Celem pracy było sformułowanie modeli siłowni kogeneracyjnej ORC w taki sposób by umożliwić określenie jej charakterystyk eksploatacyjnych przy współpracy hybrydowej z dodatkowym systemem konwersji energii. Modele ustalone sformułowano w celu określenia optymalnych powierzchni wymienników ciepła. Dobrane powierzchnie wymienników ciepła zostały następnie przeniesione na modele nieustalone w celu określenia odpowiedzi układu mikrosiłowni ORC w warunkach eksploatacyjnych i awaryjnych. Zaproponowano jako system hybrydowy obieg ORC współpracujący z obiegiem lewo-bieżnym. Sformułowano modele zjawisk dla współpracy obiegów ORC i obiegu lewo-bieżnego (pompa ciepła). W pracy: • Omówiono zagadnienia klasycznego oraz nieklasycznego modelowania własności czynnika. Równania analityczne pozwalające na określanie własności czynnika zaliczono do metod klasycznych. Metody oparte na sztucznej inteligencji zaliczono do metod nieklasycznych. • Omówiono metody doboru optymalnego czynnika roboczego dla obiegu ORC, zagadnienia związane ze sprawnością układu dla stanów ustalonych mogących wystąpić podczas eksploatacji obiegu ORC. Określono sprawność kogeneracyjnego obiegu ORC. • Przedstawiono zagadnienia stabilności numerycznej w procesie projektowania wymienników mikrosiłowni ORC. Sformułowano modele dynamiczne dla przepływu przeciwprądowego oraz współprądowego. Przedstawiono dynamiczny model rozłożony przepływu dwufazowego podczas przemiany fazowej skraplania. Sformułowano model skupiony dla procesu skraplania. Sformułowano model skupiony dla procesu wrzenia w obiegu ORC. Przygotowano model skupiony systemu kotłowego' oraz odbioru ciepła na potrzeby modelowania stanów awaryjnych. Przedstawiono równania opisujące elementy wykonawcze w obiegu ORC. • Omówiono kryteria stabilności systemów regulacji siłownią ORC. Dobrano strukturę sterowania oraz wykonano obliczenia dla otwartej i zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego systemu sterowania obiegiem mikrosiłowni ORC. Wykonano analizę stanów awaryjnych mikrosiłowni ORC. • Wykonano model dynamiczny lewo-bieżnego systemu grzewczego w celu integracji z obiegiem ORC w układ hybrydowy. Zaproponowano model rozłożony układu odparowania w systemie chłodniczym. Wykonano obliczenia dynamiki dla obiegu lewo-bieżnego, oraz przeanalizowano jego pracę w systemie wspólnego skraplacza z obiegiem ORC. Przedstawiono również model chłodzonego pomieszczenia wykorzystany do analizy dolnego źródła ciepła obiegu lewo-bieżnego. W modelu chłodzonego pomieszczenia uwzględniono obciążenie cieplne. • Wykonano optymalizację obiegu ORC dla stanów ustalonych i nieustalonych. Dla stanów ustalonych kryterium optymalizacji zdefiniowano jako maksymalną sprawność egzergetyczną (zmiennymi stanu były parametry geometryczne wymienników ciepła). Dla stanów nieustalonych zdefiniowano jako kryterium optymalizacji minimalny czas narastania odpowiedzi strumienia ciepła odbieranego z układu skraplacza (zmiennymi stanu dla tej optymalizacji były parametry regulatora PID w systemie odbioru ciepła). • Przedstawiono możliwe konfiguracje systemu ORC z innymi alternatywnymi obiegami realizującymi konwersję energii (np. kolektory słoneczne, turbiny gazowe systemy absorpcyjne itd.). Praca przedstawia szereg zagadnień związanych z prowadzeniem analiz istotnych zarówno w warunkach projektowania jak i eksploatacji obiegów ORC. Przedstawiono szerzej współpracę obiegu ORC z pompą ciepła. Modele przedstawione w pracy mogą być przydatne w przyszłości, gdyż obiegi ORC z reguły nie pracują jako samodzielne systemy energetyczne. Ponieważ modele fizyczne powinny oddawać charakter zjawiska przy najprostszej matematycznej postaci z uwagi na łatwość weryfikacji i implementacji kodu numerycznego w warunkach aplikacyjnych, zaproponowano możliwie najprostsze modele dynamiki podsystemów energetycznych występujących w skojarzonych obiegach ORC.

The thesis has been written to formulate a model of the ORC cogeneration plant and determine its efficiency characteristics when supported by hybrid system and additional energy conversion system. Steady state models were established in order to set the optimal surface of heat exchangers. The established heat exchangers surfaces has been transferred into transient models to investigate the response of the ORC microplant in the working conditions and in case of emergency. ORC cycle cooperating with the reversed Carnot cycle has been proposed as a hybryd system. What is more some theoretical models working together with ORC cycles and reversed Carnot cycle such as heat pump are considered. The thesis include a wide range of issues mentioned below: • Classical and nonclassical method of designating the working media properties. Analytic equations specifying the working media properties were classified as classical. Methods based on the artificial intelligence were categorised as nonclassical methods of approximation for materials properties. • Selection of the optimal working media. • System efficiency in the steady-states that may occur in the ORC exploitation process. Cogenerative efficiency of the ORC cycle. • Numerical stability in the process of the ORC microplant heat exchangers designing. Transient models for the countercurrent and cocurrent flows. Transient model of the distributed parameters system of the two-phase flow in the condensation phase change. Lumped parameter model of the transient condensation process. Lumped parameter model of the transient boiling process. Lumped parameter model for the emergency conditions in the boiler and the heating room. Equations describing the ORC system actuators. • Stability of the ORC system. Adjustment of the control system structure. Calculations for an open and closed control loop in the ORC microplant. ORC microplant in the emergency conditions. • Transient model of the hybrid composed of the hęat pump and ORC cycle. Distributed parameter model for the evaporation processes in the refrigeration system. Transient model of the cooling chamber used as a heat source in the reversed Carnot cycle. Heat loads in the cooling chamber. • ORC cycle optimisation in the steady and transient state. Maximal egzergy efficiency has been adopted as an objective function in the steady-state optimisation (geometrical parameters of the heat exchangers were adjusted as state variables). The minimal raising time has been adjusted as an objective function in the transient optimisation (PID parameters has been adapted as state variables). • Other possible variants of ORC systems working with alternative conversion cycles (such as solar collector, gas turbine and absorption systems). In addition, the thesis analyses various issues connected with ORC cycle designing and exploitation. It also describes the ORC cycle cooperation with a heat pump in greater details. The models described in the thesis may be more desirable in the future so that the ORC cycles do not work as individual energetic systems yet. In order to conform to the commonly known rule that the physical designs should always have an easy mathematical form simplifying the numeric code implementation and verification, all the presented transient models of energetic subsystems gathered in associable designs of the ORC cycles have as plain form as possible.