Перспективи застосування компресорних тепловикористальних холодильних машин на CO₂ у тригенераційних системах

Анотація

У статті представлено комплексний термодинамічний аналіз тепловикористальної компресорної холодильнoї машини на CO₂, інтегрованої у тригенераційну систему з одночасним виробництвом холоду, тепла та електроенергії. Розглянуто актуальні обмеження абсорбційних холодильних машин, що традиційно використовуються в таких системах, зокрема низьку ефективність при змінних теплових навантаженнях, обмежений діапазон робочих температур, складність їхньої адаптації до динамічних теплових режимів та характерні для LiBr- і NH₃-систем експлуатаційні проблеми, які обмежують їх застосування в сучасних енергетичних комплексах. Показано, що впровадження компресорної установки з робочою речовиною CO₂ дозволяє суттєво підвищити енергетичну ефективність, забезпечити гнучке регулювання теплових потоків та розширити можливості використання вторинних і середньопотенціальних джерел теплоти різної природи. У роботі розроблено математичну модель тепловикористальної компресорної холодильної машини з урахуванням реальних термодинамічних властивостей CO₂, ізентропного ККД компресора, теплових втрат, а також впливу температурно-теплових режимів газового нагрівача та проміжних теплообмінників. Проведені розрахунки свідчать, що за тиску 300 бар та температури 600 °C коефіцієнт перетворення COP досягає 1,81, що перевищує показники абсорбційних установок у 2-5 разів і демонструє значний запас підвищення ефективності при оптимізації робочих параметрів. Окрему увагу приділено можливостям відбору теплоти з проміжних точок циклу, що забезпечує ефективне використання середньопотенціального тепла, стабілізує роботу тригенераційного комплексу та підвищує загальний тепловий коефіцієнт корисної дії. Отримані результати підтверджують перспективність використання CO₂ як екологічно безпечного, високоефективного та технологічно гнучкого робочого тіла. Показано технічну доцільність та енергетичні переваги впровадження тепловикористальних компресорних холодильних машин у сучасні тригенераційні системи, що створює підґрунтя для подальших досліджень і практичної реалізації таких установок у розподіленій енергетиці