VDI 4608 Blatt 2-2008 Energy systems - Combined heat and power - Allocation and evaluation.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREEnergiesystemeKraft-Wrme-KopplungAllokation und BewertungEnergy systemsCombined heat and powerAllocation and evaluationVDI 4608Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/English2VDI-Handbuch EnergietechnikVDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, Band 4: Wrme-/Heizte

2、chnikVDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 1: Bewertung/StoffwerteVDI-RICHTLINIENICS 27.010Juli 2008 July 2008Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . .

3、 32 Formelzeichen und Abkrzungen . . . . . . . 33 Vorteile und Besonderheiten der KWK . . . . 6 3.1 Koppelprodukte . . . . . . . . . . . . . . . 63.2 Vorteile der KWK . . . . . . . . . . . . . . 63.3 Aspekte der Allokation . . . . . . . . . . . 84Bewertung der KWK . . . . . . . . . . . . . . 84.1 Re

4、ferenzsysteme . . . . . . . . . . . . . . 84.2 Leistungsflsse und Energiemengen . . . . 114.3 Primrenergiebedarf. . . . . . . . . . . . . 124.4 Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.5 Investitionen. . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Zeitpunktbezogene Allokation der Primrenergie . . . .

5、. . . . . . . . . . . . . . 195.1 Energetische Methode. . . . . . . . . . . . 205.2 Arbeitswertmethode. . . . . . . . . . . . . 205.3 Exergetische Methode. . . . . . . . . . . . 215.4 Exergieverlust-Methode. . . . . . . . . . . 215.5 Restwertmethode fr die Primrenergie . . 23 6 Zeitpunktbezogene All

6、okation der Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Zeitraumbezogene Allokation . . . . . . . . . 237.1 Primrenergie . . . . . . . . . . . . . . . . 237.2 Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even fo

7、r internal use not permittedFrhere Ausgabe:12.06Entwurf,deutschFormeredition:12/06 Draft, inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2008Contents PagePreliminary note . . . . . . . . .

8、. . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Symbols and abbreviations . . . . . . . . . . 33 Advantages and special features of the cogeneration plant . . . . . . . . . . . . . . . 63.1 Cogeneration products . . . .

9、. . . . . . . 63.2 Advantages of the cogeneration plant . . . 63.3 Aspects of allocation . . . . . . . . . . . . 84 Evaluating the cogeneration plant . . . . . . 84.1 Reference systems . . . . . . . . . . . . . 84.2 Power flows and energy quantities . . . . . 114.3 Primary energy demand . . . . . .

10、. . . . 124.4 Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.5 Investments . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Time-point-related allocation of primary energy . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.1 Energy method . . . . . . . . . . . . . . . 205.2 Electricity reduction method . . . . . . . . 2

11、05.3 Exergy method . . . . . . . . . . . . . . . 215.4 Exergy loss method . . . . . . . . . . . . . 215.5 Remainder value method for primary energy . . . . . . . . . . . . . . . 236 Time-point-related allocation of emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Time-period-related allocation

12、. . . . . . . . 237.1 Primary energy . . . . . . . . . . . . . . . 237.2 Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the Englis

13、h trans-lation.VDI-Gesellschaft EnergietechnikAusschuss EnergiesystemeB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 2 VDI 4608 Blatt 2 / Part 2Seite8 Allokation der Kosten . . . . . . . . . . . . . 268.1 V

14、ariable Kosten . . . . . . . . . . . . . . . 268.2 Fixe Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . 278.3 Gesamtkosten . . . . . . . . . . . . . . . . 278.4 Restwertmethode fr die Gesamtkosten . . 27Anhang A Berechnung der Exergieverluste. . . . 30Anhang B Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . 37An

15、hang C Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . 62Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der el

16、ektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die eh

17、renamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungDer Begriff der Kraft-Wrme-Kopplung (KWK) steht fr alle die Verfahren, bei denen in einer Ener-gieanlage aus den zugefhrten Energien gleichzeitig mehrere Zielenergien, das heit z. B. mechanische oder elektris

18、che Energie und Wrme oder Klte, er-zeugt werden. Die gekoppelte Erzeugung, Wandlung oder Umformung zweier oder mehrerer Zielenergien unterschiedlicher Wertigkeit kann sowohl zu Primr-energieeinsparungen als auch zur Reduktion von Emissionen und Anlagenkosten fhren. Dies setzt aber voraus, dass die e

