Exergetic and thermoeconomic analysis were performed for a 200kW Phosphoric Acid Fuel Cell(PAFC) plant which offers many advantage for cogeneration in the aspect of high electrical efficiency and low emission. This analytical study was based on the data obtained by in-field measurement of PC25 fuel cell plant to find whether this system is viable economically. For 100% load condition, the electrical efficiency and the unit cost of electricity are about 45% and 0.032 $/kWh respectively, which turn out to be much better than those for the 1000kW gas turbine cogeneration plant. Further, at lower loads, the unit costs of electricity and hot water increase slightly and consequently more economic operation is possible at any loads.
Exergetic and thermoeconomic analyses were performed fer a 137-MW steam power plant. In these analyses, mass and energy conservation laws were applied to each component of the system. Quantitative balance of the exergy and exergetic cost for each component, and for the whole system was carefully considered. The exergo-economic model, which represented the productive structure of the system was used to visualize the cost formation process and the productive interaction between components. The computer program developed in this study can determine production costs of power plants, such as gas-and steam-turbines plants and gas-turbine cogeneration plants. The program can also be used to study plant characteristics, namely, thermodynamic performance and sensitivity to changes in process and/or component design variables.
At representative thermoeconomic theory to determine the unit cost of multiple products, there are the $\ulcorner$SPECO$\lrcorner$ method of Tsatsaronis's study group and the $\ulcorner$MOPSA$\lrcorner$ method of chung-ang university phase laboratory. Against this theory, we propose new theory called $\ulcorner$Thermoeconomics to divide the exergetic cost into each working fluid$\lrcorner$ in this study. Also, we apply new thermoeconomic theory to CGAM problem (30MW-grade imaginary gas turbine cogeneration power plant) that it is representative power system in thermoeconomics theory, and we fixed to interpreted the unit cost of electricity on the part of gas turbine and the unit cost of steam exergy(enthalpy) on the part of HRSG.
Exergetic and thermoeconomic analysis were performed for a 500-MW combined cycle plant and a 137-MW steam power plant without decomposition of exergy stream of matter into thermal and mechanical exergies. The calculated costs of electricity are almost same within 0.5% as those obtained by the thermoeconomic method with decomposition of exergy into thermal and mechanical exergies of the combined cycle plant. However for the gas-turbine cogeneration plant having different kinds of products. the difference in the unit costs of products, obtained from the two methodologies is about 2%. Such outcome indicates that the level at which the cost balances are formulated does not affect the result of thermoeconomic analysis, that is somewhat contradictory to that concluded previously.
Quality that character of energy is the same at every state in case of equal working fluid and net concept of material flow was applied to thermoeconomics about energy system, and we could naturally explain the suitable degree about this concept, also thermoecomic equations about general power plant was easily deduced. And deduced equations exactly corresponded with principle of thermoeconomics that overall input cost flow rate equal overall output cost flow rate. This equations is applied to gas turbine cogeneration power plant as one example and found the product unit cost. Also this product cost comparison could been naturally explained.
발전소 건설시 성능감소에 따른 페널티 책정은 발주처와 건설사의 계약서에 서명되며, 그 페널티 책정 방법론은 발주처와 건설사의 손익과 관련되어 있으므로 모두가 인정할 수 있도록 합리적이어야 한다. 따라서 페널티 책정 방법론은 매우 중요하다. 열병합발전은 전기와 열을 동시에 생산하는 시스템이므로, 열병합발전의 페널티 책정 방법론은 명확하지 않다. 열경제학은 다양한 에너지 비용을 산정하는 학문이나, 지금까지 페널티 책정 방법론에 대해 연구된 바 없다. 본 연구의 목적은 열경제학이 성능인수시험의 페널티 책정 방법론에 적용될 수 있음을 예시하는 것이다. CGAM 시스템의 해석결과 $10,000,000의 건설비용이 투입되었을 경우, $6,665,688이 전기생산 성능비용으로 책정되었고, $3,334,312이 배기가스 성능비용으로 책정되었다. 따라서 만약 전기생산 성능이 1% 감소하였다면 그 페널티는 $6,666 그리고 배기가스 에너지 성능이 1% 감소하였다면 그 페널티는 $3,334로 책정됨을 알 수 있다.
