No description available.

Our society is becoming more and more electrified every day. However, a significant portion of the world’s electricity generation relies on the combustion of fossil fuels to produce heat, which is subsequently harnessed to generate electricity. One way of generating electricity from heat is by utilizing a Rankine cycle. The basis of a Rankine cycle is to heat a liquid to its boiling point, which causes an increase in pressure that is used to spin a turbine and a generator. Many industries, such as transportation and manufacturing, produce large amounts of waste heat that needs to be removed from the main process. A Rankine cycle variant called an organic Rankine cycle can be used in a heat power system to generate electricity from lower-temperature waste heat, which increases efficiency since less heat is wasted. This thesis focuses on constructing a dynamic model of Climeon’s heat power system called HP300. The HP300 utilizes an organic Rankine cycle to generate electricity. Dynamic modeling is valuable because it provides a deeper understanding of the system, which is beneficial for its development and improvement. Moreover, a system model has the potential to enhance the system’s performance by using advanced control methods. The HP300 consists of four main components: a pump, a turbine, an evaporator, and a condenser. Each component will be modeled individually, and the complete model will be constructed by combining the component models. Additionally, an in-depth investigation of an advanced modeling method for heat exchangers is to be conducted. The constructed model in this thesis has an average error of 4%. The pump and turbine were modeled as steady-state models, and the evaporator and condenser were modeled with data-driven state-space models. The most important output of the model is the power generated by the turbine. The power was modeled with an average error of 6%. The turbine model performs best for pressure ratios of 1.75 and above. The model for the condenser had larger errors than the evaporator since it had fewer input variables. Improving the model of the condenser would decrease the overall errors of the model. / Vårt samhälle blir mer och mer elektrifierat för varje dag som går. En betydande del av världens elproduktion är dock beroende av förbränning av fossila bränslen för att producera värme, som sedan utnyttjas för att generera el. Ett sätt att generera el från värme är att använda en Rankine-cykel. Grundprincipen för en Rankine-cykel är att värma upp en vätska till dess kokpunkt, vilket orsakar en tryckökning som används för att snurra en turbin, kopplad till en generator. Många industrier, som exempelvis transport och tillverkning, producerar stora mängder restvärme som måste avlägsnas från huvudprocessen. En variant av Rankine-cykeln som kallas organisk Rankinecykel kan användas i ett värmekraftsystem för att generera elektricitet från restvärme med lägre temperatur, vilket ökar effektiviteten eftersom mindre värme går förlorad. Detta examensarbete fokuserar på att konstruera en dynamisk modell av Climeons värmekraftsystem vid namn HP300. HP300 använder en organisk Rankine-cykel för att generera elektricitet. Dynamisk modellering är värdefull eftersom den ger en djupare förståelse av systemet, vilket är fördelaktigt för dess utveckling och förbättring. Dessutom har en systemmodell potentialen att förbättra systemets prestanda genom att använda avancerade reglermetoder. HP300 består av fyra huvudkomponenter: en pump, en turbin, en förångare och en kondensor. Varje komponent modelleras individuellt och hela modellen konstrueras genom att komponentmodellerna kombineras. Dessutom utförs en fördjupad undersökning av en avancerad modelleringsmetod av värmeväxlare. Den konstruerade modelled i detta arbete har ett genomsnittligt fel på 4%. Pumpen och turbinen modellerades som stationära modeller, medan förångaren och kondensorn modellerades med datadrivna state-space-modeller. Modellens viktigaste variabel är den effekt som genereras av turbinen. Den modellerade effekten hade ett genomsnittligt fel på 6%. Turbinmodellen presterar bäst för tryck-kvoter på 1, 75 och högre. Kondensor modellen hade större fel än förångaren eftersom den hade färre ingångsvariabler. En förbättring av kondensorns modell skulle förbättra modellens övergripande noggrannhet.

<p>As a part of the fight against the global warming the energy production needs to be more efficient and redirected towards sustainable options. One alternative is cogeneration, which means that electricity and heat is produced in one plant. The purpose with this survey is to examine if there are any commercial available combined heat and power techniques, based on combustion of solid moist biomass, which are suitable to small-scale applications. The technique must be able to produce between 2 and 10 MW thermal and the heat demand is a Swedish district-heating system. When already published reports had been studied, the Organic Rankine Cycle (ORC) was chosen as the most suitable technique. The possibility of using the ORC to generate electricity from the district-heating return flow was considered simultaneously. The chosen ORC-technique was then evaluated in Excel. The first aspect to be examined was how the performance of a combined heat and power plant was affected by variations in the supply line temperature. It showed that the performance reaches top levels when the temperature is low. The second part contains an optimisation, in a techno-economical perspective, of the ratio between cogeneration and separate heat production for district-heating systems with heat demands below 50 GWh/year. The most profitable combined heat and power plant generates 45 % of the installed power in a 50 GWh system. The profit is, however, too low to justify any construction plans. The conclusion was that there are no economical reasons to choose combined heat and power based on an organic rankine cycle in Sweden today.</p>