19、rzeugten Zielenergien auch tat-schlich genutzt werden. Erst die gleichzeitige Be-achtung der Erzeuger- und Abnehmersituation lsst Schlsse auf die Effizienz der gekoppelten Erzeu-gung oder Umwandlung zu. Daher werden in dieser Richtlinie sowohl zeitpunkt- als auch zeitraumbezo-gene Allokationen von B

20、rennstoffen, Kosten und Emissionen behandelt.Page8 Allocation of costs. . . . . . . . . . . . . . . 268.1 Variable costs. . . . . . . . . . . . . . . . 268.2 Fixed costs . . . . . . . . . . . . . . . . . 278.3 Total costs . . . . . . . . . . . . . . . . . 278.4 Remainder value method for total costs

21、 . . 27Annex A Calculation of exergy losses . . . . . . 30Annex B Examples . . . . . . . . . . . . . . . . 37Annex C Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordan

22、ce with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without inf

23、ringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThe term “combined heat and power” (c.h.p. or co-generation) represents all tho

24、se processes whereby an energy plant, from the energies with which it is sup-plied, simultaneously generates several types of tar-get energy in other words, mechanical energy, elec-trical energy, heat or coldness. The coupled generation or conversion of two or several target en-ergies of different v

25、alue can result in savings in pri-mary energy and even to reductions in emissions and plant costs. This does, however, assume that the gen-erated target energies are also actually used. Not un-less there is simultaneous consideration of the situa-tions at both the generating and consuming ends will

26、it be possible to come to any useful conclusions re-garding the efficiency of such coupled generation or conversion. For this reason the present guideline will look at both time-point-based and time-period-based allocations of fuels, costs and emissions.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9

27、NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI 4608 Blatt 2 / Part 2 3 1 AnwendungsbereichZiel dieser Richtlinie, die an die Definitionen und Beispiele in VDI 4608 Blatt 1 anschliet, ist die Be-urteilung der Effizienz der gekoppelten Erzeugung oder Umw

28、andlung unterschiedlicher Zielenergien und die Darlegung unterschiedlicher Methoden zur Allokation, verbunden mit einer Empfehlung fr eine wissenschaftlich begrndete Vorgehensweise.In der Praxis werden bisher die Gesamtkosten hufig nach der Restwertmethode auf die Zielprodukte auf-geteilt. In dieser

29、 Richtlinie wird dazu eine differen-zierte Vorgehensweise vorgeschlagen: Fr die Allo-kation der Primrenergie, der Emissionen und der va-riablen Kosten auf die Zielenergien wird die Exergie-verlust-Methode 1 bis 3 zur Anwendung empfoh-len. Fr die Allokation der fixen Kosten empfiehlt es sich, falls k

30、eine einfache Zuordnung mglich ist, fr die Aufteilung das Verhltnis der Anlagekosten zum Investitionszeitpunkt fr die Referenzanlagen zur Be-reitstellung von Strom und Wrme heranzuziehen.Um die Einfhrung dieser Richtlinie in die Praxis zu erleichtern, ist ihr eine CD-ROM mit einem Tabellen-kalkulati

31、onsprogramm beigefgt. Dieses enthlt fol-gende Berechnungsbltter:2 Formelzeichen und AbkrzungenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen und Abkrzungen verwendet:Brennstoff- einsparung:Berechnung der Einsparung an Pri-mrenergie zur Effizienzbewertung einer KWK-Anlage fr e

32、ine defi-nierte VersorgungsaufgabeBeispiel 1 und Beispiel 2:Zu Nachvollziehung der Beispiele in Anhang BAllokation: Zur Durchrechnung der hier be-schriebenen AllokationsverfahrenKosten: Zur Allokation von variablen und fixen Kosten sowie GesamtkostenExergie: Zur Berechnung die spezifischen Exergien,

33、 Enthalpien und Entropien nach VDI 4670 fr feuchte Luft und Verbrennungsgase fr die Anwen-dung der AllokationsmethodenFormelzeichen Einheiten (Beispiele)b Annuitt 1/a oder %/aE Energie J, Whe spezifische Energie kJ, kgfexExergieanteil bezogen auf den HeizwertH Enthalpie J, Wh1ScopeThe aim of this gu

34、ideline, which follows on from the definitions and examples provided in VDI 4608 Part 1, is to evaluate the efficiency of the combined generation or conversion of different target energies and to present different allocation methods, in con-junction with a recommendation for a scientifically based p

35、rocedure.In practice total costs have until now frequently been apportioned to the target products by the remainder value method. The present guideline proposes a dif-ferentiated procedure for this: It is recommended that the exergy loss method 1 to 3 be applied for allocat-ing the primary energy, e

