Korkean lämpötilan lämpöpumput tislausprosessin hukkalämmön hyödyntämisessä

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2022-03-21

Department

Major/Subject

Sustainable Energy in Buildings and Built Environment

Mcode

ENG3068

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)

Language

fi

Pages

58+6

Series

Abstract

Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi on energiatehokkuutta parannettava yhteiskunnan kaikilla aloilla. Suurimpia lämpöenergian kuluttajia on teollisuus, joten teollisuuden sivuvirtoja on tärkeä ottaa talteen ja hyödyntää. Nykyaikaisilla korkean lämpötilan lämpöpumpuilla on mahdollista saavuttaa teollisten prosessien tarvitsemia korkeita lämpötiloja. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää erään tuotantolaitoksen tislausprosessin hukkalämmön hyödyntämistä muiden prosessien tarpeisiin korkean lämpötilan lämpöpumpulla. Perinteisesti prosessien tarvitsema korkea lämpötilainen lämpö on tuotettu höyrykattilalla. Työn teoriaosuudessa selvitettiin korkean lämpötilan lämpöpumppujen erityispiirteitä sekä saatavuutta markkinoilla. Työn käytännön osassa mitoitettiin yhdeksän lämpöpumppuvaihtoehtoa kolmesta erilaisesta kiertoprosessista ja kolmesta eri kylmäaineesta. Mitoituslaskennalla selvitettiin jokaisen lämpöpumppuvaihtoehdon lämpökerroin. Kustannuslaskentaosiossa laskettiin jokaisen vaihtoehdon tasoitetut lämmöntuotantokustannukset Suomessa, Saksassa ja Brasiliassa. Saatuja tuloksia verrattiin perinteisen maakaasukattilan tasoitettuihin lämmöntuotantokustannuksiin. Laskentojen tulokseksi saatiin, että halvin korkean lämpötilan lämpöpumppuratkaisu oli kylmäaineella R1233zd(E) toimiva kaksiportainen kiertoprosessi, joka on varustettu välipainesäiliöllä. Kyseisen vaihtoehdon tasoitetut lämmöntuotantokustannukset olivat 25,7 €/MWh, mikäli se toteutettaisiin Suomessa.

To curb climate change, energy efficiency must be improved in all areas of the society. One of the largest consumers of thermal energy are the industry, so it is important to recover and utilize industrial waste heat. With modern high temperature heat pumps, it is possible to achieve the high temperatures required by industrial processes. The aim of this thesis was to find out the high temperature heat pump utilization possibilities of waste heat from the distillation process of a production plant. Traditionally, the high temperature heat required by the processes has been produced by a steam boiler. In the theoretical part of the work, the special features of high temperature heat pumps and their availability on the market were investigated. In the practical part of the work, nine heat pump options from three different cycles and three different refrigerants were dimensioned. The coefficient of performance of each heat pump option was determined by dimensioning calculations. In the cost calculation section, the levelized costs of heat (LCOH) for each option were calculated in Finland, Germany and Brazil. The results obtained were compared with the levelized cost of heat of a conventional natural gas boiler. As a result of the calculations, the cheapest high temperature heat pump solution was a two-stage cycle with a refrigerant R1233zd(E) equipped with an intermediate pressure tank. The levelized cost of heat for this option was 25.7 €/MWh if implemented in Finland.

Description

Supervisor

Järvinen, Mika

Thesis advisor

Halinen, Aleksi

Keywords

lämpöpumppu, teollisuus, tislausprosessi, energiatehokkuus, mitoitus

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202203272568

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG