The thermodynamic, thermoeconomic and environomic modeling and optimization of energy systems - discussion and applications

摘要

Dans la pratique de l'ingénieur, les aspects thermodynamiques, économiques et environnementaux sont pris en compte soit séparément soit en combinaison limitée pendant les différentes étapes de synthèse, de dimensionnement et de fonctionnement des systèmes énergétiques. Cependant, en utilisant une approche mathématique, un ou plusieurs de ces aspects peuvent être modélisés de façon unifiée et les algorithmes d'optimisation déterministiques ounon-déterminisliques peuvent ╚簍re employés pour examiner effectivement l'espace de solutions de synthèse, de dimensionnement et/ou de fonctionnement d'un système nouveau ou existant. Pour accomplir une telle modélisationloptimisation,plusieurs approches thermoéconomiques et environomiques ont été développées ou sont en cours de développement. Le but de cet article est de présenter les caractéristiques principales de ces approches. Trois applications apparaissent : ⅰ) la modélisation et l'optimisation thermodynamique de fonctionnaient temporel d'un four batch , ⅱ) la modélisation et l'optimisation environomique et thermoéconomique de dimensionnementetdefonctionnementd'uncycledeturbineàgazaveccogénération et ⅲ) la modélisation et l'optimisation thermoéconomique de synthèse et de fonctionnement temporel d'une installation de turbine à gaz/pompe à chaleur avec stockage thermique.%In engineering practice, thermodynamic, economic and envi-ronmental aspects are taken into account either separately or in some limited combination during the different stages of energy system synthesis, design and operation. It would be beneficial, however, to use an approach which mathematically models one or more of these aspects in a unifiedfashion so that optimization algorithms whether deterministic or non-deterministic could be used to search the solution space of all possible solutions for the synthesis, design and/or operation of a new or an existing system. Thermodynamic, thermoeconomic and environomic approaches have been and are continuing to be developed which do just that. The purpose of this article is to discuss the principals characteristics of these approaches. Three applications are presented: ⅰ) the thermodynamic modeling and optimization of the time-dependent operation of a batchfurnace, ⅱ) the environomic and thermoeconomic modeling and optimization of a gas turbine cycle's design and operation and ⅲ) the thermoeconomic modeling and optimization of the synthesis and time-dependent operation of a gas turbine coge-neration / heat pump facility with thermal storage.