P2X-tuotantolaitoksen integrointi CHP-voimalaitosprosessiin ja tuotannon optimointi

Abstract

Tässä diplomityössä tarkastellaan hiilidioksidin talteenottolaitoksen ja P2X-laitoksen teknis-taloudellista integroimista osaksi Pori Energian Aittaluodon CHP-voimalaitoksen tuotantokokonaisuutta. Työssä selvitetään, kuinka laitoksista saatavaa hukkalämpöä voidaan hyödyntää tehokkaasti kaukolämmön tuotannossa ja kuinka laitosten integraatio vaikuttaa koko tuotantokokonaisuuden optimointiin.

Tutkimuksessa simuloidaan eri hukkalämpöjen kytkentämenetelmiä IPSEpro-ohjelmistolla. Simulointien perusteella arvioidaan kunkin ratkaisun vaikutuksia kokonaishyötysuhteeseen, kaukolämmön tuotannon hyötysuhteeseen ja polttoaineen kulutukseen. Lisäksi tarkastellaan hiilidioksidin talteenoton vaikutuksia CHP-laitoksen toimintaan ja ajomalleihin.

Tulosten perusteella kokonaistaloudellisesti kannattavin ratkaisu saavutetaan, kun hukkalämpö priimataan lämpöpumpuilla ja johdetaan kaukolämmön paluuveden lämmitykseen savukaasulauhduttimen jälkeen. Tällöin maksimoidaan savukaasulauhduttimelta saatava ilmainen energia ja vähennetään polttoon perustuvan energiantuotannon tarvetta.

Talvella kannattava hukkalämmön hyödyntäminen edellyttää vähintään 10 MW:n hukkalämpötehoa, kun lämmön talteenotto tapahtuu savukaasulauhduttimen jälkeen. Jos hukkalämpö kytketään prosessiin ennen savukaasulauhdutinta, kannattavuuden raja on 24 MW. Syksyllä ja keväällä kannattavuuden raja on alhaisempi: 5 MW:n hukkalämpöteholla savukaasulauhduttimen jälkeen ja 7 MW:n teholla ennen savukaasulauhdutinta.

Hiilidioksidin talteenotto- ja P2X-laitosten yhdistäminen muuttaa tuotannon optimointia. Hiilidioksidin talteenoton vuoksi syntyy tilanteita, joissa Aittaluodon A-kattilaa on ajettava pakotetusti P2X-laitoksen hiilidioksiditarpeen varmistamiseksi.

This thesis examines how a carbon dioxide capture plant and the P2X plant can be tech-no-economically integrated into the production of Pori Energia's CHP power plant in Aittaluoto. The thesis also examines how the excess heat obtained from these plants can be efficiently utilized in district heat production and how the integration of the plants affects the optimization of the entire production entity.

The study simulates different excess heat connection methods with IPSEpro software. Based on the simulations, the effects of each solution on overall efficiency, district heating production efficiency, and fuel consumption are assessed. In addition, the effects of carbon capture on the operation of the CHP plant and driving models will be examined.

Results indicate that the most economically viable solution is achieved when the excess heat is primed with heat pumps, which leads to the heating of the return water of district heating after the flue gas condenser. This maximizes the free energy from the flue gas condenser and reduces the need for combustion-based energy production.

In winter, profitable waste heat utilization requires a minimum of 10 MW of waste heat power when the heat recovery takes place after the flue gas condenser. If the waste heat is connected to the process before the flue gas condenser, the profitability threshold is 24 MW. In autumn and spring, the profitability threshold is lower: 5 MW of waste heat power after the flue gas condenser and 7 MW of power before the flue gas condenser.

The integration of the carbon dioxide capture plant and the P2X plant will change the optimization of production such that there will be moments when the Aittaluoto A-boiler will have to be run forcibly due to carbon capture, thereby securing the production of the carbon dioxide needed by the P2X plant.