Durch den Ausbau insbesondere wetterabhängiger erneuerbarer Energien steigen zukünftig die Anforderungen an die Bereitstellung von Flexibilität im Stromsektor. Wärmespeicher und Power-to-Heat-Anlagen in der Fernwärmeversorgung können einen großen Beitrag zur Bereitstellung von Flexibilität an der Schnittstelle von Strom- und Wärmesektor liefern. Die vorliegende Arbeit untersucht vor dem Hintergrund von unterschiedlichen regulatorischen Rahmenbedingungen, an welchen Märkten der Einsatz der Power-to-Heat-Anlagen aus Systemsicht den größten Mehrwert zur Integration von erneuerbaren Energien liefern kann. Mithilfe des Strommarktmodells MICOES-Europe wird der stündliche Kraftwerkseinsatz aller europäischen Kraftwerke vor dem Hintergrund des Ausbaus der erneuerbaren Energien untersucht. Ziel der gemischt-ganzzahligen Optimierung, die insbesondere techno-ökonomische Charakteristika thermischer Kraftwerke berücksichtigt, ist die kostenminimale Deckung des Strombedarfs im Großhandelsmarkt bei gleichzeitiger Erfüllung der Leistungsvorhaltung für Regelenergie. In Deutschland werden die größten Fernwärmenetze mit ihren zugehörigen Erzeugungsanlagen (Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Heizwerke, Wärmespeicher) abgebildet und stündlich die optimale Deckung des Wärmebedarfs berechnet. In einem Szenario für das Jahr 2025 wird die Verfügbarkeit von 1.000 MW an Elektrokesseln in großen deutschen Fernwärmenetzen angenommen. Hierbei wird deren Einsatz nur am Spotmarkt oder nur für negative Sekundärregelleistung dem Fall gegenübergestellt, dass die Anlagen auf beiden Märkten agieren und sich situationsabhängig zwischen ihnen entscheiden können. Es werden dabei die Fälle verglichen, bei denen Elektrokessel entweder Abgaben auf den Stromverbrauch zahlen oder keine zusätzlichen Abgaben tragen müssen. Der Einsatz der Elektrokessel in Verbindung mit Wärmespeichern in der Fernwärmeversorgung kann den Einsatz der KWK-Anlagen so flexibilisieren, dass sich deren Stromerzeugung stärker an die Einspeisesituation der erneuerbaren Energien anpassen kann. Auf diese Weise kann in allen betrachteten Szenarien die marktbedingte Abregelung von erneuerbaren Energien verringert werden. Dabei sinken die CO2-Emissionen der Strom- und Wärmeversorgung ebenfalls in allen Szenarien. Die größten Reduktionen sowohl bei CO2-Emissionen als auch bei den variablen Kosten der Strom- und Wärmeerzeugung werden dabei in den Szenarien mit Teilnahme der Elektrokessel am Regelleistungsmarkt erreicht. Stellen Elektrokessel negative Sekundärregelleistung bereit, kann hierdurch die Must-run-Erzeugung thermischer Kraftwerke in Stunden mit hoher Einspeisung von erneuerbaren Energien deutlich gesenkt werden. Hierdurch ergibt sich ein großer Hebel für die Integration von Strom aus erneuerbaren Energien. / The requirements for the provision of flexibility in the power sector will increase in the future due to the expansion of the usage of weather-dependent renewable energy sources. Heat storage and power-to-heat-plants (electric boilers) in the district heating supply can provide flexibility at the interface of the power and heat sector. At the moment the use of power-to-heat plants is only cost-effective on the control power market due to the current regulation. High charges for the direct use of electricity impede a use on the spot market. The present work examines from a system perspective on which market the use of electric boilers can provide the largest benefits for the integration of renewable energies considering different regu-latory frameworks. The year 2025 is considered where Germany aims to reach a share of 40 to 45 % renewable energy generation in the gross power consumption. For this purpose the hourly power plant dispatch of all European power plants is examined using the electricity market model MICOES-Europe. The model describes the wholesale electricity market and the control power market (secondary and tertiary reserve). The aim of the mixed-integer optimization is the calculation of the cost-minimal coverage of the electricity demand in the wholesale market while at the same time fulfilling the provision of control power. The optimization takes into account in particular the techno-economic characteristics of thermal power plants. In Germany, the