Economical efficiency of using a diesel-powered electric plant combined with an air heat pump

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: In settlements located in areas that do not have centralized electric and gas supply, the problems of energy supply are solved using low-power power plants based on heat engines. One of the main drawbacks of such units is the issue of fuel economy, given the cost of its delivery. In this paper, one of the ways to increase the efficiency of energy supply during the heating season in a cold climate is considered.

AIMS: Increasing the economical efficiency of a diesel-powered electric plant with an air heat pump in conditions of low ambient teperature.

METHODS: Simulation of operation conditions was performed in the MathCad software using the experimental data obtained at the department.

RESULTS: Heating of outside air before entering the evaporator of the heat pump makes it possible to significantly increase the conversion coefficient and thus expand the boundaries of application of air-source heat pumps in cold climates.

CONCLUSIONS:

  1. The combined operation of the diesel power plant with the air heat pump makes it possible to provide a single settlement with electricity as well as to supply it with thermal energy for the needs of heating and hot water supply.
  2. With the diesel engine efficiency equal to 37%, the unit efficiency with the heat pump increases to 57% at an ambient temperature of 15°C (288 K).
  3. The use of air heating at the inlet to the heat pump evaporator increases the fuel use rate by 12–14% due to the heat of engine and oil cooling.

About the authors

Mikhail Y. Frolov

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: frolov-myu@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-2356-6587

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the of Power Engineering Department

Russian Federation, 6 Miklukho-Maclay street, 117198 Moscow

Irina I. Shatalova

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: shatalova_ii@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0001-7302-4247
SPIN-code: 2455-4647
Scopus Author ID: 57200276456
ResearcherId: AAB-3661-2019

Cand. Sci. (Agricult.), Associate Professor of the Innovation Management in Industries Department

Russian Federation, 6 Miklukho-Maclay street, 117198 Moscow

Kirill V. Shkarin

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: shkarin-kv@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-5680-517X
SPIN-code: 4599-9150
Scopus Author ID: 57208439232
ResearcherId: ACZ-2056-2022

Assistant of the of Power Engineering Department

Russian Federation, 6 Miklukho-Maclay street, 117198 Moscow

Dmitriy A. Sokolov

Peoples’ Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: sokolov-da@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0001-5175-2219
SPIN-code: 1084-7419
ResearcherId: AFZ-0375-2022

Postraduate Student, Head of Laboratory at the Power Engineering Department

Russian Federation, 6 Miklukho-Maclay street, 117198 Moscow

References

  1. Air source heat pumps. Publishing Center “Aqua-Therm” [internet] Accessed: 15.12.2022. Available from: https://aqua-therm.ru/articles/articles_218.html
  2. Suslov AV. On the demand, performance and payback of air heat pumps in Russia. Refrigeration technology. 2009;98(12):8–13. (in Russ.) doi: 10.17816/RF97713
  3. Filippov SP, Ionov MS, Dilman MD. Prospects for the use of air heat pumps for heat supply of residential buildings in various climatic conditions. Teploenergetika. 2012;11:11–18. (in Russ.)
  4. Khowailed G, Sikes K, Abdelaziz O. Preliminary Market Assessment for Cold Climate Heat Pumps. Oak Ridge: ORNL; 2011. Report No.: ORNL/TM-2011/422. Accessed: 15.12.2022. Available from: https://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub32941.pdf
  5. Shen B, Abdelaziz O, Rice K, et al. Pham, in Cold Climate Heat Pumps Using Tandem Compressor. In: Conference Paper in 2016 ASHRAE Winter Conference, Orlando. U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information; 2016. Accessed: 15.12.2022. Available from: https://www.osti.gov/biblio/1235826
  6. Shen B, Abdelaziz O, Baxter V, et al. Cold Climate Heat Pump Using Tandem Vapor-Injection Compressors. In: Johansson D., Bagge H., Wahlström Å. (eds) Cold Climate HVAC 2018. CCC 2018. Springer Proceedings in Energy. Cham: Springer, 2019:429–439. doi: 10.1007/978-3-030-00662-4_36
  7. Heoa J, Jeonga MW, Kim Y. Effects of flash tank vapor injection on the heating performance of an inverter-driven heat pump for cold regions. Int. J. Refrigeration. 2010;33:848–855. doi: 10.1016/j.ijrefrig.2009.12.021
  8. Patent RUS 140197 / 10.05.2014. Byul. № 13. Antipov YuA, Shatalov IK, Sobennikov EV. Mnogostupenchataya teplonasosnaya ustanovka. (in Russ.) Accessed: 15.12.2022. Available from: https://new.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=833c31aa580e3130d8a091064ecc62bb
  9. Patent RUS 2705696 / 02.08.2018 Byul. № 22. Antipov YuA, Shatalov IK, Silin AV, et al. Mnogostupenchataya teplonasosnaya ustanovka. (in Russ.) Accessed: 15.12.2022. Available from: https://new.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=3592e7ffc4b2e93b8919a0f2bc8e5102
  10. Shatalov IK, Antipov YuA. Utilization of secondary energy resources of heat engines using heat pumps. Moscow: RUDN; 2015. (in Russ.)
  11. Shatalov IK. Heat pump installations driven by heat engines: Textbook. Moscow: RUDN; 2009. (in Russ.)
  12. Kosoi A.S., Antipov Y.A., Shkarin K.V., et al. A multistage heat pump unit model for reducing energy consumption of space heating at low ambient temperatures // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2021. Vol. 1100. P. 012045. doi: 10.1088/1757-899X/1100/1/012045

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Annual cycle of temperature tн of Central Russia.

Download (70KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of transformation rate on ambient temperature at the consumer temperature of 60°C.

Download (88KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Diagram of the heat pump with a diesel engine: И – an evaporator; KM – a compressor; KO – a condenser; ПО – a sub-cooler; TO – a heat exchanger; Г – a generator.

Download (59KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of transformation rate on ambient temperature : 1 – with heating; 2 – without heating.

Download (113KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of heat power of the heat pump on ambient temperature : 1 – with heating; 2 – without heating.

Download (103KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of fuel use rate on ambient temperature : 1 – with heating; 2 – without heating.

Download (97KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».