Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Метод Карно - это процедура распределения для разделения входящего топлива ( первичная энергия , конечная энергия) в совместных производственных процессах, которые производят два или более энергетических продукта в одном процессе (например, когенерация или тригенерация). Он также подходит для распределения других потоков, таких как выбросы CO 2 или переменные затраты. Потенциал обеспечения физической работы ( эксергия ) используется в качестве ключа распределения. Для тепла этот потенциал можно оценить с помощью КПД Карно.. Таким образом, метод Карно представляет собой разновидность метода эксергетического распределения. В качестве основы для расчетов используются средние температуры тепловой сети на выходе из технологического процесса. Преимущество метода Карно состоит в том, что не требуются внешние ссылочные значения для распределения входных данных по разным выходным потокам; необходимы только эндогенные параметры процесса. Таким образом, результаты распределения не зависят от допущений или внешних эталонных значений, которые открыты для обсуждения.

Коэффициент распределения топлива [ править ]

Доля топлива a el, которая необходима для выработки объединенной электрической энергии W (работа) и th для тепловой энергии H (полезное тепло), соответственно, может быть рассчитана в соответствии с первым и вторым законами термодинамики следующим образом:

a el = (1 · η el ) / (η el + η c · η th )

a th = (η c · η th ) / (η el + η c · η th )

Примечание: а эль + а е = 1

с
в эл : распределение коэффициента для электрической энергии, т.е. доля ввода топлива , который выделяется для производства электроэнергии
в тыс : коэффициент распределения для тепловой энергии, т.е. доля ввода топлива , которое является выделено на производство тепла

η el = W / Q F
η th = H / Q F
W: электрическая работа
H: полезное тепло
Q F : общее количество тепла, топлива или первичной энергии

и
η c : коэффициент Карно 1-T i / T s (коэффициент Карно для электрическая энергия равна 1)
T i : нижняя температура, нижняя (окружающая среда)
T s : верхняя температура, верхняя (полезное тепло)

В системах отопления хорошим приближением для верхней температуры является среднее значение между прямым и обратным потоком на распределительной стороне теплообменника.
T сек = (T FF + T , RF ) / 2
или - если больше термодинамическая точность необходима - логарифмическая средняя температура [1] используются
T сек = (T FF -T РФ ) / п (Т FF / Т РФ )
If подается технологический пар, который конденсируется и испаряется при той же температуре, T s - это температура насыщенного пара при заданном давлении .

Топливный фактор [ править ]

Топливоемкость или топливный коэффициент для электроэнергии f F, el соотв. тепловая энергия f F, th - отношение удельного входа к выходу.

f F, el = a el / η el = 1 / (η el + η c · η th )

f F, th = a th / η th = η c / (η el + η c · η th )

Фактор первичной энергии [ править ]

Чтобы получить коэффициенты первичной энергии когенерации тепла и электроэнергии, необходимо учитывать предварительную цепочку энергии.

f PE, el = f F, el · f PE, F
f PE, th = f F, th · f PE, F

с
f PE, F : коэффициент первичной энергии используемого топлива.

Эффективная эффективность [ править ]

Обратное значение топливного фактора (f-интенсивность) описывает эффективную эффективность предполагаемого подпроцесса, который в случае ТЭЦ отвечает только за производство электрической или тепловой энергии. Этот эквивалентный КПД соответствует эффективному КПД «виртуального котла» или «виртуального генератора» на ТЭЦ.

η el, eff = η el / a el = 1 / f F, el
η th, eff = η th / a th = 1 / f F, th

с
η el, eff : эффективный КПД выработки электроэнергии в процессе ТЭЦ
η th, eff : эффективная эффективность производства тепла в процессе ТЭЦ.

Коэффициент полезного действия преобразования энергии [ править ]

Наряду с коэффициентом полезного действия, который описывает количество используемых конечных энергий, также важно качество преобразования энергии в соответствии с законом энтропии . С ростом энтропии , эксергии снижается. Exergy учитывает не только энергию, но и ее качество. Его можно считать продуктом обоих. Следовательно, любое преобразование энергии следует также оценивать по его эксергетической эффективности или коэффициентам потерь. Качество продукта «тепловая энергия» в основном определяется средним уровнем температуры, при котором это тепло передается. Следовательно, эксергетическая эффективность η xописывает, какая часть топлива, способного генерировать физическую работу, остается в совместных энергетических продуктах. В случае когенерации получается следующее соотношение:

η x, total = η el + η c · η th

Распределение по методу Карно всегда приводит к:
η x, total = η x, el = η x, th

с
η x, total = эксергетическая эффективность комбинированного процесса
η x, el = эксергетическая эффективность виртуального процесса , работающего только с электричеством,
η x, th = эксергетическая эффективность виртуального процесса, использующего только тепло

Основная область применения этого метода - когенерация, но он также может быть применен к другим процессам, генерирующим совместные продукты, таким как чиллер, генерирующий холод и производящий отходящее тепло, которое может использоваться для низкотемпературных потребностей в тепле, или нефтеперерабатывающий завод с другой жидкостью. топливо плюс тепло на выходе.

Математический вывод [ править ]

Предположим, совместное производство с Входом I, первым выходом O 1 и вторым выходом O 2 . f - коэффициент для оценки соответствующего продукта в области первичной энергии, затрат на топливо, выбросов и т. д.

оценка входа = оценка выхода

f i · I = f 1 · O 1 + f 2 · O 2

Коэффициент для входа f i и количества I , O 1 и O 2 известны. Уравнение с двумя неизвестными f 1 и f 2 должно быть решено, что возможно с большим количеством подходящих наборов. В качестве второго уравнения используется физическое преобразование продукта O 1 в O 2 и наоборот.

O 1 = η 21 · O 2

η 21 - коэффициент преобразования из O 2 в O 1 , обратное значение 1 / η 21 = η 12 описывает обратное преобразование. Предполагается обратимое преобразование, чтобы не отдавать предпочтение ни одному из двух направлений. Из-за возможности обмена O 1 и O 2 оценка двух сторон приведенного выше уравнения с двумя факторами f 1 и f 2 должна привести к эквивалентному результату. Выход O 2 оценивается с помощью f 2должно быть таким же, как количество O 1, полученное из O 2 и оцениваемое с помощью f 1 .

f 1 · (η 21 · O 2 ) = f 2 · O 2

Если мы поместим это в первое уравнение, мы увидим следующие шаги:

f i · I = f 1 · O 1 + f 1 · (η 21 × O 2 )

f i · I = f 1 · (O 1 + η 21 · O 2 )

f i = f 1 · (O 1 / I + η 21 · O 2 / I)

f i = f 1 · (η 1 + η 21 · η 2 )

f 1 = f i / (η 1 + η 21 · η 2 ) или соответственно f 2 = η 21 · f i / (η 1 + η 21 · η 2 )

с η 1 = O 1 / I и η 2 = O 2 / I

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Терещенко, Тимофей; Норд, Натаса (2015-02-05), «Неопределенность коэффициентов распределения производства тепла и электроэнергии электростанцией с комбинированным циклом», Applied Thermal Engineering , Амстердам: Elsevier, 76 : 410–422, doi : 10.1016 / j.applthermaleng .2014.11.019 , ЛВП : 11250/2581526

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Марк Розен: Распределение выбросов углекислого газа от когенерационных систем: описание выбранных методов , основанных на результатах , Журнал экологически чистого производства, том 16, выпуск 2, январь 2008 г., стр. 171–177.
  • Андрей Йенч: Метод Карно для распределения топлива и выбросов, EuroHeat & Power , Том 12 II, 2015, стр. 26-28.
  • Андрей Йенч: Новая основанная на эксергии концепция термодинамического качества и ее применение к оценке энергетических систем и анализу процессов , диссертация, Берлинский технический университет, 2010.
  • Verein Deutscher Ingenieure: Директива VDI 4608, часть 2 , Энергетические системы - Комбинированное производство тепла и электроэнергии - Распределение и оценка, июль 2008 г.
  • EN 15316-4-5: 2017 Энергетические характеристики зданий - Метод расчета требований к энергии системы и эффективности системы - Часть 4-5: Централизованное отопление и охлаждение
  • Директива (ЕС) 2018/2001 о продвижении использования энергии из возобновляемых источников , 2018-12-11. Приложение V, C. Методология, b) и Приложение VI, B. Методология, d)