORC) maskin for drift av avsaltingsanlegg blitt undersøkt. Maskinen som ble studert er utviklet av førsteamanuensis Petter H. Heyerdahl og overingeniør Bjørn O. Kasin ved Institutt for matematiske realfag og teknologi (IMT) ved Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB). Det som kjennetegner denne maskinen er at den er forsynt med to membranekspandere, heretter kalt omformere. Disse omformerne trykksetter saltvann direkte gjennom en clarkpumpe. På denne måten unngås de mange konverteringsledd og medfølgende energitap som finner sted om varmen først skal omdannes til elektrisitet gjennom en ekspander og en generator, for så å trykksette saltvannet ved hjelp av en elektrisk motor som driver en pumpe.
Temperaturene på de to varmereservoarene som maskinen arbeider mellom, ble i denne analysen valgt til 15 ᵒC på det kalde reservoaret og 90 ᵒC, 80 ᵒC eller 70 ᵒC på det varme reservoaret. I tillegg ble det valgt tre ulike ekspansjonsgrader for arbeidsmediet i omformerne: Ingen ekspansjon, kort ekspansjon og lang ekspansjon. Ytelsen til denne maskinen har dermed blitt undersøkt, både teoretisk og eksperimentelt, for ni ulike kombinasjoner av temperatur på varmekilden og ekspansjonsgrad av arbeidsmediet.
De teoretiske resultatene viste at den maksimale virkningsgraden til maskinen vil ligge mellom 6,6 og 11,1 %, avhengig av temperaturen på det varme reservoaret og ekspansjonsgraden til arbeidsmediet. Virkningsgraden kan økes på bekostning av effekten til maskinen og produksjonen av ferskvann om maskinen kjøres med ekspansjon. Disse resultatene viser at maskinen har potensiale til å konkurrere med ORC-anlegg for strømproduksjon.
Resultatene fra forsøkene på denne maskinen ga virkningsgrader som varierte mellom 3,3 og 5,2 % for de ulike driftstilstandene gitt i forsøksoppsettet. Imidlertid var det flere aspekter ved maskinen som ikke funksjonerte helt optimalt under forsøkene, deriblant lekkasje av arbeidsmedium forbi omformerne og dårlig varmeoverføring til disse. Oppdagelsene som ble gjort, skal benyttes i videre utvikling av maskinen. In this master's thesis the performance of a low-temperature driven organic Rankine cycle (ORC) machine intended for powering desalination plants has been investigated. The machine has been developed by associate professor Petter H. Heyerdahl and senior engineer Bjørn O. Kasin at the Department of Mathematical Sciences and Technology (IMT) at the Norwegian University of Life Sciences (UMB). This machine is equipped with two membrane expanders, called converters. These converters pressurize salt water directly through a Clark Pump. In this way, many of the conversion steps and associated energy losses that occur if the heat is first converted into electricity through an expander and a generator, and then used to pressurize salt water by using an electric motor driving a pump, can be avoided.
The machine works between two heat reservoirs, and in this analysis the cold reservoir was chosen to have a temperature of 15 ᵒC, while the temperature of the hot reservoir was chosen to be 90 ᵒC, 80 ᵒC or 70 ᵒC. Three different degrees of expansion of the working fluid in the converters were also chosen: no expansion, short expansion and long expansion. The performance of this machine has then been investigated, both theoretically and experimentally, for nine different combinations of temperature on the heat source and expansion of the working fluid.
The theoretical results showed that the maximum efficiency of the machine will lay between 6.6 and 11.1%, depending on the temperature of the hot reservoir and the degree of expansion of the working fluid. The efficiency can be increased at the expense of the power output of the machine and the production of fresh water, if the working fluid is allowed to expand in the converters. These results show that the machine has the potential to compete with ORC power plants.
The efficiencies found in the experimental analysis of the machine, were about half of the efficiencies found theoretically, and varied between 3,3 and 5,2 % for the different operating conditions. However, several aspects of the machine were not working exactly as they should during the experiments, among them the poor heat transfer to the converters and the leakage of working fluid past them. These findings will be used in the ongoing development of the machine. | no_NO |
