Sähkön ja lämmön yhteistuotanto haasteellisilla polttoaineilla

Maailman energian kulutuksen lisääntymisen ja ilmastonmuutoksen myötä energiantuotannossa joudutaan jatkuvasti sopeutumaan muuttuviin tilanteisiin ja haasteisiin. Polttoteknillisiä haasteita aiheuttavat pelto- ja kierrätyspolttoaineet ovat lisäämässä osuuttaan uusiutuvien polttoaineiden joukossa. Jotta kyseisiä haasteellisia polttoaineita pystytään hyödyntämään, täytyy niiden aiheuttamat ongelmat tuntea ja laitevalmistajien kehittää niiden hyödyntämiseen sopivaa tekniikkaa. Tässä diplomityössä käydään läpi tulevaisuudessa käytettävät polttoaineet, nykyiset päästörajat, kiinteiden polttoaineiden poltto- ja kaasutustekniikat sekä likaantumis-, kuonaantumis- ja korroosiomekanismit voimalaitoskattiloissa. Työssä tutkitaan, onko haasteellisten polttoaineiden käyttöön investoiminen järkevää ja mikä nykypäivän tekniikoista on kannattavin. Myös välitulistuksen, lauhdeperän ja apujäähdyttimen kannattavuuksia vertaillaan sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Tuloksiksi saatiin, että edullisten peltobiomassojen ja kierrätyspolttoaineiden käyttäminen, joko perinteisten polttoaineiden seassa tai pääpolttoaineena, on nykyhinnoilla perinteisiin polttoaineisiin verrattuna kannattavaa. Investoiminen kierrätyspolttoaineiden valmistuslaitteisiin maksimoi kierrätyspolttoaineista saatavaa hyötyä. Välitulistuksen todettiin soveltuvan huonosti vastapaineprosessiin, sillä siitä saatava sähköntuotannon lisäys on hyvin pieni. Lauhdeperän ja apujäähdyttimen vertailuissa huomattiin, että lauhdeperä on kannattava investointi, jos sähkön ja lämmön hintaero pysyy tarpeeksi suurena. Haasteellisilla polttoaineilla pystytään pienentämään kasvihuonepäästöjä ja korvaamaan fossiilisten polttoaineiden käyttöä.

Because of the increasing energy consumption and the climate change energy production needs to adapt to the changing world and its challenges. Agricultural crops and recovered fuels present the latest fuels to increase the share of renewable fuels on the market. To be able to use these challenging fuels their combustion problems must be known. Also, more suitable boiler technologies have to be developed. This master thesis presents modern fuels, current emission limits, solid fuels' combustion and gasification. The main challenges of the investigated fuels are the fouling, slagging and corrosion mechanisms in power plant boilers. This study examines if it is reasonable to invest in the use of challenging fuels and which one today's technologies is the most profitable. Profitability between reheated and non-reheated technique and condensing tail and auxiliary cooler in heat and electricity co-generation is also compared. As a result can be stated that the use of low-cost field biomass and recycled fuels either mixed with traditional fuels or as a main fuel is highly profitable. It's sensible to invest in recycled fuels' manufacturing equipments to maximize profit. Reheating suits poorly to the back pressure process because of the low increase in electricity production. When condensing tail and auxiliary cooler are compared, the condensing tail seems to be a better investment if heat and electricity price differential remains sufficiently high. With the help of challenging fuels, greenhouse gas emissions can be reduced and fossil fuels may be replaced.