largest district heating grids with their associated generation plants (combined heat and power plants, fossil-fuel and electric boilers, heat storage) are modelled and the optimal coverage of the heat demand is calculated for every hour. With the assumed payment of high electricity charges the use of electric boilers on the spot market is no business case in 2025. The situation changes in the scenario without electricity charges. Here, electric boilers reach between 1,050 and 2,140 full load hours. If the electric boilers provide negative secondary control power, the must-run generation of thermal power plants in hours with a high feed-in of renewable energies can be reduced significantly. This results in a large lever for the integration of renewable energies. Electric boilers reach up to 1,800 full load hours by providing control energy, if they provide control power all year round and without payment of electricity charges. The use of the electric boilers in combination with heat storages in the district heating system can make the dispatch of combined heat and power plants more flexible, so that their electricity generation can be better adapted to the feed-in situation of renewable energies. In this way, the market-dependent curtailment of renewable energies can be reduced in all scenarios. The CO2-emissions of the electricity and heat supply can be reduced by this technology in Germany. Furthermore, CO2-emissions in other European countries can be reduced as well due to effects of the power trade. The highest reductions in both CO2-emissions and variable costs of electricity and heat generation are achieved in the scenarios with electric boilers participating in the control power market.

Der integrierte Gas-Dampf (GiD-) Prozess mit Wasserrückgewinnung ist ein flexibler Kraft-Wärme-Kopplungsprozess, der die gleichzeitige Bereitstellung von Strom und Wärme teilweise entkoppeln kann. Der effiziente und sparsame Einsatz von fossilen Brennstoffen ist aus ökonomischer wie auch ökologischer Sicht geboten. Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme, ist eine Möglichkeit dafür. Allerdings erfordert die KWK auch eine gleichzeitige Abnahme von Strom und Wärme beziehungsweise deren Speicherung. Sowohl Strom als auch Prozessdampf lassen sich nur aufwendig und damit relativ teuer speichern, weshalb Alternativen gefragt sind. Der GiD-Prozess besteht aus einer Gasturbine mit nachgeschaltetem Abhitzedampfkessel. Die Gasturbine verfügt als Besonderheit über eine Dampfinjektion, die vor, nach oder direkt in die Brennkammer erfolgen kann. Der Abhitzekessel hat zusätzliche Wärmeübertragerflächen um das Abgas bis unter den Taupunkt abzukühlen. Somit kann ein Teil des injizierten Dampfes aus dem Abgas zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Der in die Gasturbine injizierte Dampf führt dieser weitere Energie zu. Diese kann entweder zur Leistungssteigerung der Anlage oder zur Reduzierung des fossilen Brennstoffbedarfes genutzt werden. Die erste Option der Leistungssteigerung ist auch als Cheng-Prozess bekannt. Diese Arbeit widmet sich der weniger untersuchten zweiten Möglichkeit der Brennstoffreduzierung. Beim Vergleich des GiD-Prozesses mit verschiedenen anderen Kraftwerks-Prozessen zeigt sich, dass dieser besonders gut für industrielle Anlagen mit Prozessdampfbedarf und einer elektrischen Leistung kleiner 20 MW el geeignet ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der GiD-Prozess mittels einer Versuchsanlage auf Basis einer Industriegasturbine mit 650 kW el untersucht. Die Arbeit dokumentiert verschiedene Versuchsfahrten und Untersuchungen an dieser Anlage. Die Injektion von Dampf reduziert die Schadstoffemissionen in den zulässigen Bereich und kann sehr flexibel zu einer Steigerung des Anlagenwirkungsgrades von bis zu zwei Prozent führen. Dabei wird der Dampf sehr gleichmäßig in die Versuchsanlage eingebracht, so dass keine signifikanten Änderungen der Abgastemperaturverteilung erkennbar sind. Die Überhitzung des Dampfes kann zu einer weiteren Steigerung des Anlagenwirkungsgrades führen. Die Rückgewinnung des eingebrachten Dampfes ist mit den entsprechenden Wärmeübertragern möglich. Das zurückgewonnene Wasser ist durch die Stickoxide des Abgases verunreinigt und muss entsprechend aufbereitet werden.

