13/11/2011 - Methode zur Berechnung der Energieeffizienz in KWK-Systemen

Menéame

CHP ist ein effizienter und sauberer Ansatz zur Erzeugung von Wärmeenergie aus einer einzigen Kraftstoffquelle.

CHP wird verwendet, um Wärme und konventionelle elektrische Energie separat zu ersetzen oder zu ergänzen (SHP).

Definition der Effizienz des CHP-Systems

Jede CHP-Anwendung beinhaltet die Wiederherstellung von Wärmeenergie, die sonst verschwendet wird, um elektrische Energie oder nützliche Wärmeenergie zu erzeugen. Da CHP sehr effizient ist, reduziert es die Emissionen traditioneller Luftschadstoffe und Kohlendioxid.

Effizienz ist eine prominente Metrik, die verwendet wird, um die Leistung von CHP zu bewerten und mit SHP zu vergleichen. In diesem neuen Artikel werden die beiden am häufigsten verwendeten Methoden zur Bestimmung der Effizienz eines CHP-Systems beschrieben: Gesamtsystemeffizienz und effektive elektrische Effizienz.

In der Abbildung, mit der wir diesen Artikel eingeführt haben, werden die CHP Effizienzgewinne im Vergleich zu SHP angezeigt.

In dem Beispiel in der Abbildung wird ein typisches CHP-System dargestellt, bei dem 75 Nutzenergieeinheiten erzeugt werden, wobei die konventionelle Erzeugung oder die getrennte Wärmeerzeugung und elektrische Energieerzeugungssysteme 154 Energieeinheiten verwenden - 98 für die Stromerzeugung und 56 für die Wärmeerzeugung - was zu einem Gesamtwirkungsgrad von 49 % führt. Das CHP-System braucht jedoch nur 100 Energieeinheiten, um die 75 Nutzenergieeinheiten einer einzigen Kraftstoffquelle zu erzeugen, was zu einer Gesamteffizienz von 75 % führt.

KLAVISEN FÜR DIE CHP-EFFIZIENZ

Die Berechnung der Effizienz eines CHP-Systems erfordert eine Reihe von Schlüsselbegriffen.

·         CHP-Systeme.

Das CHP-System umfasst die Einheit, in der der Brennstoff (z. B. Turbine, Kessel, Motor) verbraucht wird, und die Wärmerückgewinnungseinheit, die Wärme in nutzbare Wärme umwandelt.

·         Gesamtkraftstoff-Energieeinlass (QFUEL) 

Die Wärmeenergie, die mit dem gesamten Kraftstoffeinlass verbunden ist. Der Gesamtkraftstoffeinlass ist die Summe aller Brennstoffe, die vom CHP-System verwendet werden.

·         Erzeugung von Nutzstrom (WE)

Die elektrische Produktion ist die Erzeugung von elektrischer Energie durch den Generator abzüglich der elektrischen Verluste Parasiten, mit anderen Worten, die elektrische Leistung, um das CHP-System zu unterstützen. Ein Beispiel für einen Stromverlust ist der Strom, der verwendet werden kann, um Erdgas zu komprimieren, bevor er in der Turbine verbrannt wird.

·         Nettowärmeerzeugung (ΣQTH).

Die Nettowärmeerzeugung entspricht der Bruttowärmeleistung des CHP-Systems abzüglich des Wärmeeingangs. Ein Beispiel für den thermischen Eingang ist die Energie aus der Rückführung des Kondensats und des Wassers zur Wärmerückgewinnungsdampferzeugung. Die Nettowärmeenergie stellt verschwendete Wärmeenergie dar, die durch das CHP-System wiederhergestellt wird.

Die Wärmeerzeugung ist die Wärmeerzeugung eines von der Aufnahmeeinrichtung verwendeten CHP-Systems. Der verwendete Begriff ist hier portant. Nicht verwendete Wärmeerzeugungen sind nicht zu berücksichtigen. Ein CHP-System kann z. B. 10.000 Pfund Dampf pro Stunde erzeugen, wobei 90 Prozent Dampf zur Erhitzung des Platzes und die restlichen 10 Prozent in einem Kühlturm verbraucht werden. Der Energieverbrauch von 9.000 Pfund Dampf pro Stunde ist die Bruttowärmeleistung.

