Potential for ORC application in the Portuguese manufacturing industry

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais

Fuel switching

The present Master dissertation is a project whose main objective is to identify value creation opportunities through fuel switching in the Portuguese industry, services, agriculture and fishing sectors. Fuel switching opportunities are characterized by type of fuel transition, type of technology transition, economy subsectors prone to have fuel switching and value created through fuel shift. Results suggest tomato concentrate, dairy, beer manufacturing and sugar refining subsectors is where prevalence of fuel oil steam boilers is high, for such cases conversion to natural gas steam boilers should result in operations having a ratio of NPV over CAPEX larger than ten and a payback period just under one year. Results further suggest food, beverages, textile, chemicals and wood subsectors currently operate between ten and twenty cogeneration Diesel engines that can be either modified to operate with natural gas or replaced by new natural gas cogeneration systems. Financial modeling indicates that both options have great value creation potential. The current analysis aims to be used by natural gas suppliers and energy project promoters to identify new potential deals as well as by heavy energy consumers to mitigate their energy related costs.

Implantación de microcogeneración en el equipamiento municipal : "Centro de Historia de Zaragoza"

A raíz de la evolución del precio de la energía y de las medidas adoptadas a nivel mundial para el llamado “desarrollo sostenible”, la legislación europea ha liderado las correcciones a efectuar en los procesos protagonistas del consumo de recursos y de contaminación del medio ambiente. En la última década el proceso viene acelerándose para cumplir con los objetivos marcados, amparándose en unas ya consolidadas estadísticas sobre las repercusiones prácticas de cada una de las iniciativas proyectadas. Una de las tecnologías a emplear es la cogeneración, es decir, la producción simultánea de calor y electricidad. A diferencia de otras soluciones más ambiciosas, y por tanto con mayor incertidumbre en su aplicación práctica, la cogeneración es una respuesta ya madura y viable, directamente aplicable a industrias y con un claro apoyo institucional. El objetivo principal de este trabajo es demostrar mediante un estudio técnico – económico, la viabilidad de la solución planteada en este tipo de edificios, mediante la aportación de datos reales y contrastados. Así como establecer los parámetros e indicadores de medición que permitan elegir dicha tecnología como la solución óptima para el ahorro y eficiencia económica en su sector de aplicación. Entre las conclusiones más destacadas de este proyecto están los beneficios que aporta tanto al usuario del sistema como al conjunto de la sociedad, siendo este último aspecto fundamental en su financiación y subvención. Por otra parte, son instalaciones desconocidas en ciertos edificios por lo que este trabajo debe contribuir a su desarrollo y adopción por parte de las empresas de servicios energéticos.

Lämmitysvoimalaitoksella tuotetun kaukolämpöenergian korvaaminen erillishankinnalla

Diplomityön tavoitteena on määrittää rajahinta Mertaniemen lämmitysvoimalaitoksella tuotetun kaukolämpöenergian korvaamiselle erillishankinnalla Lappeenrannan Energian kannalta tarkasteltuna. Tarkoituksena on muodostaa taulukkolaskentapohjat erilaisille lämmönkorvaustapauksille sekä päivittää kyseisen lämmitysvoimalaitoksen sähköteho/kaukolämpöteho -karakteristikat. Työssä selvitetään myös lämmön erillishankinnan vaikutusta laitoksen ajotapaan. Laadittujen laskentapohjien ja karakteristikoiden avulla arvioitiin erillishankinnan kannattavuutta suunnitellun UPM-Kymmene Oyj:n Kaukaan voimalaitoksen, paikkakunnan teollisuuslaitoksien, Mertaniemen voimalaitoksen kaasukattiloiden sekä Lappeenrannan Energian lämpökeskuksien lämmöntuotannon tapauksissa. Lisäksi työssä tehtiin kustannuslaskelma kiinteälle lämpökeskukselle sekä laadittiin optimointilaskelma lämmöntuotannon polttoaineiden käytölle. Tuloksiksi saatiin, että yhteistuotanto on erillishankintaa paljon edullisempaa kaikissa tapauksissa. Kaukaan voimalaitoshankkeesta Lappeenrannan Energia jättäytyi täten toistaiseksi pois. Paikkakunnan teollisuuslaitoksilta ostetaan lämpöä edelleen, koska se on todettu edulliseksi yhteistuotannon seisokkien aikaan. Lappeenrantaan suunnitellaan uutta kiinteää lämpökeskusta, mutta sen käyttö korvaamaan yhteistuotantoa ei kannata nykyisillä polttoaineen hinnoilla.

