Parametric Costing Model Suitable for Economic Assessment of Heat Recovery Projects Implied by Site-Wide Energy Analysis Methods

Les industries peuvent être en mesure de réduire leurs coûts de production et de contribuer à la réalisation des objectifs de réduction des émissions en augmentant leur efficacité énergétique. L'objectif des études sur l'efficacité énergétique et l'intégration dans les usines de fabrication est d'examiner comment maximiser l'utilisation des fournisseurs d'énergie sur place tout en réduisant la dépendance à l'égard des sources d'énergie extérieures (par exemple, le pétrole, le gaz, le charbon, etc.). Plusieurs approches systématiques, telles que les méthodes Pinch et Bridge, ont été proposées et développées pour détecter les opportunités associées à l'intégration croissante entre les flux de processus par le biais de la modernisation du réseau d'échangeurs de chaleur. Cependant, les efforts se sont principalement concentrés sur la définition et/ou le raffinement des outils de visualisation utilisés pour obtenir des objectifs d'économie d'énergie et trouver des projets de modernisation basés sur des critères thermodynamiques, avec peu d'attention accordée à l'évaluation économique des projets de modernisation des HEN. Cette thèse propose un modèle de coût paramétrique amélioré qui peut être utilisé pour améliorer l'évaluation économique préliminaire des projets de récupération de chaleur suggérés par les méthodes d'analyse énergétique à l'échelle du site. Pour atteindre cet objectif, les paramètres clés de conception et de coût qui ont un impact sur les coûts d'investissement totaux directs des projets et sur les économies de coûts d'exploitation totales associées sont identifiés par une analyse détaillée de divers projets recommandés par des méthodes d'analyse énergétique à l'échelle du site. À la suite de cette étape, un modèle d'évaluation économique global est proposé pour chaque type de modification du réseau d'échangeurs de chaleur, qui met en corrélation les coûts d'achat et d'installation des éléments d'équipement associés à l'intérieur et à l'extérieur des limites de la batterie du projet. De plus, pour montrer que la nouvelle méthode d'évaluation globale des coûts est un outil fiable qui fournit à l'analyste des données économiques plus précises pour l'aider dans le processus décisionnel ouvert de la modification du réseau d'échangeurs de chaleur, un exemple a été donné pour comparer l'évaluation économique globale des projets à la méthode traditionnelle d'évaluation des coûts abordée dans la documentation sur les méthodes d'analyse énergétique à l'échelle du site, qui ne tient compte que du coût de l'échangeur de chaleur.

Abstract

Industries may be able to lower production costs and aid in satisfying emission reduction targets by increasing their energy efficiency. Examining how to maximize the use of on-site energy suppliers while decreasing reliance on outside energy supplies (e.g., oil, gas, coal, etc.) is the goal of energy efficiency and integration studies in manufacturing plants. Several systematic approaches, such as the Pinch and Bridge methods, have been proposed and developed to detect opportunities associated with the increasing integration between process streams through heat exchanger network (HEN) retrofitting; however, efforts have mostly focused on defining and/or refining visualization tools used to obtain energy saving targets and finding retrofit projects based on thermodynamic criteria, with little attention paid to the economic assessment of the HEN retrofit projects. This thesis proposes an improved parametric cost model that can be used to improve the preliminary economic assessment of heat recovery projects (HRPs) suggested by site-wide energy analytics methods (SWEAMs). To achieve this goal, key design and cost parameters that impact direct total investment costs (TICs) of HRPs and related total operating costs (TOCs) saving are identified through detailed analysis of diverse HRPs recommended by SWEAMs. As a result of this step, a Global Economic Assessment Model is proposed for each type of HEN modification that correlates the purchase and installation costs of HRP's ISBL and OSBL equipment items. Also, to show that the new global costing approach is a reliable tool that gives the analyst more accurate economic data to help with the open-ended decision-making process of the HEN retrofit, an example was given to compare the global economic assessment of the HRPs to the traditional costing method discussed in SWEAM-based literature, which only looked at the cost of the HX. If there is not enough data or time to conduct a rigorous economic assessment, factored-based cost models can estimate the cost of auxiliary equipment needed to install main items as a percentage of equipment (e.g. HX, pump) purchase cost. However, there are two major issues associated with existing models in conjunction with various HEN topology modifications: (1) cost factors only proposed for HX, whereas HEN topology modifications imply three main equipment, HX, pump/compressor, and piping system required for connecting different modules of the plant, and (2) HX cost factors are unreliable due to their insensitivity to equipment design alternatives and plant topology. These gaps motivate to propose enhanced factored-based cost models for eachviSWEAM’s recommendations named: (i) Adding new HX, (ii) modifying existing HX, (iii) stream splitting-mixing, and (iv) resequencing of existing HX(s).