As a part of the fight against the global warming the energy production needs to be more efficient and redirected towards sustainable options. One alternative is cogeneration, which means that electricity and heat is produced in one plant. The purpose with this survey is to examine if there are any commercial available combined heat and power techniques, based on combustion of solid moist biomass, which are suitable to small-scale applications. The technique must be able to produce between 2 and 10 MW thermal and the heat demand is a Swedish district-heating system. When already published reports had been studied, the Organic Rankine Cycle (ORC) was chosen as the most suitable technique. The possibility of using the ORC to generate electricity from the district-heating return flow was considered simultaneously. The chosen ORC-technique was then evaluated in Excel. The first aspect to be examined was how the performance of a combined heat and power plant was affected by variations in the supply line temperature. It showed that the performance reaches top levels when the temperature is low. The second part contains an optimisation, in a techno-economical perspective, of the ratio between cogeneration and separate heat production for district-heating systems with heat demands below 50 GWh/year. The most profitable combined heat and power plant generates 45 % of the installed power in a 50 GWh system. The profit is, however, too low to justify any construction plans. The conclusion was that there are no economical reasons to choose combined heat and power based on an organic rankine cycle in Sweden today.

Utsläppen av växthusgaser måste minska snabbt under de kommande åren. Sveriges mål är att uppnå nettonollutsläpp till år 2045. Industrisektorn spelar en avgörande roll i omställningsarbetet genom att minska sitt energibehov och fasa ut sin användning av fossila bränslen, teknikutvecklingen måste gå mot mer klimatsmarta och hållbara produkter och produktionsmetoder. Omställningen kommer att kräva ett mer robust och tillförlitligt energisystem där dagens centraliserade system kompletteras med mindre decentraliserade produktionsanläggningar så att effekt- och energibehov kan tillgodoses i alla lägen. Att producera el och värme närmare användaren bidrar till minskade överföringsförluster. Småskalig kraftvärmeproduktion (CHP) baserad på biobränslen eller restvärmeresurser kan vara en del av lösningen för att minska utsläppen av växthusgaser. Syftet med det här examensarbetet är att undersöka möjligheten för ett medelstort svenskt industriföretag att producera sitt eget basbehov av värme och el med hjälp av den konventionella Rankinecykeln. Samt att undersöka hur produktionskostnaderna av el och värme förändras beroende på anläggningens storlek. Arbetet har bestått av datainsamling från olika tillverkare av turbiner och pannor, en beräkningsmodell skapades i Excel där anläggningar av olika storlek har jämförts vid olika driftscenarion. Ekonomiska kalkyler har gjorts med hjälp av Pay-off metoden och Nuvärdesmetoden. Resultatet visar att produktionskostnaderna för anläggningar med turbiner i storleksordningen 10 – 100 kWel ligger på en relativt jämn nivå och betydligt lägre än priserna på köpt el och fjärrvärme. Den ekonomiska bedömningen visar generellt på positiva resultat med korta pay-offtider och positiva nuvärden. En jämförelse av anläggningarna visar att elverkningsgraden är låg och att totalverkningsgraden i vissa fall blir lägre än för företagets befintliga värmeleverantör. Detta visar att trots att det ur ett ekonomiskt perspektiv kan vara en lönsam investering kan det ur ett systemperspektiv vara ett sämre alternativ då en lägre verkningsgrad leder till en ökad primärenergianvändning. Det är många parametrar som påverkar en CHP-anläggnings prestanda och ekonomiska lönsamhet, men en av de viktigaste är drifttiden. Att ha en kontinuerlig drift under större delen av året har stor påverkan på anläggningens ekonomiska prestanda. Anläggningens låga elverkningsgrad gör också att största besparingen hamnar på värmeproduktionen vilket gör att anläggningen bör dimensioneras så att den ersätter så stor del som möjligt av företagets värmebehov. / The emissions of greenhouse gases need to decrease rapidly over the coming decades. Sweden has set the target to achieve net zero emissions by 2045. The industrial sector plays a crucial role in that conversion by reducing its energy needs and to convert from fossil fuels to renewables. This conversion will require a more robust and reliable energy system were todays centralized system has been supplemented by small decentralized production facilities. To produce heat and power closer to the consumers means less transmission losses. Small scale combined heat and power (CHP) production based on biofuels or excess heat could be a solution to reduce greenhouse gas emissions. The purpose of this paper is to evaluate the possibility for a mid-size Swedish industrial company to produce its own base load of heat and power with a conventional Rankine cycle. Also to evaluate the production costs depending on the size of the plant. The work has consisted of data collection from different manufacturers of steam turbines and steam boilers, a calculation model has been made in Excel to compare different plant sizes and in different operating scenarios. Economical evaluations has been made with the Pay-off method and the net present value method (NPV). The result shows that production costs for facilities with steam turbines in the size range of 10 – 100 kWel is well below the price of bought electricity and district heating. The economical evaluation generally shows on short pay-off times and positive NPV. A comparison of the CHP plants shows that the electric efficiency is low and the total efficiency sometimes can be lower than for the existing heat supplier of the company. This means that a switch to local CHP will have a negative impact from a system perspective, because of the increased use of primary energy resources. There is many parameters that affects the performance of a CHP plant but the most crucial is the operation time. To have a continuous operation over a major part of the year has a great impact on the economic performance. The low electric efficiency means that the major part of the savings gets on the heat production. This means that the CHP plant should be dimensioned to replace primarily the heat requirement.