Estudi de la recuperació de la calor de les aigües residuals urbanes per la climatització d’una piscina

Estudi de la climatització d'una instal•lació esportiva,concretament una piscina coberta municipal, a partir de la calor recuperada de les aigües residuals urbanes (ARU) que produeix una població de 30.000 habitants. En la primera part de l'estudi s'ha calculat la potència màxima per cobrir les quatrenecessitats de la instal•lació en règim estacionari, que ha resultat ser de 265,8 kW,repartits en 69,1 kW per cobrir les necessitats del vas de la piscina, 102,5 kW percobrir les necessitats en l'aire interior de la sala de la piscina, 30,2 kW per cobrir lesnecessitats tèrmiques calorífiques de les sales annexes i 64 kW per cobrir lesnecessitats en la producció d'aigua calenta sanitària (ACS). A continuació també s'hadeterminat l'estimació de la despesa total anual de la instal•lació que és de 1.179MWh/any. El 48% aproximadament de la despesa total es destina a cobrir lesnecessitats del vas de la piscina, el 28% per cobrir la producció d'ACS, el 20% percobrir les necessitats de la sala de la piscina i el 4% per cobrir les necessitatscalorífiques a hivern de les sales annexes

Liiketoimintamalli teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntämisestä kaukolämpöverkoissa

Tässä työssä tarkastellaan teollisuuden ylijäämälämmön hyödyntämistä kaukolämpöverkoissa liiketoimintamallin näkökulmasta. Työn tilaaja on YIT Teollisuus Oy, joka haluaa osaltaan olla mukana ratkaisemassa ilmastonmuutoksesta ja hiilidioksidipäästöjen vähentämistarpeista aiheutuvia yhteiskunnan kehitystarpeita. Energiatehokkuuden parantaminen on yksi nopeimmista keinoista vähentää päästöjä. Teollisuuden energiatehokkuutta voidaan parantaa ottamalla talteen sähköntuotannossa ja tuotantoprosesseissa syntyvää ylijäämälämpöä. Aikaisempien tutkimusten perusteella tiedetään, että Suomessa syntyy vuosittain noin 4–6 TWh ylijäämälämpöä, joka voitaisiin hyödyntää jo olemassa olevien kaukolämpöverkkojen välityksellä rakennusten lämmittämiseen. Kuitenkin vuonna 2008 teollisuus myi ylijäämälämpöä kaukolämpöverkkoihin yhteensä vain 770 GWh, mikä vastaa noin 2,5 prosenttia kokonaiskaukolämmön tarpeesta. Tämän työn tuloksena syntyi liiketoimintamalli, joka esittelee ne palvelut, jotka YIT tuottaa asiakkailleen tilanteissa, joissa teollisuudessa syntyvää ylijäämälämpöä hyödynnetään kaukolämpöverkoissa. Jotta liiketoimintamalli toimisi käytännössä, on siitä oltava hyötyä kaikille osapuolille. Asiakkaan on siis voitava kattaa palvelusta ja sen rahoituksesta syntyvät kustannukset myydyn ylijäämälämmön tuotolla (teollisuuslaitos) tai säästyneistä energian hankintakustannuksista (kaukolämpöyhtiö). Eniten ylijäämälämmön käytöstä voivat hyötyä kaukolämpöyhtiöt, joiden tuotannosta korkeintaan pieni osa tulee yhteistuotannosta ja joilla uusiutuvien energialähteiden osuus on vähäinen. Lisäksi kaukolämpöverkon koon vuotuisena kulutuksena mitattuna on oltava riittävän suuri ja kaukolämmön hinnan suhteellisen korkea. Myös alueen ennustettu väestönkasvu ja uudet suunnitteilla olevat asuinalueet saattavat parantaa ylijäämälämmön hyödyntämisen houkuttelevuutta. YIT:n näkökulmasta ylijäämälämmön talteenottoprojektit ovat hyvä lisä sen nykyiseen palvelutarjontaan. Myös yhteiskunnallisella tasolla aihe on merkittävä. Vaikka nykytietämyksen mukaan energian käytön tehostaminen ja päästöttömän tuotannon lisääminen ovat molemmat yhtä merkittäviä keinoja ilmastotavoitteiden saavuttamisen kannalta, panostetaan Suomessa tällä hetkellä lähinnä tuotannon tukemiseen. Lähivuosien poliittiset ratkaisut vaikuttavatkin vahvasti siihen, kuinka paljon tulevaisuudessa ylijäämälämpöä hyödynnetään rakennusten lämmittämisessä.

