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Energy, exergy and economic analyses and performance assessment of a trigeneration system for power, freshwater and heat based on supercritical water oxidation and organic Rankine cycle
Energy Conversion and Management ( IF 10.4 ) Pub Date : 2021-06-16 , DOI: 10.1016/j.enconman.2021.114395
Huan Xi , Mingjia Li , Zuohua Huang , Meiwei Wang

The chemical energy contained in organic sewage is not fully utilized. By using organic sewage as a renewable energy source, a novel trigeneration hybrid system consisting of a supercritical water oxidation process and an organic Rankine cycle system for power, freshwater and heat is proposed. The system is evaluated by multiple approaches including parametric sensitivity analysis, exergy and economic analyses. It is found that the proposed hybrid system with the organic sewage mass flow of 5020 kg/h (12% mass fraction) has a power capacity of 286.5 kW and heat capacity of 1081 kW. The electricity efficiency, thermal efficiency, energy efficiency and exergy efficiency could reach up to 9.56%, 44.93%, 53.47% and 22.45%, respectively. The overall exergy flow destruction of the hybrid system is 1706.1 kW. The four components with the highest exergy destruction are reactor, valve, the first stage of preheater and the evaporator of organic Rankine cycle system. The calculated net annual income value is 739.861 k$. The four components with the highest equipment cost are two turbines, cooling water pump and reactor, with the equipment costs of 571.31 k$, 1554.65 k$, 670.50 k$ and 460.91 k$, which account for 32.09%, 19.40%, 8.37% and 5.75%, respectively. The dynamic payback period and the simple payback period of the system are 16.41 and 11.02 years. These results reveal that the proposed hybrid system is efficient, self-sufficient and clean for both power, heat and freshwater generation, which could be a promising candidate as advanced energy conversion technology in practical applications.



中文翻译:

基于超临界水氧化和有机朗肯循环的电力、淡水和热三联产系统的能源、火用和经济分析和性能评估

有机污水中所含的化学能没有得到充分利用。利用有机污水作为可再生能源,提出了一种由超临界水氧化工艺和有机朗肯循环系统组成的电力、淡水和热能的新型三联产混合系统。该系统通过多种方法进行评估,包括参数敏感性分析、火用和经济分析。结果表明,所提出的有机污水质量流量为 5020 kg/h(质量分数为 12%)的混合系统具有 286.5 kW 的功率容量和 1081 kW 的热容量。电效率、热效率、能源效率和火用效率分别达到9.56%、44.93%、53.47%和22.45%。混合系统的总火用流破坏为 1706.1 kW。火用破坏最高的四个部件是反应器、阀门、预热器的第一级和有机朗肯循环系统的蒸发器。计算出的年净收入值为 739.861 k$。设备成本最高的四个部件是两台汽轮机、冷却水泵和反应堆,设备成本分别为571.31 k$、1554.65 k$、670.50 k$和460.91 k$,分别占32.09%、19.40%、8.37%和 5.75%,分别。系统的动态投资回收期和简单投资回收期分别为16.41年和11.02年。这些结果表明,所提出的混合系统在发电、供热和淡水发电方面都是高效、自给自足和清洁的,这可能是实际应用中作为先进能源转换技术的有希望的候选者。有机朗肯循环系统的第一级预热器和蒸发器。计算出的年净收入值为 739.861 k$。设备成本最高的四个部件是两台汽轮机、冷却水泵和反应堆,设备成本分别为571.31 k$、1554.65 k$、670.50 k$和460.91 k$,分别占32.09%、19.40%、8.37%和 5.75%,分别。系统的动态投资回收期和简单投资回收期分别为16.41年和11.02年。这些结果表明,所提出的混合系统在发电、供热和淡水发电方面都是高效、自给自足和清洁的,这可能是实际应用中作为先进能源转换技术的有希望的候选者。有机朗肯循环系统的第一级预热器和蒸发器。计算出的年净收入值为 739.861 k$。设备成本最高的四个部件是两台汽轮机、冷却水泵和反应堆,设备成本分别为571.31 k$、1554.65 k$、670.50 k$和460.91 k$,分别占32.09%、19.40%、8.37%和 5.75%,分别。系统的动态投资回收期和简单投资回收期分别为16.41年和11.02年。这些结果表明,所提出的混合系统在发电、供热和淡水发电方面都是高效、自给自足和清洁的,这可能是实际应用中作为先进能源转换技术的有希望的候选者。设备成本最高的四个部件是两台汽轮机、冷却水泵和反应堆,设备成本分别为571.31 k$、1554.65 k$、670.50 k$和460.91 k$,分别占32.09%、19.40%、8.37%和 5.75%,分别。系统的动态投资回收期和简单投资回收期分别为16.41年和11.02年。这些结果表明,所提出的混合系统在发电、供热和淡水发电方面都是高效、自给自足和清洁的,这可能是实际应用中作为先进能源转换技术的有希望的候选者。设备成本最高的四个部件是两台汽轮机、冷却水泵和反应堆,设备成本分别为571.31 k$、1554.65 k$、670.50 k$和460.91 k$,分别占32.09%、19.40%、8.37%和 5.75%,分别。系统的动态投资回收期和简单投资回收期分别为16.41年和11.02年。这些结果表明,所提出的混合系统在发电、供热和淡水发电方面都是高效、自给自足和清洁的,这可能是实际应用中作为先进能源转换技术的有希望的候选者。系统的动态投资回收期和简单投资回收期分别为16.41年和11.02年。这些结果表明,所提出的混合系统在发电、供热和淡水发电方面都是高效、自给自足和清洁的,这可能是实际应用中作为先进能源转换技术的有希望的候选者。系统的动态投资回收期和简单投资回收期分别为16.41年和11.02年。这些结果表明,所提出的混合系统在发电、供热和淡水发电方面都是高效、自给自足和清洁的,这可能是实际应用中作为先进能源转换技术的有希望的候选者。

更新日期:2021-06-17
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