36、missions and variable costs to the target energies. As regards allocation of fixed costs, it is recommended, in the event that a straight-forward assignment is not possible, that apportion-ment be based on the ratio of plant costs at the time of investment in the reference plants and supplying heat

37、and power.In order to make the practical implementation of this guideline easier it includes a CD-ROM with a spread-sheet program which contains the following calcula-tion sheets:2 Symbols and abbreviationsThe following symbols and abbreviations are used throughout this guideline:Fuel saving: Calcul

38、ation of savings in primary energy for an efficiency assessment of a cogeneration plant for a defined supply taskExample 1 and Example 2:As an aid to understanding the ex-amples in Annex BAllocation: For calculations based on the allo-cation methods described hereCosts: For allocating variable and f

39、ixed costs and also total costsExergy: For calculating the specific exer-gies, enthalpies and entropies ac-cording to VDI 4670 for moist air and combustion gases in the appli-cation of the allocation methodsSymbol Units (examples)b annuity 1/a or %/aE energy J, Whe specific energy kJ, kgfexproportio

40、n of exergy with respect to the caloric valueH enthalpy J, WhB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 4 VDI 4608 Blatt 2 / Part 2HsBrennwert MJ/kg oder MJ/m3HiHeizwert MJ/kg oder MJ/m3h spezifische En

41、thalpie kJ/kgK Kosten k spezifische Kosten /kWh oder/MWhspezifische Kosten /kWkZertZertifikatkosten (CO2) /tMassenstrom kg/sp Druck PaP Leistung WQ Wrme JS Entropie J/Ks spezifische Entropie J/kg/Kt Zeit sT thermodynamische TemperaturKthermodynamische Mitteltemperatur der Wrmezu- oder -abfuhrKT Zeit

42、abschnitt hTNNutzungsdauer hV Vo l u m e n m3W Arbeit J, Whw spezifische Arbeit J/kgGriechische Formelzeichen Wrmeausbeute Stromausbeute Effizienzkenngre spezifischer Allokations-Koeffizient Kostenverhltnis Ausnutzungsgrad eines Wrmebertragers Brennstoffausnutzungs-grad = + mittlerer Brennstoff- aus

43、nutzungsgrad im Betrachtungszeitraum Temperatur C Wirkungsgrad Nutzungsgrad CCarnot-Faktor Emissionsfaktor t/TJ Stromkennzahl Differenz, Mehrbedarf, Verlust Differenz von Differenzen (Verlusten)SonderzeichenFlussgre von XkmTXHscalorific value MJ/kg or MJ/m3Hicaloric value MJ/kg or MJ/m3h specific en

44、thalpy kJ/kgK costs k specific costs /kWh or/MWhspecific costs /kWkZertcertificate costs (CO2) /tmass flow rate kg/sp pressure PaP power WQ heat JS entropy J/Ks specific entropy J/kg/Kt time sT thermodynamic temperatureKthermodynamic mean temperature of incoming or outgoing heatKT time period hTNuti

45、lization period hV volume m3W work J, Whw specific work J/kgGreek symbols thermal efficiency current efficiency efficiency characteristic specific allocation coefficient cost ratio utilization factor of a heat exchanger fuel efficiency = + mean fuel efficiency in period under consideration temperatu

46、re C efficiency utilization ratio Ccarnot factor emissions factor t/TJ power index difference, additional requirement, loss difference of differences (losses)Special symbolsflow variable of XkmTXB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher

47、Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI 4608 Blatt 2 / Part 2 5 Indizesa bezogen auf den Zeitabschnitt eines Jahresab abgegeben (z. B. an Khlwasser) Ag Abgasan anergetischB Betrachtungszeitraum Bed Bedarfben Benutzungs-brutto Brutto-Br BrennstoffBrj Brennstoff j (z. B. Steinkohle)CO2Kohlendioxidchem che

48、mischD Dampfdiss DissipationE Engpass-eff effektivex exergetischel elektrischF Feuerungf FixkostenGT GasturbineHK Heizkondensatori, j Laufindizesin Input, Eintrittirr irreversibelis isentropK KondensatorKWK Kraft-Wrme-KopplungL Luftmax Maximal-mech mechanischN Nenn- oder Nutz-netto Nettoout Output,

49、AustrittP Stromerzeugungpol polytropQ WrmebereitstellungWrmestromrest restlichR ReferenzRL RcklaufRP Referenzanlage StromerzeugungRQ Referenzanlage Wrmebereitstellungs Siedesonst sonstigeT Turbinet technischth thermischu UmgebungszustandV VerlustQSubscriptsa with respect to a time period of one yearab given off, released (to cooling water, for example)Ag