The current study presents a thermodynamic comparison between two different
supercritical carbon dioxide (S-CO2) Brayton cycles integrated with parabolic dish
solar system. Recompression S-CO2 Brayton cycles with reheat and without reheat are
examined for their net power output, cycle efficiencies as well as integrated system
efficiencies. The analyses are conducted by developing a comprehensive mathematical
code in Engineering Equation Solver (EES). Parabolic dish system is assessed and
optimized on the basis of yearly available data and by using the optimization results,
a thorough comparative study based on thermal efficiencies, integrated system
efficiencies and work output is carried out. The system comprises of indirect heated
Brayton cycle in which fresh water is utilized as a heat transfer fluid in solar collector,
whereas, Brayton cycle comprised of S-CO2. The dish system is designed by taking the
average annual direct normal irradiance (DNI) 1000 W/m2
approximately and such
system is effective for southern part of Pakistan, Cyprus and Spain and many other
countries where sun shines almost nine to eleven hours daily and DNI varies from 700
to 1000 W/m2
The outcomes of the research state that the recompression with reheat S-CO2 Brayton
cycle has achieved thermal efficiency almost 47.70%, while the other system has
nearly 45.02%. The recompression with reheat cycle has an overall energy efficiency
of almost 30.37 % however the recompression without reheat system has almost
27.5%. Furthermore, second law integrated efficiency of recompression without reheat
system is almost 29.6%, whereas, reheating system has 32.7% overall exergetic
efficiency. Reheating has improved efficiency almost 10.5 %. The effect of increase
iv
in minimum cycle temperature is positive for reheat system and the efficiency tends to
be reduced due to the increase in main compressor work for without reheat system.
Moreover, the effect of rise in pressure ratio on integrated system performance is
similar to that of minimum cycle temperature influence. Exergy destruction rate of
collector receiver is approximately 40% which reduces with increase in the inlet
temperature of the compressor, whereas, recuperators and pre cooler has more exergy
losses than other components.
Keywords: Parabolic dish system, S-CO2, Brayton cycle, Energy and Exergy
efficiency, Pressure ratio, Net power output, minimum cycle temperature
ÖZ:
Mevcut çalışma, parabolik çanak güneş sistemi ile entegre edilmiş iki farklı süper
kritik karbon dioksit (S-CO2) Brayton döngüsü arasındaki termodinamik bir
karşılaştırmayı sunmaktadır. Tekrar ısıtmalı ve yeniden ısıtmalı rekompresyon S-CO2
Brayton devreleri, net güç çıkışı, çevrim verimliliği ve entegre sistem verimleri
açısından incelendi. Analizler, Mühendislik Denklem Çözücü (EES) 'de kapsamlı bir
matematiksel kod geliştirerek gerçekleştirildi. Parabolik çanak sistemi, yıllık verilere
dayanarak değerlendirdi ve optimize edildi ve optimizasyon sonuçlarını kullanarak,
termal verimlilik, entegre sistem verimliliği ve iş çıkışı üzerine kapsamlı bir
karşılaştırmalı çalışma yürütüldü. Sistem, güneş kolektöründe taze suyun bir ısı
transfer sıvısı olarak kullanıldığı dolaylı ısıtmalı Brayton çevriminden oluşurken
Brayton çevrimi S-CO2'den oluşur. Çanak sistemi, yılda yaklaşık ortalama 1000 W /
m2'lik yıllık ortalama doğrudan ışınım alarak dizayn edilmiş ve bu sistem, Güney
Pakistan, Kıbrıs ve İspanya'nın ve güneşin neredeyse dokuz saat ila on saat aralıklarla
parladığı diğer birçok ülkede etkili.
Araştırma sonuçlarına göre, S-CO2 Brayton tekrar ısıtma sistemi ile yapılan
rekompresyon, yaklaşık% 47.70 oranında termik verimlilik elde ederken diğer sistem
yaklaşık% 45.02'ye ulaştı. Yeniden ısıtma çevrimi ile yapılan rekompresyon genel
enerji verimliliğine yaklaşık % 30.37 sahiptir, ancak yeniden ısıtma sistemi olmayan
rekompresyon yaklaşık % 27.5'tir. Dahası, yeniden ısıtma sistemi olmayan
rekompresyonun ikinci yasaya entegre etkinliği yaklaşık% 29.6, buna karşılık yeniden
ısıtma sistemi% 32.7'lik ekserjetik etkinliğe sahiptir. Yeniden ısıtma verimliliği
neredeyse% 10.5 arttı. Yeniden ısıtma sistemi için minimum çevrim sıcaklığındaki
artışın etkisi olumlu olmakla birlikte, yeniden ısıtma sistemi olmadan, ana kompresör
çalışmasındaki artışa bağlı olarak verimlilik azalma eğilimi gösterir. Dahası, basınç
oranındaki artışın tümleşik sistem performansına etkisi, minimum çevrim sıcaklığının
etkisine benzer. Kollektör alıcısının Exergy imha oranı yaklaşık% 40'dır ve kompresör
giriş sıcaklığındaki artışla birlikte azalırken, reküpatörler ve ön soğutucu da büyük
ekserji kayıplarına sahiptir.
Anahtar Kelimeler: Parabolik çanak sistemi, S-CO2, Brayton çevrimi, Enerji ve
ekserji verimi, Basınç oranı, Net güç çıkışı, minimum çevrim sıcaklığı.
