VDI 4660 Blatt 2-2017 Calculation of emissions related to target energy for energy conversion.pdf

1、ICS 13.040.40 VDI-RICHTLINIEN April 2017 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Ermittlung zielenergiebezogener Emissionen bei der Energieumwandlung Calculation of emissions related to target energy for energy conversion VDI 4660 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version

2、 dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU) Fachbereich Energiewandlung und -anwendung VDI-Handbuch Energietechnik VDI-Handbuch R

3、essourcenmanagement in der Umwelttechnik VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 1: Bewertung/Stoffwerte Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:05.03;07.15 Entwurf,deutschFormereditions:05/03;07/

4、15 Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2017Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelze

5、ichen, Abkrzungen und Indizes . 5 5 Systemgrenze 7 6 Umrechnung spezifischer Emissionen in zielenergiebezogene Emissionen 7 7 Aufteilung von zielenergiebezogenen Emissionen bei der Kraft-Wrme-Kopplung. 8 7.1 Energetische (kalorische) Methode 11 7.2 Arbeitswertmethode . 11 7.3 Exergetische Methode 11

6、 7.4 Methoden auf Grundlage der Brennstoffeinsparung . 12 7.5 Restwertmethode 13 7.6 Substitutionsmethode . 14 7.7 Beispielrechnungen 15 8 Zielenergiebezogene CO2-Emissionen bei CO2-Rckhaltung in Kondensationskraftwerken 19 8.1 Minderung der Kohlendioxidemissionen durch Steigerung des Wirkungsgrads

7、. 19 8.2 Rckhaltung von Kohlendioxidemissionen und Wirkungsgradeinbue 20 8.3 Leistungseinbue bei der Nachrstung von Kraftwerken mit CO2-Rckhaltung . 25 Anhang A Exergieverlustmethode 27 Anhang B Bundeseinheitliche Liste der Emissionsfaktoren (Auszug) 30 Anhang C Weitere Beispiele fr die Anwendung vo

8、n Aufteilungsverfahren . 31 Schrifttum 32 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 3 4 Symbols, abbreviations, and indices 5 5 System boundary 7 6 Conversion of specific emissions into target energy related emissions 7 7 Allocation of target

9、energy related emissions in combined heat and power generation 8 7.1 Energy (calorific) method 11 7.2 Electricity reduction method 11 7.3 Exergy method . 11 7.4 Methods based on fuel savings 12 7.5 Remainder value method . 13 7.6 Substitution method . 14 7.7 Example calculations . 15 8 Target energy

10、 related CO2 emissions with CO2 retention in condensing power plants 19 8.1 Reduction of carbon dioxide emissions by increasing efficiency 19 8.2 Retention of carbon dioxide emissions and losses of efficiency 20 8.3 Loss of output on retrofitting power plants with CO2retention systems 25 Annex A Exe

11、rgy loss method 27 Annex B National German List of Emission Factors (excerpt) . 30 Annex C Further examples of the application of allocation methods . 31 Bibliography 32 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand

12、2017-04 2 VDI 4660 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, de

13、r elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die

14、 ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/4660. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requiremen

15、ts and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyrigh

16、t is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/4660

17、. Einleitung In der Energiewirtschaft werden Emissionen vor-wiegend auf das Abgas bezogen (siehe VDI 4660 Blatt 1). Fr umwelt- und energiepolitische Ent-scheidungen wie auch fr den Verbraucher sind Angaben von Emissionen hufig aufschlussreicher, wenn sie zu den Energien in Relation gesetzt wer-den,

18、die das Ziel des jeweiligen Energieumwand-lungsprozesses sind. Diese Energien werden im Folgenden als Zielenergien bezeichnet (elektrische Arbeit, Nutzwrme usw.), die Emissionen als ziel-energiebezogene Emissionen. Zielenergiebezogene Emissionen sind anlagenspezi-fische Emissionen. Sie sind aus Mess

19、ungen oder aus den in der Richtlinie VDI 4660 Blatt 1 behandelten Emissionsangaben und zustzlichen Leistungsmes-sungen oder zustzlichen Wirkungsgradangaben zu ermitteln. Vergleiche zwischen unterschiedlichen zielenergiebezogenen Emissionsangaben und von verschiedenen Energieumwandlungsanlagen und Ve