Adsorptiojäähdyttimen käytön kannattavuus kaukolämpöjärjestelmässä

Vantaa Energy has decided to find out the district cooling business opportunities in Vantaa. One reason for starting up the cooling business is Vantaa Energy's waste-to-energy power plant which is under construction. In the future, especially in the summer time there is an oversupply of district heating because of the new power plant. The cooling using the district heat could be one way to increase the consumption of district heat in the summer. This thesis examines the use of adsorption cooling profitability. Adsorption refrigerator is a machine which uses heat as the driving energy. At Vantaa Energy's case, district heat produced at cogeneration plants would be used. The literature section of this thesis includes descriptions of district cooling, building cooling demand, as well as different ways to produce cooling energy. A tool for profitability calculations was made. It shows the payback period, internal rate of return and net present value of different projects. Based on the calculations adsorption refrigeration is not profitable. This is primarily due to the high price of the adsorption refrigerator. Payback periods become long even when the used heat energy is free. In addition, the lack of availability of the refrigerators and operating experience could become a partial barrier to the use of technology even if the investment would become profitable.

Integration of biofuel production. How pyrolysis and torrefaction can be integrated

The main goal of this work is to clarify the idea of two thermochemical conversion processes of biomass - pyrolysis and torrefaction and to identify possible ways how and where exactly these processes can be integrated. Integration into CHP power plant process was chosen as one of the most promising ways. Multiple product development was determined by means of this integration concept. The analysis of the possible pros and cons was made based on some experimental data collected from the previous studies related to the topic of my work. In addition, one real integrated case was represented in the last part of the work. Finally, to highlight the main idea brief summarizing was done.

Dieselmotor-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen im Kontext der Integration Erneuerbarer Energien in die Energieversorgung

