Konejenerasyon Birleşik Isı Güç Sistemleri Hesapları

Kojenerasyon (birleşik ısı ve güç üretimi (CHP)) Termodinamik veya elektrokimyasal süreçte eşzamanlı ısıl enerji ve elektrik ve/veya elektrokimyasal ve/veya mekanik enerjinin üretimidir.

Gücün ısıya oranı

Bileşik ısı ve güç sisteminin (CHP) net elektrik gücü üretiminin net ısı üretimine oranıdır.

Tablo 5.1.1 Semboller

Tablo 5.1.2 Altsimgeler

Metodolojinin bölümleri arasındaki ilişki

Burada açıklanan yöntem kullanılarak kısmi dengelerin nasıl hesaplandığına bakış açısı sağlanır ve metodolojinin diğer bölümlerine uygulanır. Basitleştirmek için ne parametreler ne de sebepler diğer hesaplamalarda verilere neden ihtiyaç duyulduğuna bakılmaksızın burada açıklanmaktadır.

Bu doküman ısı üretimi için destek enerji ve kayıplar hesaplarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Metodolojinin diğer bölümlerinden olan girdi parametreleri

Metodolojinin diğer bölümleri için çıktı parametreleri

Prensipler

Sistem birleşik ısı ve güç (CHP) tesisi de dahil olmak üzere tüm bağlı ısı üretim tesislerini içermektedir. Şekil 5.3.1 de gösterildiği gibi, denge bu sistem sınırı boyunca tüm enerji akışları için gerçekleştirilir. Üretilen elektrik enerjisi teknik bina sistemleri veya alternatif ısı üretim tesisi de dahil olmak üzere bina sistemine yatırılmaktadır.

Prensip olarak sistemi aylık bazda ele almak mümkündür. Bu genellikle çok karmaşık olduğundan, hesaplama dönemi olarak bir yılın seçilmesi ve takip eden hesaplarda (örn. birincil enerji gereksinimi veya CO₂ yayılımları) sadece yıllık değerlendirmenin verilmesi tavsiye edilir. Bazı durumlarda verilen enerjiyi yaz ve kış için ayrı ayrı hesaplamak yararlı olabilir.

Şekil 5.3.1 Dengeleme yöntemi

Aşağıdaki eşitlikler aylık değerlerin toplamından oluşan yıllık değerlere dayanmaktadır.
Q_h,outg,a=∑_j=¹²1 ( Q_h,outg,j+Q_h*,outg,j+Q_rv,outg,j+Q_w,outg,j )        5.3.1

Q_h,outg : Isıtma sistemine üreteç ısı çıktısı
Q_h*,outg : HVAC ısıtma fonksiyonu için üreteç ısı çıktısı
Q_rv,outg : Havalandırma sistemine üreteç ısı çıktısı
Q_w,outg : Kullanım sıcak suyu için üreteç ısı çıktısı

Takip eden hesaplamalar aşağıdakilere dayanmaktadır.

– ısı üretecinin sisteme olan ısı çıktısı
Q_h,outg,HP,a=(1-β)·Q_h,outg,a     5.3.2
– birleşik ısı ve güç tesisinin (CHP) sisteme olan ısı çıktısı
Q_h,outg,CHP,a=β·Q_h,outg,a        5.3.3
– birleşik ısı ve güç tesisi (CHP) tarafından üretilen elektrik enerjisi
E_CHP,a=C·Q_h,outg,CHP,a          5.3.4
Bu aşağıdaki verimleri sağlar;

– ısı üreteci için
η_HP =Q_h,outg,HP,a /Q_h,f,HP,a                           5.3.5
– birleşik ısı ve güç tesisi (CHP) için
η_CHP =(E_CHP,a +Q_h,outg,CHP,a )/Q_h,f,CHP,a    5.3.6
Standart durumlarda, herhangi bir bilgi mevcut değilse aşağıdaki değerler kullanılacaktır.

β=0,5 : birleşik ısı ve güç tesisinin (CHP) toplam ısı üretimine katkısı
C=0,75 : gücün ısıya oranı

Hesaplamalar

Q_f,Bonus,a=-E_CHP,a             5.4.1

Aşağıdakine göre, ısı üretim tesisinin verilen enerji harcamasının hesaplanması.

Q_h,f,a=[(1-β)/η_HP +((1+C)·β)/η_CHP ]·Q_{h,outg,a)/ηHN}                 5.4.2

Alternatif olarak elektrik enerjisi üretimi elektrik enerjisi için birincil enerji faktörlerini ve kullanılan ısı taşıyıcı akışkana verilen enerjiyi dikkate alan verilen enerji harcamasıdan hesaplanabilir.

Q_h,f,a=[(1-β)/η_HP +((1+C)·β)/η_CHP -f_p,elt/f_p C∙β]·Q_h,outg,a/η_HN              5.4.3

η_HN : Isıtma ağının verimi
η_HN=0,90 : Aktarma istasyonuna ısıtma ağının verimini temsil eden varsayılan değer
η_HN=1 : Birincil ısıtma ağı yoksa

Eşitlik 5.4.2 vasıtasıyla elde edilen verilen enerji harcaması negatifse, 0 (sıfır) alınacaktır.

Kojenerasyon Hesaplama Örneği

Genel bilgi

Küçük bir ısı ve güç tesisi (CHP) 500 kW ısıtma yüküne sahip bir bina kompleksini beslemektedir. Isıl baz yük 50 kW dır. Isı bir gaz motoru (elektrik güç çıktısı 40 kW, ısıl güç çıktısı 50 kW ve yakıt tüketimi 115 kW) ve verimi %87 olan kazan tarafından üretilmektedir. Metodoloji Kısım III Bölüm 1 deki hesaplamalara göre, mahal ısıtması, kullanım sıcak suyu, HVAC ve havalandırma amaçları için ısı üretim tesisinden tam yükte işletmede yıllık 1600 h e karşılık gelen toplam ısı çıktısı gerekmektedir. Isıl baz yük 50 kW dır ve tam yükte işletmede gaz motorunun yılda 6000 h çalışmasını sağlar.

Alternatif 1 e göre hesaplama (eşitlik 5.4.1 ve 5.4.2)

Verilen enerji harcaması, gaz;
Q_h,f=[(1-β)/η_HP + ((1+C)∙β)/η_CHP]∙Q_h,outg A.1
=[(1-0,375)/0,870+((1+0,8)∙0,375)/0,783]∙800≈1260 MWh yıllık

Elektrik enerjisi fazlalılığı;
Q_f,Bonus=-E_CHP=-240 MWh yıllık A.2

Alternatif 2 ye göre hesaplama (eşitlik 5.4.3)

Birincil enerji faktörü, elektrik enerjisi : f_P,elt=2,7
Birincil enerji faktörü, doğalgaz (H) : f_P=1,1

Verilen enerji harcaması, gaz;

Q_h,f=[(1-β)/η_HP +((1+C)·β)/η_CHP -f_p,elt/f_p ∙C∙β]·Q_h,outg/η_HN A.3
Q_h,f=[(1-0,375)/0,870+((1+0,8)·0,375)/0,783-2,7/1,1∙ 0,8∙0,375]·800/1≈675 MWh yıllık

Not 1 : Birincil enerji harcaması hesaplanırken Alternatif 1 ve 2 aynı sonucu verir.
Not 2 : Sayısal değerler mevcutsa, hesaplamalar Şekil 5.3.1 kullanılarak doğrudan da gerçekleştirilebilir.

Kaynak:BEP