Til hovedinnhold

163-11 Kraftproduksjon fra industriell overskuddsvarme

163-11 Kraftproduksjon fra industriell overskuddsvarme

Kraftproduksjon fra industriell overskuddsvarme under variable operasjonsbetingelser

Motivasjon og relevans

Et av norsk industris kjennetegn og viktige konkurransefortrinn er industriprosesser med energieffektivitet i verdensklasse. I tillegg til å spare kostnader, har energieffektive prosesser også reduserte direkte og indirekte CO2-utslipp. Et hovedspor for videre forbedret energieffektivitet er 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 restvarmen i arbeidsmediet til sjøvann eller luft for deretter å pumpes opp til høytrykk for å varmes opp på nytt. Denne prosessen kalles en Rankine-syklus.

Bakgrunn

Selv om den grunnleggende teknologien for kraftproduksjon fra varme er veletablert, er det fremdeles lav utnyttelsesgrad av industrielle varmekilder i mindre skala, av lavere temperaturer, og/eller som forekommer i variable mengde eller temperatur, 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. Varmekilder med store variasjoner i mengde og/eller temperatur kan ha utfordringer knyttet til effektiv design og drift av varmekraftmaskinen. Utforskning av kraftsykler for optimal utnyttelse av slike ustabile varmekilder er hovedtema for sommeroppgaven, der også mellomlagring eller utjevning av den termiske energien i varmekilden kan vurderes som et mulig bidrag til en løsning.

Ved SINTEF Energi analyserer vi varme-til-kraft prosesser blant annet gjennom simulering og optimalisering med egenutviklede beregningsmodeller. Modellen som brukes i oppgaven kan simulere både design og off-design drift av varme-til-kraft prosesser med forskjellige arbeidsmedier og/eller prosesskonfigurasjoner.

Oppgaven består i å

  • Sette seg inn i problemstillingen og beregningsprogrammet for varme-til-kraft-prosesser
  • Utforske og definere relevante industrisenarioer og realistiske kortsikte (døgn/uke) og langsiktige (sesong)variasjoner i case-betingelser
    • Et utvidet scenario kan for eksempel ta for seg bruk av en varmekilde til både fjernvarme og kraftproduksjon, og sesongvariasjon i elektrisitet- og varmepris kan brukes til å finne en optimal kombinasjon av disse over et år
  • Vurdere muligheten for å integrere varmelagring til utjevning/mellomlagring av variable varmekilder for hensiktsmessig stabil drift av varmekraftmaskinen
  • Benytte beregningsprogrammet til å studere kraftproduksjons-prosessene med fokus på
    • Maksimal netto kraftproduksjon
    • Valg av betingelser som utgjør "design"-punkt
    • Anslag av komponent-størrelser
    • Design og off-design drift
    • Effekt av relevante parametere
  • Skrive rapport og lage presentasjon

SINTEF-prosjekt: FME HighEFF

Forutsetninger

  • Interesse for termodynamikk og prosessforståelse
  • Kjennskap til Rankine-sykluser 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.
  • Videreføring av arbeidet i form av prosjekt- og hovedoppgave vil være ønskelig

Medveiledere:  Trond Andresen og  Monika Nikolaisen

Søknadsfristen er utgått.