In dieser Arbeit werden die sich abzeichnenden zukünftigen Möglichkeiten, Stärken und Schwächen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) untersucht. Dies geschieht vor dem Hintergrund des Klimawandels, der Integration steigender Anteile Erneuerbarer Energien in die Stromerzeugung und unter Berücksichtigung der sich damit ergebenden Herausforderungen, eine sichere und nachhaltige Stromversorgung zu gestalten. Der Fokus liegt auf der Dieselmotor-KWK und der Nutzung nachwachsender Kraftstoffe. Es wird davon ausgegangen, dass der Übergang zu einer reinen Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energiequellen in Deutschland unter erheblicher Einbindung des hohen Potentials der kostengünstigen, umweltfreundlichen, aber in der Leistung extrem fluktuierenden Windenergie erfolgen wird. Als dezentrales Integrationswerkzeug wurde die Kraft-Wärme-Kopplung mit Dieselmotoren untersucht. Sie entspricht aufgrund ihrer großen Flexibilität und ihrer hohen Wirkungsgrade mit vergleichsweise kleinen Leistungen sehr gut den Anforderungen der gleichzeitigen dezentralen Wärmenutzung. In der Dissertation werden die Randbedingungen der Dieselmotor-KWK untersucht und beschrieben. Darauf aufbauend werden unterschiedliche Modelle der Windintegration durch KWK erarbeitet und in diversen Variationen wird der Ausgleich der Stromerzeugung aus Windenergie durch KWK simuliert. Darüber hinaus werden dezentrale KWK-Anlagen hinsichtlich eines koordinierten gemeinsamen Betriebs und hinsichtlich der optimalen Auslegung für den Windenergieausgleich betrachtet. Es wird für den beschriebenen Kontext der Erneuerbaren Energien und der Kraft-Wärme-Kopplung das Thema „Umweltwirkungen“ diskutiert. Es wird dargelegt, dass die heute verwendeten Ansätze zur Bewertung der KWK zu einer Verzerrung der Ergebnisse führen. Demgegenüber wurde mit der so genannten Outputmethode eine Methode der Ökobilanzierung vorgestellt, die, im Gegensatz zu den anderen Methoden, keine verzerrenden Annahmen in die Wirkungsabschätzung aufnimmt und somit eine eindeutige und rein wissenschaftliche Auswertung bleibt. Hiermit ist die Grundlage für die Bewertung der unterschiedlichen Technologien und Szenarien sowie für die Einordnung der KWK in den Kontext der Energieerzeugung gegeben. Mit der Outputmethode wird u.a. rechnerisch bewiesen, dass die gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen tatsächlich die optimale Nutzung der regenerativen Kraftstoffe „Biogas“ und „Pflanzenöl“ im Hinblick auf Ressourceneinsatz, Treibhausgaseinsparung und Exergieerzeugung ist. Es wurde darüber hinaus die Frage untersucht woher die für die Stromerzeugung durch Dieselmotor-KWK-Anlagen notwendige Bioenergie genommen werden kann. Es ist erwiesen, dass die in Deutschland nutzbare landwirtschaftliche Fläche nur zur Deckung eines Teils der Stromerzeugung ausreichen würde. Einheimisches Biogas und nachhaltiges importiertes Pflanzenöl, das in hohem Maße auf degradierten Böden angebaut werden sollte, können die notwendige Brennstoffenergie liefern. Um im Ausland ausreichend Pflanzenöl herstellen zu können, wird eine landwirtschaftliche Fläche von 6 bis 12 Mio. ha benötigt. Das Ergebnis ist, dass ein voller Ausgleich von Windenergie-Restlast durch KWK mit Erneuerbaren Energieträgern sinnvoll und machbar ist! Dieses Wind-KWK-DSM-System sollte durch ein Stromnetz ergänzt sein, das Wasserkraftstrom für den Großteil der Regelenergieaufgaben nutzt, und das den großräumigen Ausgleich Erneuerbarer Energien in Europa und den Nachbarregionen ermöglicht.

Avaliação de projetos de investimento em cogeração de energia utilizando bagaço de cana-de-açúcar em biorrefinarias a partir do uso da teoria das opções reais