Fernwärme ist aufgrund der verstärkten Förderung der Bundesregierung in den letzten Jahren wieder stärker in den Fokus der Energiewirtschaft gerückt. In Hinblick auf einen wirtschaftlich und energetisch effizienten Betrieb von Fernwärmesystemen ist nicht nur der Einsatz der Wärmeerzeuger mittels einer Einsatzplanung sorgfältig zu organisieren, sondern auch das Betriebsverhalten des Wärmeverteilnetzes selbst zu berücksichtigen. So führen ständig auftretende Änderungen der thermischen Last, der Vorlauftemperatur am Einspeisepunkt oder der Rücklauftemperaturen der Abnehmer zu instationären Betriebszuständen im Fernwärmenetz. Die damit verbundene zeitliche Entkopplung der zentralen Wärmeeinspeisung von der dezentralen Wärmeentnahme induziert eine Speicherung thermischer Energie in dem in den Rohrleitungen befindlichen Wasser und in den Rohren selbst. In den seltensten Fällen wird dieser Vorgang der Wärmespeicherung aktiv genutzt, er tritt vielmehr als eher unerwünschter Nebeneffekt auf. Bei Kenntnis der thermodynamischen Zusammenhänge hingegen lässt sich das Fernwärmenetz durch zielgerichtete Steuerung der Vorlauftemperatur analog einem thermischen Heißwasserspeicher als Wärmespeicher nutzen. Dies ist wiederum für die Betriebs- und Gewinnoptimierung interessant, da so weitere Speicherkapazitäten nutzbar gemacht werden können, um Lastspitzen zu verschieben und KWK-Anlagen zu betreiben ohne zusätzliche Investitionen tätigen zu müssen. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, in der die Netzspeicherleistung mit Hilfe eines thermo-hydraulischen Simulationsprogrammes bestimmt wird, wobei dynamische Effekte wie die veränderliche Vorlauftemperaturen am Einspeisepunkt oder die stark schwankenden Lastanforderungen der Abnehmer in der Berechnungsmethodik realitätsnah abgebildet werden. Für eine aktive Nutzung des Fernwärmenetzes als Wärmespeicher muss der Verlauf der Vorlauftemperatur an die jeweilig gewünschte Netzspeicherleistung angepasst werden. Dazu wird in dieser Arbeit ein vereinfachter Funktionsansatz für die Netzspeicherleistung bestimmt, der zunächst mittels Regressionsanalyse aus den Ergebnissen gezielter thermo-hydraulischer Simulationen ermittelt und anschließend so in eine Einsatzplanung integriert wird, sodass die Vorlauftemperatur als zu optimierende Variable in die Gesamtoptimierung einfließt. Anhand eines realen Anwendungsfalls werden die Möglichkeiten und Grenzen der aktiven Nutzung der Speicherfähigkeit von Fernwärmenetzen aufgezeigt. Insbesondere werden monetäre Gewinnpotentiale bei Anwendung der aktiv gesteuerten Netzspeicherung in durch KWK-Anlagen versorgten Fernwärmenetzen bei gleichzeitigem Stromhandel auf dem Spotmarkt abgeschätzt.

The presented master’s thesis has evaluated the possibility of commercializing a research project at the Royal Institute of Technologys (KTH) Department of Energy Technology (EGI) in Stockholm, Sweden, where a Stirling engine is used for renewable microscale power generation.  The purpose of the thesis has been to evaluate the current market situation and future prospects by composing a business plan under the working name MicroStirling. In the business plan a potential target group consisting of house owners, farming companies and small energy-intensive industries has been identified. The market is currently small but displaying tremendous possibilities and is likely to grow rapidly in coming years. By offering a unique, high quality product MicroStirling has a competitive edge; however, several risks threaten the success of the company. Market readiness and customer acceptance of the technology are significant market barriers. Short term focus should be concentrated on technology development to prepare for pilot projects in 2013 and a market introduction in 2014. A future successful commercialisation of the technology is viable although further technical and business development is required to finalize a product ready for a market introduction. / EXPLORE Polygeneration

Strategies to harness the energy from organic waste is gaining importance on a global scale, especially in countries with large quantities of it. In this paper, a techno-economic analysisand a field study were performed to investigate the feasibility of five scenarios for a conceptual biogas facility, based on a case study from Colombia. The plant designs involved anaerobic digestion followed by different combinations of biogas upgrading, combined heat and power and/or steam methane reforming technologies and investigated four different feedstocks. The results demonstrated that the road infrastructure leading to the current proposed site is inadequate, and a new location should be found. Anaerobic digestion alone was most profitable with the shortest payback period. Organic Municipal Solid Waste and Poultry Manure produced high techno-economic potential depending on the scenario. The production of hydrogen using anaerobic digestion, steam methane reforming and combined heat and power with or without upgrading is not recommended due to the current market prices and high heat consumption. However, it can be profitable to implement green energy initiatives as a strategy to establish and lead future energy markets.