Thermoeconomics or exergoeconomics can be classified into the three fields of cost estimating, cost optimization, and internal cost analysis. The objective of cost estimating is to estimate each unit cost of product and allocate each cost flow of product such as electricity or hot water. The objective of optimization is to minimize the input costs of capital and energy resource or maximize the output costs of products under the given constraints. The objective of internal cost analysis is to find out the cost formation process and calculate the amount of cost flow at each state, each component, and overall system. In this study, a new thermoeconomic methodology was proposed in the three fields. The proposed methodology is very simple and obvious. That is, the equation is only each one, and there are no auxiliary equations. Any energy including enthalpy and exergy can be applied and evaluated by this equation. As a new field, the cost allocation methodology on cool air or hot air produced from an air-condition system was proposed. Extending this concept, the proposed methodology can be applied to any complex system.
단일 에너지 시스템으로부터 다양한 종류의 제품이 생산될 때, 공통비를 각 제품으로 배분하는 방법론은 생산자와 구매자의 손익과 직접적으로 관련되기 때문에 매우 중요하다. 열병합발전에서 전기와 열의 비용배분 방법론에는 Heat 방법, Work 방법, Benefit distribution 방법, Exergy 방법 등이 있다. 전 세계적으로 Benefit distribution 방법이 가장 많이 알려져 있고, Exergy 방법은 열공학자들 사이에서 크게 인정받고 있다. 검토 결과 Benefit distribution 방법은 일반 상식과 어긋나는 결과가 도출되어 합리성이 낮고, Exergy 방법은 일반 상식과 일치하는 결과가 도출되어 합리성이 높다고 판단된다. 회계학에서는 메리트 방법론으로 계산하여 그 결과를 생산자와 구매자 간의 협상에 활용하고 있으나, 열공학에서는 엑서지 방법론의 합리성을 논문으로만 서술하고 있다. 본 연구의 목적은 메리트 방법론과 엑서지 방법론의 합리성을 비교 검토하는 데 있으며, 생산자와 구매자가 각 방법론의 합리성을 이해할 수 있도록 세부적으로 서술하고자 한다.
This study aimed to analyze organic Rankine cycle(ORC) which recovers discarded heat from a gas turbine based combined cycle cogeneration(CC-cogen) plant in terms of both performance and economics. The nominal electric power of the CC-cogen plant is around $120MW_e$, and heat for district heating is $153MW_{th}$. The major purpose of this study is to compare various options in selecting heat source of the ORC. Three heat sources were compared. Case 1 uses the exhaust gas from the HRSG, which is purely wasted to environment in normal plant operation without ORC. Case 2 also uses the exhaust gas from the HRSG. On the other hand, in this case, the DH economizer, which is located at the end of the HRSG, does not operate. Case 3 generates power using some of the district heating water which is supplied to consumers. The estimated ORC power generation ranges between 0.3 to 2.3% of the power generation capacity of the CC-cogen plant. Overall, Case 3 is evaluated to be better than other two options in terms of system design flexibility and power generation capacity.
본 연구에서는 CGAM 인수성능에 대한 페널티 비용 책정 방법론이 제안되어 있다. CGAM 성능시험결과 전기생산량에서 0.33% 감소, 전기생산효율에서 0.37% 감소, 열생산량에서 0.35% 증가, 열생산효율에서 0.31% 증가하였다. 페널티비용 책정 결과 전기생산량에서 -$22,138, 전기생산효율에서 -$24,348, 열생산량에서 +$11,661, 열생산효율에서 +$10,451로 산정되었다. 위 4 종류의 페널티 산정 계산은 명확하나, 총 페널티 비용은 위 4 종류를 어떻게 조합하는 가에 따라 달라진다. 계산결과 최대 -$46,486부터 -$13,898 범위였다. 따라서 총 페널티 정의에 대한 발주처와 건설사의 협의는 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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