O cenário de continuo aumento do consumo de derivados do petróleo aliado a conscientização de que é necessário existir um equilíbrio com relação a exploração de recursos naturais e preservação do meio ambiente, vem impulsionando a busca por fontes alternativas de energia. Esse crescente interesse vem se aplicando a geração de energia a partir de biomassa da cana de açúcar, que vem se tornando cada vez mais comuns no Brasil, porém ainda existe um imenso potencial a ser explorado. Dentro deste contexto, se torna relevante a tomada de decisão de investimentos em projetos de cogeração e este trabalho busca incrementar a analise e tomada de decisão com a utilização da Teoria das Opções Reais, uma ferramenta de agregação de valor às incertezas, cabendo perfeitamente ao modelo energético brasileiro, onde grandes volatilidades do preço de energia são observadas ao longo dos anos. O objetivo do trabalho é determinar o melhor momento para uma biorrefinaria investir em unidades de cogeração. A estrutura do trabalho foi dividida em três cenários de porte de biorrefinarias, as de 2 milhões de capacidade de moagem de cana-de-açúcar por ano, as de 4 milhões e as de 6 milhões, visando assim ter uma representação amostral das biorrefinarias do país. Além disso, analisaram-se três cenários de volatilidade atrelados ao preço futuro de energia, dado que a principal variável de viabilização deste tipo de projeto é o preço de energia. As volatilidades foram calculadas de acordo com histórico do ambiente regulado, o dobro do ambiente regulado e projeção de PLD, representando, respectivamente, níveis baixos, médios e altos, de volatilidade do preço de energia. Após isso, foram elaboradas as nove árvores de decisão, que demonstram para os gestores de investimento que em um cenário de baixa volatilidade cria-se valor estar posicionado e ter a opção real de investir ou adiar investimento para qualquer porte de usina. No cenário de média volatilidade de preço, aconselha-se ao gestor estar posicionado em usinas de médio a grande porte para viabilização do investimento. Por fim, quando o cenário de preços é de grande volatilidade, tem-se um maior risco e existe a maior probabilidade de viabilização do investimento em usinas de grande porte.

Análise de investimento em projetos agroindustriais tipo Greenfield de bioenergia no Brasil

O setor de bioenergia no Brasil segue com um grande potencial de crescimento. Projeta-se um aumento de 71,6% no consumo total de bioenergia de 2011 a 2021 (BRASIL. EPE, 2012b). Consequentemente, novos mercados e oportunidades para novos projetos estão surgindo. Neste contexto, investidores precisarão avaliar projetos Greenfield, ponderando adequadamente riscos e retorno. Entretanto, a avaliação destes projetos não é simples pelas suas diversas particularidades. Deste modo, o objetivo desta dissertação é estabelecer um padrão metodológico para a análise destes investimentos. A partir de uma seleção de metodologias existentes, propõe-se uma série de abordagens alternativas e complementares, de forma a contemplar adequadamente as particularidades destes projetos. Portanto, este trabalho é inédito no que se refere à padronização de metodologias para a análise de investimento especificamente de projetos agroindustriais Greenfield de bioenergia. Para este fim, este trabalho não só propõem um padrão metodológico detalhado de análise, mas também o aplica em um estudo de caso de um projeto de cogeração de energia a partir de eucalipto. O intuito do estudo é ilustrar que a metodologia de análise de investimento proposta é eficaz. Além disso, serve como referência e guia de como aplicar esta ferramenta na análise de quaisquer projetos agroindustriais Greenfield no setor de bioenergia. Desta forma, é possível concluir que o uso do padrão metodológico proposto possibilita uma análise coerente de projetos desta natureza e permite uma tomada de decisão de investimento consciente. A criação desta ferramenta de análise e a exemplificação de seu uso são as principais contribuições deste trabalho.

Protótipo de um microgerador termoelétrico de estado sólido: cogeração a gás

The thermoelectric energy conversion can be performed directly on generators without moving parts, using the principle of SEEBECK effect, obtained in junctions of drivers' thermocouples and most recently in semiconductor junctions type p-n which have increased efficiency of conversion. When termogenerators are exposed to the temperature difference (thermal gradient) eletromotriz a force is generated inducing the appearance of an electric current in the circuit. Thus, it is possible to convert the heat of combustion of a gas through a burner in power, being a thermoelectric generator. The development of infrared burners, using porous ceramic plate, is possible to improve the efficiency of heating, and reduce harmful emissions such as CO, CO2, NOx, etc.. In recent years the meliorate of thermoelectric modules semiconductor (TEG's) has stimulated the development of devices generating and recovery of thermal irreversibility of thermal machines and processes, improving energy efficiency and exergy these systems, especially processes that enable the cogeneration of energy. This work is based on the construction and evaluation of a prototype in a pilot scale, for energy generation to specific applications. The unit uses a fuel gas (LPG) as a primary energy source. The prototype consists of a porous plate burner infrared, an adapter to the module generator, a set of semiconductor modules purchased from Hi-Z Inc. and a heat exchanger to be used as cold source. The prototype was mounted on a test bench, using a system of acquisition of temperature, a system of application of load and instrumentation to assess its functioning and performance. The prototype had an efficiency of chemical conversion of 0.31% for electrical and heat recovery for cogeneration of about 33.2%, resulting in an overall efficiency of 33.51%. The efficiency of energy exergy next shows that the use of primary energy to useful fuel was satisfactory, although the proposed mechanism has also has a low performance due to underuse of the area heated by the small number of modules, as well as a thermal gradient below the ideal informed by the manufacturer, and other factors. The test methodology adopted proved to be suitable for evaluating the prototype