Transitioning the industrial sector’s energy system to renewable sources is crucial to reduce climate change. There is no exception for China, currently having the highest absolute levels of greenhouse gas (GHG) emissions in the world. The industrial sector accounts for about two thirds of the national energy consumption and coal is the country’s most important energy source. The integration of alternative energy sources such as solar can help transitioning the country’s energy system. By presenting a techno-economic analysis, this thesis gives an indication for profitability and in what extent there is a potential to cover the steam demand with a decentralized solar heat technology for two industries, fish and textile, in the Zhejiang province in eastern China. The used solar technology is a system with parabolic trough collectors (PTCs) with an integrated gas fired boiler. The PTC-system is compared with a coal-fired centralized supplier. The analyzed factors were roof area, solar irradiation, solar fraction, cost for steam from the centralized suppliers and cost of coal and natural gas. The maximum CO2 reduction is found to be dependent on the potential installation area. The greater area installed, the larger is the capacity and thus also the CO2 savings. The share of total steam demand covered by solar is directly proportional to the demand in relation to the installed solar capacity. The fish industry, having the lowest steam demand in relation to the roof area, is found to be able to save the largest relative proportion of CO2 emissions. Different scenarios are presented, modifying the fuel cost and fuel type for the PTC-system’s boiler, adjusting the steam cost from the centralized suppliers and using two different solar fractions of 35% and 50%. The CO2 savings depends on what fuel is being used and the solar fraction. Larger CO2 reductions are possible with a gas fired boiler compared to a coal fired one. But using a coal fired boiler makes it more economically profitable, matching the low coal price used for the centralized supplier. The scenario with most CO2 reductions is attained when using a high solar fraction of 50% and a natural gas fired boiler. The annual CO2 savings is then ranging from 15 tons per year for the company having the lowest steam capacity, up to 2090 tons/year for the company with one of the highest. Another significant factor is the companies’ seasonal activity. For the company having the least amount of active days per year (84 out of 365 days), the PTC-system is unprofitable whichever scenario. However, fuel costs for the boiler is found to be one of the most significant factors for the outcome determining if the investigated PTC-system is profitable or not. For all of the companies, there was only one that could provide all its steam demand with the PTC-system. This indicates that other energy sources need to be integrated to provide the steam demand of the enterprises with a renewable energy system. / Att omvandla industrins energisystem med förnyelsebara energikällor är väsentligt för att bromsa klimatförändringarna. Det är inget undantag för Kina, som nuvarande har de största absoluta nivåerna av utsläpp av växthusgaser i världen. Industrin står för ca två tredjedelar av den nationella energiförbrukningen och kol är landets största energikälla. Integrerandet av andra alternativ såsom solenergi kan dock hjälpa till i landets energiomvandling. Denna rapport syftar till att presentera en tekno-ekonomisk analys av en decentraliserad solfångare och ge indikation på lönsamhet samt i vilken grad tekniken kan förse behovet av ånga för två industrier, textil och fiske, i Zhejiang provinsen i östra Kina. Den solfångarteknik som används är ett system med Parabolic trough collectors (PTCs) med integrerad gaseldad ångpanna. Systemet jämförs med kraftvärmeverk