20、rfahren sind mglichst eindeutig durchzufhren. Dazu sind neben der in VDI 4660 Blatt 1 empfohle-nen Vorgehensweise noch Bilanzgrenzen und Um-gebungsbedingungen festzulegen. Bei Energieum-wandlungsanlagen mit mehreren Zielenergien (z. B. Gegendruck-Dampfkraftwerk: elektrische Arbeit und Nutzwrme) ist

21、auerdem eine Vereinbarung ber die Aufteilung der Emissionen auf die ver-schiedenen Zielenergien erforderlich. Unter Zielenergie bzw. Zielleistung wird in den folgenden Betrachtungen stets die Nettozielenergie bzw. Nettozielleistung verstanden. Dies ist die von der Energieumwandlungsanlage abgegebene

22、 ge-wnschte Energie bzw. Leistung unter Anrechnung Introduction In the energy industry, emissions are predominant-ly considered in relation to the exhaust gas (see VDI 4660 Part 1). For the purpose of environmen-tal and energy policy decisions, and for consumers, statements of emissions are frequent

23、ly more in-formative when they are set in relation to the ener-gy which is the product of the energy conversion process concerned. That resulting type of energy is referred to below as the target energy (electrical power, useful heat, etc.), the emissions as target energy related emissions. Target e

24、nergy related emissions are plant-specific emissions. They are to be calculated from measure-ments, or from the emission data dealt with in stand-ard VDI 4660 Part 1 and additional power meas-urements or additional data on efficiency. Compari-sons between different statements of target energy relate

25、d emissions and between different energy con-version systems and processes are to be made as clearly as possible. For that purpose, the procedures recommended in VDI 4660 Part 1 are to be followed and assessment limits and ambient conditions stipu-lated. In the case of energy conversion systems with

26、 more than one target energy (e.g. back-pressure steam turbine power plants producing electrical power and useful heat), a convention is also to be established on the allocation of the emissions to the different target energies. In the following considerations, target energy or target power is alway

27、s taken to mean the net target energy or net target power. This is the desired ener-gy or power output from the system taking account of all energy and power expended on auxiliary B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollectio

28、n - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 4660 Blatt 2 / Part 2 3 smtlicher Energie- bzw. Leistungsaufwendungen fr Hilfsantriebe, die zum Betrieb der Anlage er-forderlich sind (Eigenbedarf). drives which are required for operation of the sys-tem (stati

29、on service). 1 Anwendungsbereich In dieser Richtlinie werden keine vor- oder nachge-lagerten Energieumwandlungsketten bercksich-tigt. Nachfolgend wird die Vorgehensweise bei der Umrechnung von spezifischen Emissionen in ziel-energiebezogene Emissionen beschrieben. Dabei sind folgende Flle zu untersc

30、heiden: Umrechnung brennstoffenergiebezogener Emis-sionen in zielenergiebezogene Emissionen mit-hilfe von Wirkungsgraden Aufteilung von Emissionen auf verschiedene Zielenergien bei der Koppelproduktion Die Richtlinie wendet sich an Betreiber energie-technischer Anlagen, berwachungsbehrden und -insti

31、tute sowie an auf diesem Gebiet ttige Wis-senschaftler. 1 Scope This standard takes no account of any upstream or downstream energy conversion chains. The proce-dure for conversion of specific emissions into tar-get energy related emissions is described below. Distinctions are to be made between the

32、 following cases: mathematical conversion of fuel energy related emissions into target energy related emissions with the aid of efficiency data allocation of emissions to various target energy types in combined production The standard is addressed to the operators of ener-gy systems, to supervisory

33、authorities and insti-tutes, and to scientists working in this field. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 4608 Blatt 2:2008-07 Energiesysteme; Kraft-Wrme-Kopplung; Allokation und Bewertung VDI 4660 Blatt 1:2013-11 Umrechnun

34、g spezifi-scher Emissionen bei der Energieumwandlung 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: VDI 4608 Part 2:2008-07 Energy systems; Com-bined heat and power; Allocation and evaluation VDI 4660 Part 1:2013-11 Conversion facto

35、rs for specific emissions from energy-conversion sys-tems 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Brennstoffausnutzungsgrad (Anlagennutzungs-grad, ) Quotient aus der in einem bestimmten Zeitraum unter Bercksichtigung aller Pausen-, Stillstands-, Leer-lauf-, Anfah

36、r- und Abfahrzeiten nutzbar abgegebenen Zielenergie und der gesamten zugefhrten Energie Anmerkung: Bei der Kraft-Wrme-Kopplung (KWK) ist der Brennstoffausnutzungsgrad der Quotient der Nettozielener-giestrme und der Einsatzleistung. Bei Verwendung von zeit-lichen Mittelwerten sind diese durch Angabe