Critérios na tomada de decisão estratégica em projetos de co-geração a gás natural: um estudo em hospitais

This thesis deals with analyzing the actual perception of the brazilian hospital managers about natural gas fired cogeneration. An study of case is developed to obtain information about the viability of the investments in cogeneration technolgies in four hospitals. These studies are made using a questionnaire, to know and to obtain necessaries data of the managers. The main results shows that the investors have a bad feeling about to invest in a different activity. In other hand, the results show that the investors have a good impression about the configuration of the project that uses the project finance like way of financing

Fator de decisão na adoção de um sistema de micro-cogeração de energia a gás natural :um estudo em Hotéis três estrelas

The natural gas perform a essential paper, not only in primary sectors of energy, but also in others sectors of economy. The use natural gas will have expansion in Brazil, motivated by governmental decision to increase the participation of this fuel in the Brazilian energy matrix from 4% to 12% up until 2010. in order to reach the objective related to increase the consumption of natural gas in the energy matrix and to propose solutions to attend the electric requirements of heart and refrigeration, using natural gas as primary power plant. This thesis has a main objective to analysis the perception of businessmen of hotel sector about the feasability of investment with micro-cogeneration system by natural gas in their hotel in turistic sector, in Natal/RN. It s show a case for the hotels selected analyzing the actual knowledge of businessmen about alternative of new technology in generation of owner energy. There was make a interview using a standard form researching information about this topic. In this interview has shown 4 (four) canaries for businessmen with different configurations of investment in micro-cogeneration. Two of this canaries uses the project finance like option to make fasible this projects. The resulteis showed who businessmen has insecurity to make decision to put in office alone, or with a local company, and perhaps with a national company to perform for a alternative energy system, justifying, the alone feasability and without information by local businessmen. Apart from that, they are receptive for a option to put in office in micro-cogeneration configured in the settings using project finance

Análise da comercialização de energia elétrica cogerada pelo setor sucroalcooleiro no estado de São Paulo

O Brasil viveu, em 2001, uma crise de oferta de energia elétrica sem precedentes que coincidiu com o processo de reestruturação do setor elétrico brasileiro e possibilitou aos autoprodutores de energia elétrica,como o setor sucroalcooleiro, comercializarem o excedente de energia, obtidos pelo processo de cogeração, que apesar do elevado potencial de comercialização, não está sendo devidamente aproveitado. Este trabalho teve por objetivo caracterizar o mercado de energia elétrica cogerada e analisar os obstáculos à comercialização da energia cogerada, à luz da existência dos custos de transação e econômicos, enfrentados pelo setor sucroalcooleiro e distribuidoras. Para a coleta de informações, foram realizadas entrevistas semi-estruturadas com o responsável pela área de cogeração das usinas e distribuidora de energia, que consistiam em perguntas pré-determinadas que foram lidas na mesma ordem e da mesma maneira para todos os entrevistados para assegurar a comparabilidade dos resultados. As entrevistas foram gravadas, transcritas e examinadas por meio da análise de conteúdo. Os resultados indicaram que poderiam ser estabelecidos contratos de longo prazo, mas os custos de transação e econômicos entre os agentes podem estar superando os benefícios da comercialização de energia elétrica cogerada, fazendo os agentes atuarem preferencialmente no mercado spot