DIE EFFIZIENZ DES GESAMTSYSTEMS ERFÜLLEN

Die häufigste Annäherung zur Bestimmung der Systemeffizienz ist die Berechnung der Gesamteffizienz des Systems. Auch als thermische Effizienz bezeichnet, ist die Gesamteffizienz (ηo) eines CHP-Systems die Summe aus der Netto-Stromerzeugung (WE) und der Netto-Wärmeerzeugung (ΣQTH), geteilt durch den Gesamtbrennstoff-Energieeinlass (QFUEL), wie nachstehend angegeben:

ηo = (WE + ΣQTH) / (QFUEL)

Die Berechnung der Effizienz des Gesamtsystems ist eine einfache und nützliche Methode, die die Produktion (d. h. Wärmeerzeugung und elektrische Energie) im Vergleich zum Verbrauch (z. B. Ölgas) bewertet. CHP-Systeme mit einer hohen Nutzwärmeleistung entsprechen typischerweise der Systemeffizienz im Bereich von 60 bis 85 %.

Es sei darauf hingewiesen, dass diese Metrik nicht zwischen dem Wert der Stromerzeugung und der Wärmeerzeugung unterscheidet; stattdessen behandelt sie die Erzeugung von elektrischer Leistung und thermischer Produktion als Additiveigenschaften mit demselben relativen Wert. Tatsächlich und in der Praxis sind die Wärmeerzeugung und die Stromerzeugung nicht austauschbar, da sie nicht physisch voneinander umgewandelt werden können. Typische CHP-Anwendungen haben jedoch einen übereinstimmenden thermischen und elektrischen Energiebedarf, der erfüllt werden muss. Es ist daher sinnvoll, die Produktionswerte für elektrische und thermische Energie eines CHP-Systems zu berücksichtigen, das in vielen Situationen gleich ist.

DIE EFFIZIENZ DER EFFIZENZ DER EEFEKTRIK

Die Berechnung der effektiven elektrischen Effizienz ermöglicht einen direkten Vergleich eines CHP-Systems mit der Leistung des konventionellen Stromerzeugungssystems (z. B. Strom aus Kraftwerken). Die elektrische Effizienz kann anhand der Gleichung unten berechnet werden, wobei (C) die Nutzstromerzeugung ist, (ΣQTH) die Summe der Nutzwärmeproduktion ist, (QFUEL) der Gesamtkraftstoffzufluss ist und α der Effizienz der konventionellen Technologie entspricht, die sonst zur Erzeugung von Nutzwärmeenergie verwendet würde, wenn das CHP-System nicht vorhanden ist:

ξEE = V / (QFUEL - Σ(QTH/⍺))

Wenn zum Beispiel ein CHP-System Erdgas nutzt und Dampf erzeugt, dann stellt es die Effizienz eines Kessels mit konventionellem Erdgas dar. Typische Werte für Kessel sind 0,8 für Erdgaskessel, 0,75 für einen Biomassekessel und 0,83 für einen Kohlekessel.

Die Berechnung der Effizienz der elektrischen Effizienz ist im Wesentlichen die Netto-ChP-Stromproduktion, geteilt durch den Zusatzkraftstoff, den das CHP-System verbraucht, über das, was von konventionellen Systemen zur Erzeugung von Wärmeenergie am Standort verwendet würde. Mit anderen Worten, diese Metrik misst die Wirksamkeit des CHP-Systems durch die Erzeugung von elektrischer Energie, sobald der thermische Bedarf der Website abgedeckt ist.

Die für die Verbrennungsturbinen-basierten CHP-Systeme typischen effektiven elektrischen Wirkungsgrade liegen im Bereich von 51 bis 69 %.

Die effektiven thermischen elektrischen Effizienzen für CHP-Systeme auf der Grundlage gegenseitiger Motoren liegen im Bereich von 69 bis 84 %.

Was für ein PS-EFFIZIENZMÉTER soll man sich aussuchen?

Die Auswahl einer Effizienzmessgröße hängt vom Zweck der berechneten CHP-Leistung ab.

· Wenn das Ziel darin besteht, die Energieeffizienz eines CHP-Systems mit der Effizienz der SHP-Optionen einer Website zu vergleichen, muss die Effizienzmessgröße des Gesamtsystems korrekt sein. Die Berechnung der SHP-Effizienz ist ein gewichteter Durchschnitt (basierend auf der Netto-Stromerzeugung des CHP-Systems und der Nutzwärmeerzeugung) der Effizienz der SHP Produktionskomponenten.

· Wenn die elektrische Leistungsfähigkeit CHP zum Vergleich von CHP mit der konventionellen Stromerzeugung erforderlich ist, kann die effektive elektrische Effizienz-Metrik die richtige Wahl sein.

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Bibliographie: Methods of calculating efficiency. U.S. Environmental Protection Agency

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