37、des Bilanzzeit-raums zu kennzeichnen. b, KWKPQW+=(1) Brennwert (Hs) Reaktionsenthalpie bei 25 C und vollstndiger Verbrennung des Brennstoffs, sofern der bei der Verbrennung gebildete Wasserdampf vollstndig kondensiert wird 3 Terms and definitions For the purposes of this standard, the following term

38、s and definitions apply: fuel utilization factor (plant utilization factor, ) quotient of the usable target energy output in a certain period, taking account of all breaks, down-time, no-load operation, start-ups and shutdowns, and the entire energy input Note: In combined heat and power generation

39、(CHP), the fuel utilization factor is the quotient of the net target energy flows and the input energy. When average times are used, these are to be indicated by stating the assessment period. b, KWKPQW+=(1) superior calorific value (Hs) reaction enthalpy at 25 C and complete combus-tion of the fuel

40、, where the water vapour formed during combustion is fully condensed B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04 4 VDI 4660 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldo

41、rf 2017 Anmerkung: Die Differenz zwischen Brennwert und Heiz-wert (siehe auch DIN 5499) entspricht der Verdampfungsen-thalpie des entsprechenden Wasserdampfs bei 1 bar und 25 C (2442 kJ/kg). Heizwert (Hi) Reaktionsenthalpie bei 25 C und vollstndiger Verbrennung des Brennstoffs, sofern das bei der Ve

42、rbrennung gebildete Wasser vollstndig in gas-frmigem Zustand anfllt Anmerkung: Zur Wirkungsgradberechnung ist es in der Kraftwerkstechnik blich, den Heizwert zu verwenden. Stromausbeute () Quotient des Zielenergiestroms Strom“ und der Einsatzleistung bei der KWK b,KWKPW =(2) Stromkennzahl () Quotien

43、t der Zielenergiestrme Strom“ und Wrme“ bei der KWK PQ =(3) Stromverlustkennzahl () Quotient der elektrischen Leistungseinbue durch Wrmeauskopplung und des Zielenergiestroms Wrme“ bei der KWK bei gleichen Frischdampf-parametern PQ=(4) Wrmeausbeute () Quotient des Netto-Zielenergiestroms Wrme“ und de

44、r Einsatzleistung bei der KWK b,KWKQW =(5) Wirkungsgrad () Quotient aus Nutzen und Aufwand, wobei als Nut-zen die jeweilige(n) Zielleistung(en) und als Auf-wand die Einsatzleistung (meist der Brennstoff-energiestrom, also das Produkt aus Brennstoff-strom und Heizwert) einzusetzen sind Zielenergie Nu

45、tzenergie, die vom Umwandlungssystem abge-geben wird Anmerkung: Bei der KWK bedeuten Z1 die elektrische Netto-erzeugung (Nettoenergie) und 1Zdie elektrische Nettoleistung P sowie Z2 die Nutzwrme und 2Zder Nutzwrmestrom Q, der in das Fernwrmenetz eingespeist oder an die Prozess-wrmenutzungssysteme be

46、rtragen wird. Energieverluste durch Transport und Verteilung zwischen KWK-Anlage und Nutzsystem werden hierbei nicht bercksichtigt. Note: The difference between the superior calorific value and the inferior calorific value (see also DIN 5499) is equivalent to the evaporation enthalpy of the correspo

47、nding water vapour at 1 bar and 25 C (2442 kJ/kg). inferior calorific value (Hi) reaction enthalpy at 25 C and complete combus-tion of the fuel, where the water vapour formed during combustion remains in the gaseous state Note: It is customary in power plant engineering to use the inferior calorific

48、 value for calculation of efficiency. power yield () quotient of the target energy flow of electricity and the input power in a CHP system b,KWKPW =(2) power-to-heat ratio () quotient of the target energy flows of electricity and heat in a CHP system PQ =(3) power loss ratio () quotient of the loss

49、of electrical power resulting from supply of heat and the target energy flow of heat in a CHP system with constant live steam parameters PQ=(4) heat yield () quotient of the net target energy flow of heat and the input power in a CHP system b,KWKQW =(5) efficiency () quotient of the benefit and effort, where the benefit represents the relevant target output(s) and the effort the input power (in most cases the fuel ener-gy flow, i.e. the produ