som drivs med kol. De analyserade faktorerna är takytan, solar fraction, solinstrålning, kostnad för ånga samt ångpannans bränslekostnader. Besparingarna för CO2-utsläpp beror på den potentiella installationsytan. Ju större installationsyta, desto högre kapacitet och därmed högre CO2-besparingar. Andelen av behovet ånga som kan förses med solfångare är i direkt proportion till takytan och det totala behovet. Fiskeindustrin, som har lägre ångbehov i relation till takyta, visar sig kunna spara den största relativa mängden CO2-utsläpp. Olika scenarier presenteras, där bränslekostnaden och typ av bränsle för PTC-systemets ångpanna modifieras, kostnaden för ånga från de centraliserade leverantörerna justeras och solar fraction ändras mellan 35% och 50%. Besparingarna i CO2-utsläpp beror på vilket bränsle som används samt solar fraction. Större CO2-reduktion är möjlig med en gaseldad panna jämfört med en koleldad. Dock är en koleldad panna lönsammare när den matchar det låga priset på kol som används för de centraliserade leverantörerna. Scenariot med de största CO2-besparingarna uppnås med en hög solar fraction på 50% och en naturgaseldad panna. De årliga CO2-besparingarna varierar från 15 ton per år för det företag som har den lägsta ångkapacitet, upp till 2090 ton per år för ett företag med en av den högsta kapaciteten ånga. En annan viktig faktor är företagens aktivitet per år. Företaget som har minst aktiva dagar per år (84 av 365 dagar), är ej lönsamt i något av de testade scenarierna. Bränslekostnaderna för pannan har emellertid visat sig vara en av de viktigaste faktorerna för resultatet som avgör om det undersökta PTC-systemet är lönsamt eller inte. Bland alla företagen fanns det bara ett som kunde förse hela sitt ångbehov, med PTC-systemet. Detta indikerar att andra energikällor måste införas för att förse företagens ångbehov med ett förnybart energisystem.

Vor dem Hintergrund zunehmender Wärmedämmmaßnahmen im Wohnungsbau, das heißt sinkender Heizlasten, und gleichzeitigem Bestreben nach Netzausbau und –verdichtung steht die Fernwärmeversorgung neuen Problemstellungen gegenüber. Es gilt Lösungsansätze für das Spannungsfeld niedriger Liniendichten, steigender Brennstoffpreise und der Forderung nach erneuerbaren Energien in der Wärmeversorgung zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit untersucht in einer vergleichenden Simulationsstudie diverse Fahrweisen der Fernwärmeversorgung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Befindet sich die Fernwärmevorlauftemperatur unter der aus Gründen des Legionellenschutzes notwendigen Temperatur der Trinkwassererwärmung, erfolgt eine dezentrale Nacherwärmung. Diese geschieht innerhalb der sogenannten LowEx-Fahrweise mittels elektrischen Heizstabs oder einem Wärmepumpen-Speicherladesystem mit Wärmequelle Fernwärme. Als Referenzsysteme finden die als Konventionelle-Fahrweise mit Speicherladesystem und die als Niedertemperatur-Fahrweise mit Wohnungsanschlussstation im Durchflussprinzip bezeichneten Betriebsweisen Anwendung. Neben der Senkung der Netzwärmeverluste und ggf. einer Steigerung der Erzeugungswirkungsgrade ermöglicht die LowEx-Fahrweise die dezentrale Einspeisung von Abwärme oder erneuerbaren Energien bei effizientem Betrieb der Energiebereitstellungsanlagen. Das Fernwärmenetz dient damit der gekoppelten Wärmeversorgung und auch Wärmeentsorgung. Beispielhaft wird die Abwärmeeinspeisung von Klimakälteprozessen mit sowohl Kompressionskälteanlagen als auch Absorptionskältenlagen untersucht. Anhand Solarthermie wird das Für und Wider der Einspeisung erneuerbarer Energien hinsichtlich der Senkung des Primärenergiebedarfs und der Verdrängung von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen diskutiert. Die Analysen erfolgen mit Hilfe modifizierter und neu entwickelter Modelle in der Simulationsumgebung TRNSYS-TUD.

