Дмитрий Ярославович МОНАСТЫРСКИЙ, аспирант, кафедра «Теоретические основы электротехники и энергетики»
190031, Санкт‑Петербург, Московский пр., 9
Dmitrii Ya. MONASTYRSKII, Postgraduate, Department of Theoretical Foundations of Electrical Engineering and Energy
190031, Saint Petersburg, 9, Moskovsky Ave.
Владимир Викторович ГАЛОВ, канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Теоретические основы электротехники и энергетики»
190031, Санкт‑Петербург, Московский пр., 9
Vladimir V. GALOV, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Theoretical Foundations of Electrical Engineering and Energy
190031, Saint Petersburg, 9, Moskovsky Ave.
Игорь Георгиевич КИСЕЛЕВ, д-р техн. наук, профecсор; профессор кафедры «Теоретические основы электротехники и энергетики»
190031, Санкт‑Петербург, Московский пр., 9
Igor G. KISELEV, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of TheoreticalFoundations of Electrical Engineering and Energy
190031, Saint Petersburg, 9, Moskovsky Ave.
Введение. Для энергоснабжения холодильных установок автономных рефрижераторных вагонов обычно используют дизель-генераторные силовые установки. С целью повышения энергетической эффективности предлагается замена дизеля на газопоршневой двигатель, с переходом от дизельного топлива к сжиженному природному газу и внедрением контура рекуперации холода от регазификации сжиженного природного газа для дополнительного холодоснабжения грузового помещения совместно с основной холодильной установкой. Эта замена потребует комплексной оценки потенциала утилизации физической эксергии, доступной в процессе регазификации. Целью работы является определение термодинамических границ и обоснование выбора рабочих параметров рекуперации холода при регазификации сжиженного газа в теплообменнике, расположенном в грузовом помещении рефрижераторного вагона и включенном в топливную линию энергетической установки.
Материалы и методы. В исследовании применено численное термодинамическое моделирование открытого цикла регазификации для сжиженного природного газа, предназначенного для использования в качестве моторного топлива. Использован энергетический и эксергетический анализ, метод тепловых балансов. Рассчитаны показатели удельной холодопроизводительности и эксергетического КПД второго рода относительно цикла Карно.
Результаты. Рассмотрена схема рекуперации холода сжиженного природного газа в открытом цикле с криогенным насосом. Представлены результаты численного моделирования теплофизических процессов регазификации. Проведена оценка зависимостей удельной холодопроизводительности и эксергетического КПД от рабочего давления, определены параметры, исключающие кипение газа вне контура рекуперации. Установлено, что повышение давления в линии регазификации обеспечивает рост термодинамической эффективности системы при незначительном снижении энтальпийного потенциала.
Обсуждение и заключение. Сформулированы критерии эксергетической эффективности для автономных систем, позволившие перейти от энтальпийной оценки потенциала рекуперации сжиженного природного газа к эксергетической. Выявлен диапазон рабочих давлений и температур, в котором достигается термодинамический оптимум рекуперации холода от сжиженного природного газа. Данный режим является необходимым условием для гидравлической устойчивости системы подачи топлива, позволяет упростить конструкцию рефрижераторного вагона и унифицировать схему подачи топлива при переходе на сжиженный природный газ.
Introduction. Diesel generators sets are commonly used to power the refrigeration units of autonomous refrigerated cars. In order to increase energy efficiency of autonomous refrigerated cars it is proposed to switch from diesel fuel to liquefied natural gas (LNG), with transition from diesel fuel to LNG and introduction of cold recovery units from LNG regasification for additional cooling of cargo area in conjunction with the main refrigeration unit. This transition necessitates a comprehensive assessment of the potential for utilising the physical exergy available during the regasification process. The aim of the study is to determine the thermodynamic limits and justify the selection of operating parameters for LNG cold energy recovery in the auxiliary cooling circuit of the cargo compartment.
Materials and methods. The study employed numerical thermodynamic processes simulation of an open regasification cycle for LNG fuel. Energy and exergy analyses, along with the heat balance method, were utilised. Key indicators, including specific cooling capacity and second-law exergetic efficiency relative to the Carnot cycle, were calculated.
Results. The authors examined LNG cold recovery scheme based on an open cycle with a cryogenic pump. The results of the numerical simulation of the thermophysical regasification processes are presented. The dependencies of specific cooling capacity and exergetic efficiency on operating pressure were evaluated, and parameters ensuring the prevention of LNG boiling outside the recovery circuit were determined. It was established that pressure increase in the regasification line significantly enhances the thermodynamic efficiency of the system with negligible reduction in enthalpy potential.
Discussion and conclusion. Exergetic efficiency criteria for autonomous systems were formulated, enabling a transition from an enthalpy-based to an exergy-based assessment of LNG recovery potential. A rational range of operating pressures was identified, achieving a thermodynamic optimum for cold recovery. This operating mode is essential for ensuring the hydraulic stability of the fuel supply system, simplifying the refrigerated car design and unifying the fuel supply scheme during the transition to LNG usage.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.