With the Paris agreement calling to limit global warming to 2°C below pre-industrial levels, with further efforts to ensure it stays below 1.5°C, the Finnish government passed the Lakihiilen energiakäytön kieltämisestä (416/2019), i.e., Act of Prohibition of Coal Energy,which stipulates that the use of coal as a fuel for heat/electricity production to be bannedfrom 1 May 2029. This affects Helsinki’s energy industry and a key concern to this work is the Salmisaari Combined Heat and Power plant, which is set to be decommissioned. This plant currently generates heat and electricity by using wood pellets and coal to cater toaround 25-45% of the District Heating consumption of the city of Helsinki. To compensate for this decommissioning, there arises a need for more heat production,around 300-500MW of capacity. One alternative is the heat recovery of seawater by utilising the phase change heat of freezing. The present project investigates a technical feasibility study of a system to generate ice slurry, which is then used to extract heat fromseawater at ~0°C via a heat pump. The competitiveness of an ice-slurry based system to state-of-the-art water or ice-based storage is analysed as well. The proposed system is then modelled in Aspen Plus, and the pressure drop characteristics of the generated ice slurry are studied. Finally, a sensitivity analysis of the pressure ratio of the compressor on the performance of the system is studied. Based on prior works, level of commercialisation and technical feasibility, it was found that a vacuum ice generation method, in combination with heat pumps, is a viable solution to cater to the district heating demand of the city. Further, it is concluded that the pressure drop occurring during transport of the ice slurry is quite minimal – less than 0.5% of the total power consumed whilst producing 300MW of district heat. The COP of the system varies between 2.6-2.8 depending on the pressure ratio of the compressor and thus is energy efficient. Overall, the proposed solution seems to be promising and with further socio-techno-economic analysis, this could be the potential alternative to bridge the deficit. / Med Parisavtalet som kräver att den globala uppvärmningen ska begränsas till 2 °C under förindustriella nivåer, med ytterligare ansträngningar för att säkerställa att den håller sigunder 1,5 °C, antog den finska regeringen Laki hiilen energiakäytön kieltämisestä (416/2019), dvs. Förbud mot kolenergi, som föreskriver att användningen av kol som bränsle för värme-/elproduktion ska förbjudas från och med den 1 maj 2029. Detta påverkar Helsingfors energiindustri och en central fråga för detta arbete är Salmisaarikraftvärmeverk, som är planlagt på att avvecklas. Denna anläggning genererar för närvarande värme och elektricitet genom att använda träpellets och kol för att tillgodosecirka 25–45 % av Helsingfors stads fjärrvärmeförbrukning. För att kompensera för denna avveckling uppstår ett behov av mer värmeproduktion, cirka 300-500MW kapacitet. Ett alternativ är värmeåtervinning från havsvatten genom att utnyttja fasförändringsvärmen från frysning. Detta projekt skall undersöka genom en teknisk förstudie olika system för att generera isslurry (en blandning av is och vatten), som sedan används för att utvinna värme från havsvatten vid ~0°C med hjälp av en värmepump. Konkurrenskraften hos ett isslurrybaserat system jämfört mot toppmoderna vatten- eller isbaserad lagrings system analyseras också. Det föreslagna systemet modelleras sedan i Aspen Plus, och tryckfallsegenskaperna hos den genererade isslurryn studeras. Slutligengörs en känslighetsanalys av kompressorns tryckförhållande och dess påverkan på systemets prestanda. Baserat på tidigare arbeten, kommersialiseringsnivå och teknisk genomförbarhet fann denna rapport att genom en metod för att generera vakuumis, i kombination med värmepumpar att en hållbar lösning för att tillgodose stadens fjärrvärmebehov finns. Vidare dras slutsatsen att tryckfallet som inträffar under transport av isslurryn är minimalt- mindre än 0,5 % av den totala energiförbrukningen samtidigt som den producerar 300MW fjärrvärme. Systemets COP varierar mellan 2,6–2,8 beroende på kompressorns tryckförhållande och är därmed energieffektivt. Sammantaget verkar den föreslagna lösningen vara lovande och med ytterligare socio-teknoekonomisk analys kan detta vara ett potentiellt alternati för att brygga underskottet av fjärrvärme.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-308993 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Ramesh, Rakesh |
| Publisher | KTH, Kraft- och värmeteknologi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:589 |
Page generated in 0.002 seconds