Hukkalämmön muuttaminen sähköksi
Kinnunen, Hilla (2017)
Kandidaatintyö
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201705186625
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201705186625
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön tavoitteena on määrittää teho- ja lämpötilatasot kolmelle hukkalämpöä sähköksi muuttavalla prosessille. Työssä tarkastellaan ORC- ja Kalina-prosessia, sekä suljettua Brayton-prosessia, jonka kiertoaineena on ylikriittinen hiilidioksidi. Hukkalämpöä hyödyntämällä parannetaan esimerkiksi teollisuuslaitosten energiatehokkuutta. Merkittäviä hukkalämmönlähteitä ovat moottori- ja kaasuturbiinivoimalaitokset ja sementti-, teräs- ja lasiteollisuus.
Kaikkien prosessien toimintaan vaikuttaa erityisesti kiertoaineen ominaisuudet. ORC-prosessi soveltuu hukkalämmön hyödyntämiseen, koska orgaanisten kiertoaineiden höyrystymislämpö on pienempi kuin veden, jolloin kiertoaineen lämpötila mukailee hyvin lämmönlähteen lämpötilaa. Kalina-prosessin etuna on kahdesta aineesta koostuva kiertoaine, jolloin höyrystyminen ei ole isoterminen prosessi. Hiilidioksidin paineen ja lämpötilan ollessa yli kriittisen pisteen kompressorin tekemä työ ei kasva yhtä voimakkaasti painesuhteen funktiona, kuin ideaalikaasun.
Kalina-prosessilla voidaan hyödyntää samoja hukkalämmönlähteitä, kuin ORC-prosessille. Näiden prosessien lämmönlähteiden lämpötilat ovat alhaisempia, kuin ylikriittistä hiilidioksidia kiertoaineena käyttävän Brayton-prosessin. Suljettu Brayton-prosessi, jossa kiertoaineena on ylikriittinen hiilidioksidi, ei ole vielä kaupallistunut toisin kuin ORC- ja Kalina-prosessit.
Kaikkien prosessien toimintaan vaikuttaa erityisesti kiertoaineen ominaisuudet. ORC-prosessi soveltuu hukkalämmön hyödyntämiseen, koska orgaanisten kiertoaineiden höyrystymislämpö on pienempi kuin veden, jolloin kiertoaineen lämpötila mukailee hyvin lämmönlähteen lämpötilaa. Kalina-prosessin etuna on kahdesta aineesta koostuva kiertoaine, jolloin höyrystyminen ei ole isoterminen prosessi. Hiilidioksidin paineen ja lämpötilan ollessa yli kriittisen pisteen kompressorin tekemä työ ei kasva yhtä voimakkaasti painesuhteen funktiona, kuin ideaalikaasun.
Kalina-prosessilla voidaan hyödyntää samoja hukkalämmönlähteitä, kuin ORC-prosessille. Näiden prosessien lämmönlähteiden lämpötilat ovat alhaisempia, kuin ylikriittistä hiilidioksidia kiertoaineena käyttävän Brayton-prosessin. Suljettu Brayton-prosessi, jossa kiertoaineena on ylikriittinen hiilidioksidi, ei ole vielä kaupallistunut toisin kuin ORC- ja Kalina-prosessit.