Maakaasuvoimalaitoksen hiilidioksidin talteenotosta saatavien ylijäämälämpöjen hyödyntäminen

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2012
Major/Subject
Lämpötekniikka ja koneoppi
Mcode
Ene-39
Degree programme
Language
fi
Pages
(7) + 102
Series
Abstract
Monoethanolamine (MEA) -based post combustion carbon capture process is a commercial method which has been planned also for carbon capture from energy production. Its disadvantage is large energy consumption, which decreases power plant efficiency significantly. In this thesis it has been studied how much the efficiency penalty can be reduced by utilizing waste heat from the process for production of district heating with conventional heat exchangers and heat pumps, district cooling with absorption chillers and electricity with Organic Rankine Cycle (ORC) process. Helsingin Energia's Vuosaari B natural gas combined cycle CHP power plant with a total thermal power of 944 MW has been used as a case example. Thermal power, temperature level and location of waste heat from the carbon capture process of the power plant have been solved and suitability of mentioned waste heat recovery methods has been investigated. Each of the methods has been designed for a suitable location and their production power has been calculated in order to analyse their impact on output and efficiency of the power plant. Finally, economic feasibility of waste heat utilization has been studied on production cost basis. Waste heat is released 164 MW at a temperature of 30°C from which 207 MW of district heating can be produced. Additionally 19 MW is released at a temperature of 130°C from which can be produced 14 MW of district heating with heat exchangers or 6 MW of district cooling with absorption chillers or 0,5 MW of electricity with ORC-unit. By utilizing the waste heat only with a heat exchanger the power plant efficiency was 75 %. By utilizing the waste heat more effectively with mentioned methods, the efficiency raised to 89 - 91 % depending on the method. ORC turned out to be uneconomical with CHP but profitability can be possible for heat pumps and absorption chillers.

Monoetanoliamiiniliuottimeen (MEA) pohjautuva polton jälkeinen talteenottoprosessi on kaupallinen menetelmä, jota on suunniteltu myös energiantuotannosta tehtävään hiilidioksidin talteenottoon. Sen ongelma on suuri energiankulutus, joka laskee merkittävästi voimalaitoksen hyötysuhdetta. Tässä työssä on selvitetty, paljonko hyötysuhteen menetystä voidaan pienentää tuottamalla prosessista saatavilla ylijäämälämmöillä kaukolämpöä tavanomaisella lämmönsiirrinkytkennällä ja lämpöpumpuilla, kaukojäähdytystä absorptiojäähdyttimellä sekä sähköä orgaanisella Rankine-prosessilla eli ORC-prosessilla. Esimerkkitapauksena on Helsingin Energian Vuosaari B -voimalaitos, jonka polttoainetehona on käytetty 944 MW. Voimalaitokseen asennetun hiilidioksidin talteenottoprosessin vapauttamien jätelämpöjen teho, lämpötilataso ja sijainti on selvitetty, ja jätelämpöjen hyödyntämismenetelmien soveltuvuus näihin käyttökohteisiin on tutkittu. Menetelmät on mitoitettu kullekin soveltuviin kohteisiin ja niiden tuotantoteho on laskettu, jolloin on voitu analysoida vaikutus voimalaitoksen tehoihin ja hyötysuhteeseen. Lopuksi ylijäämälämpöjen hyödyntämisen taloudellista kannattavuutta on selvitetty tuotantokustannusperusteisesti. Ylijäämälämpöjä vapautuu 164 MW 30 °C:n lämpötilassa, josta on tuotettavissa lämpöpumpuilla 207 MW kaukolämpöä. Lisäksi vapautuu 19 MW 130 °C:n lämpötilassa, josta on tuotettavissa lämmönsiirtimillä 14 MW kaukolämpöä tai absorptiolla 6 MW kaukojäähdytystä tai ORC-laitoksella 0,5 MW sähköä. Hyödyntämällä ylijäämälämmöt pelkästään lämmönsiirtimellä voimalaitoksen hyötysuhde oli 75 %. Hyödyntämällä ylijäämälämmöt tehokkaammin mainituilla lisämenetelmillä, hyötysuhde nousi menetelmästä riippuen 89 - 91 %:iin. Yhteistuotannon yhteydessä ORC osoittautui taloudellisesti kannattamattomaksi, mutta kannattavuus voi olla mahdollista lämpöpumpuille ja absorptiojäähdyttimelle.
Description
Supervisor
Lampinen, Markku
Thesis advisor
Lahti, Henrietta
Keywords
carbon capture, hiilidioksidin talteenotto, natural gas power plant, maakaasuvoimalaitos, energy penalty, CCS, energy efficiency, energiatehokkuus, waste heat, jätelämpö, compressor heat pump, ORC, absorption heat pump, kompressorilämpöpumppu, absorptiolämpöpumppu
Other note
Citation