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A computer program for the exergoeconomic analysis of energy conversion plants
Zhao, Pei
The exergoeconomic analysis is an important deep-going evaluation method for energy conversion systems. It is a continuation of the energetic and exergetic analysis and a combination of the exergy and economic analysis. In this work, a computer program was developed to facilitate the application of the exergoeconomic analysis to the power plants. The initial data are input to the program, then the calculation of enthalpy and entropy of each material flow is attained by an ideal gas model and the steam table formulation IAPWS-IF97. The values of physical and chemical exergy of the streams are obtained by their definitions and the specific values of the reference state. Finally, the fuel and product exergy, the exergy destruction and the cost rates associated with these exergies of each component are calculated by the program with the SPECO approach. Three reference cases: a combined cycle power plant, an IGCC plant with CO2 capture and a compression refrigeration machine are introduced to test the program. Compared to the reference values, the average relative errors of the enthalpy, entropy, exergy and specific cost for each material flow, the fuel exergy, the product exergy and the cost rates of fuel and product for the component, are all below 1.5%. The exergy destruction and the cost rate associated with the exergy destruction can correctly reflect the thermodynamic inefficiencies and the cost related to these inefficiencies of the energy conversion systems. The exergoeconomic analysis program affords a direct connection to the process simulation software. When complex energy systems and separated exergy forms are taken into consideration such as the IGCC power plant with CO2 capture, the program is more effective. Although the degree of accuracy of the program can be further improved in the future, it is still appropriate to evaluate an energy system in general for now.
Die exergoökonomische Analyse ist eine hervorragende Methode zur Bewertung von Energieumwandlungssystemen. Sie ist eine Weiterführung der energetischen und exergetischen Analyse und stellt die Kombination einer Exergie- und einer Wirtschaftlichkeitsanalyse dar. In dieser Arbeit wurde ein Computerprogramm entwickelt, dass die Anwendung der exergoökonomischen Analyse für Kraftwerke ermöglicht. Die Eingangsdaten werden an das Programm übergeben und im Anschluss werden Enthalpien und Entropien auf Basis der Stoffmodelle für ideales Gas und der Wasserdampftafel IAPWS-IF97 berechnet. Die Werte der physikalischen und chemischen Exergie der Stoffströme werden basierend auf ihren Definitionen und dem Referenzzustand ermittelt. Am Ende werden die Exergie von Aufwand und Produkt, die Exergievernichtung sowie die Kosten verbunden mit diesen Exergien für die jeweiligen Komponenten durch das Programm mit dem SPECO-Ansatz berechnet.
Drei Referenzfälle werden unterschieden: Ein Gas- und Dampf-Kombikraftwerk, ein IGCC-Kraftwerk mit CO2-Abscheidung und eine Kompressionskältemaschine werden behandelt, um das Programm zu testen. Die durchnittlichen relativen Fehler der Enthalpie, Entropie, Exergie und die spezifischen Kosten der Stoffströme, die Exergie von Aufwand und Produkt sowie die Kostenraten von Aufwand und Produkt der jeweiligen Komponente liegen bezogen auf die Referenzwerte unter 1,5%. Die Exergievernichtung und die Kostenrate, die mit der Exergievernichtung assoziiert wird, repräsentieren die thermodynamischen Ineffizienzen der Energieumwandlungsanlage und die Kosten, die durch diese Ineffizienzen entstehen.
Das entwickelte Programm zur Anwendung der exergoökonomischen Analyse ermöglicht eine direkte Verbindung zu dem Programm, welches die Simulation durchführt. Im Fall von komplexen Energiesystemen wie dem IGCC Kraftwerk mit CO2-Abscheidung arbeitet Programm effektiver, wenn Exergiedaten separat bereitgestellt werden. Obwohl zukünftig der Grad der Genauigkeit vom Programm verbessert werden kann, wird die Bewertung von diversen Energieumwandlungsanlagen adäquat umgesetzt.
