scholarly journals Exergy Analysis for Combined Heat and Power (CHP) Plants

2018 ◽  
Author(s):  
Jairo Rúa ◽  
Lars O. Nord
Keyword(s):  
Exergy Analysis ◽  
Combined Heat And Power

Optimization of a combined heat and power PEFC by exergy analysis

2005 ◽  
Vol 143 (1-2) ◽  
pp. 179-184 ◽  
Author(s):  
M.H. Saidi ◽  
M.A. Ehyaei ◽  
A. Abbasi
Keyword(s):  
Exergy Analysis ◽  
Combined Heat And Power

scholarly journals Energy and exergy analysis of combined heat and power systems - wastewater treatment in dairy industries for energy production

2016 ◽  
Author(s):  
Ασπασία Χατζηπασχάλη
Keyword(s):  
Wastewater Treatment ◽  
Power Systems ◽  
Smart Grids ◽  
Energy Production ◽  
Exergy Analysis ◽  
Combined Heat And Power ◽  
Energy And Exergy ◽  
Energy And Exergy Analysis

Τις τελευταίες δεκαετίες, υπάρχει έντονο ενδιαφέρον στις εναλλακτικές μορφές ενέργειας, ως αποτέλεσμα των αυξημένων ενεργειακών απαιτήσεων σε συνδυασμό και με το πρόβλημα της κλιματικής αλλαγής. Επιπρόσθετα, η συνεχής αύξηση του πληθυσμού και η εκβιομηχάνιση των κοινωνιών οδηγούν συχνά στην υποβάθμιση των οικοσυστημάτων, στα οποία στηρίζεται η ανθρώπινη ζωή. Για το λόγο αυτό, στη σύγχρονη βιομηχανική κοινωνία είναι αδήριτη η ανάγκη για την κατάλληλη επεξεργασία των διαφόρων αποβλήτων που προέρχονται από τις βιομηχανίες πριν την απόρριψή τους, προκειμένου να προληφθεί η ρύπανση του εδάφους και των υδάτινων συστημάτων (λιμνών, ποταμών, θάλασσας, υπόγειων υδροφόρων). Το τυρόγαλο που προέρχεται από τις βιομηχανίες γάλακτος κατά την διαδικασία παραγωγής τυριού είναι ένας από τους σημαντικότερους βιομηχανικούς ρυπαντές που από τη φύση του περιέχει υψηλό οργανικό φορτίο (COD). Συγχρόνως όμως, το τυρόγαλο αποτελεί την πρώτη ύλη για παραγωγή βιοαερίου. Η παραγωγή βιοαερίου και άλλων εμπορεύσιμων προϊόντων με ταυτόχρονη μείωση του COD μέσω κατάλληλων μεθόδων, αποδεικνύουν ότι το τυρόγαλο είναι μια σημαντική πηγή ενέργειας και όχι ένας απλός ρυπαντής. Η παρουσία βιοαποικοδομήσιμων συστατικών στο τυρόγαλο σε συνδυασμό και με τα πλεονεκτήματα της διεργασίας της Αναερόβιας Χώνευσης συγκριτικά με άλλες μεθόδους, καθιστούν την μέθοδο αυτή ως ιδιαίτερα κατάλληλη για την επεξεργασία των αποβλήτων αυτών.Στην παρούσα διατριβή μελετάται η τεχνολογία της αναερόβιας χώνευσης για την επεξεργασία των αποβλήτων τυρόγαλου σε συνδυασμό με την χρήση μικροστροβίλων για την παραγωγή ενέργειας. Η επιλογή της χρήσης μικροστροβίλων έναντι άλλων συστημάτων οφείλεται στα πλεονεκτήματα τους που τους καθιστούν ικανούς να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές κατανεμημένης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, «smart grids», υβριδικά συστήματα και συστήματα συμπαραγωγής. Αρχικά παρουσιάζεται μία