This degree project studies the integration of carbon capture system into biomass fired combined heat and power (bio-CHP) plants. The key disturbances from bio-CHP plants include flue gas flow rate, carbon dioxide (CO2) concentration and available heat for the reboiler because the use of versatile biomass and the dynamic operation of CHP plants results in large fluctuations in the properties of flue gas and the heat input for CO2 capture. To clearly understand the impacts of these disturbances on the performance of CO2 capture, a dynamic CO2 capture model is developed in Aspen Plus Dynamics by using monoethanolamine (MEA) based chemical absorption. Proportional-Integral (PI) feedback controllers are then implemented to further study and compare the performance of the CO2 capture process under different control strategies, the performance with general control settings and fine-tuned controllers are obtained and compared, including both the control performance and system performance. The control performance includes the maximum deviation and settling time, which could reflect only the performance of the controllers.  The system performance includes Captured CO2, reboiler duty and Energy penalty per unit CO2 captured, which could reflect CO2 capture system performance. An equilibrium stage steady state model is first developed for the key components in the CO2 capture plant in Aspen Plus, consisting of the absorber, the stripper, and lean-rich heat exchanger. By sizing the components and employing the pressure driven mode, the steady state model is enabled to be a dynamic model. The disturbances about flue gas and reboiler heat are taken from a real bio-CHP plant in Sweden. Considering the higher flue gas flowrate, the model has been scaled up to meet the requirement of this bio-CHP plant. The addition of controllers are done for the flexible operation of the CO2 capture system and the controlled variables considered in this study are the percentage of CO2 absorbed in the absorber column, reboiler temperature and rich solvent flow in the stripper column. The results show the effects of fluctuations in the key influencing factors on the control performance and the system performance . The fine-tuned controller implemented system showcases better performance when the quantity of CO2 captured is compared with that of the system in the absence of controllers, where a 1.1% increase in the amount of captured CO2 is observed when the flue gas flow rate is increased by 30%. The system also maintains a 1.8% higher capture rate when controllers are implemented. This showcases better system performance when controllers are implemented in the system. To further analyse the effects of control strategies two different control strategies are compared where controllers with general settings are compared to the controllers which are fine-tuning achieved by implementing tuning parameters which were obtained through Internal Model control (IMC) based on the system requirements. The fine tuning of the controllers results in improved system performance where the amount of captured CO2 increases by 1.4% when the reboiler duty is increased by 30% and a 1.7% decrease in the energy penalty per unit CO2 captured. Additionally, the results show that the settling time and maximum deviation are different for the two controllers where the controller which underwent fine tuning maintained the steady set point whereas the controller with general controller tuning showcases deviation before it attained stability. Therefore, the fine-tuned controller is more efficient to enable the flexible operation of CO2 capture when facing disturbance. It is studied that the tuning parameters implemented in the controllers affect the transient operation of the plant and improved the dynamic performance of the capture system. The tuned controllers offered more stability to the capture system while attaining their respective set points in a shorter time frame. It is also found that there exists a big difference between the system’s performance without controllers and that with finely tuned controllers. The difference in captured CO2 amount is approximately 26 ton/h when flue gas flow rate increases by 30%. The percentage difference is 1.1%, 7.7% and  5.9% for Captured CO2, reboiler duty and Energy penalty per unit CO2 captured respectively. In conclusion the control of the transient operation of the CO2 capture system needs the control system implemented and requires fine tuning parameters to achieve the desirable performance.

Uncertainty analysis is crucial to any thorough analysis of an engineering system. Traditional uncertainty analysis can be a tedious task involving numerous steps that can be error prone if conducted by hand. If conducted with the aid of a computer, these tasks can be computationally expensive. In either case, the process is quite rigid. If a parameter of the system is modified or the system configuration is changed, the entire uncertainty analysis process must be conducted again giving more opportunities for calculation errors or computation time. Modular uncertainty analysis provides a method to overcome all these obstacles of traditional uncertainty analysis. The modular technique is well suited for computation by a computer which makes the process somewhat automatic after the initial setup and computation errors are reduced. The modular technique implements matrix operations to conduct the analysis. This in turns makes the process more efficient than traditional methods because computers are well suited for matrix operations. Since the modular technique implements matrix operations, the method is adaptable to system parameter or configuration modifications. The modular technique also lends itself to quickly calculating other uncertainty analysis parameters such as the uncertainty magnification factor, and the uncertainty percent contribution. This dissertation will focuson the modular technique, the extension of the technique in the form the uncertainty magnification factor and uncertainty percent contribution, and the application of the modular technique to different type of energy systems. The modular technique is applied to an internal combustion engine with a bottoming organic Rankine cycle system, a combined heat and power system, and a heating, ventilation, and air conditioning system. The results show that the modular technique is well suited to evaluate complex engineering systems. The modular technique is also shown to perform well when system parameters or configurations are modified.

