Exergetic diagnostics of a gas-and-steam power plant

Evaluation of thermodynamic efficiency of a power plant is usually performed using the method of so-called thermal diagnostics, based on energy balancing. Energetic analysis is however suitable only for a quantitative assessment and for comparing similar technologies. In order to properly assess the origins of energy losses in the given system, an exergetic analysis has to be applied. The paper describes the rules of exergetic diagnostics, which greatly extends the potential of classic thermal diagnostics. A calculation example of a combined cycle power plant is included. The example demonstrates the potential of exergetic diagnostics for locating exergy losses and explains the reasons for increased consumption of fuels by comparing two working conditions of the system: reference and operational.

W praktyce do oceny efektywności termodynamicznej działania elektrowni lub elektrociepłowni stosuje się narzędzia tak zwanej diagnostyki cieplnej opartej na bilansowaniu energetycznym. Analiza energetyczna nadaje się jednak wyłącznie do oceny ilościowej oraz porównywania podobnych technologii energetycznych. Dla prawidłowej oceny miejsc i przyczyn powstawania strat w systemach energetycznych konieczne jest zastosowanie analizy egzergetycznej. W artykule zaprezentowano zasady diagnostyki egzergetycznej, znacznie poszerzającej potencjał klasycznej diagnostyki cieplnej wraz z przykładem obliczeniowym dotyczącym elektrowni gazowo-parowej. Diagnostyka egzergetyczna jest techniką z zakresu zaawansowanej analizy egzegetycznej, pozwalającą na szczegółową detekcję przyczyn generowania strat w komponentach z uwzględnieniem tak zwanych przyczyn wewnątrzpochodnych i zewnątrzpochodnych. Procedury diagnostyki egzergetycznej, w połączeniu z technikami modelowania matematycznego, pozwalają na poszerzoną kontrolę eksploatacji procesów i systemów produkcyjnych. Ponadto umożliwiają one dekompozycję kosztu egzergetycznego pomiędzy składowe wynikające z wzajemnych powiązań pomiędzy komponentami systemu. Zaprezentowany przykład obliczeniowy dotyczący elektrowni gazowo-parowej prezentuje potencjał diagnostyki egzergetycznej w zakresie lokalizacji strat egzergii i wyjaśnia przyczyny zwiększonego zużycia zasobów zasilających system poprzez porównanie dwóch stanów: referencyjnego oraz dowolnego stanu eksploatacyjnego systemu.