ανασκόπηση των πιο αντιπροσωπευτικών εφαρμογών αναερόβιας χώνευσης για επεξεργασία αποβλήτων τυρόγαλου τόσο σε πιλοτική όσο και σε εργαστηριακή κλίμακα. Επιπρόσθετα, γίνεται μία προσπάθεια αναγωγής των αποτελεσμάτων των διαφόρων ερευνών σε μια κοινή συγκριτική βάση, προκειμένου να αποτυπωθεί η κατάσταση της τεχνολογίας σε αντίστοιχα γραφήματα. Στη συνέχεια, αναπτύσσεται ένα μοντέλο προσομοίωσης του συστήματος αναερόβιας χώνευσης σε συνδυασμό με έναν μικροστρόβιλο και εξετάζονται δύο διαφορετικά σενάρια. Στο πρώτο σενάριο μελετάται η ενσωμάτωση ενός εμπορικά διαθέσιμου μικροστροβίλου στο σύστημα αναερόβιας χώνευσης για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, με καύση μόνο ενός μέρους του παραγόμενου βιοαερίου στον μικροστρόβιλο, ενώ το υπόλοιπο καίγεται στον καυστήρα για παραγωγή ατμού. Στην περίπτωση αυτή, η επιλογή του καταλληλότερου μικροστροβίλου έγινε με σκοπό να επιτευχθεί η μέγιστη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ταυτόχρονη κάλυψη των θερμικών απαιτήσεων (παραγωγή ατμού) της μονάδας. Στο δεύτερο σενάριο μελετάται η περίπτωση μέγιστης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω μικροστροβίλου, χωρίς κανένα περιορισμό όσον αφορά την παραγωγή σε ατμό. Τα δεδομένα για την μοντελοποίηση του συστήματος αναερόβια χώνευσης προέρχονται από ένα εργοστάσιο παραγωγής τυριών που λειτουργεί στην Ελλάδα, ενώ τα δεδομένα για τους μικροστροβίλους έχουν ληφθεί από τους αντίστοιχους κατασκευαστές τους. Ως εκ τούτου, προέκυψαν δύο διαφορετικά συστήματα τα οποία αναλύονται και εκτιμώνται σε σχέση με τα διαθέσιμα στοιχεία στη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια διεξάγεται εξεργειακή ανάλυση των συστημάτων αυτών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα συστήματα αυτά μπορεί να επιτύχουν υψηλούς βαθμούς απόδοσης, παρά την εμφάνιση υψηλών τιμών καταστροφών εξέργειας και αναστρεψιμοτήτων, κυρίως στον καυστήρα για το πρώτο σενάριο και στον θάλαμο καύσης του μικροστροβίλου για το δεύτερο σενάριο. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε οικονομική ανάλυση μέσω της μεθόδους Καθαρής Παρούσας Αξίας (ΚΠΑ). Τα αποτελέσματα δείχνουν πως πρόκειται για κερδοφόρες επενδύσεις, με υψηλά κέρδη από τον πρώτο χρόνο λειτουργίας. Επιπλέον, διεξήχθη παραμετρική ανάλυση ως μέθοδος βελτιστοποίησης. Στην περίπτωση αυτή, εξετάσθηκε η επίδραση ορισμένων σημαντικών παραμέτρων λειτουργίας όπως ο ισεντροπικός βαθμός απόδοσης του στροβίλου και του συμπιεστή και η επίδραση διαφόρων θερμοκρασιών κυρίως στη συνολική εξεργειακή απόδοση των συστημάτων και στη τιμή της ΚΠΑ. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα συστήματα αυτά μπορούν να επιτύχουν υψηλές αποδόσεις και τιμές ΚΠΑ με κατάλληλη επιλογή των παραμέτρων σχεδίασης.