On the fourth of November 2016, The Paris Agreement entered into force, stating that nations worldwide should pursue efforts to limit the global temperature increase to 1,5 °C. Since then, the Intergovernmental Panel on Climate Change has specified that carbon dioxide removal, such as biochar sequestration, is necessary to achieve this goal. Biochar is a solid and porous material, rich in carbon, produced when biomass undergoes a process called pyrolysis and can, if buried in soil, sequester carbon for hundreds or even thousands of years while at the same time acting as a soil amendment. When biomass is pyrolyzed to produce biochar, a pyrolysis gas is also produced, which can be used to generate both heat and electricity. This thesis investigates if constructing and operating a plant, called a combined pyrolysis and CHP plant, which combines biochar production with heat and electricity generation, could be economically feasible and thus be an effective method for carbon dioxide removal. The findings show that constructing and operating a combined pyrolysis and CHP plant can be economically feasible. However, the economic feasibility is greatly affected by the price of biochar as a soil amendment product. The biochar market is also an undeveloped market, making price estimates of biochar far from accurate. Another factor that could significantly affect the economic feasibility of the plant is the fraction of carbon in biochar, which can be accounted for as sequestered. A higher fraction means that significantly more governmental support can be given to provide financing of the plant as well as potential revenue from carbon credits could increase. The capital cost of constructing the plant is also a factor with high uncertainty, which has a substantial effect on the economic feasibility. From this thesis, it is concluded that more research regarding the biochar market, as well as the capital costs of constructing the plant, is needed. More research could further ascertain whether or not the plant could be economically feasible and thus, an effective method for carbon dioxide removal. / Den fjärde november 2016 trädde Parisavtalet i kraft vilket uppgav att länder över hela världen ska sträva efter att begränsa den globala temperaturökningen till 1,5 grader Celsius. I enlighet med detta mål har FN:s mellanstatliga klimatpanel, IPCC, specificerat att koldioxidavlägsnande åtgärder, såsom kolinlagring genom produktion av biokol, är nödvändigt. Biokol är ett fast och poröst material, rikt på kol, som produceras när biomassa genomgår en process som kallas pyrolys. Om biokol blandas ner i jord kan det binda kol i hundratals eller tusentals år samtidigt som det fungerar som jordförbättrare. När biomassa pyrolyseras produceras också en pyrolysgas som kan användas för att generera värme och elektricitet. Det här examensarbetet undersöker om det kan vara ekonomiskt genomförbart att bygga och driva en anläggning, benämnd en kombinerad pyrolys- och kraftvärmeanläggning, som kombinerar biokolsproduktion med värme- och elproduktion för att avlägsna koldioxid från atmosfären. Resultaten från arbetet visar att det kan vara ekonomiskt genomförbart att bygga och driva en kombinerad pyrolys- och kraftvärmeanläggning. Den ekonomiska genomförbarheten påverkas dock i hög grad av priset på biokol som jordförbättringsprodukt. Marknaden för biokol är dessutom outvecklad vilket gör att priset för biokol osäkert. En annan faktor som i hög grad skulle kunna påverka den ekonomiska genomförbarheten för anläggningen är andelen kol i biokol som kan anses vara lagrad. En högre andel innebär att betydligt mer statligt stöd kan ges för att finansiera anläggningen samt att potentiella intäkter från kolkrediter kan öka. Kapitalkostnaderna för att bygga anläggningen är också en faktor med hög osäkerhet som har stor effekt på den ekonomiska genomförbarheten. Från detta examensarbete dras slutsatsen att mer forskning kring biokolsmarknaden samt kring kapitalkostnaderna för att bygga anläggningen behövs. Detta behövs för att ytterligare fastställa den ekonomiska genomförbarheten hos en sådan anläggning för att avlägsna koldioxid från atmosfären.