Local power generation by fuel cells – a tool and an analysis
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2020-10-19
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Conversion Processes
Mcode
ENG3069
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)
Language
en
Pages
66
Series
Abstract
Solid oxide fuel cells (SOFC) are an energy production technology currently being commercialized. The technology is often seen as base load -producer of heat and electricity in decentralized energy solutions. The aim of this thesis was to create an Excel tool to analyse the performance and profitability of SOFC systems in a variety of different energy solutions. Another aim was to use the tool to analyse the performance of SOFC system in multiple different type of buildings from Southern Finland. In this thesis an Excel VBA model was programmed. The tool enables modelling SOFC-units together with buildings with different type of energy consumption profiles. With this data, the tool enables modelling different SOFC-units' performance and profitability visualisation. The tool was tested by analysing eight different buildings' energy profiles with SOFC-units and related profitability of investments. The modelling results with the developed tool shows how SOFC-units, combined with optimally sized battery storage, can be used to balance the varying of electricity demand. To get all of the electricity demand from SOFC and batteries requires over-sizing the equipment making it very difficult to get profit from the investment. Based on these analyses SOFC-units and batteries can be used to lower the varying of the demand, removing the varying is economically unsustainable with commercial SOFC-unit prices. The optimal battery size is often received when the battery is filled with the surplus SOFC electricity production during nighttime. Multiple analysis made for the thesis demonstrates the functionality of the modelling tool.Kiinteäoksidipolttokenno (engl. solid oxide fuel cell, SOFC) on kaupallistumisvaiheessa oleva energiantuotantoteknologia, jonka käyttödata ja -kokemus erilaisissa käyttöympäristöissä on rajallista. SOFC teknologia nähdään usein sähkön ja lämmön peruskuorman tuottajana hajautetuissa energiaratkaisuissa. Tämän työn tavoitteena oli kehittää Excel työkalu, jolla voidaan analysoida SOFC systeemien suoritusarvoja ja kannattavuutta erilaisissa energiaratkaisuissa. Toisena tavoitteena oli analysoida kehitetyllä työkalulla SOFC systeemien suoritusta useissa erityyppisissä rakennuksissa Etelä-Suomessa. Tässä työssä ohjelmoitiin Excel VBA työkalu, jolla on mahdollista mallintaa erilaisia SOFC-yksiköitä yhdessä erilaisten kiinteistöjen energiankulutusprofiilien kanssa. Näiden tietojen avulla työkalu mahdollistaa erilaisten SOFC-yksiköiden suorituspotentiaalin ja taloudellisuuden havainnollistamisen. Työkalua testattiin analysoimalla kahdeksan eri tyyppisen rakennuksen energiaprofiilit SOFC-yksiköiden kanssa sekä näiden investointien kannattavuus. Kehitetyllä työkalulla tehdyt analyysit havainnollistavat kuinka SOFC-yksiköitä ja optimaalisen kokoisia akkuja voidaan käyttää yhdessä vaihtelevan sähkönkysynnän tasapainoittamiseksi. Analyysien perusteella koko kysynnän vaihtelevuuden vastaaminen ei ole käytännöllistä pelkästään polttokennoilla ja akuilla. Kaiken tarvittavan sähkön tuottaminen vaatisi ylimitoitettuja akkuja, joka ei ole taloudellisesti kannattavaa. Tulosten perusteella SOFC-yksiköitä voidaan käyttää kysynnän vaihtelevuuden vähentämiseksi, mutta koko vaihtelevuuden poistaminen ei ole kaupallisilla hinnoilla taloudellista. Optimaalinen akuston koko saadaan yleisesti kun akku lähes täyttyy ylimääräisestä SOFC-yksiköiden tuotannosta tavanomaisen yön aikana. Useat työhön tehdyt analyysit havainnollistavat mallinnustyökalun käytettävyyttä.Description
Supervisor
Santasalo-Aarnio, AnnukkaThesis advisor
Hakala, TuomasKeywords
solid oxide fuel cell, SOFC, decentralized energy production, electricity demand response, modelling tool