Modeling and Performance Evaluation of a Large-Scale SOFC-Based Combined Heat and Power System for Biogas Utilization at a Wastewater Treatment Facility

2012 ◽  
Author(s):  
A. A. Trendewicz ◽  
R. J. Braun
Keyword(s):  
Wastewater Treatment ◽  
Performance Evaluation ◽  
Large Scale ◽  
Exergy Analysis ◽  
Combined Heat And Power ◽  
Small Scale ◽  
Treatment Facility ◽  
Electrical Efficiency ◽  
Wastewater Treatment Facility ◽  
Chp System

Biogas has been identified as an attractive fuel for solid oxide fuel cells (SOFCs) due to its high methane content and its renewable status. Current experimental and modeling research efforts in this field have focused mainly on single-cell and small-scale systems performance evaluation. In this paper a large scale biogas source (∼15.5 MW) from a large wastewater treatment facility is considered for integration with an SOFC-based system. Data concerning biogas fuel flow rate and composition have been acquired from a wastewater reclamation facility in Denver and are used as inputs to a steady-state model of an SOFC combined heat and power (CHP) system developed with Aspen Plus. The proposed system concept for this application comprises an advanced SOFC system with anode gas recirculation (AGR) equipped with biogas clean-up and a waste heat recovery system. The system performance is evaluated at near atmospheric pressure with a 725°C nominal operating temperature of the fuel cell stack and system fuel utilization of 80%. The average biogas fuel input has a composition of 60% CH4, 39% CO2, and 1% N2 on a dry molar basis. The SOFC-CHP system employs 80% internal reforming at a steam-to-carbon ratio of 1.2. The system offers a net electrical efficiency of 51.6% LHV and a net CHP efficiency of 87.5% LHV. The influence of the operating parameters on the system efficiency is investigated and discussed. The individual contribution of system components to the total inefficiency of the system is quantified with an exergy analysis. Exergy analysis results indicate that the system could offer a tremendous energy efficiency improvement when compared to biogas-supplied combustion turbines currently installed at the facility which operate with an average net electrical efficiency of 25%-LHV.

Exergy analysis in combined heat and power systems: A review

2020 ◽  
Vol 226 ◽  
pp. 113467 ◽  
Author(s):  
Omid Mahian ◽  
Mohammad Reza Mirzaie ◽  
Alibakhsh Kasaeian ◽  
Seyed Hossein Mousavi
Keyword(s):  
Power Systems ◽  
Exergy Analysis ◽  
Combined Heat And Power

scholarly journals Exergy Analysis and Optimization of a Combined Heat and Power Geothermal Plant

Energies ◽  
2019 ◽  
Vol 12 (6) ◽  
pp. 1175 ◽  
Author(s):  
Fabien Marty ◽  
Sylvain Serra ◽  
Sabine Sochard ◽  
Jean-Michel Reneaume
Keyword(s):  
Optimization Problem ◽  
Exergy Analysis ◽  
Organic Rankine Cycle ◽  
District Heating ◽  
Rankine Cycle ◽  
Combined Heat And Power ◽  
Mixed Integer ◽  
Optimization Approach ◽  
Non Linear Programming ◽  
Geothermal Plant

This paper presents the optimization of parallel distribution between electricity and heat production for a geothermal plant. The geothermal fluid is split into two streams, one used for an Organic Rankine Cycle (ORC) system, and the other for a District Heating Network (DHN). The superstructure to be used for the optimization problem includes the ORC components and the DHN topology constituted by a definite consumer and optional consumers. A Mixed Integer Non-Linear Programming (MINLP) optimization problem is formulated and solved using the GAMS software. This paper is focused on exergetic aspect. The main lines for formulation of the problem are reminded, yet the exergetic model is fully described. Exergy analysis is performed for two optimal solutions (economic and exergetic objective functions). Results for both optimizations are first compared. The analysis of exergetic efficiency of the ORC and the DHN may suggest that exergetic optimization privileges the system with the highest efficiency: the ORC. The DHN configuration is then the smallest as possible. Finally, a sensitive analysis is performed for the exergetic optimization. This analysis reveals our previous conclusion is not necessarily true. Taller configuration can exist even if ORC efficiency is higher than DHN efficiency. These results highlight the relevance of using an optimization approach for a Combined Heat and Power (CHP) plant.

scholarly journals Exergoeconomic Analysis of a Combined Heat and Power System with the Micro Gas Turbine (MGTCHP)

2008 ◽  
Vol 26 (1) ◽  
pp. 53-70 ◽  
Author(s):  
Haydar Aras ◽  
Ozgur Balli
Keyword(s):  
Power System ◽  
Gas Turbine ◽  
Exergy Analysis ◽  
Electrical Power ◽  
Combined Heat And Power ◽  
Hot Water ◽  
Exergetic Efficiency ◽  
Micro Gas Turbine ◽  
Exergy Consumption ◽  
Exergoeconomic Analysis

This paper presents the results of exergy and exergoeconomic analyses applied to a combined heat and power system with micro-gas turbine (MGTCHP). Quantative balances of the exergy and exergy cost for each component and for the whole system are carefully considered, while exergy consumption and cost generation within the system are determined. The exergy analysis indicates that the exergetic efficiency of the MGTCHP system is 35.80% with 123 kW (as 99.15 kW-electrical power and 24.46 kW-hot [email protected] K). On the other hand, the exergoeconomic analysis results show that the unit exergy cost of electrical power and hot water produced by the MGTCHP system are accounted as 26.808 €(GW)−1 and 7.737 €(GW)−1, respectively.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document