Til hovedinnhold

163-3 Fra overskuddsvarme til strøm

163-3 Fra overskuddsvarme til strøm

Evaluering av teknologier for kraftproduksjon fra industriell overskuddsvarme

Organic Rankine Cycle med pentan som arbeidsmedium
Organic Rankine Cycle med pentan som arbeidsmedium

Bakgrunn
En måte å redusere CO2 utslippene fra industrielle prosesser er å gjøre dem mer energieffektive. Dette kan også innebære å ta vare på spillvarme fra vann eller avgasser for å bruke dette direkte til oppvarmingsformål eller å omdanne denne varmeenergien til mekanisk eller elektrisk kraft gjennom en såkalt varme-til-kraft prosess. I denne prosessen sirkulerer et arbeidsmedium som tar opp varmen fra kilden ved høyt trykk for deretter å ekspandere i for eksempel en turbin til lavt trykk. Ved det lave trykket dumpes resten av varmen som ble tatt opp til sjøvann eller luft for deretter pumpes opp til høytrykk for å varmes opp på nytt. Denne prosessen kalles en Rankine prosess.

Selv om den grunnleggende teknologien for kraftproduksjon fra varme er veletablert, er det fremdeles lav utnyttelsesgrad av varmekilder i mindre skala og/eller av lavere temperaturer på grunn av høyere kostnader og lavere kraftutbytte. Et tiltak for å øke energieffektiviteten i industrien er derfor å gjøre varme-til-kraft prosesser for overskuddsvarmegjenvinning så energi- og kostnadseffektive at de blir lønnsomme. Det finnes en rekke alternative teknologier med potensiale for en høyere kraftproduksjon enn de som er mest utbredt i dag og det er en studie av de ulike teknologiene som er hovedtema for sommeroppgaven.

Ved SINTEF Energi studerer vi varme-til-kraft prosesser blant annet gjennom simulering og optimalisering ved bruk av egenutviklede beregningsmodeller. Modellen som brukes i oppgaven er en termodynamisk modell som kan simulere flere varianter av varme-til-kraft prosesser med forskjellige arbeidsmedier og/eller prosesskonfigurasjoner for en gitt varmekilde.

Oppgaven består i

  • Å sette seg inn i problemstillingen og beregningsprogrammet for varme-til-kraft-prosesser
  • Identifisere potensielle teknologier, arbeidsmedier, og prosesskonfigurasjoner for kraftproduksjon fra en eller to hypotetiske varmekilder fra industrien
  • Benytte simuleringsmodell til å studere kraftproduksjons-prosessene med fokus på
    • Maksimal netto kraftproduksjon
    • Anslag av komponent-størrelser
    • Effekt av relevante parametere
  • Skrive rapport og lage presentasjon

Relevant prosjekt: FME HighEFF

Forutsetninger

  • Interesse for termodynamikk og prosessforståelse
  • Kjennskap til Rankine-sykler og deres virkemåte (eller evne til å sette seg raskt inn i)
  • Kjennskap til programmering i C/C++ kan være en fordel, men trenger ikke å bli benyttet i oppgaven.

Medveileder:  Trond Andresen